بداية MHD6
...بحجم سلة مطبخ، يُعدّ جهازًا يحتوي على أنود وكاتود، حيث تظهر الكاثود على شكل حوض من الزئبق. بين الأنود والكاثود: فراغ. أي فضاء مليء ببخار زئبقي مشبع، مطابق لدرجة الحرارة المحيطة، ذات موصلية كهربائية ضعيفة جدًا لتمكين مرور التيار الكهربائي، مع وجود الجهد بين الأقطاب (5 كيلوفولت). "المحفّز" هو قطب صغير يقع بالقرب من سطح الزئبق. عند إحداث شرارة بين هذا القطب والزئبق-الكاثود، يتبخر الزئبق، ويملأ البخار الغرفة لاحقًا، مما يسمح بمرور قوس كهربائي. بشكل ما، صاعقة داخل وعاء مغلق. بمجرد بدء الشحنة، تستمر في التغذية الذاتية حتى يتم استنزاف طاقة المكثفات عبر التأثير الجوي في الموصلات النحاسية. ثم يتكاثف بخار الزئبق، ويصبح الجهاز جاهزًا لتجربة جديدة. جهاز إغنية ثانٍ، بحجم علبة مشروب، يكفي لتفعيل مرور التيار في الوقت المناسب، في الأقطاب التي تم تجهيز النموذج التجريبي بها.
...إليك فيما يلي مخطط التحكم في العمليات:
...في عام 1965، كان التكلفة الرئيسية لهذه التجارب تتعلق بالإلكترونيات وتسجيل البيانات. بالطبع، في تلك الفترة لم تكن الحواسيب الصغيرة موجودة. عرض النطاق الترددي لأفضل مقياسات الموجات في ذلك الوقت (من نوع تكترنيكس الأمريكية، ذات أنابيب فراغية) سيكون سخيفًا اليوم: 1 ميغاهرتز. لكن في تلك السبعينيات كان سعرها الفردي يصل إلى 40,000 فرنك. اليوم يمكن تقسيم هذه التكلفة بعشرة أضعاف، مع الحفاظ على الأداء نفسه.
كانت الإشارات الظاهرة على شاشات المقياسات الموجية تُصوّر على فيلم بولاريدي. اليوم يمكن لحاسوب صغير متوسط الأداء، مزود ببطاقة خاصة، أن يتعامل مع تسجيل كل هذه معاملات التجربة.
...كان تسجيل معاملات المروحة بسيطًا جدًا. كان يكفي وضع أزواج من الإبر الصغيرة، بجهد منخفض، على الجدار. كانت المسافة بين هذه الإبر مقدار مليمتر واحد، والجهد منخفض بما يكفي لمنع مرور التيار في الغاز النيتروجين المخفف. لكن عندما تمر الموجة الصدمية، فإن مجرد غمر هذه الأقطاب، فورًا بعد الموجة، في غاز نيتروجين بدرجة حرارة 10,000 درجة مئوية، كان كافيًا لإنتاج إشارة. من خلال تسجيل إشارتين من "أقطاب التأين" متباعدة بعشرة أو عشرين سنتيمترًا، وموجودة قبل فوهة المروحة، باستخدام مقياس موجي مزدوج الأثر، كان بالإمكان قياس سرعة الموجة الصدمية، ومن ثم استنتاج جميع المعاملات الغازية الديناميكية: درجة الحرارة، الضغط، درجة التأين، والموصلية الكهربائية. كانت هناك حاجة إلى مقياسات موجية إضافية لإجراء قياسات تكميلية. ولحماية هذه المقياسات من التداخلات القوية المنبعثة من أجهزة الشحن في الغرفة ذات الضغط العالي، وبشكل عام من جميع عناصر التبديل الكهربائي، تم وضعها داخل قفص فاراداي، حيث تم تثبيت المختبرين أيضًا.
...إليك إذًا وصف التجهيز التجريبي الذي يمكن أن يُستخدم للتحقق من صحة النظرية التي طوّرناها بين سنوات 1975 و1980، حول إمكانية تحريك جسم بسرعة فوق صوتية في غاز دون تكوين موجة صدمية. ما تبقى هو التطرق إلى الطريقة التي يمكن بها إثبات اختفاء هذه الموجات. يمكن حينها استخدام طريقة كلاسيكية وموثوقة، حيث يتم إنشاء نظام خطوط أفقية من خلال تداخل شعاعين ضوئيين، أحدهما يمر عبر الشريحة التجريبية، والآخر يمر خارجها. تمثل الموجة الصدمية انقطاعًا مفاجئًا في كثافة الغاز، والذي يترجم إلى تغير في معامل الانكسار. وهكذا، يتم عادةً الكشف عن الموجات الصدمية باستخدام هذه الطريقة. على اليسار أدناه، الشكل النموذجي لـ "الانزلاق في الشريط" الناتج عن وجود موجة صدمية مائلة متصلة بحافة الهجوم لملف جناح. على اليمين نفس الصورة، مع الموجات الصدمية المحذوفة.
