ميزان الوزن النهدي
مقدمة
ميزان الوزن النهدي هو جهاز يستخدم لقياس وزن السواريخ والأقمار الاصطناعية والمركبات الفضائية الأخرى في الفراغ، حيث يعمل ميزان الوزن النهدي وفقًا لمبدأ بسيط ولكن دقيق للغاية، والذي يعتمد على تذبذب اللف الحر للجسم حول محور ثابت، ويتحدد من فترة التذبذب الناتجة كتلة الجسم المختبر.
مكونات ميزان الوزن النهدي
يتكون ميزان الوزن النهدي النموذجي من المكونات التالية:
- جسم الاهتزاز: عادة ما يكون كرة أو اسطوانة مصنوعة من مادة منخفضة الكثافة مثل الألومنيوم، يتم تعليق هذا الجسم في حجرة التفريغ.
- نظام التعليق: نظام ميكانيكي يسمح للجسم بالاهتزاز بحرية حول محور ثابت.
- نظام القياس: عادة ما يكون مستشعرًا بصريًا، مثل مقياس التداخل بالليزر، يستخدم لقياس فترة التذبذب للجسم.
- حجرة التفريغ: علبة مفرغة من الهواء يتم وضع جسم الاهتزاز فيها لتقليل الاحتكاك الهوائي.
مبدأ العمل
يعمل ميزان الوزن النهدي على المبدأ الأساسي لتذبذب اللف الحر، ففي الفراغ، عندما يتذبذب الجسم حول محور ثابت، تكون فترة التذبذب (T) متناسبة عكسياً مع الجذر التربيعي لكتلة الجسم (m)، وبالتالي يمكن حساب كتلة الجسم باستخدام المعادلة التالية:
T = 2π√(I / mg)
حيث I هي عزم القصور الذاتي لجسم الاهتزاز و g هو تسارع الجاذبية الأرضية.
مزايا ميزان الوزن النهدي
لميزان الوزن النهدي عدد من المزايا منها:
- دقة عالية: يمكن لميزان الوزن النهدي قياس الكتلة بدقة عالية جدًا، عادةً ضمن جزء من المليون.
- حساسية عالية: يمكن لميزان الوزن النهدي اكتشاف التغيرات الصغيرة في الكتلة، مما يجعله مفيدًا لتطبيقات مثل مراقبة تآكل مواد المركبات الفضائية.
- مناسب لبيئة الفضاء: تم تصميم ميزان الوزن النهدي للعمل في فراغ الفضاء دون الحاجة إلى معايرة.
تطبيقات ميزان الوزن النهدي
تستخدم موازين الوزن النهدي في مجموعة واسعة من تطبيقات الفضاء، منها:
- قياس كتلة الأقمار الاصطناعية والمركبات الفضائية في المدار.
- مراقبة تآكل مواد المركبات الفضائية.
- تحديد كتلة الوقود المتبقي في مركبات الإطلاق.
تطورات حديثة
تتطور موازين الوزن النهدي باستمرار لتحسين دقتها وحساسيتها، وتشمل بعض التطورات الحديثة ما يلي:
- استخدام أنظمة التعليق الكهروميكانيكية بدلاً من الأنظمة الميكانيكية.
- استخدام أجهزة استشعار الليزر المحسّنة لقياس فترات التذبذب.
- دمج تقنيات الذكاء الاصطناعي لتحسين تحليل البيانات.
خاتمة
ميزان الوزن النهدي هو أداة دقيقة وموثوقة لقياس كتلة الأجسام في الفضاء، وقد لعب دورًا حيويًا في استكشاف الفضاء والعمليات الفضائية، ويساهم التطوير المستمر لموازين الوزن النهدي في تعزيز دقة وحساسية هذه التقنية المهمة.
