لقد مر ما يزيد قليلاً عن 130 عامًا منذ أن طار الأخوان رايت لأول مرة، وما يزيد قليلاً عن 50 عامًا منذ أن وطأت قدم نيل أرمسترونج على سطح القمر، ولكن لماذا لا تستطيع الطائرات التحليق في الفضاء؟ هناك العديد من الأسباب منها أن الطائرة تحتاج لمجموعة من القوى المتوازنة حتى تطير ولكن في الفضاء لن تكون كذلك مثلًا بسبب انعدام الجاذبية واختلاف نوعية الهواء وعدم قدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية.
كيف تطير الطائرات
في البداية علينا معرفة كيف تطير الطائرات في المقام الأول، فعندما نتحدث عن الطيران، فإننا نعني عادةً توليد قوة الرفع (generating lift)، ولكن ماذا يعني ذلك في الواقع؟ عندما نفكر في قوة الرفع، عادة ما نتخيل أنه يندفع الهواء أسفل الأجنحة، وفي حين أن هذا صحيح من الناحية الفنية، فإن كيف وما الذي يفسر ذلك وكيف ولماذا تطير الطائرات، وما الذي هو مفقود في المعادلة لرحلة الفضاء.
لسبب واحد، فإن الرحلة هنا على الأرض تدور حول كيفية تأثير الهواء على الأجنحة، حيث يرتد حول الجناح المنحني، مما يزيد من ضغط الهواء تحت الأجنحة مع تقليل مقدار ضغط الهواء فوق الجناح، وهذا هو السبب الرئيسي لقوة الرفع ومع ذلك، حتى هذا هو نصف المعادلة فقط، حيث أن توليد قوة الرفع وحدة لا يكفي إذا كانت الطائرة غير قادرة على المضي قدمً ، فلن يكون ذلك مهمًا.
لهذا السبب يلعب كل من قوة الدفع الناتجة من المحرك وقوة السحب والجاذبية دورًا أيضًا، فيجب أن يكون الدفع كبيرًا بما يكفي للمساعدة في إبقاء الجيوب الهوائية تتحرك بعيدًا عن جناح وجسم المركبة بطريقة تعوض عن قوة السحب التي تدفعها للخلف وقوة الجاذبية التي تجذبها للأسفل.
ومع ذلك، في حين أن التوازن الدقيق لجميع هذه القوى ضروري لتمكين الطائرة من القيام برحلة، إلا أنه غير موجود بنفس الطريقة عندما يتعلق الأمر بالسفر إلى الفضاء.
لماذا لا تطير الطائرات في الفضاء
اختلاف القوى المؤثرة عليها مقارنة بالأرض
إن الرحلة كما نعرفها تعتمد على جاذبية الأرض، حيث يتم بناء الطائرات بطريقة لتعويض هذه الجاذبية، لكن الجاذبية للأرض مختلفة عما هو موجود في الفضاء، ونظرًا لعدم وجود نفس قوة الجاذبية المتسقة التي تسحب المركبة إلى أسفل، فإن المفهوم الكامل لمبدأ الطائرة سوف يتغير.
وينطبق الشيء نفسه على احتكاك الهواء وقوة الرفع والسحب، حيث أنه في حالة عدم وجود عوامل مثل سرعة الرياح في الفضاء، فإن المبادئ التي تنشئ قوة الرفع تحت أجنحة الطائرة لا تنطبق ببساطة.
تصميم المركبة الذي لا يتناسب مع درجات الحرارة
وهناك أيضًا حقيقة أن الدخول إلى غلافنا الجوي أو الخروج منه يولد كمية لا تصدق من الحرارة، مثلًا إذا تم رؤية شهابًا، فهذا في الواقع نيزك أو نوع آخر من الحطام الفضائي الذي يدخل الغلاف الجوي للأرض ويحترق، حيث تتطلب مكوكات الفضاء درعًا حراريًا خاصًا لتكون قادرة على تحمل الاحتكاك المذهل الذي يولد الحرارة التي تحرق هذا الحطام.
والسؤال المهم الآن ما مدى سرعة مكوكات الفضاء عندما تدخل الغلاف الجوي للأرض؟ على الأقل 4.7 ميل في الثانية، وهو أمر يؤدي إلى توليد ما يصل إلى 2900 درجة فهرنهايت، ويمكن لمركبة طاقم مكوك الفضاء أن تتعرض لدرجات حرارة تصل إلى 3400 درجة فهرنهايت، حيث ان هذا حار بدرجة كافية لإذابة الحديد والنيكل، وبالنظر إلى الصورة التي تتضمن طبقات الأرض وتحليلها فإن الطبقة البرتقالية هي طبقة التروبوسفير.
حيث يتم إنشاء واحتواء كل الطقس والغيوم التي نشاهدها ونختبرها عادةً، وتقوم هذه الطبقة البرتقالية على إفساح الطريق إلى طبقة الستراتوسفير البيضاء ثم إلى الميزوسفير، وغني عن القول إن طائرة بوينج 747 المتوسطة ليست مصممة لتحمل هذا النوع من الحرارة ولا حتى قريب منها وبالتالي، فإن الطائرة التي تحاول مغادرة الغلاف الجوي للأرض ستحترق قبل أن تقترب من إزالة الغلاف الجوي، وهذا نفسه بالعودة إلى الداخل.
