استفاده از "اوریگامی" برای حل یک مشکل فضایی

‌این تحقیقات تحت هدایت دانشجوی کارشناسی ارشد کجل وسترا(Kjell Westra) و جیک لیچمن(Jake Leachman)، دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک و مواد انجام شده است. محققان با الهام از اوریگامی یک مخزن پلاستیکی طراحی کرده‌اند که در دماهای پایین ترک نمی‌خورد و می‌تواند روزی برای ذخیره و پمپاژ سوخت در فضا استفاده شود. آنها نتایج کارهای خود را در مجله Cryogenics منتشر کردند.

چالش مدیریت مصرف سوخت عامل بازدارنده مهمی در سفرهای فضایی بوده است به طوری که ماموریت‌های فضایی به سفرهای کوتاه با محموله زیاد یا ارسال ماهواره‌های کوچک برای مأموریت‌های طولانی مدت محدود می‌شود.

در روزهای ابتدایی برنامه فضایی ایالات متحده در دهه 1960 و 1970، محققان تلاش کردند بالون‌های گرد را برای ذخیره و پمپاژ سوخت مایع هیدروژن تولید کنند اما آنها شکست خوردند. مخزن‌ها هنگامی که به اندازه مناسب برای ذخیره سوخت فشرده و سرد می شدند می‌شکستند و یا نشت می‌کردند و بهترین طراحی فقط 5 دور فشار را دوام آورد.

محققان دست از تلاش کشیدند و به دستگاه‌های مدیرت سوخت با نیروی محرکه کمتر روی آوردند. سیستم‌های فعلی برای مدیریت سوخت‌های مایع از صفحات فلزی و اصل کشش سطحی استفاده می کنند، اما این سیستم‌ها کند هستند و فقط می‌توانند سوخت‌ها را در مقادیر کم تخلیه کنند، بنابراین اندازه مخازن سوخت و در نتیجه مأموریت‌ها محدود می‌شود.

لیچمن گفت: محققان مدت‌هاست در تلاشند کیسه‌های سوخت موشک بسازند اما ما در حال حاضر سفرهای طولانی مدت انجام نمی‌دهیم زیرا نمی‌توانیم سوخت را به اندازه کافی در فضا ذخیره کنیم.

وسترا از طریق جستجوی مقالات، به مقاله‌ای رسید که در آن محققان با استفاده از اوریگامی بادبزن‌هایی ساخته بودند.

محققان مطالعه اوریگامی را در دهه 1980 و 1990 با این تصور که می‌توان از اشکال پیچیده و رفتار مکانیکی جالب آن استفاده کرد، آغاز کردند. چین‌های اوریگامی باعث کاهش تنش در مواد و احتمال پاره شدن آن کمتر می‌شود.

وسترا و همکارانش در آزمایشگاه "خواص هیدروژن برای تحقیقات انرژی" تصمیم گرفتند تا الهام از طراحی به کار گرفته شده در بادبزن‌ها یک مخزن سوخت به وسیله یک ورق پلاستیکی نازک مایلر(نوعی پلیمر) بسازند.

وسترا می‌گوید: بهترین راه حل‌ها همیشه آن‌هایی هستند که از پیش وجود دارند و شما تنها باید آنها را با کار خود تطبیق دهید.

وی که قبلاً هرگز اوریگامی را امتحان نکرده بود، گفت که چندین تلاش و چند ساعت تماشای ویدیو در یوتیوب طول کشید تا بفهمد چگونه مخزن را تا بزند و هنگامی که موفق به تا زدن شد آن را در نیتروژن مایع در حدود 77 درجه کلوین آزمایش کرد.

محققان دریافتند که در شرایط سرما می‌توان حداقل 100 بار مخزن را مورد فشار قرار داد بدون اینکه شکسته شود یا نشت کند. آنها از آن زمان بارها مخزن را نمایش داده اند و هنوز هیچ سوراخی در آن به وجود نیامده است.

لیچمن می‌گوید: فکر می‌کنیم که ما یک مشکل اساسی را حل کرده‌ایم که مانعی برای همه بوده است و ما به نوعی هیجان زده هستیم.

محققان اکنون شروع به انجام آزمایشات دقیق‌تری می کنند. آنها قصد دارند این آزمایش را با هیدروژن مایع انجام دهند و ارزیابی کنند که این مخزن چقدر می‌تواند سوخت را ذخیره و منتقل کند و سرعت جریان آن را با سیستم‌های فعلی مقایسه کنند.

وسترا اخیراً برای ادامه پروژه، فلوشیپ فارغ التحصیلی ناسا را دریافت کرده است.

لیچمن گفت: موفقیت کجل یک نمونه عالی از دانشجویان دانشگاه واشنگتن است که در آنجا تحصیل می‌کنند و سپس در زمان مناسب در مکان مناسب کاری موفقیت آمیز انجام می دهند.

منبع: ایسنا

66