نانو تکنولوژی و فضا

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 نمونه‌ای از کاربرد فناوری نانو هستند.

به گزارش پایگاه اینترنتی فناوری نانو، حفاظت در برابر تابش از کاربردهای اساسی فناوری نانو در سفرهای فضایی است .

به گفته دانشمندان ناسا، خطر قرار گرفتن در معرض تابشهای فضایی مهمترین عامل محدودکننده طول مدت سفرهای فضایی است و لذا هم اکنون تحقیقات فراوانی به‌طور خاص در این زمینه در حال انجام است.

طراحان سفینه‌های فضایی به این منظور و نیز رفع مشکلاتی مانند بی‌وزنی و دوام ساختار، به‌دنبال موادی هستند که بتواند به آنها در توسعه و ساخت روکش چند کاره بدنه سفینه‌های فضایی( نانو حسگرهایی که بتواند حفاظت موثری در برابر تابشهای فضایی ایجاد کرده و ذخیره انرژی خوبی هم داشته باشد) کمک کند.

به اعقتاد دانشمندان نانو مواد پیشرفته‌ای مانند نانولوله‌های ایزوتوپی غنی شده با بور می‌تواند برای این منظور کاملا مناسب باشد.

تابشهای فضایی به لحاظ کمی کاملا 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 یونیزه‌کننده ای به‌صورت ذرات اتمی باردار قرار می‌گیرد که با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند.

این ذرات پر انرژی (اچ ضد یی ‪ (HZE‬دارای بار زیادی بوده و بیشترین خطر را برای انسان در فضا دارند.

قرار گرفتن طولانی مدت در برابر این تابشها موجب آسیب دیدن دی ان‌ای ‪DNA‬ و بروز سرطان می‌شود. بور ‪ ۱۰‬یکی از مواد محافظی است که دانشمندان مشغول بررسی قابلیت آن هستند.

در واقع دانشمندان از دهه ‪ ۱۹۳۰‬نسبت به توانایی این ماده در به دام اندازی نوترون‌ها آگاهی داشتند و در شمارشگر "گایگر" از آن به عنوان محافظ تابش و نیز لایه محافظ راکتورهای هسته‌ای استفاده می‌کردند.

نانولوله‌های بور به‌دلیل داشتن ساختاری مشابه با نانولوله‌های شناخته شده کربنی‌ها بسیاری از خواص عالی آنها را داشته و حتی نسبت به آنها از برخی خواص بهتری مانند پایداری شیمیایی بالا، مقاوت اکسیداسیون بالا در دماهای بالا برخوردارند و یک نیمه هادی پایدار با شکاف باندی پهن به شمار می‌آیند.









به همین دلیل می‌توان آنها را به‌صورت روان‌کننده جامد در کاربردهای دما بالا یا محیطهای خورنده‌ای مانند باتری ها، پیل‌های سوختی، ابر خازن‌ها و ماشینهای پر سرعت به کار برد.

محققان برای اولین بار موفق شدند ترکیبی با بازدهی بالا و به مقدار زیاد از این نانولوله‌ها را با استفاده از روش آسیاب توپی یا فرآیند گداخت تولید کنند.

آنها در مقاله خود با عنوان" غنی‌سازی نانولوله‌ها با ایزوتوپ نیترید بور ‪ "۱۰‬به نقش ویژه آسیاب توپی پرانرژی در کاهش دمای نیتراسیون، که در نهایت به رشد لوله‌های نازک استوانه‌ای منجر می‌شود، اشاره کرده‌اند.

از جمله کاربردهای ویژه این ماده می‌توان به حفاظت در برابر تابش، مواد چندکاره برای ذخیره انرژی، حفاظت محیط زیست، صنایع هسته‌ای، حسگرها و نیز بدنه خارجی سفینه‌های فضایی، کاربردهای نوترون در پزشکی و تشخیص و درمان سرطان اشاره کرد.

چندین سال قبل ناسا از محققان خواسته بود تا نمونه نانولوله‌هایی را بسازند تا به‌طور آزمایشی در ایستگاه‌های فضایی مورد استفاده قرار گیرد و هم‌اکنون محققان در حال مذاکره برای کاربردهای احتمالی آنها در ماموریت‌های فضایی و نیز کاربردهای احتمالی نانولوله‌های بور ‪ ۱۰‬هستند.

