لماذا لا تسقط محطة الفضاء الدولية من مدارها؟ لماذا يعاني الناس من انعدام الوزن في الفضاء؟ حقائق عن محطة الفضاء الدولية

عند سؤالك عن سبب وجود الأجسام، وكذلك رواد الفضاء أنفسهم، في حالة انعدام الوزن أثناء وجودهم في المدار، يمكنك غالبًا سماع إجابات غير صحيحة. في الواقع، هناك قوة جاذبية في الفضاء، لأنها هي التي تربط الكواكب ببعضها البعض.

وبدون تأثير الجاذبية، يمكن للمجرات ببساطة أن تتطاير بعيدًا في كل الاتجاهات. في الواقع، يحدث انعدام الوزن بسبب وجود سرعة الحركة.

السقوط "بالقرب من الأرض"

في الواقع، يسقط رواد الفضاء، وكذلك الأشياء الأخرى الموجودة في مدار الأرض. إلا أن هذا السقوط لا يحدث بالمعنى المعتاد (إلى الأرض، بالسرعة المدارية)، بل كما لو كان حول الأرض.

علاوة على ذلك، يجب أن لا تقل حركتهم عن سبعة عشر ميلاً ونصف في الساعة. عند التسارع بالنسبة إلى الأرض، تقوم الجاذبية هنا بنقل مسار الحركة، وتوجيهها إلى الأسفل، لذلك لن يتمكن رواد الفضاء أثناء الرحلة من التغلب على الحد الأدنى من الاقتراب من الأرض. ونظرًا لأن تسارع رواد الفضاء يساوي تسارع المحطة الفضائية، فهم في حالة انعدام الوزن.

أو لماذا لا تسقط الأقمار الصناعية؟ مدار القمر الصناعي هو توازن دقيق بين القصور الذاتي والجاذبية. تعمل قوة الجاذبية باستمرار على سحب القمر الصناعي نحو الأرض، بينما يميل القصور الذاتي للقمر الصناعي إلى إبقاء حركته مستقيمة. إذا لم تكن هناك جاذبية، فإن القصور الذاتي للقمر الصناعي سيرسله مباشرة من مدار الأرض إلى الفضاء الخارجي. ومع ذلك، عند كل نقطة في المدار، تحافظ الجاذبية على ربط القمر الصناعي.

لتحقيق التوازن بين القصور الذاتي والجاذبية، يجب أن يكون للقمر الصناعي سرعة محددة بدقة. إذا طار بسرعة كبيرة، فإن القصور الذاتي يتغلب على الجاذبية ويغادر القمر الصناعي مداره. (يلعب حساب ما يسمى بسرعة الهروب الثانية، والتي تسمح للقمر الصناعي بمغادرة مدار الأرض، دورًا مهمًا في إطلاق محطات فضائية بين الكواكب). إذا تحرك القمر الصناعي ببطء شديد، فإن الجاذبية ستفوز في المعركة ضد القصور الذاتي وسينتصر القمر الصناعي في المعركة ضد القصور الذاتي. تقع على الأرض. وهذا بالضبط ما حدث في عام 1979، عندما بدأت المحطة المدارية الأمريكية سكايلاب في الانخفاض نتيجة المقاومة المتزايدة للطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض. وسرعان ما سقطت المحطة على الأرض، بعد أن وقعت في قبضة الجاذبية الحديدية.

السرعة والمسافة

ونظرًا لأن جاذبية الأرض تضعف مع المسافة، فإن السرعة المطلوبة لإبقاء القمر الصناعي في مداره تختلف باختلاف الارتفاع. يمكن للمهندسين حساب مدى السرعة والارتفاع الذي يجب أن يدور عليه القمر الصناعي. على سبيل المثال، يجب على القمر الصناعي المستقر بالنسبة إلى الأرض، والذي يقع دائمًا فوق نفس النقطة على سطح الأرض، أن يقوم بمدار واحد خلال 24 ساعة (وهو ما يتوافق مع زمن دورة واحدة للأرض حول محورها) على ارتفاع 357 كيلومترًا.

