سپر دفاعی تخم‌مرغی؛ راهکار نوین چینی‌ها برای مقابله با زباله‌های فضایی

پژوهشگران چینی با الهام از ساختار بیولوژیک پوسته تخم‌مرگ، نسل جدیدی از سپرهای دفاعی را طراحی کرده‌اند که می‌تواند با کاهش چشمگیر انرژی برخورد، از فضاپیماها در برابر تهدید مرگبار زباله‌های فضایی محافظت کند.

چالش بحرانی زباله‌های فضایی در مدار زمین

با افزایش پرتاب ماهواره‌ها و تلسکوپ‌های پیشرفته، حجم اجرام کوچک و زباله‌های فضایی در مدار زمین به شدت در حال افزایش است. طبق گزارش‌های ناسا، میلیون‌ها قطعه زباله با ابعاد مختلف در حال گردش هستند که حتی کوچک‌ترین آن‌ها نیز در صورت برخورد با سرعت بسیار بالا، می‌تواند آسیب‌های جبران‌ناپذیری به تجهیزات فضایی وارد کند.

تجربه برخورد زباله به شاتل فضایی اندور در سال ۲۰۰۷، نمونه‌ای از این خطر بزرگ بود. برای مقابله با این پدیده، فناوری‌های سنتی مانند «سپر ویپل» مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما نیاز به راهکارهای کارآمدتر برای جذب انرژی برخوردهای ابرسریع احساس می‌شود.

الهام از طبیعت: مهندسی پوسته تخم‌مرغ

دانشمندان با بررسی ویژگی‌های مکانیکی پوسته تخم‌مرغ دریافتند که این ساختار طبیعی، توانایی خیره‌کننده‌ای در توزیع فشار و جذب نیرو دارد. پوسته تخم‌مرگ که ترکیبی از بلورهای کربنات کلسیم و ماتریس‌های پروتئینی است، می‌تواند الگویی برای ساخت سپرهای مقاوم باشد.

«یک پوسته تخم‌مرغ منفرد در برابر نیروی موضعی به‌آسانی می‌شکند، اما سازوکار محافظتی آرایه پوسته‌های تخم‌مرغ کاملاً متفاوت است.» — یوکسین وانگ، پژوهشگر دانشگاه فناوری دالیان

در این پژوهش، تیم تحقیقاتی با استفاده از تکنولوژی چاپ سه‌بعدی، سه مدل مختلف را مورد آزمایش قرار دادند:

نتایج نشان داد که افزودن آب به داخل ساختارهای پوسته‌تخم‌مرغی، نقش کلیدی در اتلاف انرژی ایفا می‌کند. حرکت آب در هنگام برخورد، مانع از انتشار امواج ضربه شده و بخش بزرگی از انرژی را جذب می‌کند.

بهترین پیکربندی برای محافظت از فضاپیماها

پژوهشگران دریافتند که مؤثرترین حالت، قرارگیری عمودی پوسته‌ها به گونه‌ای است که بخش باریک آن‌ها با سطح بالایی در تماس باشد. این چیدمان باعث می‌شود بار ناشی از برخورد به جای متمرکز شدن، در کل ساختار پخش و اتلاف شود.

این مطالعه که در نشریه Journal of Applied Physics منتشر شده، گامی مهم در جهت استفاده از عناصر زیستی برای حل چالش‌های مهندسی در فضا محسوب می‌شود و می‌تواند آینده امنیت ماهواره‌ها را تغییر دهد.

در نهایت، استفاده از ساختارهای الهام‌گرفته از طبیعت و ترکیب آن‌ها با تکنولوژی چاپ سه‌بعدی، نویدبخش نسل جدیدی از سپرهای دفاعی است که ایمنی فضاپیماها را در برابر زباله‌های فضایی به طرز چشمگیری افزایش می‌دهد.