المركبات الفضائية والكهرباء الساكنة - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

تقنية المستقبل المركبة الفضائية والكهرباء الساكنةSpacecraft and Static Electricity--- SECTION: معظم الأجسام على الأرض لا تتراكم عليها شحنات كهربائية --- معظم الأجسام على الأرض لا تتراكم عليها شحنات كهربائية بصورة خاصة لضرر القوس الكهربائي. وإضافة إلى الأضرار ساكنة كبيرة؛ وذلك بسبب ملامسة سطوح هذه الأجسام لطبقة التي قد تلحق بمكونات المركبة الفضائية فإن تراكم الشحنة قد رطبة تعمل على نقل الشحنات من الأرض أو إليها؛ حيث يمكن يعرض طاقم المركبة إلى الخطر في أثناء سيرهم في الفضاء. للأرض استيعاب أي كمية من الشحنات، كما تعلمت في هذا الفصل. أما في الفضاء فلا توجد رطوبة، كما أن الأرض بعيدة، لتفريغ فرق الجهد وحماية المركبة والطاقم يجب أن يوصل لذا تصطدم الجسيمات المشحونة التي تنطلق خارجة من الشمس السطح الخارجي لمحطة الفضاء بسحابة البلازما المحيطة به؛ أو تلك الموجودة في طبقة الأيونوسفير وذلك بموصل كهربائي، يسمى قواطع بالمركبة الفضائية وتلتصق بها، فتشحن البلازما. يبدأ التوصيل على متن المحطة سطح المركبة الفضائية بآلاف الفولتات.--- SECTION: البلازما والشحن البلازما --- البلازما والشحن البلازما إحدى حالات المادة، وتتكون من إلكترونات حرة وأيونات موجبة. تكون المركبة الفضائية في مدارها محاطة بسحابة رقيقة من هذه البلازما. وتتحرك الإلكترونات في البلازما بسهولة أكثر من الأيونات الموجبة الضخمة، لذا يميل سطح المركبة الفضائية إلى جذب الإلكترونات، فيحدث تراكم للشحنة السالبة. وتجذب هذه الشحنة السالبة بعض الأيونات الموجبة الثقيلة، التي تصطدم بالمركبة الفضائية فتلحق الضرر بسطحها. هناك صعوبة إضافية على متن محطة الفضاء الدولية؛ ناتجة عن صف الألواح الشمسية التي تحول الطاقة الشمسية إلى كهرباء. فعندما تزود هذه الألواح محطة الفضاء بالطاقة يصبح جهد سطح المركبة الفضائية قريباً من جهد الألواح الشمسية. ونتيجة لذلك قد يحدث قوس كهربائي (تفريغ كهربائي مستمر في صورة شرر متكرر الحدوث) بين محطة الفضاء والبلازما المحيطة بها.في مكان تأين غاز الزينون - المتدفق من مستودع في وحدة قواطع البلازما PCU- بواسطة تيار كهربائي. ويحدث هذا التأين عند مجمع الكاثود (القطب السالب). ويكون الزينون المتأين في حالة البلازما، ويخرج من المركبة عن طريق مجمع الكاثود. ويعمل تيار البلازما الموصل على وصل المركبة بسحابة البلازما المحيطة بها، مما يؤدي إلى خفض فرق الجهد إلى مستويات آمنة.--- SECTION: عواقب تكون القوس --- عواقب تكون القوس درجة حرارة الأقواس الكهربائية المتكونة كبيرة جداً، كما أنها تحمل تياراً كهربائياً كبيراً، لذا يمكنها أن تشعل الصواريخ الرجعية قبل أوان تشغيلها، ويمكنها تفجير براغي التثبيت، وتتداخل مع المعدات الإلكترونية الخاصة بتشغيل المركبة الفضائية. كما أن الألواح الشمسية معرضة--- SECTION: تطبيقات مستقبلية --- تطبيقات مستقبلية قد تصمم المركبة الفضائية المستقبلية بدمج قواطع البلازما في نظام الدفع. ففي صاروخ البلازما المغناطيسية ذي الدفع النوعي المتغير مثلاً قد يستخدم عادم البلازما الناتج لتوفير الربط الكهربائي بين المركبة الفضائية والبلازما المحيطة بها. ويعتقد العلماء أن هذا النوع من الصواريخ سيستخدم في المستقبل للسفر بين الكواكب.--- SECTION: التوسع --- 1. طبق ما الغرض من استخدام قواطع البلازما؟ وإلى أي مدى تشبه استخدام إصبعك في تاريخ الكشاف الكهربائي؟ 2. ابحث كيف يمكن للعلماء معرفة مقدار الشحنة على سطح محطة الفضاء الدولية؟--- VISUAL CONTEXT --- **IMAGE**: وحدة قواطع البلازما Description: An image showing a rectangular electronic device, labeled 'وحدة قواطع البلازما' (Plasma Breaker Unit). It features multiple cylindrical components, possibly capacitors or gas reservoirs, and various connectors, suggesting it is a piece of hardware designed for managing electrical charges in a spacecraft context. Context: This image illustrates a key component used in spacecraft to dissipate static electricity and prevent damage from electrical arcs, as discussed in the surrounding text about plasma and spacecraft charging.**DIAGRAM**: مجمع الكاثود / مستودع الزينون / نموذج PCU Description: A detailed diagram of a spherical chamber, labeled 'مجمع الكاثود' (Cathode Collector), which contains a smaller, internal spherical component labeled 'مستودع الزينون' (Xenon Reservoir). The entire assembly is identified as 'نموذج PCU' (PCU Model). The diagram shows internal structures, possibly electrodes and gas flow paths, within the spheres, indicating a system for generating and managing plasma. Context: This diagram visually explains the internal components and function of a Plasma Contactor Unit (PCU), specifically how xenon gas is ionized within the cathode collector to create plasma, which then helps neutralize the charge on a spacecraft, as described in the accompanying text.