Hamshahri corpus document

DOC ID : H-811013-59424S1

Date of Document: 2003-01-03

رويايي كه تعبير مي شود پاتريك ال. باري ترجمه: سليمان فرهاديان اين ماده پيزو الكتريك كه در مركز تحقيقات لانگلي ناسا ساخته شده است مي تواند تغيير شكل هايي همانند خمش يا كشش سطحي را احساس كرده و در پاسخ به اين محرك ها ولتاژ بسيار كوچكي توليد كند و به كامپيوتر مركزي انتقال دهد. نمونه اي از فضا پيماهايي كه در داستان هاي علمي تخيلي مورد استفاده قرارگرفته اند. مقايسه مقاومت كششي مواد كه در علوم مهندسي كاربرد دارند. استيل آراميد *ضدزنگ ( كولار )فيبر * نانوتيوب *كربن كربن مقاومت كششي نانوتيوبهاي كربن نسبت به ساير مواد با مقاومت بالا بسيار بيشتر است. توجه داشته باشيد كه مقياس در محور عمودي با توان ده افزايش مي يابد. فضاپيماهاي آينده از مواد پيشرفته اي ساخته مي شوند كه خواص تامل برانگيزي دارند. تصور كنيد به يك نمايشگاه خودرو رفته و به فروشنده مي گوييد: چيزي كه دنبالش مي گردم خودرويي است كه پس از هر مرتبه سوخت گيري 20 هزار كيلومتر را طي كند به طور اتوماتيك خودش را تعمير كند، سرعتش به هزار كيلومتر در ساعت برسد و وزنش هم فقط چندصد كيلوگرم باشد. فروشنده با چشماني از حدقه درآمده و دهاني باز به شما نگاه مي كند، اما شما در ادامه مي گوييد: راستي، فراموش كردم بابت اين خودرو فقط مي توانم يك چهارم قيمت ساير خودروها پرداخت كنم. قطعا در پي درخواست چنين خودروهاي جديد و جالبي، با خنده و استهزاي فروشنده مواجه مي شويد اما بايد گفت از بسياري جهات چنين خودروهاي رويايي خواص فصاپيمايي را دارند كه ما براي اكتشاف هرچه بيشتر منظومه شمسي طي ساليان بعد به آنها نياز داريم. فضاپيماهاي جديد بايد سريع تر، سبك تر، ارزان تر، قابل اعتمادتر و بادوام تر باشند و طوري طراحي شوند كه در يك زمان بتوان از آنها براي اهداف چندمنظوره استفاده كرد. غيرممكن؟ است قبل از آنكه در اين مورد اظهارنظر كنيد، تصور كنيد يك فروشنده اسب دويست سال پيش چه واكنشي نشان مي داد اگر كسي از او اسبي مي خواست كه بتواند چند ساعت متوالي با سرعت 160 كيلومتر در ساعت حركت كرده تا به مقصد برسد كل اعضاي خانواده را بتواند سوار كرده و تمام چمدان ها و اسباب سفر را همراه داشته باشد و در تمام مسير آواز دلخواه شما را بخواند! چنين اسبهايي موجودند و امروزه آنها را به نام ميني ون مي شناسيم. انقلابي در فناوري _ شبيه همان انقلاب صنعتي كه خودرو را جايگزين اسب كرد _ قادر است چيزي را كه امروز غيرممكن به نظر مي رسد، محقق ساخته و فردا به امري عادي تبديل كند. چنين انقلابي هم اكنون در شرف تكوين است. سه رشته علمي مهم امروز كه با سرعت هرچه تمام تر در حال توسعه هستند _ بيوتكنولوژي، نانوتكنولوژي و تكنولوژي اطلاعات _ با همياري خود مي توانند دانشمندان را قادر سازند كه مواد را در مقياس مولكولي كنترل كنند، چيزي كه پيش از اين ممكن نبود. دستاورد چنين هجومي به معادن طلاي سرزمين علم دسته جديدي از مواد است كه خواص حيرت انگيزي دارند، موادي كه به نظر مي رسد جايشان در خانه، در داستان هاي علمي تخيلي است و نه روي ميز كار محققين در آزمايشگاه. براي مثال، ماده اي را تصور كنيد كه قدرت و استحكام آن چندصد برابر استيل است، اما