...البلازما من النيتروجين عند 10,000 درجة مئوية تُشع ضوءًا كافيًا، لذا فإن المصدر المستخدم سيكون ليزر هيليوم-نيون صغير، يُنتج ضوءًا أكثر سطوعًا من ضوء البلازما.
...في نهاية الثمانينيات، حسبنا أنا وليبرون جميع المعاملات لهذه التجربة، ضمن إطار أطروحة دكتوراه ممولة من CNRS. أنا مقتنع بأن هذه التجربة ستكون ناجحة في المحاولة الأولى، تمامًا كما كانت كل تجارب MHD التي جرّبتها سابقًا في المختبر، على أنبوب الصدمة. أتذكر بخاصة تجربة من عام 1966 (سأتحدث عنها في مستند مستقبلي)، حيث كان الهدف هو تشغيل مولد MHD بحالة "مزدوجة درجة حرارة"، أي بدرجة حرارة إلكترونية (10,000 درجة) أعلى بكثير من درجة حرارة الغاز التجريبي (6,000 درجة). وكان العائق هو "عدم استقرار فيليكوف" (الذي ألغى كل الجهود المبذولة في MHD في العديد من الدول). لكن بفضل حيلة تمكنّا من التغلب على هذا العائق، ونجحت التجربة في المحاولة الأولى. عرضت حينها هذا العمل في المؤتمر الدولي في وارسو عام 1967. لكن الأجواء الكريهة التي كانت سائدة في ذلك المختبر أجبرتني على تركه والتغيير إلى مجال آخر، أصبحت فيه عالم فلكيات. تولى طالبي جان بول كاريسا كل هذا الموضوع البحثي، وجعله أطروحته (رغم أنه لم يفهم بالفعل شيئًا من تعقيدات عدم الاستقرار التأيني لفيليكوف، الذي كان مفتاح التجربة)، مما جعله يستحق جائزة وورثينغتون، وساعده لاحقًا على أن يصبح مديرًا لمختبر الأيروديناميكا في مودون، ثم المدير الإقليمي لـ CNRS في منطقة بروفانس-ألب-كوت دازور.
ما حدث لهذا المشروع.
...في منتصف الثمانينيات، نجحت في إثارة اهتمام المدير العام لـ CNRS، بيير بابون، بهذا الموضوع البحثي. وقدم لنا دعمه، الذي تم ترسيخه من خلال مساعده ميشيل كومبارنوس، مدير قسم العلوم الفيزيائية للمهندسين. في ذلك الوقت كنت بالفعل موظفًا في مرصد مارسيليا، وهو مكان لا يتناسب جدًا بتركيب مثل هذه التجارب. فوجد لنا كومبارنوس مختبر استقبال، هو مختبر البروفيسور فالنتين في روون. كان من المفترض أن يمول CNRS جزءًا من العملية، بينما كانت القوات المسلحة مكلفة بتمويل إضافي. لكن بسرعة طلب الجيش أن أُبعد تمامًا عن هذه الأعمال، لأسباب لا علاقة لها بالعلم. وبما أن إدارة CNRS قد تغيرت، فقد فقدت دعم بابون وكومبارنوس. وبما أن منحة ليبرون كانت نفدت، لم يُبذل أي شيء لتمكينه من مواصلة أبحاثه.
...الفريق في روون، الذي كان بلا خبرة في MHD (ولكن لديه أنبوب صدمة قديم)، ارتكب العديد من الأخطاء. وتم في النهاية هدر المال دون نتيجة (انفجرت أنابيب MHD والتجهيزات الكهربائية القوية، التي بُنيت من قبل هؤلاء الهواة، واحدة تلو الأخرى).
...كل هذا أمر مأساوي جدًا. في المستقبل القريب، سأضع على قرص CD-ROM جميع العناصر النظرية والتجريبية التي يمكن أن تمكن مختبرًا مهتمًا من إنجاز نوع هذه التجارب، والتي تكون نسبيًا بسيطة. وعلى الرغم من أن الوصف الحالي موجز جدًا، إلا أنه يُظهر أن مع انخفاض تكلفة المعدات الإلكترونية، أصبح هذا النوع من البحث متاحًا لمعاهد هندسية أو لأقسام الفيزياء في جامعات أوروبية أو أمريكية من الدرجة الثانية. لكنني أشك كثيرًا في إمكانية نمو هذه الأنشطة في فرنسا، حيث تكون البحوث المدنية غالبًا (على الأقل في هذه المجالات) تحت سيطرة الجيش.
...قد يُفترض أنهم يرغبون في الحفاظ على استبعاد الآخرين. بل حتى لا. يبدو، بعد التحقيق، أنه بعد أربعة عشر عامًا (بعد مغادرتي بـ KO في 1986)، لم تكن هناك أي "MHD عسكرية" فعلاً.
