مقدمه
پیشرفت بشر در انواع فناوریها موجب گردیده که بسیاری از مسائل پیچیده حتی مسائلی که آنها برای بشر یک آرزو به حساب می‌آیند، با فناوریهای جدید قابل گردد. ریز فناوری ، 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
ریز فناوری خواهد بود.
صنعت هوا - فضا نیز با تأثیر پذیری از ریز فناوری به پیشرفتهای فراوانی رسیده است. بیشتر کسانیکه به هوا - فضا علاقه دارند، به ریز فناوری نیز علاقمند هستند و برای آنها جذابیتهای خاص خود را دارد.
ریز فناوری از فناوریهای جدید 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. دانش عظیم ریز فناوری روز به روز در حال پیشرفت است و چند وقت یکبار پدیده‌ای جدید با ویژگیهای منحصر به فردی را به جهان فناوری تقدیم می‌کند. ریز فناوری یکی از مؤثرترین عوامل پیشرفت صنعت هوا - فضا در سالهای اخیر است. ریز فناوری نیز یکی از مؤثرترین عوامل پیشرفت صنعت هوا - فضا در سالهای اخیر است؛ از اینرو کشورهای پیشرفته و برخی از کشورهای در حال توسعه ، سرمایه گذاریهای زیادی در استفاده از ریز فناوری در صنعت هوا - فضا انجام داده‌اند.
ریز فناوری چیست؟
ریچادر فاینمن اولین کسی بود که اعتقاد داشت روزی مواد و اشیاء با ویژگیهای اتمی ساخته خواهند شد. او می‌گفت قوانین فیزیکی هیچگاه بر غیر ممکن بودن ساخت اشیاء با مدل اتمی و با دقت زیاد دلالت نمی‌کنند.
ریز فناوری از فناوریهای جدیدی است که از آن به عنوان عامل تغییر در روش تولید مواد یاد می‌شود. این فناوری ، مواد را در مقیاس یک میلیونیم متر (یعین مساوی 10
9-) کنترل و تولید می‌کند. توانمندی ساخت اجزای با مقیاسهای کنترل شده و ترکیب آنها برای تولید ساختارهای بزرگتر با خواص بسیار عجیب و البته مفید از ویژگیهایی است که این فناوری را در سطح اول بیشتر مباحث به روز علمی جهان قرار داده است.
مواد جدید و اشیای پیشرفته ساخته شده بوسیله این فناوری ، دارای ویژگیهای منحصر به فردی هستند که قابلیت حل بسیاری از مشکلات و مباحث جهان فناوری را دارند. تولید مواد سبکتر ، قوی‌تر ، که دارای عمر مفید طولانی‌تر ستند حاصل این فناوری است. با وجود ریز فناوری ، می‌توان پیش بینی کرد مسائل غیر قابل حل بیشتری بزودی حل شود. این دانش عظیم روز به رز در حال پیشرفت است و هر چند وقت یکبار پدیده‌ای جدید با ویگیهای منحصر به فردی را به جهان فناوری تقدیم می‌کند. برخی معتقد هستند ریز فناوری علم فهم و کنترل مواد در ابعاد تقریبی 11 تا 100 نانومتر است، ولی برخی دیگر به ابعاد کوچکتر نیز فکر می‌کنند یک نانومتر در حدود یک صد هزارم ضخامت یک برگ کاغذ معمولی است و این معادل 10 برابر طول یک اتم هیدروژن است.
استفاده از ریزفناوری در صنعت هوا - فضا
ریزفناوری توان زیادی برای افزایش اعتبار و کارایی سخت افزارهای هوا - فضایی دارد. نیروی زیاد ، وزن کم ، عمر طولانی و موادی با کاربردهای بیشتر و هزینه کمتر ، ویژگیهایی هستند که عامل پیشرفت هر چه سریعتر علم هوا - فضا و رفع مشکلات موجود در این صنعت خواهد شد. دانش هوا - فضا یکی از دانشهایی است که از سامانه‌های سریعتر و فشرده‌تر و سامانه‌های خودکار استقبال می‌کند. وسیله‌های نقلیه هوایی و فضایی ،
وسیله‌های اکتشاف فضایی و
هواپیماهای جاسوسی ، نمونه‌هایی هستند که به چنین سامانه‌هایی نیاز دارند. با جا دادن 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 بکار گیری این فناوری است.
