نانو و فضا

دانش هوافضا یکی از دانش‌هایی است که از سامانه‌های سریع‌تر و فشرده‌تر و سامانه‌های خودکار استقبال می‌کند. وسایل نقلیه هوایی و فضایی، وسیله‌های اکتشاف فضایی و هواپیماهای جاسوسی، نمونه‌هایی هستند که به چنین سامانه‌هایی نیاز دارند. با جادادن سامانه‌های الکترومغناطیسی در ساختاری به ابعاد نانو، برای ماهواره‌هایی که در اطراف زمین در حال گردش هستند و با جستجوگران سیاره‌ها در فضا با هزینه‌های کم‌تر، کاربرد بیش‌تر از نتایج بکارگیری این فناوری است.

بسیاری از کشورهای پیشرفته و برخی از کشورهای در حال توسعه، سرمایه‌گذاری‌های زیادی در کاربرد فناوری نانو در صنعت هوافضا انجام داده‌اند.

می‌دانیم که محیط فضا به دلیل فعل و انفعالات خاصی که در آن صورت می‌پذیرد، شرایط ویژه‌ای را ایجاد می‌کند که نگرانی‌هایی نیز در پی خواهد داشت. فعل و انفعالاتی که در سطح خورشید و سیاره‌ها و ستاره‌ها اتفاق می‌افتد موجب آن می‌شود که سطح بالایی از تشعشعات در فضا تولید شوند. این تشعشعات در مخابره امواج رادیویی و شبکه‌های برق کره زمین اختلال به وجود می‌آورند. حتی در برخی موارد موجب واپاشی مدار ماهواره‌ها می‌گردد. این تشعشعات برای فضانوردان و تجهیزات فضایی نیز مشکلاتی به وجود می‌آورد. به ویژه آن دسته از فضانوردانی که مدت‌های طولانی در فضا می‌مانند، در معرض بیماری‌های گوناگون قرار می‌گیرند. با استفاده از نانوفناوری امکاناتی به وجود آمده که قادر است اکثر این مشکلات را حل نماید. نانوفناوری پزشکی و درمانی نیز برای فضانوردان تسهیلات ویژه‌ای فراهم نموده‌است. شناسایی منظومه شمسی به کمک نانوفناوری بسیاری از مجهولات جهان علم را کشف خواهد کرد و این در صورتی قابل اجراست که تعداد بی‌شتری فضاپیمای کم هزینه، با وزن سبک و امکانات بیش‌تر تولید و به فضا پرتاب شوند.

در آینده نه چندان دور، حسگر‌هایی به اندازه مولکول ساخته خواهند شد. به محض مشاهده کوچک‌ترین علائم بیماری، حتی قبل از بروز علائم ظاهری، سلول‌های بدن فضانوردان توسط همین ریز حس‌گرها برانگیخته خواهند شد. نانوفناوری پزشکی و درمانی نیز برای فضانوردان تسهیلات ویژه‌ای فراهم نموده‌است. یکی از هدف‌های مهم و اصلی، افزایش امکانات فضا ،هواپیماها و کاهش وزن سامانه‌های فضایی است. ساخت فضاپیماهای سبک، قوی و مقاوم در برابر تشعشعات فضایی با چنین موادی امکان‌پذیر شده‌است.

فناوری نانو در ماموریتهای فضایی آینده نقش مهمی خواهد داشت. نانو حسگرها، موادی بسیار بهبود یافته با عملکرد بالا، یا سیستمهای پیشران بسیار کارآمد، تنها نمونه ای از کاربرد فناوری نانو میباشند.

طراحان سفینه های فضایی به این منظور و نیز رفع مشکلاتی مانند بی وزنی و دوام سا ختار، به دنبال موادی هستند که بتواند به آنها در توسعه وساخت روکش چند کاره بدنه سفینه های فضایی ( نانو حسگرهایی که بتواند حفاظت موثری دربرابر تابشهای فضایی ایجاد کرده و ذخیره انرژی خوبی هم داشته باشد) کمک نماید و به نظر دانشمندان نانومواد پیشرفته ای مانند نانولوله های ایزوتوپی غنی شده با بورمیتواند برای این منظور کاملاً مناسب باشد.

تابشهای فضایی به لحاظ کمی کاملاً با آنچه بشر در روی زمین با آن مواجه است تفاوت دارد.

یک فضانورد به محض خروج از میدان مغناطیسی و اتمسفر محافظ زمین، در معرض تابشهای یونیزه کننده ای به صورت ذرات اتمی باردار که با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت میکنند قرارمیگیرد. این ذرات پر انرژی (HZE ) دارای بار زیادی بوده و بیشترین خطر را برای انسان در فضا دارند.

قرار گرفتن طولانی مدت در برابر این تا بشها موجب آسیب دیدن DNA و بروز سرطان میشود. بور 10 یکی از مواد محافظی است که دانشمندان مشغول بررسی قابلیت آن هستند..

در واقع دانشمندان از دهه 1930 نسبت به توانایی این ماده در بدام اندازی نوترونها آگاهی داشتند و در شمارشگر گایگر از آن بعنوان محافظ تابش و نیز لایه محافظ راکتورهای هسته ای استفاده می نمودند.

