چگونه تخم‌مرغ می‌تواند به محافظت از فضاپیماهای آینده کمک کند

طرح‌های الهام‌گرفته از طبیعت می‌توانند به متحدانی مقاوم برای فضانوردان تبدیل شوند.

تخم‌مرغ معمولاً نمادی از شکنندگی محسوب می‌شود، اما پژوهشگران معتقدند وقتی ساختار آن در تعداد زیاد کنار یکدیگر قرار بگیرد، می‌تواند استحکام قابل‌توجهی ایجاد کند. بر اساس یک پژوهش جدید، هندسه الهام‌گرفته از تخم‌مرغ شاید در آینده بتواند برای محافظت از نسل‌های بعدی فضانوردان در برابر تهدید فزاینده زباله‌های فضایی به کار گرفته شود.

زباله‌های فضایی تهدیدی جدی ایجاد می‌کنند

در حال حاضر حدود یک میلیون قطعه زباله فضایی با اندازه‌ای بزرگ‌تر از یک سانتی‌متر در مدار زمین قرار دارد. این بقایا حاصل دهه‌ها فعالیت فضایی، پرتاب موشک و استقرار ماهواره‌ها هستند. سرعت حرکت بسیاری از این ذرات به حدود ۲۸ هزار کیلومتر بر ساعت می‌رسد و همین سرعت بسیار بالا، آن‌ها را به خطری جدی برای مأموریت‌های فعلی و برنامه‌های اکتشافی آینده تبدیل می‌کند.

سازمان‌ها و نهادهای بین‌المللی اکنون فعالیت‌های مرتبط با زباله‌های مداری را زیر نظر دارند و پژوهشگران نیز روش‌های مختلفی را برای پاک‌سازی این آلودگی آزمایش می‌کنند. با وجود این اقدامات، همچنان به فناوری‌های مؤثرتری برای محافظت از انسان‌ها و تجهیزات مستقر در فضا نیاز است. ساختاری شبیه به تخم‌مرغ ممکن است یکی از راهکارهای آینده باشد.

یوشین وانگ، مهندس دانشگاه فناوری دالیان، گفت

یک پوسته تخم‌مرغ به‌تنهایی در برابر نیروی واردشده در یک نقطه به‌راحتی می‌شکند، اما سازوکار حفاظتی مجموعه‌ای از پوسته‌های تخم‌مرغ کاملاً متفاوت است.

آرایش تخم‌مرغی چگونه ضربه را مهار می‌کند

یوشین وانگ و همکارانش در مطالعه‌ای که در Journal of Applied Physics منتشر شده، نشان داده‌اند که ساختارهای آلومینیومی با شکل پوسته تخم‌مرغ، هنگامی که به صورت آرایه‌ای در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند، به شکل هماهنگ تغییر شکل می‌دهند. این رفتار باعث می‌شود انرژی حاصل از برخورد در بخش بزرگ‌تری از سازه پخش شود و سطح موردنظر بتواند نقش یک لایه محافظ تقویت‌شده را ایفا کند.

نتایج زمانی بهتر شد که فضای داخلی این ساختارهای تخم‌مرغی با آب پر شد. آب توانست بخشی از موج‌های ضربه‌ای ناشی از برخورد را جذب و تضعیف کند و در نتیجه، عملکرد حفاظتی مجموعه افزایش یافت.

پژوهشگران برای بررسی این ایده، نمونه‌های سه‌بعدی چاپ‌شده ساختند و در کنار آن، شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای انجام دادند. آن‌ها عملکرد صفحات معمولی آلومینیومی، کره‌های آلومینیومی پرشده از آب که میان صفحات صاف قرار گرفته بودند و همچنین آرایه جدید پوسته‌های تخم‌مرغی را با یکدیگر مقایسه کردند.

در میان نمونه‌های بررسی‌شده، ساختاری که از کره‌های پرشده با آب تشکیل شده بود بهترین عملکرد را نشان داد و توانست سرعت پرتابه پس از برخورد را تقریباً ۶۵ درصد کاهش دهد. صفحات آلومینیومی معمولی در همین آزمایش کاهش سرعتی حدود ۵۱ درصد ایجاد کردند.

در بهینه‌ترین نمونه‌ها، مهندسان همچنین ساختارهای تخم‌مرغی را به صورت عمودی قرار دادند؛ به شکلی که بخش باریک‌تر هر تخم‌مرغ با صفحه آلومینیومی بالایی تماس داشته باشد.

این فناوری هنوز به بهینه‌سازی بیشتری نیاز دارد

با وجود نتایج امیدوارکننده، این فناوری هنوز برای استفاده عملی آماده نیست. پژوهشگران باید نوع و مقدار ماده پرکننده، هندسه کلی سازه، ضخامت فلز و نسبت‌های ابعادی آن را بیشتر بررسی و بهینه‌سازی کنند.

اگر این مراحل با موفقیت انجام شود، سازه‌های حفاظتی الهام‌گرفته از تخم‌مرغ ممکن است در آینده به بخشی از طراحی خودروهای فضایی و ماهواره‌هایی تبدیل شوند که در مدار پایین زمین فعالیت می‌کنند.

یوشین وانگ گفت

این پژوهش نشان می‌دهد که فرامواد سبک و زیست‌الهام‌گرفته می‌توانند رویکردی امیدوارکننده برای محافظت در برابر برخوردهای فراسرعتی باشند.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.