جهاز مشي مزود بنظام عزل وتثبيت الاهتزازات

جهاز المشي المزود بنظام تثبيت عزل الاهتزازات ، والذي يُختصر عادةً إلى TVIS ، هو جهاز مشي مُصمم للاستخدام على متن محطة الفضاء الدولية ، ويُمكّن رواد الفضاء من الجري دون اهتزاز التجارب العلمية الدقيقة في بيئة انعدام الجاذبية في المختبرات المجاورة. وتشمل أجهزة المشي المستخدمة في محطة الفضاء الدولية، والتي لم يتم وصفها بالضرورة هنا، جهاز المشي الأصلي، وجهاز TVIS الأصلي، وجهاز BD-2 (БД-2)، وجهاز المشي ذي المقاومة الخارجية المُدمجة لتحمل الأحمال التشغيلية ( COLBERT )، وجهاز المشي 2 ( T2 ). تتشابه بعض هذه الأجهزة في الاسم، وبعضها في التصميم، وبعضها في الوظيفة، وبعضها يستخدم أنظمة مختلفة (سلبية) لكبح الاهتزازات، بينما لا يزال الاختلاف بينها غير واضح. ومع ذلك، فقد صُمم جهاز TVIS الأصلي كوحدة اختبار تفصيلية (DTO) وفقًا لما تُسميه ناسا، ولم يكن مُصممًا لدعم طاقم محطة الفضاء الدولية المكون من ستة أفراد. لذلك، تم تصميم T2 كنظام متين يمكن استخدامه يوميًا من قبل الطاقم.

جاء اسم جهاز المشي (كولبير) نتيجةً لمسابقة تسمية أجرتها وكالة ناسا لما أصبح لاحقًا وحدة ترانكويليتي . استخدم الممثل الكوميدي والإعلامي ستيفن كولبير برنامجه "تقرير كولبير " لتشجيع مشاهديه على التصويت لاسم "كولبير" خلال المسابقة. بعد إعلان نتائج المسابقة، قررت ناسا استخدام اسم كولبير لجهاز المشي الجديد بدلًا من تسمية وحدة ترانكويليتي باسمه. ^{[ 1 ]}

بعد ظهور محطات الفضاء المأهولة لفترات طويلة، تبيّن أن التعرض لانعدام الوزن له آثار ضارة على صحة الإنسان. فالبشر متكيفون جيدًا مع الظروف الفيزيائية على سطح الأرض. واستجابةً لفترة طويلة من انعدام الوزن، تبدأ العديد من أجهزة الجسم بالتغير والضمور. ورغم أن هذه التغيرات عادةً ما تكون مؤقتة، إلا أنها قد تُسبب مشاكل صحية طويلة الأمد.

تُعرف أكثر المشاكل شيوعًا التي يُعاني منها البشر في الساعات الأولى من انعدام الوزن بمتلازمة التكيف الفضائي ، أو ما يُسمى بدوار الفضاء. تشمل أعراض هذه المتلازمة الغثيان والقيء ، والدوار ، والصداع ، والخمول ، والشعور العام بالضيق. سُجّلت أول حالة إصابة بدوار الفضاء من قِبل رائد الفضاء جيرمان تيتوف عام 1961. ومنذ ذلك الحين، عانى ما يصل إلى 75% من جميع الأشخاص الذين سافروا إلى الفضاء من هذه الحالة. ^{[ 2 ]} تختلف مدة دوار الفضاء، ولكن لم تتجاوز في أي حالة 72 ساعة، وبعدها يتكيف الجسم مع البيئة الجديدة.