الجاذبية والقصور الذاتي

يمكن محاكاة موازنة القمر الصناعي بين الجاذبية والقصور الذاتي عن طريق تدوير وزن على حبل متصل به. يميل القصور الذاتي للحمل إلى تحريكه بعيدًا عن مركز الدوران، في حين أن شد الحبل، الذي يعمل كجاذبية، يبقي الحمل في مدار دائري. إذا تم قطع الحبل، فسوف يطير الحمل بعيدًا على طول مسار مستقيم متعامد مع نصف قطر مداره.

تعد محطة الفضاء الدولية (ISS) مشروعًا تقنيًا واسع النطاق وربما الأكثر تعقيدًا في تنظيمها في تاريخ البشرية بأكمله. كل يوم، يعمل مئات المتخصصين حول العالم على ضمان قدرة محطة الفضاء الدولية على أداء وظيفتها الرئيسية بالكامل - وهي أن تكون منصة علمية لدراسة الفضاء اللامحدود، وبالطبع كوكبنا.

عندما تشاهد أخبار محطة الفضاء الدولية، تطرح العديد من الأسئلة حول كيفية عمل المحطة الفضائية بشكل عام في الظروف القاسية للفضاء، وكيف تطير في المدار ولا تسقط، وكيف يمكن للناس العيش فيها دون المعاناة من ارتفاع درجات الحرارة والإشعاع الشمسي .

بعد دراسة هذا الموضوع وجمع كل المعلومات معًا، يجب أن أعترف أنه بدلاً من الإجابات تلقيت المزيد من الأسئلة.

على أي ارتفاع تطير محطة الفضاء الدولية؟

تحلق محطة الفضاء الدولية في الغلاف الحراري على ارتفاع حوالي 400 كيلومتر من الأرض (للعلم تبلغ المسافة من الأرض إلى القمر حوالي 370 ألف كيلومتر). الغلاف الحراري نفسه عبارة عن طبقة جوية، وهي في الواقع ليست مساحة كاملة بعد. وتمتد هذه الطبقة من الأرض إلى مسافة 80 كيلومتراً إلى 800 كيلومتر.

تكمن خصوصية الغلاف الحراري في أن درجة الحرارة تزداد مع الارتفاع ويمكن أن تتقلب بشكل كبير. فوق 500 كيلومتر، يزداد مستوى الإشعاع الشمسي، مما قد يؤدي بسهولة إلى إتلاف المعدات ويؤثر سلبًا على صحة رواد الفضاء. ولذلك فإن محطة الفضاء الدولية لا ترتفع فوق 400 كيلومتر.

هذا ما تبدو عليه محطة الفضاء الدولية من الأرض

ما هي درجة الحرارة خارج محطة الفضاء الدولية؟

هناك القليل جدا من المعلومات حول هذا الموضوع. مصادر مختلفة تقول بشكل مختلف. يقولون أنه على مستوى 150 كم يمكن أن تصل درجة الحرارة إلى 220-240 درجة، وعلى مستوى 200 كم أكثر من 500 درجة. وفوق ذلك، تستمر درجة الحرارة في الارتفاع وعند مستوى 500-600 كيلومتر من المفترض أنها تتجاوز بالفعل 1500 درجة.