در حال حاضر آزمایش‌های تابشی روی این نانولوله‌ها در حال انجام است. از نانولوله‌های بور ‪ ۱۰‬می‌توان نه تنها درصنایع فضایی، بلکه در موارد متعدد دیگری مانند حفاظهای تابشی محکم، ارزان و سبک استفاده کرد.



به جز این کاربرد، نانو در عصر فضا کاربردهای دیگری هم دارد برای مثال نانو روبوت ها به خاطر وزن کم و مصرف انرژی پایین و ... در چند سال آینده کاربرد گسترده ای در عصر فضا پیدا خواهند کرد.اما نانو روبات چیست ؟ نانو روبات مجموعه از نانو تیوپها و نانو کامپیوترها و نانو حسگرها است که به صورت هماهنگ عمل میکنند و یک روبات را به وجود می آورند به این روبات ها Swarms گفته میشود.


کاربرددیگر نانو در علم فضا حل یک معضل بزرگ در ماهواره ها و فضاپیما هاست . میدانیم که فضاپیما ها به خاطر تابش مستقیم نور خورشید بسیار گرم میشوند و بدنه فضاپیما منبسط میشود در حالی که سطح داخلی و دیگر قسمتهایی که رو به نور نیست کمتر از سطح رو به رو به خورشید منبسط میشوند.با استفاده از مواد هوشمند (که به وسیله علم نانو ایجاد میشوند) و با استفاده از کامپیوترهایی در همین ابعاد ، اختلاف فشار ایجاد شده برطرف میشود.



از نانو همچنین در ساخت لباس فضانوردان استفاده خواهد شد لباس فضانوردان در عین داشتن مقاومت بالا و جذب نکردن و عبور ندادن پرتو ها و تشعشعات کیهانی باید راحت و سبک باشد و علم نانو ساخت چنین موادی را ممکن ساخته است.



از دیگر استفاده های نانو تکنولوژی میتوان از بالابر های فضایی نام برد و همچنین در به وجود آوردن محیطی مناسب در کرات دیگر برای رشد گیاهان کاربرد نانوتکنولوژی مسلم شده است.
منبع :space elevator بالابر فضایی از موارد استفاده نانو تکنولوژِی
.مقدمه

با پرتاب شاتل فضایی کلمبیا در تاریخ 12 آوریل 1981 از مرکز فضایی کندی ، نخستین ماموریت شاتلهای فضایی اغاز شد و رویای بشر برای به کار بردن فضا پیماهایی _ که دوباره قابل استفاده باشند._ به واقعیت پیوست.

از آن زمان ناسا بیش از 100 بار شاتل های فضایی را به فضا فرستاده است، ولی هزینه ی ماموریتهای فضایی فقط اندکی تغییر کرده و این در حالی است که چه شاتل فضای باشد و چه از یاسر فضا پیماها اتفاده شود ، هزینه ی پرتاب هر کیلوگرم به فضا در حدود 22 هزار دلار است . با اینکه شاتلهای فضایی قابل استفاده ی دوباره هستند ، ولی هنوز ماموریت ها با هزینه های زیادی انجام میپذیرد . تعداد شاتلها به نسبت کم است و هر پرتاب شاتل فضایی در حدود نیم میلیارد دلار هزینه در بر دارد . سامانه ی نوینی در حمل و نقل فضایی در حال توسعه است که مسافرت به مدار همسانگرد زمین را به عنوان یک رویداد روزانه ممکن میسازد و از نظر اقتصادی بسیار با صرفه است.

یک پرسش یک پاسخ؟

همسانگرد زمین (GEO)چیست؟

مدار GEO،مدار گرداگرد زمین است که دارای دوره ی تناوب 24 ساعته میاشد. این مدار در ارتفاع 35786 کیلومتری زمین قرار دارد.

بالا برهای فضایی

مدار(GEO) ، داری گرداگرد زمین است که دارای دوره ی تناوب 24 ساعته میباشد . این مدار در ارتفاع 35786 کیلومتری زمین قرار دارد.