من أبرز الآثار السلبية لانعدام الوزن لفترات طويلة ضمور العضلات وتدهور الهيكل العظمي ، أو ما يُعرف بهشاشة العظام الناتجة عن رحلات الفضاء . ويمكن الحد من هذه الآثار من خلال ممارسة التمارين الرياضية بانتظام. تشمل الآثار الأخرى الهامة اضطراب توزيع السوائل، وتباطؤ الجهاز القلبي الوعائي ، وانخفاض إنتاج خلايا الدم الحمراء ، واضطرابات التوازن، وضعف جهاز المناعة . أما الأعراض الأقل حدة فتشمل فقدان كتلة الجسم، واحتقان الأنف، واضطرابات النوم، وزيادة انتفاخ البطن ، وتورم الوجه. وتبدأ هذه الآثار بالتلاشي سريعًا عند العودة إلى الأرض.

للحيلولة دون بعض الآثار المصاحبة لانعدام الوزن، تم تقييم جهاز مشي مزود بعزل وتثبيت للاهتزازات، مصمم خصيصًا لمحطة الفضاء الدولية، لأول مرة خلال رحلة STS-81 . ركض ثلاثة من أفراد الطاقم وساروا على الجهاز، الذي يطفو بحرية في بيئة انعدام الجاذبية التي تُحاكي ظروف المدار. خلال معظم فترة الحركة التي تجاوزت الساعتين، عمل جهاز المشي بكفاءة، وكانت الاهتزازات المنتقلة إلى المركبة ضمن حدود انعدام الجاذبية المحددة لمحطة الفضاء الدولية . بعد هذه الرحلة الأولى، دُرست تحسينات على جهاز المشي ونظام الحزام، والتي أدت في النهاية إلى تطوير نموذج كولبير. يتمثل أحد أهداف تصميم جهاز المشي في توفير إمكانية توليد أحمال مماثلة لقوة الجاذبية الأرضية (1g) على الأطراف السفلية، مع الحفاظ على بيئة انعدام الجاذبية في محطة الفضاء الدولية لضمان السلامة الهيكلية وتوفير ظروف تجريبية خالية من الاهتزازات. ^{[ 3 ]}

تهدف أجهزة المشي إلى مساعدة رواد الفضاء على الحفاظ على لياقتهم البدنية، ومكافحة فقدان كثافة العظام ( هشاشة العظام الناتجة عن رحلات الفضاء ) وضعف العضلات اللذين يصاحبان السفر إلى الفضاء. يستخدم رواد الفضاء حبالًا مطاطية لربط أنفسهم بجهاز المشي، ما يضمن بقاءهم على اتصال به أثناء وجودهم في بيئة انعدام الجاذبية . ^{[ 4 ]} يعتقد الباحثون أن التمارين الرياضية وسيلة فعالة لمواجهة فقدان كثافة العظام والعضلات الذي يحدث عندما يعيش الإنسان لفترة طويلة في بيئة منعدمة الجاذبية. ^{[ 5 ]}

تم إيقاف تشغيل جهاز المشي الأصلي المزود بنظام عزل الاهتزازات (TVIS) الذي كان مثبتًا في أرضية وحدة خدمة زفيزدا في يونيو 2013، وتم التخلص منه على متن المركبة الروسية التقدمية (50P) في يوليو 2013 واستبداله بالجهاز الروسي БД-2.

قام مهندسا رحلة البعثة 20، مايكل بارات وكويتشي واكاتا، بصيانة شاملة لجهاز المشي هذا لإطالة عمره. وسيستمر استخدام كلا الجهازين، مما سيضاعف تقريبًا من توافر هذه الأجهزة الرياضية الحيوية لأطقم محطة الفضاء الدولية.

كما احتاج جهاز المشي المزود بنظام تثبيت عزل الاهتزازات (TVIS) إلى إصلاح في عام 2002، خلال البعثة الخامسة أثناء التحام مكوك الفضاء STS-112 . وقد أمضى فاليري كورزون يومًا كاملاً في إجراء الصيانة على الوحدة. ^{[ 6 ]}

تم اكتشاف خلل في تصميم نظام الطاقة الخاص بجهاز كولبير في سبتمبر 2010، ^{[ 7 ]} أي بعد عشرة أشهر من تشغيله. تطلّب الأمر إجراء صيانة شاملة استمرت عدة أيام في أكتوبر لإزالة جهاز كولبير من مكانه واستبدال مكونات الطاقة الرئيسية. صُمّم صندوق طاقة خاص بصيانة جهاز T2 بالتزامن مع تصميم الجهاز نفسه، وتم تسليمه مع جهاز T2 لاستخدامه في تشخيص الأعطال وإصلاحها.

