بدلة الفضاء.. أبهظ لباسٍ يرتديه بشر

في عزلة مريعة وبعيدا عن منزله، يقف رائد الفضاء على شفا منحدر فضائي عائماً في الفراغ حائما حول مركبته التي تدور به حول موطنه الأرض في مهمة خاصة جدا تُعرف بـعملية السير في الفضاء (Spacewalk) ينجزها بعض رواد الفضاء عبر رحلات عمل طويلة في الفضاء الخارجي.

يشار إلى هذه العمليات على أنها الأنشطة التي يقوم بها الرواد خارج مركبة الفضاء عن طريق ربط أنفسهم بالمركبة بواسطة حبلٍ مرن يسمح لهم بالتنقل دون انفلات عن موقعهم، والهدف من عمليات السير في الفضاء هو القيام بتجارب علمية مباشرة في بيئة فضائية قاسية بعيدا عن العوازل الواقية مقارنة بما هو الحال داخل المركبة، بالإضافة إلى قيامهم بعمليات إصلاح للأجزاء المعطوبة والتالفة على سطح المركبة بدلا من إرسالها إلى الأرض ثم إرجاعها مجددا إلى الأعلى، وبالتالي يتم توفير كثير من التكاليف المالية.

لا يبدو الأمر بتلك البساطة كما لو أنه نزهة على شواطئ جزر المالديف أو رحلة في المنطاد على تلال نيفادا، بل الأمر في غاية الصعوبة ويحتاج إلى الكثير من التدريب للتأقلم مع تلك البيئة القاسية التي تنعدم فيها الجاذبية أو تكاد. فمنذ أن بدأت رحلات الفضاء الاستكشافية في ستينيات القرن الماضي، عهدت وكالة الفضاء الأمريكية ناسا (NASA) إلى تدريب روادها في برامج مكثفة تحت ظروف صعبة تحاكي بيئة الفضاء، ولم يكن ثمة مكان أفضل من قيعان الأحواض المائية العملاقة لإنجاز هذه المهمة.

فما يتعرض له رواد الفضاء تحت الماء يشبه إلى حدٍ كبير انعدام الجاذبية في الأعلى، بفضل الميزة الفيزيائية للموائع والتي تُعرف بالطفو المحايد (Neutral Buoyancy)، وهي الحالة التي يتعرض بها الجسم المنغمر إلى تساوٍ بين كثافته وكثافة المائع المحيط به فيتحرر الجسم تحت الماء من قيود الجاذبية الأرضية فلا هو يغرق ولا هو يطفو.

في مطلع عام 1966 على سبيل المثال، تدرب رائد الفضاء الشهير بز ألدرين (Buzz Aldrin) ضمن برنامج مكثف في حوض مائي في ولاية ماريلاند استعدادا لرحلات مشروع جَميناي الفضائي. وقد ضمّ موقع التدريب مجسمات مشابهة لتلك التي سيتم استخدامها في الفضاء لاحقا، حيث يتمرن رواد الفضاء على استخدام الآلات وإصلاحها والتنقل بها محاكاة لما سيقومون به خارج مركبة الفضاء الحقيقية.

ويقدّر علماء الفضاء والباحثون أن كل ساعة يقضيها رائد الفضاء خارج مركبة الفضاء تعادل 7 ساعات من التدريب تحت الماء على عمق 40 قدما.¹

ولم تكن مسألة تدريب الرواد تحت الماء لإرسالهم بعد ذلك إلى الأعلى العائق الأكبر، إنما تمثل العائق في توفير اللباس المناسب الذي يكفل حماية أجساد الرواد من أخطار بيئة الفضاء كالحرارة والبرودة الشديدين والأشعة الضارة القادمة من الشمس ومن أعماق الكون، وكذلك للبقاء على قيد الحياة من خلال التنفس وتوفير الضغط الطبيعي للجسم.