فقط يك ششم آن وزن دارد; موادي كه به محض آنكه آسيب ديدند، بهبود مي يابند; موادي كه ميزان فشار وارد شده را احساس مي كنند; سيم ها و تجهيزات الكترونيكي كه بسيار كوچكند و در مقياس مولكولي ساخته مي شوند; مواد ساختاري كه مي توانند الكتريسيته را توليد كرده و در خود ذخيره سازند; مايعاتي كه در يك آن منجمد مي شوند، در صورت لزوم سريعا به حالت اوليه برمي گردد. تمام موادي را كه خصوصيات آنها را برشمرديم هم اكنون موجود است و مواد بسياري كه خواص مشابه اينها داشته باشند در راهند. حال كه چنين مواد جالبي با خواص تامل برانگيزي در اختيار داريم، ساخت فضاپيماهاي جديد چندان هم نبايد باعث شگفتي و حيرت ما شود. اما با اين همه ساخت نسل جديد فضاپيماها با چندين معضل اساسي مواجه است، كه از مهم ترين آنها بايد به مسئله هزينه و قيمت تمام شده اشاره كرد. دكتر نويل مارزول مدير فناوري هاي پيشرفته هوافضا كه از زيرمجموعه هاي بخش طرح هاي دهه هاي آينده ناسا است در اين زمينه مي گويد: حتي اگر فرض كنيم كه تمام موانع فني و تكنيكي انجام اين كار رفع شده است، لازمه اكتشاف كامل منظومه شمسي آن است كه هزينه هاي لازم براي انجام اين كار به نحوي تامين شود، فقط در اين صورت اين طرح ها عملي خواهند شد. كاهش هزينه ها نيز پيش از ساير موارد، به معني كاهش وزن فضاپيما است. اگر بتوانيم يك كيلوگرم از جرم فضاپيما بكاهيم به اين معني است كه لازم نيست اين يك كيلوگرم را از ميدان قوي جاذبه زمين خارج كنيم. هرچه فضاپيما سبك تر باشد، مي توان موتورهاي كوچك تر، سبك تر و در عين حال كاراتري براي آن در نظر گرفت، علاوه بر آن ميزان سوخت مورد نياز نيز كاهش مي يابد. اين عبارت به اين معناست كه هرگونه كاهش وزني، باعث كاهش وزن در ساير تجهيزات فضاپيما مي شود و در نهايت مي توان انتظار داشت كه وزن فضاپيما نسبت به سابق شديدا كاهش پيدا كرده و در نتيجه هزينه هاي مصرفي نيز كم شوند. اما مهم ترين چالشي كه هم اكنون پيش روي دانشمندان قرار دارد اين است كه چگونه مي توان ضمن كاهش وزن، ايمني، قابليت اعتماد و عملكرد اين فضاپيماها را افزايش داد. قطعا شما هم با ما هم عقيده ايد كه ايمني قابل اعتماد بودن و عملكرد صحيح چيزي نيست كه بتوان از آن چشم پوشي كرد. هم اكنون دانشمندان در جست وجوي گستره اي از فناوري هاي جديدي هستند كه بتوانند حتي المقدور وزن فضاپيماها را كاهش دهند. براي مثال مي توان از مواد بسيار سبكي _ كه از فيلم هاي فوق العاده نازكي تهيه شده اند _ براي ساخت آنتن ها و صفحات فتوولتايي (panel photovoltaic) استفاده كرد و آنها را جايگزين مواد حجيم و سنگين فعلي كرد. با استفاده از اين مواد مي توان نيروي پيش رانش فضاپيماها را براي مسافرت هاي دور و دراز فراهم كرد چرا كه اين صفحات جرمي حدود 4 تا 6 گرم بر متر مربع دارند. البته لازم به ذكر است مواد چندسازه (materials composite) شبيه آنهايي كه در ساخت راكت تنيس و چوب گلف فيبر كربن به كار رفته است نيز پيش از اين در طراحي و ساخت فضاپيماها مورد استفاده قرار گرفته است، بدون آنكه از استحكام آن بكاهد. اما نوع جديدي از كربن كه كربن نانوتيوب _ nanotube carbon نام دارد مي تواند در اين زمينه مزاياي بيشتري نسبت به مواد چندسازه ارائه دهد: بهترين ماده