في أوائل عام 2009، أجرت وكالة ناسا استطلاعًا للرأي عبر الإنترنت لاختيار اسم لوحدة "ترانكويليتي" الفضائية . وفي حلقة 3 مارس 2009 من برنامج "تقرير كولبير" ، طلب مقدم البرنامج ستيفن كولبير من مشاهديه اقتراح اسم "كولبير" للوحدة الثالثة في الاستطلاع. ^{[ 8 ]} وفي 23 مارس 2009، أُعلن أن اسم "كولبير" قد حصد أكبر عدد من الأصوات، لكن ناسا لم تُعلن اعتماده رسميًا على الفور.

تعهد عضو الكونغرس تشاكا فتاح باستخدام سلطة الكونغرس لضمان احترام التصويت الديمقراطي في الفضاء الخارجي كما هو الحال على كوكب الأرض، تحسبًا لاحتمالية نقض وكالة ناسا لنتائج التصويت. ^{[ 9 ]} في حلقة 14 أبريل 2009 من برنامج "تقرير كولبير" ، ظهرت رائدة الفضاء سونيتا ويليامز لتعلن أن ناسا قررت تسمية الوحدة 3 "ترانكويليتي" (الهدوء)، وهو ثامن أكثر الأسماء شيوعًا في استطلاع الرأي، كما أعلنت أنها ستسمي جهاز مشي جديدًا في المحطة باسم الممثل الكوميدي - جهاز المشي الخارجي المقاوم للحمل التشغيلي المدمج (كولبير). دُعي كولبير إلى هيوستن لاختبار جهاز المشي، ثم إلى فلوريدا لإطلاقه. ^{[ 10 ]} نُقل جهاز المشي إلى محطة الفضاء الدولية في أغسطس 2009، على متن مكوك الفضاء STS-128 ^{[ 11 ]} ، ووُضع في وحدة "ترانكويليتي" بعد وصول الوحدة إلى المحطة في فبراير 2010. ^{[ 12 ]}

سخرت وكالة ناسا من نفسها في بيان صحفي فكاهي أُدرج في تقرير حزمة تنفيذ اليوم السادس من رحلة STS-128، والذي زعم أن جون ستيوارت طالب بتكريم مماثل، لكنه رفض عرض الوكالة بتسمية معالج بول محطة الفضاء الدولية "مرحاض فضائي - مُجمِّع/مُعيد تدوير النفايات البيئية" (ستيوارت). ^{[ 13 ]}

بدأ مهندسو ناسا تطوير جهاز المشي الطبي من تصميم شركة وودواي، وهو تصميم متاح للجميع على الأرض، وطلبوا من وودواي طلاء الأجزاء بالنيكل وإجراء بعض التعديلات الأخرى، ولكنه في الأساس نفس جهاز المشي المخصص للجري في المكان الموجود في النموذج التجاري. تم تكييف الهياكل الداعمة لجهاز المشي للاستخدام في الفضاء. في غياب الجاذبية التي تثبت العداء على سطح جهاز المشي، أضاف المصممون أحزمة مطاطية تُلف حول الكتفين والخصر لمنع العداء من الانطلاق بسرعة عبر محطة الفضاء مع أول خطوة قوية. كما كان على المصممين إيجاد طريقة لمنع جهاز المشي من اهتزاز المحطة بأكملها مع كل خطوة. يُعد منع الاهتزازات أمرًا سهلاً نسبيًا على الأرض، لكن المحطة تطفو تمامًا مثل رواد الفضاء، وتتفاعل مع أي حركة تحدث داخلها. حتى الحركات الصغيرة يمكن أن تُزعزع التجارب الدقيقة في بيئة انعدام الجاذبية التي تُجرى داخل مختبرات المحطة. وقال ويدرهوفت إن تطوير نظام لإيقاف الاهتزازات كان التحدي الأكبر. ^{[ 14 ]}

