كيف يتنفس رواد الفضاء في الفضاء؟

كان على المهندسين أن يتوصلوا إلى بعض الطرق الخاصة لإنشاء الأكسجين في فراغ الفضاء . هكذا يتنفس رواد الفضاء في الفضاء

كيفية التنفس في الفضاء

في عام 1997، اندلع حريق في محطة مير الفضائية، السلف لمحطة الفضاء الدولية. وكان السبب هو مولد الأكسجين الموجود بالمركبة الفضائية، والذي كان يحرق أسطوانات بيركلورات الليثيوم الصلبة لخلق جو قابل للتنفس. اشتعلت النيران في مادة من قفاز مطاطي، ربما تم تركه داخل المولد أثناء التجميع، عندما تم تشغيل الجهاز، مما أدى إلى اندلاع حريق استمر حوالي 14 دقيقة قبل أن يتم إخماده بالكامل.

ورغم عدم إصابة أي فرد من أفراد الطاقم، إلا أن الحادث سلط الضوء على صعوبة ومخاطر السلامة المرتبطة بتزويد رواد الفضاء بإمدادات مستمرة من الأكسجين أثناء وجودهم في المدار. على غرار أنظمة ترشيح المياه الموجودة على متن المركبة الفضائية، تطورت الأجهزة التي تنتج هذا الإمداد المنقذ للحياة بشكل كبير منذ بدء سباق الفضاء في ستينيات القرن العشرين.

الدخان ومير

استخدم برنامج أبولو، بما في ذلك مهمة عام 1969 التي هبطت فيها البشر لأول مرة على سطح القمر، وحدات التحكم البيئي (ECUs) للحفاظ على جو من الأكسجين النقي في وحدات القيادة. تم تجهيز وحدة التحكم الإلكترونية بخراطيش هيدروكسيد الليثيوم والكربون النشط لتصفية ثاني أكسيد الكربون من أنفاس رواد الفضاء وامتصاص الروائح. كما أنه يقوم بتوليد الماء ويحافظ على درجة حرارة المقصورة، مما يسمح لما يصل إلى ثلاثة رواد فضاء بالبقاء على قيد الحياة في الفضاء لمدة 14 يومًا.

تم تصميم محطة مير الفضائية، التي أطلقت في عام 1986، للقيام بمهام فضائية أطول، وكانت تنتج الأكسجين من خلال تفاعل كيميائي. يقوم المولد بإشعال أسطوانات بيركلورات الليثيوم بحجم علب الهباء الجوي الكبيرة، مما يؤدي إلى إطلاق الأكسجين أثناء احتراقها. وقد وفرت إحدى هذه "الشموع الأكسجينية" ما يكفي من هواء التنفس لعضو الطاقم لمدة يوم، لكن النظام أظهر ضعفه في حادثة القفاز المطاطي.

بعد هذا الحادث، توقف مهندسو الفضاء عن استخدام التفاعلات الكيميائية لإنتاج الأكسجين في الفضاء. حلت محطة الفضاء الدولية محل محطة مير في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، وكانت مجهزة بوحدة تحكم إلكترونية أكثر أمانًا تعتمد على التحليل الكهربائي، الذي يستخدم مولدًا لتقسيم جزيئات الماء من خلال غشاء تبادل البروتون إلى أكسجين وهيدروجين. وبينما يتم إطلاق الأكسجين الناتج عن هذه العملية في الغلاف الجوي، يتم دمج الهيدروجين مع ثاني أكسيد الكربون الذي يخرجه الطاقم لإنتاج مياه الشرب والميثان. في الوقت الحالي، يتم تنفيس غاز الميثان خارج المحطة، ولكن قد يكون مفيدًا يومًا ما لعمليات الإنتاج البيولوجي على متن المحطة. وتحمل المحطة الفضائية الدولية أيضًا نموذج مير لتوليد الأكسجين كنسخة احتياطية.

الحياة في حقيبة الظهر

إن توفير الأكسجين لرواد الفضاء أثناء وجودهم داخل المركبة الفضائية هو أمر واحد. إن القيام بذلك عند مغادرة المركبة الفضائية للسير في الفضاء - لاختبار المعدات، أو إجراء التجارب، أو تنفيذ الإصلاحات الخارجية - هو أمر آخر.

بدلة الفضاء الحديثة المصممة للسير في الفضاء، والمعروفة أيضًا باسم وحدة التنقل خارج المركبة (EMU)، مجهزة بحقيبة ظهر تحتوي على أنظمة دعم الحياة المختلفة. ومن بين وظائفه الأخرى، فهو يزود خوذة رائد الفضاء بالأكسجين بينما يقوم بتصفية ثاني أكسيد الكربون. كما تحمي البدلات أجسادهم من قوى الفراغ التي قد تهدد حياتهم والتي يغامرون بالدخول إليها.

حتى قبل الدخول إلى وحدة EMU، يقضي رواد الفضاء ساعات في استنشاق الأكسجين النقي داخل كبسولة الهواء المضغوط لتقليل فرصة الإصابة بالغيبوبة. وفقًا لرائد الفضاء السابق مايك مولان، تحافظ وحدة القيادة على ضغط جوي يبلغ 14.7 رطل لكل بوصة مربعة (psi)، وهو نفس الضغط الجوي على مستوى سطح البحر تقريبًا، ولكن الضغط في بدلة الفضاء يبلغ خمسة رطل لكل بوصة مربعة فقط. يجب على رواد الفضاء "تنفس" الأكسجين النقي مسبقًا لإزالة النيتروجين من أجسامهم ومنع تشكل فقاعات الغاز في دمائهم - وهو سبب مرض الهواء المضغوط - قبل السير في الفضاء. وإلا فإن فقاعات النيتروجين الزائدة يمكن أن تسد الأوعية الدموية وتسبب تلف الأنسجة، مما يؤدي إلى آلام المفاصل، والصداع، وضعف العضلات، والشلل، والتعب والارتباك، من بين أعراض أخرى.

ولعل أفضل ما يوضح أهمية البدلات الفضائية هو ما قد يحدث بدونها. سوف يفقد رواد الفضاء وعيهم على الفور بسبب نقص الأكسجين، في حين أن الفراغ سوف يتسبب في تجميد دمائهم وسوائل أجسامهم، والتي تطورت في ظل الظروف الجوية للأرض، ثم تغلي ثم تنفجر.

إن ظروف الكون تحول الفعل البسيط مثل التنفس إلى تحدٍ معقد وربما يكون قاتلاً. ولحسن الحظ، فهذا ليس شيئاً لا يستطيع العلم التعامل معه.