...إذا نجحت هذه التجربة، فسيكون من الممكن حينها التفكير في تجارب باستخدام غازات باردة (هواء جوي). تجربة مثيرة للاهتمام (فشلت تمامًا في عام 1979 من قبل فريق تولوزي، وهو فريق "GEPAN"، في ظروف يمكن وصفها بأنها "غير مريحة بشدة") تتعلق بإزالة الاضطرابات المضطربة خلف أسطوانة، والتي نجحنا في تحقيقها في عام 1975 باستخدام الهيدروليكا.
...لنعد إلى مخطط الجهاز MHD الأسطواني المذكور سابقًا.
...لقد أشرنا سابقًا إلى الطريقة التي استخدمناها بهذا التثبيت لإزالة الموجة الأمامية أمام هذا الجسم. لكن إذا قُيدنا بمعاملات تفاعل أقل، يمكننا في سائل ساكن إنشاء تدفق مُحفّز مثير للاهتمام.
...كان التدفق قابلاً للكشف في ذلك الوقت باستخدام خيوط ملونة (للتاريخ الصغير: في مطبخ زميلي وصديقي موريس فيتون، الفلكي في مختبر الفلك الفضائي، الذي استخدم في تلك المناسبة فيلمًا رائعًا بمقاس 16 مم).
...عند وضع النموذج في تدفق سائل بسرعة معتدلة، يمكنه إزالة السيلان المضطرب بشدة الذي ينشأ عادةً خلف أسطوانة تكون أضلاعها عمودية على التدفق. كانت فكرتي إذًا منذ عام 1979 هي محاولة إظهار اختفاء هذا الاضطراب (الصاخب) باستخدام ميكروفون بسيط موضوع في الجدار، خلال تجارب تجرى بسرعة دون صوتية في هواء ضغط جوي. كان المبدأ بسيطًا. يمكن لمحركين كهربائيين جانبيين أن يوفرًا آلاف الغاوس بشكل مستمر، وهو ما يكفي تمامًا. بقي التغلب على مشكلة التأين بالقرب من النموذج.
...في تقرير قدمته إلى GEPAN في عام 1979، بعنوان "آفاق في الديناميكا المغناطيسية للسوائل"، تم وصف مبادئ هذه التجربة. وقد اقترحت استخدام موجات مايكروويف بتردد 3 جيجاهرتز لخلق التأين المطلوب. فقام هؤلاء الأشخاص، دون علمي، ببناء التجربة التالية، باستخدام مصدر HF عالي الجهد جدًا (مُنبعث بتردد 500 هرتز، مع قوة ذروة تصل إلى 1 ميغاواط).
...تم نقل موجات مايكروويف جانبيًا داخل الأنبوب باستخدام قناة موجية كبيرة بقياس 10 سم × 10 سم، تنتهي عند نافذة من التفلون.
...المهندس المسؤول عن المشروع، برنار زابولي، الذي كان يخضع مباشرة لرئيس GEPAN في ذلك الوقت، ألان إستيرل، اعتقد أنه يمكنه من خلال هذه الإدخال الجانبي لموجات مايكروويف خلق تأين يملأ كل الشريحة بالقرب من النموذج. ومهما كان، وبما أنه لم يكن على دراية بظاهرة التأين بالـ HF، حصل على نتيجة أذهلته كثيرًا. فقد حدث التأين فعلاً، لكنه اقتصر على بضعة مليمترات من الغاز الملاصق لنافذة التفلون.
...إذا كان هناك تأين، فهذا يعني وجود بلازما. ومن المعروف جيدًا أن البلازما تعمل كـ "درع" ممتاز ضد الموجات الكهرومغناطيسية، وإلا لكان بإمكاننا التواصل بالراديو بحرية مع رواد الفضاء أثناء دخولهم الغلاف الجوي.
...من المؤسف أن هذا الشاب لم يستعن بخدماتي في ذلك الوقت. لقد أنقذته في لحظة واحدة. فما هو المطلوب؟ التأين حول النموذج. لذا كان الحل الصحيح هو إدخال هذه الموجات عالية التردد من داخل نموذج مجوف (أنبوب بسيط من البلاستيك PVC كما يستخدمه السباكون). وفقط باثنين من قشتي حديد تم شراؤهما من الصيدلية القريبة، كان بإمكاننا ضمان توزيع ممتاز لهذه الموجات، والتي، عند تأثيرها على الهواء الملامس مباشرة للنموذج، كانت ستحدث حوله غلافًا من الغاز المؤين بشكل متجانس جدًا.
...من المرجح جدًا أن تكون التجربة ناجحة في المحاولة الأولى، تمامًا كما كانت كل التجارب التي جرّبتها خلال مسيرتي البحثية.