اعتمد جهاز المشي الأول للمحطة الفضائية، الذي أُحضر إلى المحطة على متن مكوك الفضاء STS-98 ، ^{[ 15 ]} على نظام جيروسكوبات وآليات تعمل بالطاقة لتقليل الاهتزازات. صُمم نظام عزل الاهتزازات الخاص بجهاز COLBERT ليعمل بدون طاقة، وليكون أكثر موثوقية من سابقه. يرتكز جهاز COLBERT على نوابض موصولة بمخمدات، والتي بدورها موصولة برف قياسي الحجم مُعزز بشكل كبير لتحمل الطاقة الناتجة عن مستخدمي COLBERT. يزن الرف وحده 2200 رطل، وهو الحد الأقصى للوزن المُحدد في التصميم التعاقدي، كما أنه أعلى صوتًا من جهاز المشي الأول، وهو ما اعتبره ويدرهوفت ضرورة لزيادة موثوقيته. قال ويدرهوفت: "يتنافس الضجيج والموثوقية هنا. لو كان لدينا المزيد من الوقت، لكان بإمكاننا الحصول على جهاز هادئ وموثوق في آن واحد. اخترنا الموثوقية، وبذلنا قصارى جهدنا للحد من الضجيج." ^{[ 14 ]}

استُخدم تطوير أجهزة المشي أيضًا في تطوير المنتجات التجارية. ومن الآثار الجانبية المحتملة لهذا التطوير تحسين تطبيقات عزل الاهتزازات والصوت في المعدات الحساسة، مثل المعدات المستخدمة في الصناعات البصرية والإلكترونية الدقيقة والتصنيع الدقيق . ^{[ 16 ]}

تطلّب الأمر فريقًا من المهندسين لتجهيز جهاز كولبيرت ليتحمل الاهتزازات الشديدة لعملية الإطلاق. كان لا بد من تفكيك كولبيرت إلى عشرات الأجزاء، وتوزيعها في أكثر من ست حقائب، وربطها برفوف داخل وحدة الشحن ليوناردو ، التي انطلقت إلى محطة الفضاء الدولية على متن مهمة STS-128 . ^{[ 14 ]} وصل كولبيرت إلى محطة الفضاء عام 2010، واستقرّ أولًا داخل وحدة هارموني ، قبل أن يُنقل لاحقًا إلى وحدة ترانكويليتي .

حرص فريق التعبئة على ضمان وصول جميع المعدات المُطلقة إلى المحطة بحالة جيدة. يقول بيت غوتييه، مهندس التعبئة في شركة يونايتد سبيس ألاينس : "سواءً كان جهاز كولبير أو أي جهاز آخر، فلن يكون مفيدًا في المدار إذا كان معطلاً". ويضيف: "يكمن الاختلاف في حجم هذا الجهاز ووزنه، لذا علينا استخدام أكبر حقيبة لدينا. من الأسهل على الطاقم وضع جميع القطع في حقيبة واحدة، ولكن مع ست حقائب، يصبح ذلك مستحيلاً". من المتوقع أن يقضي رواد الفضاء على متن المحطة حوالي 20 ساعة في تجميع الجهاز بالكامل، بما في ذلك نظام الاهتزاز. بعد التجميع، لن يحتاج جهاز كولبير إلا إلى تشحيم محاملها من حين لآخر. ^{[ 14 ]}

• جهاز تمارين عجلة الطيران من أوريون

• "جهاز المشي ذو المقاومة الخارجية لتحمل الأحمال التشغيلية المدمجة (كولبيرت)" (ملف PDF) (بيان صحفي). ناسا. 20 أغسطس 2009. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) في 17 يوليو 2011.