چندسازه با وزن مساوي 3 تا 4 مرتبه قوي تري از استيل است اما اين مقدار براي نانو تيوبها به 600 برابر مي رسد! دنيس بوشنل يكي از دانشمندان مركز تحقيقات لانگلي (LaRC) ناسا در تشريح اين پديده مي گويد: اين استحكام شگفت انگيز از ساختار نانوتيوب ناشي مي شود. براي تشبيه مي توان گفت ساختار اين نانو تيوبها تا حدودي شبيه توري هاي مرغداري است كه به شكل استوانه درآمدند. در اين ساختار اتم هاي كربن در گوشه هاي اين شش ضلعي قرار گرفته اند. نانوتيوبها معمولا /1 2 حدود /1 4 تا نانومتر عرض دارند (هر نانومتر يك ميلياردم متر است ) يعني، در حقيقت عرض اين لوله ها تقريبا ده برابر شعاع اتم كربن منفرد است. هرچند كه نانوتيوبها اخيرا و در سال 1991 كشف شده اند اما اشتياق و علاقه وافر دانشمندان و مجامع علمي به اين مسئله باعث شد كه بتوانند انواع گوناگوني از اين ماده را ساخته و در موارد مختلف مورد استفاده قرار دهند. حدود دو يا سه سال پيش بزرگ ترين نانوتيوب ساخته شده حدود 1000 نانومتر طول داشت (يك ميكرون _ يك ميليونيم متر ). اما امروز دانشمندان مي توانند نانوتيوبهايي بسازند كه حدود 200 ميليون نانومتر ( سانتي متر ) 20 طول دارند. بوشنل تاكيد مي كند كه امروزه حدود 56 آزمايشگاه در سرتاسر جهان سرگرم توليد انبوه اين نانوتيوبها هستند. بوشنل در تشريح موارد كاربرد اين مواد مي گويد: امروزه گام هاي بسيار بزرگي در اين زمينه برداشته ايم، به طوري كه ساخت مواد بزرگ تر از اين ناتوتيوبها احتمالا در آينده نزديك صورت خواهد گرفت. مي دانيم كه نانوتيوبها با وزن مساوي 600 برابر استيل مقاومت دارند اما نمي دانيم اگر از اين نانوتيوبها مواد بزرگتر بسازيم، استحكامشان چند برابر استيل است. اما با اين همه هنوز هم نانوتيوبها بهترين انتخاب ما براي ساخت مواد جديد است. گذشته از اينكه نانوتيوبها موادي بسيار قوي هستند، از جهات ديگر نيز در طراحي و ساخت فضاپيماهاي سبك وزن اهميت مي يابند، چرا كه از نانوتيوبها مي توان در ساخت ابزارهاي چندمنظوره استفاده كرد. مارزول در تشريح اين خاصيت ناتيوبها مي گويد: پيش از اين ساختارهايي را طراحي مي كرديم كه فقط نقش چارچوب را داشتند و تنها وظيفه اين ساختارها كه موجب اضافه وزن مي شدند اين بود كه به عنوان نگهدارنده قسمت هاي مهم و فعالي مثل، حسگرها، پردازشگرها و ساير تجهيزات عمل مي كردند، اما امروزه ديگر به اين ساختارها نيازي چرا نداريم كه نگهدارنده اين تجهيزات خود مي تواند يكي از قسمت هاي سازنده و فعال سيستم باشد. فرض كنيد كه بدنه فضاپيما بتواند انرژي را در خود ذخيره كند، در اين صورت نيازي به استفاده از باتري هاي سنگين نداريم. يا سطوحي را تصور كنيد كه بتوانند به طور خودبه خودي خم شوند، در اين صورت از دستگاه هاي مجزايي جهت انجام اين كار بي نياز اگر مي شويم بتوان مداربندي ها را مستقيما در بدنه فضاپيما نصب كرد، در اين صورت به مداربندي جداگانه احتياجي نبود. اگر بتوان مواد را در مقياس مولكولي طراحي كرد در اين صورت تهيه اين ساختارهاي كل نگر ( holistic) ممكن مي شود. هر فردي مي تواند كوچك ترين خراش هايي را كه در هر قسمت از بدنش روي مي دهد احساس كند، چرا كه پوست بدن انسان داراي ميليون ها پايانه عصبي است كه اين پايانه به عصبهايي متصل