وفقًا لرواد الفضاء أنفسهم، على ارتفاع 400 كيلومتر، حيث تطير محطة الفضاء الدولية، تتغير درجة الحرارة باستمرار اعتمادًا على ظروف الضوء والظل. عندما تكون محطة الفضاء الدولية في الظل، تنخفض درجة الحرارة في الخارج إلى -150 درجة، وإذا كانت في ضوء الشمس المباشر، ترتفع درجة الحرارة إلى +150 درجة. ولم تعد حتى غرفة بخار في الحمام بعد الآن! كيف يمكن لرواد الفضاء أن يكونوا في الفضاء الخارجي في درجات الحرارة هذه؟ هل حقا البدلة الحرارية الفائقة هي التي تنقذهم؟

عمل رائد فضاء في الفضاء الخارجي عند +150 درجة

ما هي درجة الحرارة داخل محطة الفضاء الدولية؟

وعلى النقيض من درجة الحرارة في الخارج، فمن الممكن الحفاظ على درجة حرارة ثابتة مناسبة لحياة الإنسان داخل محطة الفضاء الدولية - حوالي +23 درجة مئوية. علاوة على ذلك، فإن كيفية القيام بذلك غير واضحة تمامًا. فإذا كانت درجة الحرارة في الخارج مثلاً +150 درجة، فكيف يمكنك تبريد درجة الحرارة داخل المحطة أو العكس وإبقائها طبيعية باستمرار؟

كيف يؤثر الإشعاع على رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية؟

على ارتفاع 400 كيلومتر، يكون الإشعاع الخلفي أعلى بمئات المرات من الإشعاع الموجود على الأرض. لذلك، فإن رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية، عندما يجدون أنفسهم على الجانب المشمس، يحصلون على مستويات إشعاع أعلى بعدة مرات من الجرعة التي يتلقونها، على سبيل المثال، من الأشعة السينية للصدر. وخلال لحظات التوهجات الشمسية القوية، يمكن لعمال المحطة تناول جرعة أعلى بـ 50 مرة من الجرعة المعتادة. كما تظل كيفية تمكنهم من العمل في مثل هذه الظروف لفترة طويلة لغزا.

كيف يؤثر الغبار والحطام الفضائي على محطة الفضاء الدولية؟

ووفقا لوكالة ناسا، هناك حوالي 500 ألف حطام كبير في مدار أرضي منخفض (أجزاء من مراحل مستهلكة أو أجزاء أخرى من السفن الفضائية والصواريخ) ولا يزال من غير المعروف مقدار الحطام الصغير المشابه. كل هذا "الخير" يدور حول الأرض بسرعة 28 ألف كم/ساعة ولسبب ما لا ينجذب إلى الأرض.

بالإضافة إلى ذلك، هناك غبار كوني - هذه جميع أنواع شظايا النيزك أو النيازك الدقيقة التي ينجذب إليها الكوكب باستمرار. علاوة على ذلك، حتى لو كانت ذرة الغبار تزن جرامًا واحدًا فقط، فإنها تتحول إلى قذيفة خارقة للدروع قادرة على إحداث ثقب في المحطة.

يقولون أنه إذا اقتربت هذه الأجسام من محطة الفضاء الدولية، فإن رواد الفضاء يغيرون مسار المحطة. لكن لا يمكن تتبع الحطام أو الغبار الصغير، لذلك يتبين أن محطة الفضاء الدولية معرضة باستمرار لخطر كبير. من غير الواضح مرة أخرى كيف يتعامل رواد الفضاء مع هذا الأمر. اتضح أنهم يخاطرون بحياتهم كل يوم بشكل كبير.

يبدو ثقب الحطام الفضائي في مكوك الفضاء إنديفور STS-118 وكأنه ثقب رصاصة

لماذا لا تسقط محطة الفضاء الدولية؟

تكتب مصادر مختلفة أن محطة الفضاء الدولية لا تسقط بسبب الجاذبية الضعيفة للأرض وسرعة الهروب من المحطة. أي أنها تدور حول الأرض بسرعة 7.6 كم/ث (للعلم، فترة دوران محطة الفضاء الدولية حول الأرض هي 92 دقيقة و37 ثانية فقط)، ويبدو أن محطة الفضاء الدولية تخطئ باستمرار ولا تسقط. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي محطة الفضاء الدولية على محركات تسمح لها بتعديل موضع العملاق الذي يبلغ وزنه 400 طن بشكل مستمر.