تضحيات الحيوان.. طريق البشرية للفضاء

ومن دون قاعدة بيانات لتصميم الزي الملائم لرائد الفضاء سيكون الأمر مبنيا على تخمينات غير علمية. فأكثر ما يلزم الخبراء في هذه المرحلة دراسة مدى تأثير البيئة الفضائية على المخلوقات الحية، وأسهل ما يمكن تطبيق التجارب العلمية عليه هي الحيوانات؛ كبش الفداء والسبيل إلى فهم طبيعة الفضاء لتسهيل دخول بوابته الكبيرة بعد ذلك. لذا فإنه أُرسلت العديد من الحيوانات كالقرود والكلاب والفئران والسلاحف والأرانب وغيرها مرارا وتكرارا على مدار سنوات البحث الطويلة التي بدأت منذ العام 1947 ولم تتوقف.

وفي إطار برامج الفضاء الأمريكية والروسية المتنوعة التي بلغت أوجها أثناء الحرب الباردة، كان لكثير من حيوانات التجارب قصص تُروى، وقصة الكلبة لايكا هي الأبرز بينها لأنها حظيت بلقب “رائدة الفضاء الروسية” كونها أول حيوان يدور حول الأرض، وذلك في عام 1957 على متن مركبة الفضاء الروسية “سبوتينك2″، وقد تم تزويدها بوجبة طعام واحدة وبإمدادات من الأوكسجين تكفيها لسبعة أيام، إلا أنها ماتت بعد نحو 5 ساعات بسبب ارتفاع درجة الحرارة أثناء اختراق الغلاف الجوي للأرض.²

ولولا التضحيات الحيوانية الكبيرة التي رافقت مشروع البشرية للوصول إلى القمر، لما أدرك الإنسان طبيعة بيئة الفضاء القاسية، ولما أدرك أهمية اختراع بدلة الفضاء التي كانت المنقذ الأكبر. فقد شهد عام 1961 صناعة أول بدلة فضاء في العالم على أيد روسية، وكانت تعد الإنجاز الأعظم آنذاك لأنها منحت الإنسان أولى خطواته الواسعة نحو الفضاء الخارجي بأكبر قدرٍ من الضمان على حياته.

أول بدلة فضاء.. لكل شيء بداية

في أعقاب الحرب العالمية الثانية عام 1945 ومع احتدام الصراع بين الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفياتي بظهورهما كقوتين عُظمَيين في المجال العسكري والسياسي والاقتصادي، ظهرت الابتكارات العلمية التي تجوب الأرض بفضل ذلك النزاع الذي أثر إيجابا بطبيعة الحال على المجال العلمي في العالم، لا سيّما في أمريكا وروسيا عينهما.

ففي عام 1957 أرسلت روسيا أول قمر صناعي يدعى “سبوتنيك1” (Sputnik 1) في مغامرة بشرية هي الأولى من نوعها، وبعدها بأشهر قليلة لم تتوان أمريكا عن إرسال قمرها الصناعي الأول “إكسبلورر1” (Explorer1)، تلتهما عدة مهام فضائية من قبل الدولتين على مدار أربع سنوات، حتى جاءت اللحظة التي دخلت روسيا فيها التاريخ بإرسال أول إنسان إلى الفضاء.

ومع احتمالية الخطر الكبير من إرسال إنسان إلى الفضاء في ذلك الوقت، فإنّ التفوق على الولايات المتحدة الأمريكية كان أولوية قصوى بالنسبة للاتحاد السوفياتي في ظل سباق الفضاء بين البلدين. ففي المشروع الفضائي الذي عُرف ببرنامج “فوستوك” (Vostok) وأشرف على إطلاق ست رحلات بشرية روسية إلى الفضاء بين عامي 1961 و1963؛ كانت الرحلة الأولى من نصيب رائد الفضاء “يوري غاغارين” الذي استقل مركبته “فوستوك1” (Vostok1) بتاريخ 12 أبريل/نيسان 1961، وحلق عاليا في مدار منخفض حول الأرض لمدة 108 دقائق ليصبح بعدها رمزا أسطوريا في البلاد وعلامة فارقة في تاريخ التقدم التكنولوجي.