ماذا لو تم إرفاق نوع من الحماية ضد الحرارة مثل الذي يحمي المكوكات الفضائية
حتى لو وضعنا جانباً حقيقة وضع مثل هذه الدروع من الواضح أنها ليست مصممة مع وضع الطائرات في الاعتبار، حيث يتعين على الطائرات بالفعل تحقيق توازن دقيق لتكون خفيفة بدرجة كافية لتوليد قوة رفع كافية لتظل محمولة جواً، وقد يؤدي زيادة وزنها بسبب وضع المزيد من الحماية من الحرارة إلى جعل ذلك صعبًا، إن لم يكن مستحيلًا.
وهذا لا يأخذ في الحسبان درجة الحرارة التي سيتعرض لها الأشخاص على متن الطائرة، حتى لو كانت الطائرة محمية بطريقة ما بما يكفي لعدم الذوبان لأنها بدأت في دخول الغلاف الجوي، فستكون مع ذلك شديدة الحرارة بالنسبة للركاب على متنها.
تسارع الطائرة الكبير
ليس هذا فقط، ولكن من الواضح أن دخول الفضاء ينطوي على الكثير من قوى التسارع، حيث أن هذا بالفعل أدى إلى تولد الكثير من الضغط على جسد رائد الفضاء المدرب، وسيكون موظفو وركاب الطائرة غير المدربين وغير المحميون مرضى بشكل مروع في أحسن الأحوال ويحتمل أن يتعرضوا لظروف قاتلة في أسوأ الأحوال.
اختلاف نوع الهواء أو انعدامه
هناك حقيقة أنه ليس كل الهواء هنا داخل حدود الأرض متماثل على وجه التحديد، كلما تقدمت الطائرة في الأعلى، أصبح الهواء أرق وأضعف، مثلًا عند زيارة دنفر أو أي مكان آخر به قمم ومناطق عالية الارتفاع، فأننا نعلم ذلك جيدًا، حيث يكون الهواء أرق في أماكن كهذه، مما له عواقب حقيقية على الأشخاص الذين يعيشون هناك ويزورونها.
وفي هذه الحالة، كلما صعدنا إلى الأعلى وكان الهواء أرق، يبدأ في النهاية في أن يصبح فراغًا، وهو أمر غير ممكن لأغراض الطيران لأسباب تتعلق بقوة الرفع والسحب المذكورة أعلاه، حيث تم إنشاء أجنحة الطائرة بحيث ينزلق الهواء بشكل أسرع أعلى الجزء العلوي من الأجنحة وأبطأ أسفل الجزء السفلي منها، ويؤدي الفارق الدقيق بين سرعات الهواء هذه إلى اختلاف في الضغط والذي يقود إلى رفع “الطائرة، والسماح لها بالطيران.
أي أن السبب الرئيسي لعدم قدرة الطائرات على الطيران في الفضاء هو عدم وجود هواء وفقًا لوكالة ناسا، لا يمكن للطائرات التجارية الكبيرة أن تطير على ارتفاع يزيد عن 7.5 ميل فعلى هذا الارتفاع، لا يكون الهواء كثيفًا بدرجة كافية لدعم طائرة كبيرة، وقد ينتج عنه بعض الرفع، ولن يكون كافيًا لمنع الطائرة من السقوط على ارتفاع منخفض حيث يكون الهواء أكثر كثافة.
في الفضاء، بالطبع لا يوجد هواء على الإطلاق وبدون وجود الهواء، لن تنتج طائرة كبيرة ولا طائرة صغيرة قوة الرفع، ببساطة لا يوجد هواء للسفر فوق وتحت أجنحة الطائرة في الفضاء، وهذا هو السبب الرئيسي لعدم تمكن الطائرات من الطيران هناك، وسبب آخر هو أن الطائرات تتطلب الهواء لتوليد الاحتراق على سبيل المثال الطائرات النفاثة تحرق مزيجًا من وقود الطائرات والهواء في غرفة الاحتراق بمحركاتها.
وعندما يحترق وقود الطائرات والهواء، ينتج عنه قوة دفع لدفع الطائرة عبر الهواء، وينطبق هذا المبدأ نفسه على السيارات ذات محرك غاز الاحتراق، حيث تستخدم السيارات والشاحنات وسيارات الدفع الرباعي الهواء كجزء من عملية الاحتراق، وإذا حلقت طائرة في الفضاء، فلن تكون قادرة على امتصاص الهواء النقي لتزويد محركاتها به، مما يؤدي إلى فقدان قوة الدفع.
حاجة الطائرات لحمل خزانات الأكسجين
بالإضافة إلى ذلك، يحمل الصاروخ العديد من الإضافات على متنه للمساعدة في رحلته، بما في ذلك خزانات الأكسجين كما ثبت، يوجد القليل جدًا من الأكسجين في الغلاف الجوي، والأكسجين ضروري للمساعدة في تغذية الدفع اللازم للدخول إلى الغلاف الجوي وعبره وبالتالي تحمل هذه الصواريخ خزانات أكسجين على متنها للمساعدة في ذلك، وستؤدي إضافة هذه الخزانات إلى الطائرات إلى زيادة وزنها، وهذه مشكلة.
