تلهم الخصائص الميكانيكية لقشور البيض تصاميم تحمي المركبات الفضائية من الجيل الجديد من اصطدامات الحطام الفضائي. وكانت دراسة شارك Pedro Reis من MIT في تأليفها عام 2012 قد كشفت العلاقة بين الهندسة البيضوية للبيضة وصلابتها. واستفاد Reis أيضًا من تجربة المشي فوق علب البيض من دون كسرها: إذ ينبغي أن تكون الأطراف الضيقة والأكثر مقاومة للتشقق للبيض متجهة إلى الأعلى، وأن يتوزع الوزن على السطح بأكمله، وألا يقع حمل مفرط على بيضة واحدة. ويتطلب كسر بيضة قوة قدرها نحو 5.5 رطل؛ غير أن النتيجة تعتمد على اتجاه القوة وتوزيعها على القشرة.
تعود مقاومة قشرة البيض للتشقق إلى اندماج بلورات كربونات الكالسيوم داخل مصفوفة بروتينية، ودعمها بغشاء كولاجين داخلي رقيق. واستخدم قطاع الطيران هذه البنية نموذجًا في تحليلات أعطال القشور المعدنية للطائرات خلال 1950s و1960s. وكانت دراسة Reis لعام 2012 تدعم الرأي الشائع القائل إن وضع البيضة في وضع عمودي أكثر أمانًا. إلا أن فريق Tal Cohen من MIT أشار إلى أن البيض الموضوع أفقيًا، في الحالات التي يكون فيها امتصاص الطاقة أمرًا حاسمًا، يمكنه امتصاص طاقة أكبر والانضغاط بدرجة أكبر تحت القوة نفسها. وفي التجارب، تشقق البيض الموضوع أفقيًا، والذي أُسقط من الارتفاع نفسه، بوتيرة أقل مقارنة بالبيض الموضوع عموديًا.
نُقلت هذه النتائج أيضًا إلى جهود الحماية من حطام الفضاء. ووفقًا لتقرير NASA لعام 2021، يوجد في المدار القريب من الأرض نحو 34,000 قطعة يزيد حجمها على 10 سنتيمترات، ونحو 900,000 قطعة يتراوح حجمها بين 1 cm و10 cm، ونحو 128 مليون قطعة يقل حجمها عن 1 cm. وحتى الجسيمات الصغيرة يمكن أن تلحق أضرارًا بالمركبات الفضائية بسبب سرعتها العالية. وتهدف دروع Whipple المستخدمة في المركبات إلى تفتيت الجسيمات وتوزيع طاقة الاصطدام على مساحة أوسع.
قارن الباحثون بين تصاميم مطبوعة بتقنية 3D تتكون من صفائح ألمنيوم، وكرات ألمنيوم مملوءة بالماء موضوعة بين الصفائح، وهياكل على شكل قشرة بيضة مملوءة بالماء، وذلك من خلال المحاكاة وتجارب مدافع الغاز الخفيف. وخفّض التصميم الأكثر نجاحًا سرعة المقذوفات بنسبة نحو 65%، في حين خفضتها الصفائح المصنوعة من الألمنيوم فقط بنسبة 51%. وفي الترتيب الأكثر فاعلية، كانت البيوض موضوعة عموديًا وكانت أطرافها الضيقة تلامس الصفيحة العلوية. ورغم أن النتائج تبعث على الأمل، لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من التجارب لتطوير التصميم. ونُشرت الدراسة في Journal of Applied Physics عام 2026؛ DOI: 10.1063/5.0324502.
لماذا هذا مهم
تُظهر النتائج أن العامل الحاسم في دروع المركبات الفضائية ليس متانة المواد وحدها، بل أيضًا كيفية توزيع طاقة الاصطدام داخل الهيكل. ويضيف هذا النهج خيارًا مختلفًا إلى مبدأ تفتيت الجسيمات الذي تعتمد عليه دروع Whipple الحالية، وذلك من خلال طبقات تستخدم الماء وهندسة البيوض. ويهم هذا الموضوع خصوصًا مصممي المركبات الفضائية ودراسات السلامة المدارية المتأثرين بالمخاطر التي تسببها السرعات العالية للجسيمات الصغيرة. ومع ذلك، لا يزال من غير الواضح كيف سيُحافَظ على انخفاض السرعة المسجل في التجارب في ظروف الفضاء الفعلية ومع اتجاهات الاصطدام المختلفة؛ كما أن إعلان الباحثين الحاجة إلى مزيد من التجارب يُظهر أن التصميم لم يُثبت بعد بوصفه درعًا قابلًا للتطبيق. وقد يؤدي الفرق بين الترتيب الأفقي والرأسي أيضًا إلى تغيير قرارات التصميم، تبعًا لما إذا كان هدف الحماية هو امتصاص الطاقة أم تقليل انتقال الصدمة.