حديث فى «تكنولوجيا الفضاء»
مصطفى عرام
يستخدم «النانو تكنولوجى» فى تطبيقات كثيرة حاليًا مثل: «الإلكترونيات» الخلايا الشمسية وفى الكيمياء وفى الزراعة لتطوير علم الغذاء، وفى الطب لنقل الدواء مباشرة إلى الخلايا المصابة بالأمراض، وفى الصناعة وتنقية الهواء، والطاقة.
كذلك اتجهت الأبحاث مؤخرًا لاستخدام الـ«نانوتكنولوجى» بكثافة فى «تكنولوجيا الفضاء»، لدرجة الاتجاه لوصف العصر بـ«العصر النانوى».
التقينا بالدكتور أحمد محمد أحمد أنور أستاذ مساعد هندسة المواد والتصميم، والمدير التنفيذى لمركز الخدمات الفنية والمعملية بكلية الهندسة جامعة فاروس بالإسكندرية، أحد أهم الخبراء فى «النانو تكنولوجى» وتأثيرها فى «تكنولوجيا الفضاء» وتطبيقات علمية أخرى، حيث فسر لنا الصلة الوثيقة بين «النانوتكنولوجى» و«الفضاء»، وحدثنا عن أهمية تحويل المواد إلى نانوية وأهم الأبحاث التى تجرى فى مصر حاليًا لابتكار مواد جديدة، كما تكلم عن تأثير «النانوتكنولوجى» فى تكنولوجيا الفضاء» وتفاصيل أخرى وإلى نص الحوار:
• كيف نصف العصر الذى نعيشه؟
ـ لكل عصر من العصور «التقدم التكنولوجى» الذى يميزه عن غيره، وكذلك «المواد المختلفة» التى تؤثر فى أسلوب المعيشة، ويستخدمها الإنسان فى حياته وسهولتها وطبيعتها، لذلك كانت تسمى «العصور» بأسماء المواد الشائعة والأكثر استخدامًا خلالها، مثل «العصر الحجرى» و«العصر البرونزى».
وتحديدًا منذ بداية الألفية الثالثة، يتجه الخبراء إلى تسمية هذا العصر بـ«العصر النانوى».
فقبل نحو 60 عامًا، سأل «ريتشارد فاينمان» فى إحدى محاضراته: ماذا يحدث إن استطعنا ترتيب الذرات بجوار بعضها البعض بالشكل الذى نريده؟»، حيث كان هذا السؤال هو أول عرض لفكرة «النانو تكنولوجى».
• ما المقصود بالنانو؟
تقاس المواد بوحدة «النانوميتر»، وهو جزء من المليون من الملليمتر، إذ إن نانوميتر واحد يساوى جزءًا من مليار جزء من المتر، فالنانو هو مقياس مترى وأصبح الاعتماد عليه كبيرًا وشديدًا فى مجالات مختلفة مثل الطب والصناعة والبناء والغذاء والطاقة النظيفة.
• وما هى المواد التى يمكن تحويها إلى «نانو»؟
ـ يمكن تحويل جميع المواد إلى «نانونية»، مثلًا الكربون «الفحم»، كلنا نعلم أنه يوجد منه نوعان حسب طريقة تكوينه، لكن على سبيل المثال «الكربون»، إذا أمكن تحويله إلى مقياس النانو، تصبح له صفات خارقة، إذ يكون أخف من الحديد 6 مرات، والأنابيب الكربونية النانونية لها صفات ممتازة، فتكون أخف من الحديد 100 مرة، وأقوى منه 100 مرة، وتستخدم فى عدة مجالات هندسية، بما يمثل طفرة فى علم خواص المواد، وهذا هو السر فى اهتمام علماء المواد وخواصها بتكنولوجيا النانو، وذلك للحصول على خواص خارقة للمواد.
