ليزر في السقوط الحر

تجارب الليزر عالية الطاقة تحت انعدام الوزن

ليزر ADL - معد للسقوط © ZARM
قراءة بصوت عال

يبدو الأمر مجنونًا: يسقط علماء معهد التقنيات الضوئية (IPHT) في بريمن النموذج الأولي الوحيد لنظام الليزر ADL شديد التعقيد والذي يبلغ وزنه 400 كيلوجرام من ارتفاع 120 مترًا. لكن التجارب غير العادية تخدم غرضًا جيدًا: فهي توفر رؤى مهمة لتطوير محركات منخفضة الانبعاثات ووقودًا أفضل.

نتائج فريدة من خلال انعدام الوزن

يمكن للفيزيائيين حول Wolfgang Paa إجراء قياسات باستخدام الليزر الخاص بهم في أربع ثوانٍ ونصف فقط من السقوط الحر ، وهو أمر ممكن تحت أي ظروف أخرى. تهدف هذه التجربة ، التي تنجح الآن لأول مرة في برج الهبوط التابع لمركز بريمن لتكنولوجيا الفضاء التطبيقي والجاذبية الصغرى (ZARM) ، إلى معرفة المزيد عن عمليات الاشتعال والاحتراق التي تحدث في المحركات أو توربينات الغاز.

يقول با: "يوفر انعدام الوزن مزايا حاسمة". "لهيب في السقوط الحر كيمياء مبسطة من خلال نقل كتلة أقل وشكل هندسي أبسط من الظروف العادية ، مما يسهل إلى حد كبير القياسات وتقييم النتائج."

يوجد في قلب النظام ليزر قرص خاص تم تطويره في IPHT Jena ("Advanced Disk Laser" ، ADL). بناءً على المتطلبات ، يمكن ضبط الطول الموجي لضوء الليزر المنبعث منه تمامًا. نتيجة لذلك ، يمكن للمرء دراسة العديد من المواد الكيميائية المختلفة التي يتم إنتاجها كوسيط أثناء الاحتراق وتحويلها في النهاية إلى منتجات نهائية غازية أو صلبة.

من ثلاثة أمتار مربعة إلى 70 سنتيمترا

مثل نظام الليزر في حد ذاته تحفة فنية. ولكن التحدي الخاص لعلماء IPHT كان جعل ADL مناسبة للاستخدام في انعدام الوزن. يقول ولفجانج باا: "استغرق نظامنا الأصلي ثلاثة أمتار مربعة في المختبر وعمل فقط على طاولات خاصة مبللة بالاهتزاز - بالطبع لا يمكنك ذلك ولن تدع هذا الانخفاض". عرض

إلى جانب زملاء من معهد أدوات الإشعاع في جامعة شتوتغارت و ZARM في بريمن ، عمل موظفو قسم تشخيص الليزر في IPHT ، بدعم من وكالة الفضاء الألمانية DLR ، لمدة ثلاث سنوات لجعل الليزر مناسبًا لبرج الإسقاط. كان على الباحثين تقليص حجم النظام بحيث يمكن ترتيب جميع المكونات على ثلاثة مستويات بقطر 70 سم لكل منهما.

"بالإضافة إلى الحجم الصغير ، كان علينا التأكد من انخفاض الوزن والحد الأدنى من استهلاك الطاقة ، بحيث يمكن للجهاز العمل مع البطاريات عند السقوط" ، يشرح Paa ، ومع هذا كله كبير يمكن تحقيق مقاومة الصدمات المحتملة

الاختبارات الأولى بالفعل في عام 2005

في بداية عام 2005 ، حدث أول إسقاط لنظام الليزر. عانى الليزر من انعدام الوزن تقريبًا ، فإن الجاذبية الموجودة في برج الإسقاط ليست سوى بضعة ملايين من قوة الجاذبية الطبيعية. تفوقت ADL على السقوط من 120 مترًا وحملها بوزن 35 مرة وهبطت بأمان بسرعة قصوى تبلغ 167 كم / ساعة في حاوية بارتفاع ثمانية أمتار مع كرات من البوليسترين بحجم رأس الدبوس.

يتذكر الفيزيائي با ، الذي يقول: "لقد كان نجاحًا عظيمًا أن وظائف نظام الليزر لدينا لم تتأثر بالانتقال إلى انعدام الوزن والتباطؤ" ، ولكن حتى أول تجارب ناجحة على اللهب مرت آخر جيدة سنتين ونصف

إن ADL ، الذي تم تطويره لتجارب برج السقوط ، هو الآن لإثبات نفسه في سياقات أخرى: إنه يوفر إمكانيات جديدة تمامًا للتحقيق في عمليات الاحتراق داخل المحركات أو تحسين العملية في غرف احتراق التوربينات الغازية. يمكن أيضًا تصور استخدام النظام في الفضاء ، على سبيل المثال في محطة الفضاء الدولية ISS.

(معهد التقنيات الضوئية ، 12.12.2007 - NPO)