مصعد اينشتاين

منصة اختبار Earthbound تعد بأبحاث انعدام الجاذبية.

تحدث مؤلفك (USB) مؤخرًا مع البروفيسور الدكتور المهندس لودجر أوفرماير (LO) والمهندس كريستوف لوتز (CL)، من جامعة لايبنيز في هانوفر بألمانيا، معهد تكنولوجيا النقل والأتمتة، حول وحدة الأبحاث واسعة النطاق "مصعد أينشتاين" في معهد هانوفر للتكنولوجيا (HITec).

USB: القراء حريصون على معرفة الأشخاص الذين يقفون وراء مثل هذه المنشأة الرائعة.

لو: أنا مهندس ميكانيكي ، 20 عامًا في جامعة هانوفر. أنا أيضًا رئيس المجلس العلمي لمركز الليزر في هانوفر.

CL: التحقت بالمعهد كمساعد باحث في 2011 وأعمل على الدكتوراه. بصفتي مدير المشروع ، قمت بالإشراف على مصعد Einstein من المسودة الأولى للفكرة مروراً بالتثبيت وحتى التجارب الأولى.

USB: ما هي الموضوعات الرئيسية في المعهد؟

لو: هنا ، نحن ملتزمون بتكنولوجيا النقل الكلاسيكية: غالبًا السيور الناقلة ، ولكن أيضًا تكنولوجيا الإنتاج. في مجموعة التميز للتقنيات الضوئية ، نحن مهتمون بشكل أساسي بالأنظمة البصرية ، مثل الأتمتة باستخدام الضوء. بالنسبة لشركات المصاعد ، يعتبر مصعد Einstein الخاص بنا بالتأكيد مرفقًا مثيرًا للاهتمام. على سبيل المثال ، نحن ندرس تقنية الاستشعار ، الأنظمة التي تسجل البيانات وتعالجها أثناء تحرك المصعد في الوقت الفعلي للتحكم في المحركات وتنظيمها في ظل الظروف القاسية: أسرع وبتسارع أعلى من نقل الركاب. بالمقارنة مع الرحلات الجوية المكافئة أو محطة الفضاء الدولية ، يمكننا تكرار التجارب في انعدام الجاذبية بأهميتها الإحصائية بتكلفة رخيصة نسبيًا.

USB: ما هو اسم "Einstein Elevator" بالضبط؟

لو: كانت الفكرة جديدة منذ أكثر من عشر سنوات، ولا تزال كذلك. انبثقت من نقاش مع زملاء من مجال الفيزياء، بدأ بسؤال: "هل من الممكن بناء آلة على الأرض تولد انعدام الجاذبية بمعدل تكرار عالٍ؟" وقد طُوّر مفهوم برج السقوط الحر استجابةً لهذا السؤال، وهو يختلف اختلافًا كبيرًا عن أبراج السقوط التقليدية مثل برج السقوط في بريمن بألمانيا، وتم تنفيذه بالتعاون مع شركات من المنطقة.

يعمل مصعد أينشتاين، وهو أول جهاز من نوعه في العالم، والوحيد حتى الآن، منذ أكتوبر 2019 في مبنى شُيّد خصيصًا لهذا الغرض عام 2018. ونقوم حاليًا بمعالجة صخور القمر (الريغوليث) باستخدام الليزر، وقد كانت النتائج الأولية واعدة للغاية. ونُعدّ مشاريع أخرى بالتوازي مع معاهد بحثية متعاونة. ولا يوجد لدينا حاليًا أي شركاء صناعيين.

USB: من أين أتت فكرة تطوير مفهوم القيادة والدليل الجديد استنادًا إلى أدلة المصعد؟

لو: كان الأمر واضحًا. نستخدم محركًا خطيًا للتغلب على مقاومة الهواء للكبسولة. وللحفاظ على مقاومة التدحرج منخفضة، نستخدم أدلة بكرات صممناها. هذه ليست تقنية جديدة، لكنها تطبيق جديد. التصميم مشابه لتصميم المصعد: بكرات مضغوطة من الجانبين توجه المقصورة - ما نسميه "الجندول" - على سكة معدنية. لكن المواد المستخدمة تختلف عن تلك المستخدمة في المصاعد. في المصاعد، تُستخدم بكرات لينة لتحقيق تشغيل هادئ. ولأننا نتسارع بخمسة أضعاف قوة الجاذبية، نحتاج إلى بكرات صلبة يمكن ضغطها بقوة لتجنب التآكل المفرط الناتج عن الانزلاق، وفي الوقت نفسه، تقليل خطر تسطح البكرات عندما يكون المصعد متوقفًا. نستخدم مادة من صناعة أدوات الآلات لهذه البكرات.