هستند كه مي توانند سيگنال ها را به مغز انسان منتقل به كنند همين ترتيب، مي توان در ساختار سيستم هاي حياتي فضاپيماها حسگرهاي بسيار ريزي در مقياس نانومتر كار گذاشت كه به طور پيوسته شرايط پيرامون اين مواد را نشان دهند. اگر در قسمتي از اجزاي دستگاه اشكالي رخ دهد، اين حسگرها مي توانند كامپيوتر مركزي را از ماوقع مطلع سازند تا از وقوع يك تراژدي جلوگيري كنند. سيم هاي مولكولي مي توانند سيگنال ها را از اين حسگرها كه در تاروپود مواد كار گذاشته شده اند به كامپيوتر مركزي منتقل كنند، با اين كار مي توان از انجام سيم كشي هايي كه حاوي چند ميليون رشته است و حجم بسياري را به خود اختصاص مي دهد، و انجام آن عملا غيرممكن است اجتناب كرد. براي اين كار هم مي توان مجددا از نانوتيوبها استفاده كرد. به عبارت ديگر نانوتيوبها بسته به نحوه ساخت و توليدشان مي توانند به عنوان رسانا يا نيمه رسانا عمل كنند. دانشمندان هم اكنون توانسته اند سيم هايي در مقياس مولكولي تهيه كنند كه بعضي از آنها مي توانند ساختارهاي بسيار جالب و مفيدي را تشكيل دهند. پوست يك خاصيت مهم ديگر هم دارد و مي تواند خودش را ترميم كند. مي خواهيد باور كنيد مي خواهيد باور نكنيد اما هم اكنون مواد جديدي ساخته شده است كه مي تواند همين كار را انجام اين دهد مواد خود ترميم گر (healing- Self) از زنجيره طويلي از مولكول ها به نام يونومر ( inomer) ساخته شده اند. عملكرد اين مواد نيز به اين گونه است كه پس از برخورد مواد تيز و برنده اي همانند گلوله مي توانند يك بار ديگر به يكديگر بپيوندند. فضاپيماها را هم مي توان به اين گونه پوست ها مجهز ساخت، چرا كه فضا پر است از اين گونه تيرها و اين گلوله ها تيرها كه با سرعت بسيار زياد در حال حركتند دانه هاي سنگ و شني هستند كه از شهابسنگ ها و خرده سيارك ها جدا شده اند. چنانچه يكي از اين گلوله ها كه اندازه آنها ممكن است در حد يك ريگ باشد با فضاپيما برخورد كرده و به آن خسارتي وارد كند يك لايه از اين مواد خود ترميم گر مي تواند به بازسازي قسمت صدمه ديده بپردازد. شهابسنگ ها تنها خطرات موجود پيش روي فضاپيماها نيستند چرا كه فضا پر است از انواع مختلفي از تابش هاي كيهاني. فضاپيماهايي كه در مدار پايين كره زمين در حال چرخشند به طور دائم توسط ميدان مغناطيسي كره زمين محافظت مي شوند. چرا كه اين ميدان مغناطيسي كره اي به قطر 50 هزار كيلومتر حول كره زمين را در بر گرفته اما است در فاصله اي دورتر از مسافت ياد شده زبانه شعله هاي خورشيد و اشعه هاي كيهاني خطرات بي شماري را در مقابل مسافرت هاي فضايي ايجاد مي كنند. با اين همه دانشمندان در جست وجوي يافتن راه حل هاي جديد هستند. يكي از اين راه حل ها ايجاد حفاظهاي مناسب و كافي بدون افزايش قابل توجهي در وزن سفينه بعضي است از مواد جديد كه مي توانند به عنوان حفاظ در مقابل تابش هاي كيهاني عمل كنند، تهيه شده و اخيرا طي طرحي كه به MISSE موسوم است در ايستگاه فضايي بين المللي مورد آزمايش قرار گرفته است. اما استفاده از اين مواد به تنهايي كافي نيست. يكي از اين معضلاتي كه واقعا در مقابل فضاپيماها قرار دارد تابش هاي كيهاني كهكشاني (GCR) است كه از انفجار ابر نواختر ( supernova)هاي دوردست ايجاد مي شود. ادامه دارد Firstscience