وتُعد بدلة الفضاء “إس كي1” (SK-1) التي لبسها يوري غاغارين أول بدلة ارتداها إنسان خارج الغلاف الجوي للأرض. وتتكون البدلة من خوذة محصّنة غير قابلة للفصل عن الزي، وطوق مطاطي يمكن نفخه في حالة الهبوط على البحر أثناء العودة، ومرآة مُخاطة بأحد الأكمام تسمح لرائد الفضاء بالوصول إلى ما يصعب رؤيته من مفاتيح ووصلات كهربائية حوله، بالإضافة إلى قُفازات وأحذية جلدية ثقيلة وسماعة مغطاة بالجلد المدبوغ.³

وعلى الرغم من بساطة البدلة على ما تبدو عليه في ظاهرها، فإنها أدت المهمة على نحوٍ متقن، فقد كانت مجرد بداية نحو بوابة واسعة لحقل من التجارب والابتكار، إذ لم يكتفِ المصنّعون بتزويد البدلة بالضروريات اللازمة لنجاة رائد الفضاء، بل وصلوا إلى مستوى كبير من الرفاهية، ربما كانت رفاهية مُلِحّة في أوقاتٍ معينة؛ مثل أن يصاب رائد الفضاء بحكة في أنفه أثناء عمله خارج مركبة الفضاء، فماذا عليه أن يفعل حينها؟ بالطبع، لن تكون فكرة سديدة أن يخلع خوذته ليحك أنفه بيده، لأنه بذلك سينتهي به الحال جثة عائمة في الفضاء، ومن المؤكد أن أحدا لا يريد ذلك لنفسه، لذا فإن العلماء صمموا جهازا خاصا يمكن استخدامه لحك الأنف متى تطلب الأمر. تلك كانت البداية، وكثيرة هي الأفكار التي زيدت على بدلة الفضاء بعد ذلك.

بدلات فضاء حديثة.. مرونة ورفاه

يتم تصميم بدلات الفضاء لتوفير أكبر قدر من الأمان لرائد الفضاء، وذلك لما يواجهه من تحديات كبيرة يجب التعامل معها كانعدام الجاذبية واختلاف الضغط الكبير وانعدام الأوكسجين والتعرض لأشعة الشمس المسرطنة، وعلى المصممين أن يتجاوزوا كل تلك التهديدات بحِرَفية عالية هندسيا وصحيا.

وقد تحقق ذلك حقا، فأصبح رواد الفضاء ببدلاتهم الحديثة قادرين على السير أو السباحة خارج مركباتهم الفضائية في مهام لا يمكن أن يقوم بها سوى الإنسان، مثل إصلاح تلسكوب هابل (Hubble Space Telescope) أو تركيب أجزاء جديدة خارج المحطة الفضائية الدولية (ISS). ولأن العمل قد يستغرق بضع ساعات تصل في حدها الأقصى إلى ثماني ساعات متواصلة، فقد تم تصميم هذه البدلة على نحو ملائم لتوافي جميع ما هو ضروري لمرتديها. وأبرز ما تحتويه بدلات الفضاء الحديثة هو:

النظام الفرعي الداعم للنجاة:

ويوفر هذا الصندوق لرائد الفضاء العديد من اللوازم التي تبقيه على قيد الحياة لساعات طويلة، كجهاز الإمداد بالأوكسجين، وجهاز شفط ثاني أوكسيد الكربون الناتج عن عملية التنفس، بالإضافة إلى بطارية كهربائية ونظام تبريد للجسم يبقيه عند درجة حرارة واحدة، وأخيراً نظام إنذار يقوم بتحذير رائد الفضاء من أي عطب قد يصيب البدلة. ويتم ارتداء هذا الصندوق كأنه حقيبة ظهر.

البطانة العلوية للبدلة:

تعد هذه القطعة الأساس الصلب الذي ترتكز عليه بقية أجزاء البدلة، وتغطي من الجسم الصدر والظهر، ومهمتها توصيل حقيبة النظام الفرعي الداعم للنجاة بجسم رائد الفضاء، كما أنها تسمح بتدفق الماء عبر الأنابيب وتوفر مساحة لمرور الأوكسجين في الجسم بسهولة.