USB: والقضبان؟

CL: لم تكن القضبان جاهزة تمامًا، بل صُممت خصيصًا لهذا الغرض، وهي من ابتكارات صناعة الهندسة الميكانيكية. قامت شركة هندسة ميكانيكية متوسطة الحجم بتجميعها بالتعاون مع مقاولين فرعيين، مع ضمان دقة محاذاة تصل إلى 1/10 مم على امتداد ارتفاع النظام البالغ 40 مترًا. كما قمنا بتصميم نظام القياس بأنفسنا، نظرًا لعدم وجود أي نظام في السوق يفي بالمواصفات المطلوبة.

USB: هل استفسرت مع مصنعي المصاعد؟

لو: نعم، لقد استفسرنا من بعض الشركات. وكان السؤال المضاد هو: "كم وحدة تخططون لبنائها؟" وكانت الإجابة "وحدة واحدة" تؤدي دائمًا إلى الرفض. وقد أصابنا ذلك بخيبة أمل كبيرة. في البداية، شكك زملاؤنا من الجامعة أيضًا في إمكانية إنجاز المشروع من الأساس. لم نجد شركة الهندسة الميكانيكية إلا من خلال معارفنا الشخصية. ومن الواضح أنهم قاموا بعمل ممتاز، لأن كل شيء لا يزال يعمل بحالته الأصلية دون أي تغيير في المحاذاة. وعلى الرغم من أن المبنى مُكيّف، فقد فاجأنا هذا الأمر إيجابًا. كنا قلقين من احتمال ظهور أولى العيوب بعد مئة رحلة تشغيل.

USB: ما هو العامل المشترك بين مصعد أينشتاين والمصاعد؟

لو: لقد ذكرت بالفعل محرك الأقراص. غالبًا ما يتم تثبيت المحرك بنفس التكوين في مناطق الجذب في المتنزهات الترفيهية. كان الجزء الأكثر تحديا سيارتنا. لقد طلبنا في الأصل أن تكون الجندول مصنوعة من الألومنيوم لأسباب تتعلق بالوزن ، لكننا تلقينا فقط الرفض ، حتى من صناعة الفضاء. أخيرًا ، انتهى بنا الأمر مع CFK خفيف ومستقر من هولندا.

USB: ما هو الدور الذي تلعبه الرقمنة؟

CL: يجب التحكم في تقنية القيادة بدقة متناهية في نطاق المليمترات الفرعية. نقوم بأخذ قياسات على السيارة في مزيج من مقياس التسارع وقياس الموضع وننقل البيانات إلى محرك الأقراص. استغرق التطوير المشترك مع الشركة المصنعة لمحرك الأقراص الكثير من الوقت. في تقييم الاختبار اللاحق ، يتعين علينا معرفة ما إذا كانت الاضطرابات تحدث دائمًا في نفس المكان ، أو ما إذا كانت ناتجة عن زيادة التآكل. تتم مراقبة هذه القراءات وتخزينها في غرفة التحكم ، ويتم تشغيل النظام من هناك أيضًا.

USB: والأتمتة؟

لو: يدخل هذا حيز التنفيذ للحصول على أقل عدد ممكن من العمليات اليدوية في إجراءات الاختبار. بعد كل رحلة ، يتم إعادة مركز التجربة داخل الجندول ، ويتم تجديد الفراغ تلقائيًا حسب الحاجة. من ناحية أخرى ، يعمل نظام تخزين الطاقة تلقائيًا بشكل كامل. بهذه الطريقة ، نحقق سير عمل أسرع ويمكننا إجراء تجربة جديدة كل 4 دقائق حتى 300 مرة في اليوم.

USB: ما هو حلمك الأكبر؟

لو: أبحث عن إجابة لسؤال: "هل يُمكن كتابة مادة في العدم؟" نعلم اليوم أن هذا ممكنٌ عمومًا. لكن لا تزال هناك أسئلة "بسيطة" عالقة، مثل: "كيف تتم عملية الإنتاج عمليًا؟" أو "كيف يُمكنني تحويل المادة إلى الشكل المطلوب؟" لن نُطوّر مصعدًا فضائيًا هنا في هانوفر، لكن يُمكننا تحقيق انعدام الجاذبية باستخدام المكثفات الفائقة والمحركات الخطية لمدة أربع ثوانٍ. كما يسعدنا توضيح أسئلة "أرضية" من قطاع المصاعد لتطويرها تقنيًا. نُرحّب بكل من لديه الوقت أو الرغبة أو الحاجة. تواصل معنا.