فناوری نانو در صنعت هوافضا (2)

پیشرفت بشر در انواع فناوریها موجب گردیده که بسیاری از مسائل پیچیده حتی مسائلی که روزی برای بشر یک آرزو به حساب می‌آمد، با فناوریهای جدید قابل  حل گردد. فناوری نانو ، فناوری جدیدی است که کاربردهای گسترده‌ای در تمامی حیطه‌های زندگی خواهد داشت. اکثر دانشمندان معتقدند که پیشرفت و سهولت در زندگی از نتایج بکار گیری فناوری نانو خواهد بود. صنعت هوا  فضا نیز با تأثیر پذیری از فناوری نانو به پیشرفتهای فراوانی رسیده است. بیشتر کسانیکه به هوافضا علاقه دارند، به فناوری نانونیز علاقمند هستند و برای آنها جذابیتهای خاص خود را دارد.

قسمت اول

این مسئله كه کاربردهای فناوری نانو همراه با هزینه کمتر، دوام و عمر بیشتر، مصرف انرژی پایین‌تر، هزینه نگهداری کمتر و خواص فیزیكی بهتر است، از جمله دلایل جذابیت فناوری نانو برای صنایع هوافضا در حوزه‌های مختلف از جمله هوانوردی تجاری، حمل ونقل هوایی، هواپیماهای نظامی، بالگردها، ماموریت‌های فضایی، هواپیماهای بدون سرنشین و غیره می‌باشد. به همین دلیل رویکرد جدید و اولویت بسیاری از مراكز تحقیقاتی در ارتباط با فناوری نانو است.

حوزه مواد، از مباحث اولیه در اكثر صنایع می باشد اما در صنایع هوافضا به عنوان شاخص اصلی نیز قابل طرح است. زیرا كاهش وزن همزمان با حفظ یا افزایش خواص مواد باعث برتری یك محصول هوایی می‌شود چه در بازار تجاری و چه در مباحث دفاعی و نظامی، بنابراین نانو مواد با افزایش خواص مواد در آینده تأثیر زیادی را بر این صنعت خواهد گذاشت. فناوری نانو از فناوریهایی است که از آن به عنوان عامل تغییر در روش تولید مواد یاد می‌شود. تولید سبکتر ، قوی‌تر که دارای عمر مفید طولانی نیز هستند حاصل این فناوری است.

فرض كنید بدنه هواپیما با استفاده از نانو مواد ضمن بهبود خواص فیزیكی و شیمیایی، وزنی نصف بدنه های فعلی داشته باشد. در این صورت یك جهش در اقتصاد هوایی رخ خواهد داد زیرا مصرف سوخت كم شده و برد آن به صورت قابل ملا حظه ای افزایش می یابد. در قسمتهای دیگر هم به همین ترتیب ،‌موتور هواپیماها با استفاده از نانومواد علاوه بر بازدهی بهتر قدرت پیشرانه بیشتری را هم تولید خواهند كرد. استفاده از نانومواد در پره توربین ها امكان كار در دمای بالاتری را می دهد. نانومواد وزن بدنه موتور را كاهش می دهندو روانكاری توسط روغنهای نانویی بهتر صورت می پذیرد.

در موشكها و فضاپیماها موادنانویی باعث كاهش وزن قابل توجهی خواهند شد. این فناوری در آینده موجب بهبود نسبت وزنی محموله های فضایی به وزن موشك پرتاب‌كننده خواهد شد.

بهبود این نسبت، به 9 برابر مقدار كنونی بسیار قابل توجه خواهد بود یعنی می توان وزنی معادل 3 برابر موشك را به عنوان محموله به فضا پرتاب كرد كه این به معنای كاهش فوق‌العاده در قیمت تمام شده پرتاب خواهد بود كه باعث رونق بیش از پیش ماهواره ها و سفرهای فضایی خواهد شد. ضمن اینكه صرفه جویی وزنی در خود محموله های فضایی كه عموماً ماهواره ها هستند با استفاده از نانومواد تأثیر مضاعفی در این صنعت خواهد داشت. هم اكنون در بسیاری از ماموریت‌های دوردست از یك موشك پیشران برای رسیدن به مدار مورد نظر استفاده نمی‌شود بلكه از چند موشك و در چند مرحله برای تامین نیروی پیشران استفاده می‌شود. به این ترتیب كه موشك مرحله اول پس از اتمام سوخت، جدا شده و موشك مرحله بعدی وظیفه تامین نیروی پیشران را بر عهده می‌گیرد كه این كار به علت كاهش هزینه‌ها و بعضی دلایل دیگر صورت می‌پذیرد اما فناوری نانو با صرفه‌جویی وزنی نیاز به پیشران‌های چند مرحله‌ای را كاهش می‌دهد و از این طریق نیز هزینة ماموریت‌های آتی فضایی را كاهش خواهد داد. در پروژه های فضایی مثل ایجاد اقامتگاههای فضایی نیز نانومواد نقش مؤثری داشته و قابلیت زیستن در فضا را افزایش خواهند داد.

در سالهای اخیر مرکزهای پژوهشی فراوانی در موضوع بکار گیری فناوری نانو در صنعت هوا - فضا به ویژه در ناسا بوجود آمده است.