وإذا أحس رائد الفضاء بالجوع فسيجد جيباً صغيرا فيها يمكن استخدامه لوضع لوح من الشوكولاته أو الرز المجمّد، فيقوم بقضم اللوح بفمه ثم يسحب الباقي إليه. لكن جلّ رواد الفضاء يفضلون تناول وجباتهم قبل الخروج من المركبة من البداية.

القفازات:

ينبغي على رواد الفضاء أن لا يواجهوا مشقة عند استخدام المعدات خارج المركبة الفضائية، وقد تبدو القفازات غليظة الممسك بعض الشيء، لكنها في الحقيقة صُنعت لتكون مرنة بأكبر قدر ممكن. وتعد الأصابع أكثر الأجزاء تعرضا للبرودة في الفضاء، لذلك فقد صُمّم لها نظام تدفئة خاص يبلغ حتى أطراف الأصابع.

حافظة ماء للشرب:

تلتصق بالرداء العلوي لرائد الفضاء حافظة للماء بلاستيكية يخرج منها أنبوب بلاستيكي متصل بصمام يتم ضبطه وقت ارتداء البدلة ليكون قريباً من الفم. وفائدة الصمام هو إتاحة الفرصة لرائد الفضاء بفتح الأنبوب أو إغلاقه عن طريق عَض الصمام نفسه، ويمكن لهذه الحافظة أن تستوعب نحو لترين من الماء.

النصف السفلي من البدلة:

يمثل هذا الرداء كُلّا من البنطال والحذاء وفتحة الحوض، ويَسمح لرائد الفضاء بالدوران والانعطاف دون عراقيل، ويتم وصل فتحة الحوض بالفتحة الأخرى المقابل لها من الزي العلوي للبدلة وإغلاقهما معا لتصبح البدلة قطعة واحدة.

ويحتوي هذا الجزء على حلقات يتم استخدامها بربط الحبال التي تُبقي رائد الفضاء موصولا بالمركبة. وبعض البدلات تحتوي على خطوط حمراء كاملة، وبعضها خطوط حمراء متقطعة، لذلك يمكّن رواد الفضاء من تمييز بعضهم بسهولة أكبر.

الخوذة:

عن غيرها من أجزاء البدلة، فهي وسادة هوائية مبطنة من الداخل تعمل على توازن ضغط الهواء حول الرأس وتحميه من الاصطدام بأية مخلفات دقيقة فضائية هائمة.

ويغطي الخوذة من الخارج طبقة رقيقة من الذهب المصقول تحمي رائد الفضاء من أشعة الشمس الضارة ومن درجات الحرارة الشديدة.

جهاز الدفع “البوستر”:

إن أعظم كابوس قد يلازم رائد الفضاء أثناء عمله خارج المركبة الفضائية هو هاجس الانفصال عن مركبته بشكل كامل، فلا يجمعهما أي رابط فيزيائي كحبل مثلا، لذا قام المهندسون بتصميم جهاز دفع نيتروجيني يتم ارتداؤه كحقيبة ظهر يُستخدم لحظة وقوع طارئ مع رائد الفضاء يؤدي إلى انفصاله عن المركبة، وبواسطة هذا الجهاز يتمكن رائد الفضاء من العودة إلى المركبة، وإلا فإنه سيظل عائما في الفضاء وربما تجذبه جاذبية الأرض ليحترق في غلافها الجوي. ⁴

بدلات الفضاء.. مركبات فضائية مصغرة

على مدار سنوات طويلة طرأ على بدلات الفضاء العديد من التعديلات والتغييرات بسبب الشوائب والتفاصيل الصغيرة التي كانت تغيب أحيانا سهوا عن أعين المصممين، أو أنها كانت تغيب عنا بسبب قصورنا العلمي والتكنولوجيّ.