نحن نتحدث عن حقيقة أن أي جسم يقع على مقربة من الأرض يتأثر بقوة جاذبيته. وإذا كان الأمر كذلك، فإنه لا يمكن أن يبقى في مداره لفترة طويلة، وسيسقط بالتأكيد إلى السطح إذا لم يحترق في الطبقات العليا من الغلاف الجوي قبل ذلك. ومن الناحية النظرية، يجب أن يصيب نفس المصير محطة الفضاء الدولية، التي تقع على بعد 400 كيلومتر من سطح الكوكب. لكن حتى هذه المسافة الكبيرة لا يمكنها أن تعفي المحطة الفضائية من قوة الجاذبية الأرضية. ولكن كيف يبقى في مدار ثابت لفترة طويلة؟

دعونا أولا معرفة ما هي محطة الفضاء الدولية. هذا تصميم معياري معقد، يزن 400 طن. إذا تحدثنا عن حجمه، فهو تقريبًا نفس حجم ملعب كرة القدم الأمريكية. استغرق تجميع مثل هذا الهيكل 13 عامًا. خلال هذا الوقت، تم تنفيذ قدر كبير من العمل، والذي يشمل: إطلاق العديد من سفن الشحن الفضائية "Progress"، والمكوكات الأمريكية، ورواد الفضاء الذين يذهبون إلى الفضاء الخارجي. تبلغ تكلفة محطة الفضاء الدولية حاليًا أكثر من 150 مليار دولار. يوجد دائمًا في المحطة ستة رواد فضاء يمثلون دولًا مختلفة في العالم.

لكن دعنا نعود إلى سؤالنا الأصلي ونحاول معرفة سبب عدم سقوط المحطة على سطح الأرض تحت تأثير الجاذبية.

في الواقع، إنه يسقط ببطء. خلال العام يصل انخفاضه إلى كيلومترين. ولولا تعديل المدار لكنا ودعناه منذ زمن طويل. إن التعديلات في الوقت المناسب هي التي تسمح لمحطة الفضاء الدولية بالبقاء في مدار ثابت. لن تصدق ذلك، ولكن مثل هذا التصميم المعقد والثقيل يتمتع بأعلى قدرة على الحركة. ويمكنه تغيير المعلمات المدارية، والتحرك في جميع الاتجاهات، وحتى الانقلاب إذا لزم الأمر، من أجل، على سبيل المثال، تفادي الأجسام الفضائية المختلفة، بما في ذلك الحطام الفضائي.

يتم تنفيذ جميع الحركات باستخدام محركات خاصة تسمى الجيرودين. هناك أربعة منهم في المحطة. ولتوجيه المحطة أو تعديل مدارها، يتم تلقي أمر من الأرض لإطلاقها، وبعد ذلك تبدأ المحطة في حركتها. مشغل خاص مسؤول عن مثل هذه العملية المسؤولة. ولا تشمل مسؤوليته تعديل مدار محطة الفضاء الدولية في الوقت المناسب فحسب، بل تشمل أيضًا ضمان سلامته، من أجل منع الاصطدام بالنيازك والحطام الفضائي. تتوفر معززات ومحركات مماثلة في مركبة الشحن الفضائية Progress التي تلتحم بمحطة الفضاء الدولية. وبمساعدتهم يمكنك أيضًا تصحيح مداره.

يقوم المشغل أيضًا بمراقبة وزن المحطة. وبدون ذلك، من المستحيل حساب قوة دفع الهيرودين بدقة، والتي يجب ألا تقل عن 1 م/ ثانية. كتلة المحطة تتغير باستمرار. كقاعدة عامة، يحدث هذا في وقت إرساء سفينة الشحن التالية "Progress"، والتي تقوم بتسليم الحمولة على متنها. لا يشارك رواد الفضاء في عملية نقل المحطة المخطط لها. يتم التحكم في كل شيء بواسطة مشغل من الأرض.