بالابر های فضایی سامانه ی نوینی هستند که از نوارهای کامپوزیتی نانو لوله های کربنی استفاده میکنند. این نوارها از یک طرف به سکوی سیاره ای در داخل اقیانوس و از طرف دیگر به یک وزنه ی برابر در 100000 کیلومتری سطح زمین در فضا بسته خواهند شد. بالا روهای مکانیکی به نوار متصل شده و انسانها و سایر محموله ها را به فضا خواهند برد . بالابرهای فضایی بسیار با صرفه هستند و هر کیلوگرم بار را با هزینه ی 220 الی 880 دلار خواهند برد

2- بالابر فضایی چیست و چگونه کار میکند؟

بالابر فضایی یک ساختار پنداریست که برای انتقال مواد از سطح یک سیاره به فضای خارج آن طراحی شده است . انگاره ی بالابر فضایی در سال 1985 و توسط دانشمند روسی ،کنستانتین تیسکولوفسکی ،پدیدار شد. او با دیدن برج ایفل در فرانسه به این فکر افتاد که یک برج بسیار بلند ساخته شود تا از آن طریق بتوان به فضا رفت. ساختارهای بسیار گوناگونی از بالابر های فضایی پیشنهاد شده اند که همه ی آنها به منظور جایگزینی سامانه های پیشرانش راکتی طراحی شده اند. این ساختارها ، پیمایشی را انجام میدهند که بی شباهت به پیمایش بالابر های معمولی نیستند . از این رو بالابر های فضایی نام گرفتند . البته آنها به پلهای فضایی و نردبان های فضایی نیز مشهورند . پایه ی بیشتر طراحی ها بر این اساس است که یک نابل با یک نوار از سطح سیاره ی زمین به نقطه ای بالاتر از مدار همسانگرد زمین متصل شود . همزمان با چرخش سیاره مقابله ی لختی در انتهای نوار و نیروی گرانش زمین ، نوار را محکم کشیده و نگه میدارد. رسانگرها میتوانند از نوار بالا رفته و از نیروی گرانش زمین گریز کنند بدون آنکه از پیشرانها راکتی استفاده کنند . چنین ساختار ی میتواند بسیاری از انسانها و بارها را به مدار برساند.

یک پرسش یک پاسخ؟

بلندی یک بالابر فضایی چقدر است؟

بلندترین برج روی زمین، برج CN ،در تورنتوی کانادا است، که 34/553 متر بلندی دارد. بالابر فضایی 180720بار بلندتر از برج CN خواهد بود . یعنی حدود 100000 کیلومتر ، و این تقریبا یک چهارم فاصله ی زمین تا ماه است .

3-ساختار یک بالابر فضایی

طرح های گوناگونی برای بالابر های فضایی پیشنهاد شده اند در این طرح ها ، قسمت های مختلفی مورد استفاده قرار گرفته اند .این قسمت ها عبارت اند ا ز: ایستگاه پایه ، نوار ، بالاروها ، وزنه ی برابر ، سامانه پرتو افکنی انرژی و ...

3-1- ایستگاه پایه (ایست گاه زمینی)

ایستگاه پایه قسمتی از بالابر فضایی است که نوار از یک طرف به آن بسته می شود .طرح های ایستگاه پایه به دو رده تقسیم می شوند . برخی از این ایستگاه ها ساکن هستند و برخی‌سیار. بیشتر ایستگاه های سیار از

گونه ی شناورهای اقیانوسی هستند . البته ایستگاه های سیار هوابرد نیز پیشنهاد شده اند . ولی سکوهای

ساکن در موقعیت هایی با ارتفاع بالا قرار می گیرند (به عنوان مثال بالای یک بلند) . سکوهای سیار با آن که هزینه های بیشتر و ساختار پیچیده تری نسبت به سکو های ساکن دارند ، از امتیازاتی از قبیل توانایی حرکت در مواقع خطر برخوردار هستند .

3-2-نوار همان کابلی است که از یک طرف به ایستگاه پایه و از طرف دیگر به وزنه ی برابر بسته می شود

نوار باید از ماده ای باشد که از مقاومت کششی بالایی نسبت به چگالی برخوردار باشد .نانولوله های کربنی بهترین موادی هستند که برای ساختن این نوارها پیشنهاد شده اند .