• وماذا بالنسبة لمجال الفضاء؟
مادة «الأنابيب الكربونية النانونية»، بدأت تظهر تطبيقاتها فى تصنيع «الهياكل الخارجية» للمركبات الفضائية، ما يعنى أن تصنيع هيكل «قمر صناعى صغير» بنفس الحجم يكون له وزن أخف وخواص ميكانيكية أعلى، وبالتالى حاجة إلى طاقة كهربية أقل وكذلك توفير فى تكلفة «الإطلاق».
• وماذا عن أهم الأبحاث المصرية فى تصنيع هياكل الأقمار الصناعية بتقنية النانو؟
ـ أولا تصنيع «الهيكل الخارجى»، فتصميم الهيكل الخارجى للقمر الصناعى الصغير، الهدف منه تثبيت الكتلة والصلابة والقوة. حيث تعتبر صلابة الهيكل ضرورية لضمان الملاءمة إضافة إلى توفير الوزن، وهو ما يؤثر على إمكانية استخدام حمولات مختلفة، ويعزز خفة الحركة، ويقلل تكلفة الإطلاق، ولذلك فإن اختيار مادة مناسبة لتقليل الكتلة أمر يستحق الدراسة.
كذلك تمت دراسة استخدام مادة «ألياف الكربون» فى تصميم هيكل الأقمار الصناعية الصغيرة ومناسبتها للمهام الفضائية.
• وما أهم مميزات ألياف الكربون؟
ـ أهم المميزات هى «تقليل كتلة الهيكل المستخدمة». لذلك فإن استخدام تلك المواد يتزايد فى السنوات الحالية.
• معنى ذلك الاستغناء عن الألومنيوم فى صناعة الفضاء؟
ـ تم التركيز فى الدراسات مؤخرًا على تقييم هيكل مصنّع من مواد مركبة والتحقق من جدوى استخدام الهياكل للحفاظ على المتطلبات الميكانيكية والحرارية والبيئية. والنتائج تشجع مصممى هياكل الأقمار الصناعية على استخدام المواد المركبة فى المهمات المستقبلية كمادة بديلة لـ«سبائك الألومنيوم».
وقد أظهرت النتائج إمكانية استخدام «الايبوكسى» مدعم بـ«ألياف الكربون» ومخلوطة بـ«أنابيب الكربون النانونية» لتصنيع الهيكل بديلا عن الألومونيوم.
• وما مميزات «الإيبوكسى»؟
ـ المواد المستحدثة من الإيبوكسى بتقنية النانو بعد تعرضها لإشعاعات الجاما، يجعلها توفر فى وزن الميكانزيم التقليدى المكون من أجزاء معدنية، وكذلك التصميمات المعقدة المكونة من عدة أجزاء.
أيضًا هذه المادة توفر فى استخدام الطاقة، لأنها لا تحتاج إلى معدات إلكترونية وأجزاء كهربية للفتح أو الغلق.
فالمادة النانونية المستحدثة لها القدرة على العودة إلى الشكل الأصلى لها بعد تعرضها لعنصر تفعيل مثل الضوء والحرارة. وتتميز هذه المادة بخفة الوزن وارتفاع المواصفات الميكانيكية والاستقرار الحرارى.
ويعتبر هذا النوع من المواد «طفرة فى عالم تكنولوجيا المواد» والخاصة بالمواد النانونية التى تتعلق مباشرة بتكنولوجيا الفضاء.
• وماذا عن المشروعات المستقبلية الخاصة بالمواد النانونية و«تكنولوجيا الفضاء»؟
ـ نعمل حاليًا على ابتكار «مادة نانونية جديدة» لاستخدامها طبيًا، على سبيل المثال فى الأجهزة التعويضية للأشخاص لتساعدهم.
كما نعمل الآن على دراسة التصميمات الميكانيكية والمكونات النانونية اللازمة لتصنيع المادة المطلوبة، بالاشتراك مع أطباء علاج طبيعى للحكم على كفاءة الجهاز التعويضى.