جامعة خليفة تطور جهاز الجيروسكوب الكهروميكانيكي وجهاز قياس المغناطيسية لاستكشاف الفضاء

يعتبر التنقل في التضاريس الوعرة بالنسبة للأفراد أمراً في غاية الصعوبة، ولا تقل تلك الصعوبة بالنسبة للمركبات المستقلة، إذ أن الإنسان بطبيعته الفطرية قادر على التحكم بحركته خلال مسيره في المناطق الصعبة بشكل يحفظ اتزانه وهو ما تفتقده الروبوتات. ومن ناحية أخرى، تحتاج المركبات المستقلة في الكواكب البعيدة عن كوكب الأرض إلى المحافظة على اتجاه أجهزة الاستشعار نحو كوكب الأرض للتواصل وجمع البيانات بشكل دقيق ولضبط درجة الحرارة الناجمة عن الطقس ما بين حرارة أشعة الشمس وبرودة الظلام.

وفي سياق تعزيز حركة سير المركبات الفضائية حول النظام الشمسي، يسعى فريق بحثي من جامعة خليفة وبإشراف كل من الدكتور دانييل تشوا، الباحث الرئيسي والأستاذ المشارك في الهندسة الميكانيكية والدكتور إبراهيم الفاضل، مساعد باحث وأستاذ في الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر، إلى تطوير جيروسوكب جديد بنظام كهروميكانيكي دقيق وجهاز لقياس المغناطيسية، وذلك بهدف إنشاء نظام قادر على التحكم بمسار المركبات في الفضاء. ويضم الفريق البحثي أيضاً الدكتور رو لي والمهندسة ديما علي، إضافة للطالبة خريجة جامعة خليفة منيرة الشيبة.

وتحتاج المركبات الجوية المستقلة إلى نظام يتمتع بالقوة والمتانة لحفظ فعاليتها عند إطلاقها من الأرض، فإذا تطلب الروبوت المساعدة لاستقراره على أرض صخرية في الفضاء فإن ذلك سيعرقل الرحلة الفضائية من خلال التأخر في عملية الاتصال والذي تفرضه بعد المسافة بين كوكب الأرض والروبوتات في الفضاء. إلا أن معظم الصعوبات الناجمة عن عمليات الاتصال يمكن حلها في حال كانت التكنولوجيا المرسلة إلى الفضاء ذات نظام مستقل ومزودة بأحدث المعدات اللازمة من قبل باحثين كالذين أشرف عليهم الدكتور دانييل تشوا من جامعة خليفة.

من جهته، قال الدكتور دانييل: "يعتبر هذا المشروع البحثي المشروع الأول الذي تشرف عليه وكالة الإمارات للفضاء والتي تأسست عام 2014، حيث بدأنا العمل على هذا المشروع في شهر ديسمبر 2017 بهدف تصميم وصنع وتطوير جيروسكوب كهروميكانيكي دقيق وجهاز لقياس المغناطيسية لغرض الاستخدام في وحدات القياس المتعلقة بأنظمة التحكم بالارتفاعات في الفضاء"

وتعرف عملية التحكم بالارتفاع على أنها عملية ضبط اتجاه المركبة، والذي يتطلب إلى أجهزة استشعار ومحركات لتوفير العزم اللازم في عملية توجيه المركبة للارتفاع المراد، إضافة للخوارزميات التي تزود المحركات بالأوامر بناءً على القياسات والمواصفات التي تزودها أجهزة الاستشعار لتحديد الارتفاع المطلوب.

ويستخدم الجيروسكوب الكهروميكانيكي الدقيق في العديد من التطبيقات، منها السيارات لمنع انقلابها وفي تثبيت الصور.

وتعد النمذجة الرياضية لديناميكيات المركبة والتأثيرات البيئية واحدة من أهم العمليات الرئيسية التي تدخل في تصميم نظام التحكم في الارتفاعات، حيث يمكن بذلك اختبار كل العمليات وتحليلها في ظروف تحاكي جميع الظروف في الفضاء.

وأضاف الدكتور دانييل: "استطاع فريقنا البحثي أن يطور جهاز الجيروسكوب الكهروميكانيكي بشكل كامل من خلال إيجاد تردد الرنين أو تردد أقصى سعة للذبذبات. وقبل أن نقوم بالاختبار، قمنا بالعديد من نماذج المحاكاة للحصول على تردد الموجات من خلال تزويد الجهاز بقدر كاف من التيار الكهربائي بشكل مباشر".

وقد أظهرت نماذج المحاكاة نتيجة تساوي 47.7 كيلو هيرتز، أما عملية اختبار الجيروسكوب فقد أظهرت القيمة 46.6 كيلو هيرتز بنسبة خطأ تساوي %2.2، والذي أكد نجاح عملية الاختبار التي قام بها الفريق البحثي.

وقال الدكتور دانييل: "قام فريق جامعة خليفة البحثي أيضاً باختبار جهاز قياس المغناطيسية الكهروميكانيكي الدقيق، حيث تم اختبار التصميم بنجاح من ناحيتين، هما السعة الثابتة وتردد الموجات في الظروف المحيطة والفراغ".

ويستخدم جهاز قياس المغناطيسية لقياس المغناطيسية والتي تشمل قياس الاتجاه والقوة أو التغير النسبي في المجال المغناطيسي في موقع معين. وفي مجال المركبات الفضائية، يستخدم الجهاز كنظام لتحديد الاتجاهات، كما يمكن استخدامه في البوصلات المصغرة نظراً لدقته التي تتيح دمجه في الدارات الكهربائية.

وقال الدكتور دانييل: "نعمل في الوقت الحالي على تطوير وتحسين الدارات الكهربائية والتصاميم التي قمنا بها بهدف الاستفادة منها، حيث نسعى في الخطوة التالية إلى تصميم وصناعة دارات مدمجة خاصة بالتطبيقات للاستعانة بها في مجالات الرحلات الفضائية المقبلة".