بسیاری از کشورهای پیشرفته و برخی از کشورهای در حال توسعه ، سرمایه گذاریهای زیادی در کاربرد ریز فناوری در صنعت هوا - فضا انجام داده‌اند. در آمریکا در سالهای گذشته ، سرمایه‌های چند صد میلیون دلاری تحت عنوان ابتکار ملی ریز فناوری انجام شده است. البته ریز فناوری اهمیت بسیار زیادی نیز برای کشورهای اروپایی داشته است. ریز فناوری کاربردهای بیشتری نیز دارد. می‌دانیم که محیط فضا به دلیل فعل و انفعالات خاصی که در آن صورت می‌پذیرد، شرایط ویژه‌ای را ایجاد می‌کند که نگرانیهایی نیز بوجود می‌آورد. فعالیتهایی که در
سطح خورشید و ار
سیاره‌ها و
ستاره‌ها انجام می‌پذیرد موجب آن می‌شود که سطح بالایی از
تشعشعها در فضا تولید شوند. این تشعشعها در مخابره امواج رادیویی و شبکه‌های برق کره زمین اختلال بوجود می‌آورند. حتی در برخی موارد موجب واپاشی
مدار ماهواره‌ها می‌گردد.
این تشعشعها برای
فضانوردان و تجهیزات فضایی نیز مشکلاتی بوجود می‌آورد. به ویژه آن دسته از فضانوردانی که مدتهای طولانی در فضا می‌مانند، در معرض بیماری گوناگون قرار می‌گیرند. با استفاده از ریز فناوری امکاناتی بوجود آمده که قادر است اکثر این مشکلات را حل کند. ریز فناوری پزشکی و درمانی نیز برای فضانوردان تسهیلات ویژه‌ای فراهم نموده است. شناسایی
منظومه شمسی به کمک ریز فناوری بسیاری از مجهولهای 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. ریز فناوری پزشکی و درمانی نیز برای فضانوردان تسهیلات ویژه‌ای فراهم نموده است. 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 امکان پذیر شده است.
پژوهش ریز فناوری در ناسا
در سالهای اخیر مرکزهای پژوهشی فراوانی در موضوع بکار گیری ریز فناوری در صنعت هوا - فضا به ویژه در ناسا بوجود آمده است. بخشهای پژوهشی ریز ناوری 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 الکترونیکو 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 ریز فناوری ناسا 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 ریزفناوری بالاتر رود، مشکلات بیشتری در زمینه فضا حل خواهد شد. دسترسی بلند مدت پژوهشهای ریز فناوری ناسا حتی بیشتر از این است. ناسا سعی کرده است که با راهبردی موسوم به پایین به بالا روی این پایه‌ای سرمایه گذاری کند. به پژوهش در زمینه ساختارها و سازه‌هایی با ابعاد مولکولی
پژوهشهای ریز فناوری مولکولی گفته می‌شود که ناسا سرمایه گذاری زیاد بر روی آن کرده است. پژوهش در زمینه ریز فناوری در ناسا -که آزمایشگاههای گوناگونی برای آن ایجاد شده- دارای بخشهای ویژه‌ای است که مهمترین آنها عبارتند از:
- ریز مواد: موادی با قدرت بسیار بالا و قابل برنامه ریزی.
- ریز الکترونیکها ، داده پردازی ، سامانه‌های ارتباطی با مصرف انرژی کم.
- ریز ابزارها برای کوچک سازی سامانه‌های فضایی و ... .
- ریز فناوری زیست مولکولی ، سامانه‌های لب آن چیپ ، برای زیست درمانی و درمان فضانوردان بهصورت خود درمانی و ... .
از فعالیت سایر کشورها نیز می‌توان کشورهای ارو1ایی و ژاپن را نام برد که به عنوان مال پروژه ریز ماهواره قرص سیلسیومی از پروژه‌های کشور ژاپن است.
نمونه‌های بکار گیری ریز فناوری در هوا - فضا
با کمک ریز 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
پیلهای سوختی سامانه‌هایی هستند که به علت دارا بودن توانایی ذاتی خاص و فشردگی و کم حجم 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.
ریزماهواره‌ها
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 ریزفناوری ماهواره در حل این مشکلات نقشم مهمی بازی می‌کند.
ماهواره ژنست-1 یک ریز 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. ریزماهوره ژنست-1 در حال ساخت است و به زودی پرتاب خواهد شد. ناسا برای تولید این ریز ماهواره در 2.5 سال گذشته حدود 6 میلیون دلار هزینه کرده است.
