Mechanism of Mold-Induced Degradation of Silicone Rubber Under Microgravity in Space Environment

داخل الكبائن المغلقة والمتحكم في مناخها في محطة فضائية، تدور معركة هادئة بين التكنولوجيا البشرية والحياة المجهرية التي تسافر معنا حتماً. يعمل المطاط السيليكوني، وهو مادة تحظى بتقدير كبير لمرونتها وقدرتها على تحمل درجات الحرات القصوى، كعازل حيوي يحافظ على بقاء الهواء في الداخل ويمنع فراغ الفضاء من الدخول. إنه البطل المجهول الذي يمسك بأنظمة دعم الحياة والمكونات الكهربائية. ومع ذلك، فإن هذه المادة ليست محصنة ضد الفطريات الصغيرة التي تصحب رواد الفضاء والمعدات في رحلاتهم. ففي البيئة الدافئة والرطبة والغنية بالمغذيات داخل مركبة فضائية، يمكن لهذه الفطريات أن تستقر على أسطح المطاط، وتتغذى على الإضافات العضوية التي تترك خلفها أثناء عملية التصنيع. ولطالما كان السؤال الذي يواجه المهندسين هو ما إذا كانت الظروف الفريدة للفضاء — وتحديداً غياب الجاذبية — ستغير طريقة مهاجمة هذه الكائنات لمضيفها. فهل ستجعل بيئة الطفو وانعدام الوزن المطاط أكثر عرضة للخطر، أم أنها ستحمي المادة بطريقة ما عن طريق تعطيل قدرة الفطريات على النمو؟

وللإجابة على ذلك، أجرى باحثون من برنامج الفضاء الصيني والجامعات دراسة مقارنة مباشرة، حيث أرسلوا عينات من مطاط السيليكون إلى المدار على متن مركبة "شينزو" الفضائية، مع الاحتفاظ بعينات مطابقة على الأرض. قام الباحثون بتلقيح كلتا المجموعتين من العينات بنوع شائع من العفن يُعرف باسم "أسبرجيلوس برازيليانسيس" (Aspergillus brasiliensis)، وهو فطر يوجد غالباً في التربة والنباتات المتحللة. قضت عينات الفضاء تسعين يوماً في بيئة الجاذبية الصغرى الحقيقية لمحطة الفضاء الصينية، بينما نمت العينات الأرضية في مختبر خاضع للرقابة يحاكي درجة حرارة المحطة ورطوبتها. ومن خلال إعادة عينات الفضاء إلى الأرض وتحليلها جنباً إلى جنب مع توائمها الأرضية، تمكن الفريق من ملاحظة كيف أثر غياب الجاذبية على سلوك العفن والضرر اللاحق بالمطاط بدقة.

كشفت النتائج عن اختلاف مفاجئ في سلوك العفن في البيئتين. ففي الأرض، ازدهر العفن؛ حيث استقرت الأبواغ، وهي الوحدات التكاثرية الصغيرة للفطر، بكثافة على سطح المطاط، مكونة تجمعات متراصة. ومع نموها، أفرزت كمية كبيرة من الأحماض العضوية، بما في ذلك نوع محدد يسمى حمض البوتيريك. عملت هذه الأحماض كمذيب كيميائي، حيث تغلغلت في المطاط وفككت بنيته الداخلية. ووجد الباحثون أن إجمالي كمية الحمض التي أنتجها العفن الموجود على الأرض كانت عشرة أضعاف الكمية التي أنتجها العفن في الفضاء. أدى هذا الهجوم الكيميائي إلى ضرر مرئي: أصبح سطح المطاط خشناً، ومحفوراً، ومتقشراً، مما أفقده ملمسه الناعم، والأهم من ذلك، قدرته على مقاومة تدفق الكهرباء. فقدت المادة خصائص عزلها من حوالي 600 كيلو أوم·سم إلى حوالي 330 كيلو أوم·سم، أي انخفاض بنسبة تقارب 50%، وهي علامة على أن سلاسلها الجزيئية الداخلية قد تضررت بشدة.

في المقابل، واجه العفن في الفضاء صعوبة في إرساء موطئ قدم له. فبدون الجاذبية التي تسحب الأبواغ للأسفل وتبقيها مستقرة على السطح، تصرف السائل الذي يحتوي على الأبواغ بشكل مختلف، مدفوعاً بشكل أساسي بالتوتر السطحي. تسبب هذا في تجمع الأبواغ عند حواف قطرات السائل فقط بدلاً من انتشارها بالتساوي عبر المطاط. ونتيجة لذلك، ظل العفن في الفضاء متناثراً وغير نشط إلى حد كبير؛ حيث أنتج القليل جداً من الأحماض العضوية الضارة، وظل سطح المطاط سليماً إلى حد كبير. وعلى الرغم من وجود بعض الشقوق الطفيفة حيث جف السائل، إلا أن المادة لم تعانِ من التآكل الواسع الذي شوهد على الأرض. وقد أكد الباحثون ذلك من خلال فحص المطاط تحت مجاهر قوية واستخدام الضوء للكشف عن التغيرات الكيميائية؛ حيث أظهرت عينات الفضاء علامات أقل بكثير على التحلل الجزيئي الذي يميز التحلل الفطري.

تخلص الدراسة إلى أن بيئة الجاذبية الصغرى تغير عملية التحلل بشكل كبير، مما يؤدي إلى تلف أقل للمواد مقارنة بالظروف الأرضية. فغياب الجاذبية يمنع العفن من تكوين المستعمرات الكثيفة المنتجة للأحماض والتي تعد مدمرة للغاية على الأرض. وبدلاً من طبقة موحدة من التحلل، تؤدي بيئة الفضاء إلى استعمار متقطع وضعيف يترك المادة بدرجة أقل من التحلل. وتعد هذه النتيجة حيوية لمستقبل الرحلات الفضائية طويلة المدى، حيث تشير إلى أن أختام مطاط السيليكون قد تتعرض لتآكل بيولوجي في المدار أقل مما تتعرض له على الأرض. إنها توفر للمهندسين صورة أوضح لكيفية تقادم المواد في الفضاء، مما يسمح لهم بتصميم استراتيجيات حماية أفضل وضمان بقاء الأختام الحرجة التي تحافظ على سلامة رواد الفضاء موثوقة لسنوات قادمة.