یک پرسش یک پاسخ؟

چگونه وزنه ی برابر و ایستگاه پایه نوار را محکم و کشیده نگه می دارند؟

برای درک بهتر ساختار بالابر فضایی به توپی فکر کنید که با یک طناب به میله ای متصل شده است ، حال تصور که توپ تحت نیروی همیشگی دور میله میچرخد. این گردش باعث میشود که طناب همیشه کشیده و سفت باقی بماند. در بالابرهای فضایی توپ همان وزنه ی برابر است زمین همانند میله و طناب همان نواری است که وزنه ی برابر را به ایستگاه پایه میبندد. انگاره ی اصلی این بود : وزنه ی برابر با چرخش دور زمین ،نوار را کشیده و در حالت عمودی نگه میدارد تا بالا روهای مکانیکی و رباتیکی سراسر نوار بالا و پایین روند.

بلندی نوارهای بالابر های فضایی در حدود 100000 کیلومتر خواهد بود . نوارهای کاپوزیتی نانو لوله های کربنی در طرح بالا برهای فضایی فقط چند سانتیمتر پهنا دارند و ضخامت آنها به نازکی یک برگه کاغذ معمولی است.

یک پرسش یک پاسخ؟

نانو لوله های کربنی چیست؟

نانو لوله های کربنی در سال1991 ساخته شدند و با ساخته شدن آنها دانشمندان امیدوار شدند که روزی بتوانند بالابر های فضایی بسازند. نانو لوله های کربنی 100 برابر از فولاد قوی تر هستند و از نظر انعطاف پذیری همانند پلاستیک رفتار میکنند . نیروی زیاد نانولوله ها از ساختار منحصر به فرد آنهاست که در آن با استفاده از ریز فناوری ذرات همانند توپهای فوتبال کنار هم چیده شده اند.

دانشمندان تا به حال موفق به ساختن الیافی از نانو لوله های کربنی شده اند و ممکن است این الیاف برای ساختن نوارهای بالابرهای فضایی استفاده شوند . این در حالی است که سایر مواد ف در مقایسه با نانو لوله های کربنی بسیار ضعیف و شکننده هستند. نوارهایی که برای بالابرهای فضایی پیش بینی شده اند میتوانند به دو روش ساخته شوند:

1- روش نانو لوله های کربنی بلند: در این روش نانولوله ها یی با بلندی چندین متر به هم بافته میشوند تا ساختاری شبیه یک طناب ایجاد کنند. البته تا سال 2005 بلند ترین نانو لوله ها فقط چند سانتی متر بلنددی داشتند.

2- روش نانولوله های کربنی کوتاه : در این روش نانولوله های کوته در قالبهای پلیمری قرار میگیرند و ساختارهای بلندی از نانولوله های کربنی را به وجود می آورند.

بالابر های فضایی از چه سالی شروع به کار خواهند کرد؟

نوار ، تنها بخش پنداری یک بالابر فضایی است ، اما سایر قسمتهای آن با استفاده از فن آوری شناخته شده به سادگی قابل ساخت است . پیش بینی های انجام شده حکایت از ان دارند که نوارهایی از نانولوله ها ی کربنی تا سالهای بعد ساخته خواهد شد و احتمالا تا سال 2018 بالابرهای فضایی مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

3_3 بالا رو

بالا رو های روباتیکی قسمتهای دیگری از یک بالابر فضایی هستند که ساختار چندان پیچیده ای ندارند. بالابرها فضایی نمیتوانند همانند بالابرهای عادی قابل حس و درک باشند .این موضوع به علت نیاز به نوار است که باید قسمت مرکزی اس پهن تر از دو انتهای آن باشد . در بیشتر طرحها بالا روهایی پیشنهاد شده اند که به صورت خودکار روی نوار بالا و پایین میروند. مهمترین اصل در بالا روها ، ایجاد انرژی برای راندن در سراسر نوار است. این بالا رو ها به انرژی ای نیاز دارند که یک حرکت کامل را پیشتیبانی کند.این انرژی میتواند انرژی هسته ای باشد. برخی از راه حلهای دیگر نیز پیشنهاد شده اند که در بیشتر آنها استفاده از پرتو افکنی انرژی ، توصیه شده است.