نانولوله های بور به دلیل داشتن ساختاری مشابه با نانولوله های شناخته شده کربنی ها بسیاری ازخواص عالی آنها را داشته و حتی نسبت به آنها از برخی خواص بهتری ( مانند پایداریشیمیایی بالا، مقاوت اکسیداسیون بالا در دماهای بالا )داشته و یک نیمه هادی پایداربا شکاف باندی پهن به شمار می آیند. به همین دلیل میتوان آنها را به صورت روان کننده جامد در کاربردهای دما بالا یا محیط های خورنده ای مانند باتریها، پیلهای سوختی، ابر خازنها و ماشینها ی پر سرعت بکار برد.

غنی سازی ایزوتوپی درواقع به معنای ایجاد غلظت بیشتری ازنیترید بور10 است، زیرا به طورعادی غلظت نیترید (بور 11 ) بیشتر – حدود هشتاد درصد یا بیشتر –  است.

این محققان برای اولین بارموفق شدند ترکیبی با بازدهی بالا و به مقدار زیاد از این نانولوله ها را ، بااستفاده از روش آسیاب توپی یا فرآیند گداخت تولید نمایند.

از جمله کاربردهای ویژه این ماده میتوان به موارد زیراشاره نمود:

** حفاظت در برابر تابش، مواد چندکاره برای ذخیره انرژی، حفاظت محیط زیست، صنایع هسته ای، حسگرها و نیز بدنه خارجی سفینه های فضایی، و تشخیص و درمان سرطان..

** تولید انبوه نانولوله های خالص بور از جمله مشکلات عمده تحقق کاربردهای آینده آن مانند حفاظت تابشی می باشد ؛ چراکه این کار مستلزم مقادیر زیادی از این ماده است. دانشمندان با استفاده از این روش جدید توانسته اند به این هدف دست یافته و حتی هم اکنون فروش نانولوله های بور را هم آغاز کرده اند.

** فن آوری نانو، انقلابی در سیستم های هواپیمایی

** فن آوری نانو منجر به ایجاد انقلابی در فن آوری ”دستگاههای خودکار و هوشمند هواپیما”‌ شده است که به کاهش مصرف سوخت و افزایش ایمنی هواپیما کمک شایانی می نماید.

پیش بینی می شود این فن آوری به سنسور های بی سیمی تبدیل شوند که روز به روز کوچکتر می شوند به طوریکه که در سال 2020 با استفاده از این فن آوری مهندسین فضا قادر به جای دادن آن ها در اجزا و یا ساختارلایه های جو خواهند بود.

این فن آوری که به “ذرات هوشمند” معروف است، حاکی از انقلابی در سیستم های هواپیمایی هستند که از هر نقطه هواپیما، بین سیستم بخش های بین سیستم های مختلف هواپیما ارتباط برقرار می کند.

دکتر “دیوید یاکوبسن” مدیر تکنولوژی های در حال ظهور شرکت PwC  در این باره می گوید: 

پشتیبان های لایه ای احتمال خرابی نرم افزارها یا سنسورها که سبب خاموش شدن هواپیما در شرایط بحرانی پرواز می شود را پایین می آورد بدون اینکه وزن اضافه ای به هواپیما تحمیل کند.

گفته وی بدین معنی است که هواپیما می تواند با ایمنی بیشتر و مصرف سوخت کمتر پرواز کند.

او افزود: ایده اصلی این فن آوری، توسعه گرایش فعلی در طراحی سیستم های هوایی به سوی کنترل دارای قابلیت انطباق پذیری در هواپیماست که این امر با افزایش چشمگیر سنسورهای فشرده که به منظور بهبود عملکرد در سیستم های کنترل سیمی هواپیما توزیع شده است، محقق می شود . این فن آوری به صورت هوشمند کنترل هواپیما را آنگونه که مطلوب خلبان است تنطیم می کند.

 دکتر”یاکوبسن ” در این باره می گوید: دستیابی به فن آوری ذرات هوشمند به پیشرفت مولفه های الکترونیک بستگی دارد که تابعی از “قانون مور”هستند، اصلی که می گوید تعداد ترانزیستورهایی که جایگزین مدارهای پیوسته دوتایی در هر دو سال می شوند، به شکل یک تابع نمایی است که بیش از 40 سال است که حفظ شده است.

وی افزود: بسیاری از کارشناسان بر این باورند که “قانون مور” در سال 2020 با ایجاد الکترونیک مبتنی بر سیلیکون دچار محدودیت خواهد شد.اما وی بر این باور است که این پیشرفت هاکه مرهون فن آوری نانو هستند با ورود مواد جدید مانند پلیمرهای نیمه رسانا که به “پلاستیک هوشمند” معروف هستند و گرافن ها (که به طورکامل شرح دادیم) ادامه خواهد اشت.

در مجموع فن آوری نانو با دستکاری مواد در مقیاس های مولکولی –اتمی و یا حتی اندازه های بسیار کوچکتر از آن، نوید بخش پیشرفت تاز ه ای در مواد جدید با ترکیبات خاصی است.

 دکتر “یاکوبسن” همچنین انتظار دارد انقلابی در مانورهای مخفی هواپیما های نظامی رخ دهد که این موضوع مدیون ترکیبات حاصل از فن آوری نانو و تکنیک های لیزر می باشد.

فن آوری نانو و سطوح آن متغیرند و الگوهای خود را برحسب سیگنال های ارسالی از زمین و رادارهای جستجو گر تغییر می دهند.