فعلى سبيل المثال، حينما سار رائد الفضاء نيل أرمسترونغ على سطح القمر مدة ساعتين في ليلة أسطورية في تاريخ البشرية عام 1969 ضمن الرحلة الفضائية “أبولو11”  (Apollo11)برعاية وكالة الفضاء ناسا، كانت البدلة تفتقر للمرونة الكافية للحركة، واقتصرت مهام البدلة على إتاحة الفرصة لتنفيذ بعض الحركات البسيطة وتوفير الحماية الكافية ضد الأشعة الكونية الخطيرة وتقلبات درجة الحرارة المفاجئة.

وبعد سنوات طويلة من انقطاع الإنسان عن القمر، تتأهب وكالة ناسا للعودة مجددا لإرسال أول رائدة فضاء إلى القمر برفقة رواد آخرين ضمن مشروع “آرتيميس” (Artemis) المقرر انطلاقه في عام 2024. وقد أطلقت ناسا تزاما مع تلك المناسبة أزياء مطورة من بدلات الفضاء في وقت سابق من هذا العام تم طرحها لوسائل العام في حدث لقي استحسانا كبيرا من المتيّمين بالفضاء.

وتنقسم البدلات الحديثة المطروحة إلى صنفين؛ بدلات سيتم ارتداؤها أثناء القيام بمهام خارج المركبة الفضائية كالمشي على سطح القمر، وأخرى سيستخدمها الرواد أثناء تواجدهم داخل المركبة الفضائية.

وتشير كريستيان ديفيس -وهي مصممة بدلات فضائية في وكالة ناسا- إلى أن البدلات الحديثة تم تصميمها كي تناسب الجنسين الذكور والإناث، وعلقت على ذلك بقولها: نريد من كل شخص يحلم بالذهاب إلى الفضاء أن يمتلك فرصة حقيقية لفعل ذلك. ⁵

وقد تم تطوير البدلات الحديثة كي تقاوم أكبر مقدار من التغير في درجات حرارة الفضاء المتراوحة بين سالب 156 وموجب 121 درجة مئوية، بالإضافة إلى تعزيز القفازات بمرونة أكبر لحركة الأصابع.

وبسبب شدة مرونة هذه البدلات سيسهل على رواد الفضاء الحركة والتنقل على سطح القمر، إذ سيكون باستطاعتهم الآن المشي على القمر بدلا من “القفز” عليه، كما كانوا يفعلون قبل خمسة عقود.

وتبدو بدلات الفضاء الحديثة كأنها مركبات فضاء مصغرة، مما يجعلها باهظة الثمن بشكل لا يصدق. وتشير التقديرات الحالية إلى أن سعر البدلة الواحدة يصل إلى نحو 22 مليون دولار بعد أن كانت تباع قديماً بمليون دولار فقط، وبذلك تكون بدلات الفضاء دون شك أغلى رداء قد يرتديه إنسان عبر التاريخ.

ومع إقبال العالم نحو احتضان المزيد من الاكتشافات في الفضاء الخارجي والمزيد من التطلعات من قبل الشركات الرائدة في مجال الفضاء مثل شركة سبيس إكس (SpaceX) بقيادة رجل الأعمال إيلون ماسك -التي أطلقت حتى اليوم 120 قمراً صناعيا في مدارات متتابعة حول الأرض- فإننا سنشهد ظهور بدلات فضاء بتصاميم أكثر إثارة وتشويقا.

 

المصادر:

1. إميلي تومي. 2019. علماء ناسا ورواد الفضاء يتهيأون لمهمات الفضاء في قاع البحر. www.smithsonianmag.com

2. إيلي ماي فورستر، كاثرين سماللي. أبرز عشر أنواع من الحيوانات صعدت إلى الفضاء. www.discoverwildlife.com

3. بدلات الفضاء. airandspace.si.edu

4. 2008. تعرف على بدلات الفضاء. nasa.gov

5.داريل اثيرنجتون. 2019. بدلات ناسا لمشروع أرتميس تسهل على رواد الفضاء عملية المشي على القمر. techcrunch.com