انفجار در کسری از ثانیه؛ چگونگی باز شدن کیسه هوا در تصادف
نصب کیسههای هوای جلو از سال ۱۹۹۹ در تمام خودروهای سواری جدید آمریکا اجباری شده است. کیسههای هوای جانبی اگرچه الزام قانونی مستقیمی ندارند، اما خودروسازان برای رعایت سایر استانداردهای فدرال مربوط به حفاظت جانبی، آنها را نصب میکنند. اداره ملی ایمنی ترافیک بزرگراههای آمریکا (NHTSA) اعلام کرده که کیسههای هوا از زمان معرفی تاکنون جان بیش از ۷۰,۰۰۰ نفر را در این کشور نجات دادهاند؛ پس کارایی آنها ثابت شده است؛ اما این کیسههای ایمنی چگونه کار میکنند؟
کیسههای هوا که اخیراً به هدف سارقان نیز تبدیل شدهاند، بخشی از سیستم ایمنی غیرفعال خودرو هستند که برای حفاظت از سرنشینان در هنگام تصادف طراحی شدهاند. بهطور میانگین، یک تصادف در حدود ۲۰۰ میلیثانیه رخ میدهد یعنی کمتر از یکپنجم ثانیه؛ بنابراین سیستم باید سریعتر از این بازه زمانی، یعنی معمولاً در ۱۰ تا ۳۰ میلیثانیه، وضعیت را تشخیص داده، واکنش نشان دهد و کیسه هوا را باز کند که سریعتر از یک پلک زدن خواهد بود. باز شدن کیسه هوا را خشونت مهندسیشده توصیف کردهاند، چراکه اساساً یک انفجار واقعی را مهار و هدایت میکند.
اول از همه باید گفت اصطلاح کیسه هوا چندان دقیق نیست، چراکه این کیسهها در واقع از هوا استفاده نمیکنند. سیستمهای امروزی از گوانیدینیم نیترات با اکسیدکننده مس نیترات برای تولید گاز نیتروژن استفاده میکنند. هنگامی که گوانیدینیم نیترات مشتعل میشود، به گاز نیتروژن، آب و کربن تجزیه میشود. اکسیدکننده مس نیترات برای کاهش دمای گاز خروجی به کار میرود. سیستمهای قدیمیتر کیسه هوا از آمونیوم نیترات استفاده میکردند؛ مادهای که با رطوبت و نم سازگاری خوبی نداشت و در نهایت باعث جراحات و حتی مرگهایی شد. گوانیدینیم نیترات تحت تأثیر رطوبت قرار نمیگیرد.
کیسههای هوا بسته به شرایط، در سرعتهای مختلفی باز میشوند. اگر خودرو با چیزی کم عرض مثل درخت یا تیر برخورد کند، کیسهها ممکن است در سرعت ۱۳ کیلومتر بر ساعت باز شوند. برخوردهای شامل اجسام بزرگتر مثل خودروهای دیگر میتوانند در سرعت ۲۹ کیلومتر بر ساعت باعث باز شدن کیسهها شوند؛ اما فناوری و روشهای بهکار رفته در کابین جلو با آنچه در سایر بخشهای خودرو استفاده میشود، متفاوت است.
کیسههای هوای جلو از شتاب سنجهای الکترونیکی کوچک استفاده میکنند که میتوانند کاهش ناگهانی سرعت خودرو را تشخیص دهند؛ که اساساً همان چیزی است که در تصادف رخ میدهد. با استفاده از فناوریای بهنام MEMS (سیستمهای میکروالکترومکانیکال)، سنسورهای ضربه در یک چشم به هم زدن تغییرات سرعت خودرو، میزان سرعت لحظه تصادف، آنچه به خودرو برخورد کرده و اینکه آیا سرنشینان کمربند بستهاند را تشخیص میدهند. سرنشینانی که کمربند بستهاند ایمنتر تلقی میشوند، پس کیسه هوا باز نمیشود مگر اینکه سرعت از ۲۶ کیلومتر بر ساعت بیشتر شود؛ اما کسانی که کمربند نبستهاند در معرض خطر بیشتری هستند، بنابراین سیستم معمولاً در سرعتهای ۱۶ تا ۱۹ کیلومتر بر ساعت کیسه هوا را فعال میکند.
کیسههای هوای جانبی کمی متفاوت هستند، چراکه فضای بسیار کمتری برای عملکرد خود دارند. در حالی که برخوردهای از جلو یا عقب ابتدا باید از میان کاپوت موتور یا صندوق عقب عبور کنند، در برخوردهای جانبی فضای بسیار کمتری میان محل برخورد و سرنشینان وجود دارد. این کیسهها از شتاب سنجهای نصبشده درون درب خودرو استفاده میکنند، اما علاوه بر آن از سنسورهای فشاری نیز بهره میبرند که اندازهگیری میکنند درب خودرو چقدر سریع و به چه میزان تغییر شکل میدهد.
در واژگونی، سنسورهای اضافی حرکات چپ و راست و کج شدن وسیله نقلیه را تشخیص میدهند تا مشخص کنند خودرو در آستانه واژگونی است یا خیر. کیسههای هوای پردهای جانبی که از هلیوم یا آرگون فشرده یا ترکیبی از پیشرانهای شیمیایی و گاز فشرده استفاده میکنند، در عرض ۲۰ میلیثانیه باد میشوند و مدت طولانیتری نسبت به کیسههای هوای جلوی استاندارد به حالت باد شده باقی میمانند. با این حال، تمام این تشخیصهای سنسوری در نهایت به همان خشونت مهندسی شدهای که پیشتر ذکر کردیم، ختم میشوند.
هنگامی که مدار فعال میشود، جریان الکتریکی از طریق یک المان حرارتی عبور میکند و گوانیدینیم نیترات را مشتعل میسازد. انفجار حاصل، گاز نیتروژن (نه هوا) را به داخل کیسه نایلونی میفرستد که برای جلوگیری از گره خوردن هنگام باد شدن، با پودر تالک پوشش داده شده است. کیسه هنگام باد شدن، درپوش پلاستیکیای که آن را از دید پنهان نگه داشته بود را پاره میکند. تمام این فرآیند در کمتر از ۱۰ میلیثانیه اتفاق میافتد. اگرچه میتوان با کیسههای هوای باز شده به رانندگی ادامه داد، اما نباید این کار را کرد.
بین سالهای ۱۹۹۰ تا ۲۰۰۸، NHTSA تخمین میزند که باز شدن کیسههای هوای جلو در تصادفهای با سرعت پایین بیش از ۲۹۰ مرگ را در پی داشته است. از این تعداد، تقریباً ۹۰ درصد مربوط به خودروهای ساختهشده قبل از ۱۹۹۸ بوده است؛ بیش از ۹۰ درصد قربانیان کودکان و نوزادان بودند و بیش از ۸۰ درصد سرنشینان یا کمربند نبسته بودند یا بهدرستی مهار نشده بودند. امروزه، جراحات جدی ناشی از باز شدن کیسه هوا بسیار کمتر از قبل است؛ و به لطف تغییرات در الزامات فدرال و پیشرفتهای فناورانه، موارد خرابی کیسه هوا و فراخوانی خودروها نیز کاهش یافته است.