.jpg)
اليسار: رسم تخطيطي لنظام المغناطيس صممه Sanavandi و Guo. يمينًا: مخطط كفافي للطاقة المحاصرة لعينة ماء موضوعة في المغناطيس المقترح ، مما يوضح حجم وشكل المنطقة التي تكون فيها الجاذبية 1٪ من جاذبية الأرض.
جهاز جديد يستخدم الارتفاع المغناطيسي لمحاكاة الجاذبية المنخفضة الموجودة في الأجرام السماوية مثل القمر والمريخ ، وهو أكبر 1000 مرة من حيث الحجم من الأنظمة السابقة من هذا النوع ، مما يمهد الطريق لإجراء اختبارات أرضية أكثر تعقيدًا للبيئات منخفضة الجاذبية - بما في ذلك زراعة النباتات الصغيرة في بيئة محاكاة الجاذبية الصغرى. سيمكن جهاز المحاكاة الجديد ، الذي تم تطويره في المختبر الوطني للحقل المغناطيسي العالي (NHMFL) في جامعة ولاية فلوريدا بالولايات المتحدة ، الباحثين أيضًا من إجراء مجموعة متنوعة من التجارب الفيزيائية والطبية والبيولوجية بهدف القيام بمهام فضائية في المستقبل.
تؤثر الجاذبية المنخفضة على الكائنات الحية بعدة طرق. من المعروف أنه يمنع نمو الخلايا ، ويمكن أن يسبب أيضًا أشكالًا أخرى من الإجهاد الخلوي ، مما يؤدي إلى فقدان كتلة العظام والعضلات بطرق تضر بصحة رواد الفضاء. في الأنظمة الفيزيائية ، يمكن أن يؤثر ذلك على تجويف الفقاعات ، ونقل الحرارة في السوائل وديناميكيات التكسير للدفعات المبردة في المركبات الفضائية. في أبحاث المواد ، تشمل تأثيرات انخفاض الجاذبية تغييرات في طريقة نمو البلورات وتشكل السبائك.
اختبارات الجاذبية الأرضية
أفضل طريقة لمعرفة كيفية تأثير الجاذبية الصغرى على نظام معين هي ، بالطبع ، إرساله إلى الفضاء. ومع ذلك ، فإن مثل هذه التجارب باهظة الثمن ، ويجب إجراؤها من قبل رواد الفضاء بدلاً من العلماء المدربين في هذا التخصص المحدد ، مما يحد من أنواع الاختبارات الممكنة. لذلك طور الباحثون العديد من الأجهزة الأرضية التي تستغل السقوط الحر لمحاكاة انخفاض الجاذبية ، بما في ذلك أبراج الإسقاط والطائرات في الطيران المكافئ والصواريخ دون المدارية. في حين أن هذه الأجهزة مفيدة للعديد من أنواع التجارب ، إلا أنها تحافظ على جاذبية منخفضة لبضع دقائق في أحسن الأحوال ، مما يجعلها غير مناسبة للمهام التي تتطلب أوقات مراقبة طويلة.
تعد أجهزة المحاكاة القائمة على التحليق المغناطيسي (MLS) طريقة بديلة ، وقد استخدمها الباحثون بالفعل لرفع الكائنات الحية دون التسبب في ضرر لها. مقارنة بأجهزة محاكاة الجاذبية المنخفضة الأخرى ، يقول الباحثون في كلية الهندسة FAMU-FSU و NHMFL أن MLSs أرخص ، وتسمح بتعديل قوة الجاذبية الدقيقة ، وتوفر عمليًا أوقات تشغيل غير محدودة. العقبة هي أن نظام MLS التقليدي يمكنه فقط إنشاء جاذبية منخفضة على حجم صغير. في الواقع ، عندما يحاكي المحاكي بيئة بها حوالي 1٪ من جاذبية الأرض g ، فإن الحجم الوظيفي لا يتجاوز بضعة ميكرولتر ، وهو صغير جدًا لإجراء التجارب العملية.
حجم وظيفي غير مسبوق
تغلب الباحثون بقيادة Wei Guo على هذه المشكلة عن طريق تكييف المغناطيس لتوليد قوة رفع موحدة توازن قوة الجاذبية على حجم أكبر بكثير. لقد فعلوا ذلك عن طريق وضع ما يسمى بملف ماكسويل في مجال التدرج (وهو تكوين طرحه لأول مرة الفيزيائي جيمس كلارك ماكسويل في القرن التاسع عشر لإنتاج تدرجات مجال موحدة) في تجويف 120 مم لمغناطيس فائق التوصيل.
أنتجت هذه التقنية حجمًا وظيفيًا غير مسبوق يزيد عن 4000 ميكرولتر في ملف مضغوط يبلغ قطره 8 سم فقط ، كما يوضح عضو الفريق حميد سانافاندي. عندما يتم تقليل التيار في MLS لمحاكاة الجاذبية على المريخ ، والتي تبلغ 0.38g ، يمكن أن يكون الحجم الوظيفي أكبر من 20000 ميكرولتر ، أو حوالي 20 سم3. ميزة أخرى هي أنه يمكن تصنيع MLS باستخدام مواد فائقة التوصيل عالية الحرارة تُعرف باسم أكسيد الباريوم النحاسي النادر (REBCO) ، كما يضيف.
"حقيقة أن تصميم MLS الخاص بنا يوفر حجمًا وظيفيًا يبلغ حوالي ثلاث مرات من الحجم أكبر من ذلك الخاص بـ MLS ذو الملف اللولبي التقليدي يجعله مغيرًا محتملاً للعبة في مجال الأبحاث منخفضة الجاذبية" ، كما يقول Guo. "عند استخدام تصميم MLS لمحاكاة انخفاض الجاذبية في البيئات خارج الأرض ، مثل القمر أو المريخ ، يكون الحجم الوظيفي الناتج كبيرًا بما يكفي لاستيعاب حتى النباتات الصغيرة ، مما يجعلها أداة مثيرة للبحث الطبي والبيولوجي. "
المصدر