بخشهای پژوهشی فناوری نانو در ناسا و سرمایه‌های مربوط به آن شامل موارد زیر است:

* تحقیقات در زمینه ی مواد توسط آزمایشگاهی لانگلی با سرمایه گذاری 11 میلیون دلار

* تحقیقات ر زمینه ی الکترونیک و داده پردازی توسط آزمایشگاه ایمز با سرمایه گذاری 15 میلیون دلار

* تحقیقات در زمینه ی حسگرها و اجزا توسط آزمایشگاه رانش جت با سرمایه گذاری 10 میلیون دلار

بسیاری از مطالعات فناوری نانو درناسا دارای هدف بلند مدت می‌باشد. یکی از هدفهای مهم و اصلی ، افزایش امکانات فضاپیما و کاهش وزن سامانه‌های فضایی است. در صورتی که کارآیی این دستگاهها با کاربرد فناوری نانوبالاتر رود، مشکلات بیشتری در زمینه فضا حل خواهد شد. ناسا سعی کرده است که با راهبردی موسوم به پایین به بالا(در این رویکرد، محصول از طریق کنار هم قراردادن مواد ساده‌تر به وجود می‌آید، مانند ساخت یک موتور از قطعات آن. در حقیقت کاری که در اینجا انجام می‌شود، کنار هم قرار دادن اتم‌ها و مولکول‌ها برای ساخت یک محصول نانومتری است. تصور کنید که قادریم اتم‌ها و مولکول‌ها را به طور واقعی ببینیم و آنها را به طور دلخواه کنار هم قرار دهیم تا شکل مورد نظر حاصل شود. معمولاً روش‌های پایین به بالا ضایعاتی  ندارند.)

روی این فناوری سرمایه گذاری کندپژوهش در زمینه فناوری نانودر ناسا که آزمایشگاههای گوناگونی برای آن ایجاد شده دارای بخشهای ویژه‌ای است که مهمترین آنها عبارتند از:

*نانومواد: موادی با قدرت بسیار بالا و قابل برنامه ریزی

* نانو الکترونیکها ،داده پردازی ، سامانه‌های ارتباطی با مصرف انرژی کم

* نانو ابزارها برای کوچک سازی سامانه‌های فضایی

* نانو فناوری زیست مولکولی ، برای زیست درمانی و درمان فضانوردان و...

نمونه‌های بکار گیری نانو فناوری در هوا - فضا

با کمک نانو فناوری ، سامانه‌های ویژه ای ایجاد شده و دستگاههای جدیدی ساخته شده‌اند که هر کدام به عنوان راه حلی یا چند مشکل دیرینه موجود در صنعت هوافضا به حساب می‌آیند. برای شناخت بیشتر دستگاهها و فناوریهای بکار رفته در آنها به بررسی چند مورد می‌پردازیم.

پیلهای سوختی

باتری ها وپیل های سوختی به عنوان مولد های ساکت انرژی مطرح هستند.باتری های لیتیوم یونی باتری هایی هستند که انرژی بسیاربالاتری رانسبت به باتری های معمول ذخیره می کنند ومی توانند بارها شارژشوند.این باتری ها درزمان نگه داری به مقدار خیلی کمی خالی می شوند.

برای تامین کل یک هواپیمای بدون سرنشین درهوا باید باتری ها را با هم سری یا موازی کردوازتوان جمع آن ها بهره برد.مشکل باتری ها وزن بسیار بالای آن ها برای مقادیر بالاتر انرژی است ،لذا کارایی باتری برای انرژی های بالا بسیار کم است وفقط جهت تامین برق درموارد خاص ازآن استفاده می شود.پیل های سوختی توان تولید انرژی بیشتری دارند،اگر یک هواپیمای بدون سرنشین با دونیروی محرکه باتری وپیل سوختی مقایسه شود پیل سوختی توانسته مدت پرواز رااز 5/2ساعت به 10 ساعت تبدیل کند.

پیلهای سوختی سامانه‌هایی هستند که به علت دارا بودن توانایی ذاتی خاص و فشردگی و کم حجم بودن به عنوان یکی از روشهای کار آمد برای تبادلهای انرژی شیمیایی در فضا مطرح می‌باشند. به علت عملکرد پاک این پیلها ، سرمایه گذاریهای زیاد برای تولید آنها انجام شده است. البته این پیلها کاربردهای دیگری نیز در وسایل نقلیه فضایی مثل تولید الکتروشیمیایی اکسیژن در ایستگاههای فضایی دارند..

نانو ماهواره‌ها

همانطور که پیش از این توضیح داده شد محیط فضا به گونه‌ای است که تشعشعهای صادر شده از آن ، به ویژه برای دستگاهها و انسانهایی که برای مدت طولانی در فضا می‌مانند زیان بار است. حتی مشکلات بیش تری هم وجود دارد که نانوفناوری ماهواره در حل این مشکلات نقش مهمی بازی می‌کند. ماهواره ژنست-1 یک نانو ماهوره است که وزنی حدود 10 کیلوگرم دارد و از سه ماهواره مکعبی کوچکتر متصل به هم ساخته شده است. این ماهواره بسیار کوچک ، سریع و ارزان کارش مقابله با اثرات زیستی فضا است. نانوماهوره ژنست-1 در حال ساخت است و به زودی پرتاب خواهد شد. ناسا برای تولید این نانو ماهواره در 2.5 سال گذشته حدود 6 میلیون دلار هزینه کرده است..

      ادامه دارد...