ریز حسگرها
در آینده نه چندان دور ، حسگرهایی به اندازه مولکول ساخته خواهند شد. این ریز حسگرها داخل
سلولهای بدن فضانوردان قرار می‌گیرند تا به محض احساس ضربات تشعشعهای فضایی ، هشدارهای لازم را جهت حفظ سلامت فضانوردان ارسال کنند. البته این فناوری هنوز هم جای پبشرفت دارد و دانشمندان و محققان ناسا برای پیشرفت آن در حال کوشش هستند. وجود چنین حسگرهایی موجب افزایش ایمنی بدن فضانوردان خواهد شد، به گونه‌ای که به محض مشاهده کوچکترین علایم بیماری زا ، حتی قبل از بروز علائم ظاهری ، سلولهای بدن فضانوردان توسط همین ریز حسگرها برانگیخته خواهند شد.
برای مثال وقتی که یک موتور بسیار کوچک ، ولی زیان بار ، در حال رشد در بدن فضانورد باشد، بلافاصله شناسایی و علائم لازم توسط ریز حسگرها ارسال خواهد شد. توانایی یافتن تغییرات میکروسکوپی داخل سلولها یک لطف بزرگ و
پزشکی فضایی است. دانشمندان می خواهند هنگامی که بدن یک فضانورد در وضعیت بدی قرار گرفته، یا وقتی که فعالیت ویروس مهاجم در مراحل اولیه فعالیت است ریز حسگرها علایم لازم را ارسال کنند تا پیشگیریهای لازم صورت پذیرد. شاید وجود چنین امکاناتی گره گشای بسیاری از مشکلات فضانوردانی باشد که برای مدتهای طولانی در
مریخ ،
ماه و یا
سایر سیارات ماندگار خواهند بود.
ریز لوله‌های کربنی
ریز لوله‌های کربنی نیز از
دستاوردهای ریز فناوری هستند. این مواد بسیار سبک ، دارای قابلیتهای زیادی از جمله ذخیره انرژی زیاد و مقاوم به تشعشعات گوناگون هستند. یکی از محققان موفق به تولید ورقه‌های شفافی از ریز لوله کربنی شده‌اند که از ورقه‌های فولادی هم وزن بسیار مستحکم‌تر می‌باشند. ریز لوله‌های کربنی ذرات بسیار کوچکی هم مانند رشته‌های نامرئی هستند. میلیونها قطعه از این رشته‌های نامرئی باهم ترکیب می‌شوند و مواد مفید و قابل مشاهده‌ای بوجود می‌آورند. خواص مفید مکانیکی و الکتریی زیادی در این مواد نهفته است که در صنعت فضا بسیار کاربرد دارند. به عنوان مثال ساخت فضاپیمای سبک ، قوی و مقاوم در برابر تشعشعهای فضایی با چنین موادی امکان پذیر شده است.
پرنده‌های جاسوسی کوچک (ریز پرنده‌ها)
برای تولید پرنده‌های جاسوسی ، سرمایه گذاریهای زیادی انجام شده است. دانشمندان با الگو برداری از حرکات انواع پرندگان و حشرات در صدد تولید پرنده‌های جاسوسی کوچک موسوم به
ریز پرنده هستند. ریز فناوری در تولید چنین موجودات ریز بسیار کاربرد دارد. محققان دانشگاه فلوریدا در پژوهشی که انجام داده‌اند، موفق به ساخت یک هواپیمای جاسوسی شده‌اند که از حرکات یک نوع پرنده دریایی تقلید می‌کند. این هواپیمای جاسوسی بدون سرنشین ، فقط 50 گرم وزن دارد و سازندگان این پرنده ترجیح می‌دهند برای کامل کردن آن از تجهیزاتی متشکل از ریز مواد ، ریز حسگرها و دیگر محصولات ریز فناوری استفاده کنند. این ریزپرنده قابلیت پرواز در مناطق تنگ را داشته و می‌تواند با توجه به وضعیتهای گوناگون ، حالت بالهایش را تغییر دهد. برای اعزام این پرنده چابک به مأموریتهای داخل شهر ، مجموعه کاملی از دوربینهای مجهز و کوچک نیز روی آن کار گذاشته خواهد شد.
مباحث مرتبط با عنوان
