تطبيقات الفضاء الجوي

استكشف كيف تؤثر بيئات الضغط المنخفض في الفضاء على مقاييس التسارع المرنة المصنوعة من الكوارتز، وأدائها في تطبيقات الفضاء الجوي، ولماذا تظل مثالية لمراقبة الاهتزازات الدقيقة. في مجال رصد الاهتزازات الدقيقة في مدار المركبات الفضائية، أصبح مقياس التسارع المرن المصنوع من الكوارتز، بفضل حساسيته العالية وخصائصه منخفضة الضوضاء، خيارًا مثاليًا لقياس التسارعات الساكنة والديناميكية. ولكن، هل سيؤثر انخفاض الضغط في الفضاء على أدائه؟ ستتناول هذه المقالة هذا الموضوع المحوري بالتفصيل. لماذا تعتبر بيئة الضغط المنخفض بالغة الأهمية بالنسبة لمقاييس التسارع؟ تخيل أن المركبة الفضائية، أثناء عملها في مدار أرضي منخفض على ارتفاع 500 كيلومتر، تعمل في بيئة ذات فراغ عالٍ تتراوح درجة فراغها بين 10⁻⁵ و10⁻⁶ باسكال تقريبًا. وعند تغليف مقياس التسارع المرن المصنوع من الكوارتز، يصبح الضغط الداخلي مساويًا لضغط جوي واحد. ما هي الآثار المترتبة على هذا الاختلاف في الضغط؟ مع ازدياد مدة التشغيل في المدار، يتسرب الهواء داخل العبوة تدريجيًا، وينخفض ​​ضغط الهواء باستمرار، حتى يصل في النهاية إلى حالة توازن مع بيئة الفراغ في الفضاء. خلال هذه العملية، يستمر متوسط ​​المسار الحر لجزيئات الهواء في الازدياد، وقد يتجاوز 30 ميكرومترًا. كما يتحول تدفق الهواء تدريجيًا من التدفق اللزج إلى التدفق الجزيئي اللزج، ثم يدخل في حالة التدفق الجزيئي عندما ينخفض ​​الضغط إلى أقل من 102 باسكال. كيف يؤثر تغير ضغط الهواء على أداء المستشعر؟ في بيئة هوائية، تتأثر حركة الغشاء الحساس لمقياس التسارع الكوارتزي بتأثير التخميد الغشائي. ومع ذلك، مع انخفاض ضغط الهواء، يتضاءل التخميد الهوائي تدريجيًا. وفي حالة التدفق الجزيئي، يكاد ينعدم، فلا يتبقى سوى التخميد الكهرومغناطيسي. تكمن المشكلة الرئيسية فيما يلي: في حال حدوث تسرب كبير للغاز خلال مدة المهمة، سينخفض ​​معامل التخميد الغشائي بشكل ملحوظ، مما سيغير خصائص مقياس التسارع ويمنع الاهتزاز الحر المتناثر من التلاشي بفعالية. في نهاية المطاف، قد يؤثر ذلك على عامل المقياس ومستوى الضوضاء للمستشعر، وبالتالي يهدد دقة القياس. ما مدى أهمية تأثير الضغط المنخفض على عامل المقياس؟ يُظهر تحليل المعايرة الثابتة باستخدام طريقة ميل الجاذبية ما يلي: في بيئة هوائية، تكون القوة الأمامية المؤثرة على مركبة البندول هي mg₀، وقوة الطفو f_b هي ρVg₀. القوة الكهرومغناطيسية f تساوي الفرق بين قوة الجاذبية وقوة الطفو.\[ f = mg_0 - ρVg_0 \] فيما بينها:كتلة البندول m = 8.12×10⁻⁴ كجمكثافة الهواء الجاف ρ = 1.293 كجم/م³حجم الجزء المتحرك من مكون البندول V = 280 مم³التسارع الجاذبي g₀ = 9.80665 م/ث² تُظهر الحسابات أن نسبة قوة الطفو إلى وزن مكون البندول نفسه تبلغ حوالي 0.044%. وهذا يعني أنه في بيئة مفرغة من الهواء، عندما يصل ضغط الهواء إلى حالة التوازن داخل وخارج الجهاز، يتغير معامل قياس مقياس التسارع المرن المصنوع من الكوارتز بنسبة 0.044% فقط. الأداء في التطبيقات العمليةتشير التحليلات النظرية إلى أن تأثير بيئات الضغط المنخفض على عامل مقياس المستشعر أقل من 0.1%، وأن تأثيره على دقة القياس ضئيل للغاية. وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى سلسلة AC-1 من مقاييس التسارع المرنة المصنوعة من الكوارتز، وهي نموذج مصمم خصيصًا لتطبيقات الفضاء. ومن بينها، يتميز طراز AC-1A بأعلى دقة، ويتمتع بالخصائص الممتازة التالية:- قابلية تكرار بدون انحياز ≤ 10 ميكروغرام- عامل المقياس 1.05 - 1.3 مللي أمبير/غرام- قابلية تكرار عامل المقياس ≤ 15 ميكروغرام هذه المؤشرات تجعلها مناسبة تمامًا لمراقبة بيئة الاهتزازات الدقيقة للمركبات الفضائية في المدار، ويمكن أيضًا تطبيقها على أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي ذات متطلبات الدقة العالية وأنظمة قياس الزاوية الثابتة. الخلاصة: جدوى التطبيقات الفضائية يشير التحليل الشامل إلى ما يلي:1. الحد الأقصى لتأثير بيئة الفراغ على عامل المقياس لا يتجاوز 0.044%.2. تأثير بيئة الضغط المنخفض على عامل مقياس المستشعر أقل من 0.1٪.3. يمكن تجاهل التأثير على دقة القياس. لذا، يُعدّ مقياس التسارع المرن المصنوع من الكوارتز مناسبًا تمامًا للتطبيقات المدارية طويلة الأمد. ولا يؤثر الضغط المنخفض أو بيئة الفراغ إلا تأثيرًا طفيفًا على عامل قياسه ومستوى الضوضاء فيه. وتُقدّم هذه النتيجة ضمانًا تقنيًا موثوقًا لرصد الاهتزازات الدقيقة للمركبات الفضائية، كما تُبرهن على الأداء المتميز لمقياس التسارع المرن المصنوع من الكوارتز في البيئات القاسية. AC-1مهما كانت احتياجاتك، فإن مايكرو ماجيك بجانبك.