في وقت تتسابق وكالات الفضاء العالمية نحو العودة إلى سطح القمر، يبرز خطر غير متوقع، ليس ناتجا عن إشعاعات أو درجات حرارة قاسية، بل عن غبار مجهري يكسو سطح القمر.
ولا يُرى هذا الغبار بالعين المجردة، لكنه شديد الالتصاق، وحاد كالإبر، وسام كيميائيا، ويشكل تهديدا حقيقيا لمعدات رواد الفضاء وصحتهم، وبشكل خاص خلال رحلات الفضاء الطويلة المستقبلية، والتي قد تتضمن بقاء على سطح القمر.
وفي مواجهة هذا “العدو الخفي”، يعمل فريق من جامعة سنترال فلوريدا الأميركية، على تطوير طلاء نانوي ذكي قادر على التصدي لهذا الغبار قبل أن يلتصق بالمعدات أو بالرواد.
تكنولوجيا نانوية لمشكلة قديمة
وحتى الآن، تعتمد معظم الجهود للسيطرة على هذا الغبار الحاد جدا، واللزج جدا، والسام جدا، على دراسات أُجريت على الأرض، ولكن المميز في هذا المشروع هو سعي أعضائه لفهم أعمق للتفاعلات داخل بيئة تحاكي القمر لتوجيه التصميم نحو الطلاء المثالي.
ولتحقيق ذلك يتم إجراء تجارب داخل غرفة تفريغ تحاكي بيئة القمر، باستخدام مادة محاكية لغبار القمر الذي يعرف بـ”ريغوليث”، بهدف معرفة كيف تتفاعل الجزيئات مع الأسطح المصممة، خاصة في ظروف الإشعاع الشمسي والجسيمات المشحونة.
ويقول البروفيسور لي زهاي، مدير مركز تكنولوجيا النانو وقائد المشروع في تقرير رسمي نشره الموقع الإلكتروني للجامعة: “سنضع الطلاءات والأسطح المصممة داخل الغرفة المفرغة مع غبار القمر المحاكى، وندرس كيفية تفاعل الغبار معها، وسنستخدم أيضا مصادر إشعاع ومجهرا ذريا لفهم التفاعلات على مستوى الجزيئات”.
ويوضح أن هذه البيانات ستساعد الفريق على تعديل خصائص الأسطح مثل الصلابة، والبنية الدقيقة، والتوصيلية الكهربائية، للوصول إلى تصميم مثالي يقلل من التصاق الغبار.
رواد الفضاء في خطر
والدور المهم لزهاي وفريقه هو توفير الطلاء المناسب، ثم يتم تسليمه إلى أستاذة الفيزياء الدكتورة لورين تيتارد لدراسة التفاعل باستخدام المجهر الذري، وإلى أستاذة الفيزياء ورئيسة القسم الدكتورة أدريان دوف التي تجري التجارب في بيئة محاكاة القمر.
وتقول الدكتورة أدريان دوف، أستاذة الفيزياء ورئيسة القسم: “غبار القمر أحد أكبر التحديات التي تواجهنا في رحلات الفضاء الطويلة، المشكلة ليست فقط في تنظيفه، بل في الحد من التصاقه منذ البداية. نحن نستخدم هذا المشروع كفرصة لتطبيق بحث علمي مباشر لحل مشكلة حقيقية”.
وتوضح أنها عملت لسنوات على دراسة تفاعلات غبار القمر، وتتابع: “أحد أساليبنا لقياس قوة الالتصاق هو تغطية سطح بالغبار، ثم تدويره بسرعة عالية باستخدام جهاز طرد مركزي لمعرفة متى تبدأ الحبيبات بالانفصال”.
وتقارن دوف بين غبار القمر والرمال العادية قائلة: “عندما نزور الشاطئ ونعود مغطين بالرمال، يمكننا مسحها بسهولة، لكن غبار القمر لا يُشبه هذا، إنه أخشن، وأصعب في التنظيف، بل وقد يخدشك بسهولة”.
تعاون متعدد التخصصات
ومن جانبها، تقول الدكتورة لورين تيتارد، المتخصصة في المجهر الذري: “نحن نطور منصة جديدة تربط بين علم النانو والفضاء بطريقة مبتكرة، وسنجري القياسات في ظروف تحاكي بيئة الفضاء، والبيانات التي نحصل عليها ستستخدم لتحسين تصميم الأسطح”.
ويشارك في المشروع أيضا الدكتور طارق الجوهري، أستاذ الهندسة الميكانيكية والفضائية، الذي يعمل على تصميم محاكاة حاسوبية تدرس تفاعلات الغبار مع الأسطح.
ويقول “نحن نحاول فهم كيفية انتقال الشحنات الكهربائية بين الجزيئات، وما إذا كانت تتراكم أو تتبدد، هذا الجانب أساسي لتصميم إستراتيجيات الحماية السلبية”.
ويأمل الباحثون أن يضعوا حدا لأثر هذا الغبار “المزعج” عبر تقنيات نانوية ذكية تحمي المعدات والأطقم، دون الحاجة إلى التنظيف اليدوي أو التأثير على الأجهزة الحساسة.
ويقول الباحثون: “إذا كان الغبار لا يُمكن تجنبه، فربما يمكن منعه من الالتصاق، وهذا ما نأمل في تحقيقه قبل أن تخطو البشرية خطوتها التالية على سطح القمر”.