یک پرسش یک پاسخ؟

پرتو افکنی انرژی چیست؟

حرکت دادن انرژی از یک مکان به مکان دیگر در سر تا سر فضای خالی یا هوا ، پرتو افکنی نامیده میشود. با پرتو افکنی انرژی ، توان لازم برای به کار انداختن یک دستگاه( همانند یک رسانگر) تامین میشود. در پرتو افکنی انرژی ف افزون بر اینکه نیاز به سوخت گیری دوباره نیست، نیازی هم به حمل دستگاه تولید انرژی توسط رسانگر نمیباشد و هیچگونه اتصالی از قبیل سیم و .... نیاز ندارد.

در روش پرتو افکنی انرژی ، گرمای زیاد ی از بین میرود و بازده نیز کم است. البته با پیشرفت علم امید است این مشکل نیز حل شود. بالا رو های فضایی باید در زمان بندی های بهینه ای حرکت کنند تا فشار روی نوار و نوسان را به کمترین مقدار و بازده را به بیشترین مقدر برسانند. در برخی از طرحها استفاده از بالا روهای یگانه پیشنهاد شده است. استفاده از یک بالا رو میتواند بازده بیشتر ی داشته باشد. اما عیبهایی نیز دارد . مثلا اگر بالارو در میان راه خراب شد ف دیگر نمیتواند به پایین بر گردد یا بالاتر رود و همانجا باقی میماند . بالارو ها از نظر اندازه و جرم انواع گوناگونی دارند. بالا رو های کوچکتر، بازده بیشتری دارند ، اما از نظر فنی دارای محدودیتهای ویژه ای هستند.

3-4- وزنه ی برابر

وزنه ی برابر( وزنه ی تعادل)، قسمتی از سامانه ی بالابر فضایی است که انتهای نوار در فضا به آن بسته میشود. در بیشتر طرحها دو روش برای سر و کار داشتن با نیاز به وزنه ی برابر پیشنهاد شده است. در طرحها قدیمی تر قرار بود یک شهابسنگ یا سیارک بالای مدار همسانگرد زمین دستگیر شود و نوار به آن بسته شود. ولی انگاره های نو حمایتهای بیشتری کسب کردند .در آنها قرار شد وزنه ی برابر ساخته ی دست بشر باشد . انگاره ها ینو به علت سادگی و نزدیکی به واقعیت مورد استقبال بیشتری قرار گرفته اند.

البته قرار است در ساختار وزنه ی برابر نیز از ریز فن آوری استفاده شود .

3-5- سامانه ی پرتو افکنی انرژی

بالا رو های فضایی به وسیله ی یک سامانه ی لیزری الکترون �آزاد که بالا یا نزدیک ایستگاه پایه قرار خواهد گرفت ، روشن خواهند شد. این سامانه در حدود 2.4 مگاوات انرژی ، پرتو افکنی خواهد کرد. این انرژی به انرژی الکتریسیته تبدیل شده و موتور های الکتریکی بالارو ها را به کار خواهد انداخت. به این ترتیب هر روز بالارو ها به فضا خواهند رفت .

4- برخورد با ناگواری ها

در 100000 کیلومتری سطح زمین ، بالابرها بسیار آسیب پذیر خواهند بود. خطراتی همچون سنگریزه ها ی فضایی ، طوفانها، جنگها و ...نیز بالابر های فضایی را تهدید خواهند کرد. با پیشروی طراحی قسمتهای مختلف بالابر های فضایی توسعه دهندگان همواره در مورد این خطرات نگرانند . در برخی از طرحها بالارو های چندگانه پیشنهاد شده اند که در صورت خرابی یکی از بالاروها سایر بالاروها به ماموریت ادامه دهند. بالابرهای فضایی باید توانایی پرهیز از اشیای مداری را داشته باشند. اشیای مداری همان سنگریزه ها و ماهواره ها هستند. در حال حاضر توانایی ردگیری اشیا بزرگتر از 10 سانتیمتر وجود دارد . ولی برای محافظت از بالابر های فضایی به گونه ای از سامانه های رد گیری نیاز است که بتوانند اشیای بزرگتر از 1 سانتیمتر را آشکار کنند.. البته خطرات زیادی نیز ایستگاه های پایه را تهدید میکند . برای محافظت از ایستگاه های پایه یگانها ی نظامی ویژه ای در نظر گرفته شده است . ایستگاه های سیار از توانایی گریز در مواقع خطر نیز برخوردارند.