 |
|
|
|
||||||
تكنولوجيا البلازما والنظريات الكمية تحدث ثورة في عالم الطيران
تصاميم هندسية ثورية لإنتاج طائرات ركاب بلا ضجيج أسرع من الصوت  لندن ـ لطيف علي
تتسابق شركات الطيران الشهيرة مثل بوينج وايرباص لتحسين انتاج طائراتها في القرن الواحد والعشرين بادخال عناصر مستحدثة في تصاميم هذه الطائرات لجعلها اكبر حجما، وتفوق سرعة الصوت في طيرانها وبأقل نسبة من الضجيج. ان جمع هذه العناصر الفنية مع بعضها كان يعتبر حلما يراود المهندسين في القرن الماضي، لكن تطور التقنيات الحديثة سيحيل هذه الاحلام الى حقيقة واقعة في السنين القليلة المقبلة. فعملية الطيران المدني لم تعد وسيلة لنقل الركاب من نقطة (أ) الى نقطة (ب) فقط دون الاهتمام بعناصر ومتطلبات الحياة العصرية التي يتحكم بها عامل الزمن والراحة اضافة الى السلامة والامان. * تصاميم جديدة * يفكر خبراء الطيران بتصاميم جديدة لطائرات المستقبل تؤدي الى ارتطام موجات الهواء بجسم الطائرة وخلق حالة من الديناميكية الهوائية اقل تأثيرا وذلك بتغيير تصاميم مقدمة الطائرة لهذا الغرض. وهناك اسلوب اخر باستخدام كل جسم الطائرة في عملية رفعها الى الأعلى بدلا من استخدام الاجنحة فقط لهذا الغرض. وتقوم الآن شركة لوكهبد الشهيرة بصناعة الطائرات بدمج الافكار المذكورة اعلاه لتحقيق تكنولوجيا للطائرات الاسرع من الصوت الساكنة التي تعرف بـ (QSAT) Quient Supersonic Aircraft Technology حيث يؤمل انتاج النموذج الأول منها عام 2005 لتخفيف درجة الضغط الجوي على جسم الطائرة الى 0.5 رطل/سم2. * الروس يعتمدون تكنولوجيا البلازما لتخفيف الضوضاء * تهدف هذه التكنولوجيا الى تخفيف احتكاك الهواء بجسم الطائرة من خلال تكوين طبقة من البلازما حولها لتسخين الهواء في المنطقة الملامسة لسطح الطائرة، الذي يؤدي الى تقليل نسبة الاحتكاك وانخفاض الضوضاء الناجمة عن حركة التيارات الهوائية الساقطة على الجسم الخارجي. ولقد اظهر الخبراء الروس من خلال تجاربهم على صحة النظرية الجديدة في هندسة الديناميكية الهوائية، ويقومون الان بالمزيد من الاختبارات للوصول الى النتائج النهائية والحلول المثبتة لظاهرة ضجيج الطائرات المدنية الاسرع من الصوت. لتحقيق الغرض المطلوب، سيتم اضافة مولدات لهذه البلازما حول جسم الطائرة التي تتكون عادة من ملفات كهربائية تطلق شحنات الكترونية قليلة التوهج لهذا الغرض، ويؤمل ان يؤدي ذلك الى تخفيض نسبة ضوضاء الطائرات الاسرع من الصوت بشكل ملحوظ. فهذه الطائرات تعتمد عادة في مسار طيرانها على حركة الجنحيات الصغيرة والدفة، التي سيتم الاستغناء عنها عند تطبيق نظام البلازما الجديد لقدرته على التحكم بحركة الرياح عبر الواح ثابتة لتحسين مجرى انسياب الهواء حول جسم الطائرة بما يضمن تخفيف الضوضاء بدرجة ملموسة نتيجة لعدم الحاجة الى اجسام متحركة تعترض التيارات الهوائية في اعالي الجو. وتشير التوقعات الى ان مستقبل الملاحة الجوية يتجه ايضا الى تكنولوجيا جديدة لانتاج طائرات الكترونية مضيئة وتطير بانسيابية عالية وبأقل نسبة من الضوضاء، وذلك باعتماد تطبيقات «وودوارد» Woodward التي تشير الى ان تموج الشحنات الالكترونية حول اجسام كهربائية يسمح بمرور تيارات هوائية لتنجم عنها قوة دفع لها القدرة على رفع تلك الاجسام. وعند نجاح ذلك عمليا فإنه سيمكن الاستغناء عن المحركات التقليدية للطائرات. وهناك افكار بالاستغناء عن الاجنحة ايضاً لدى تطبيق نظريات الدكتور «اوجين بودكليتينوف» الشهيرة في تصميم طائرات المستقبل، التي سيمكنها التحكم بالجاذبية الأرضية من خلال حركات دورانية للهواء المحيط بجسم الطائرة. * ناسا والنظرية الكمية * جلبت هذه الأفكار المثيرة والتطبيقات والنظريات الملاحية غير التقليدية اهتمام وكالة «ناسا» الفضائية التي باشرت ابحاثها الخاصة بها في هذا الميدان من خلال مشروع جرينجلو Greenglow الذي يهدف لمعالجة الجاذبية الأرضية اعتمادا على النتائج التي توصل اليها الدكتور بودكليتينوف التي ستؤدي الى تقدم ملحوظ في صناعة الملاحة الجوية. فأبحاث هذا العالم تعتمد النظرية الكمية لتفسير العلاقة بين المجال المغناطيسي والجاذبية الأرضية ضمن الجهود للتوصل الى اقلاع هادئ من الأرض بأقل قوة دفع ممكنة. ويؤمل ان تلقى هذه الابحاث اهتماما واسعا لدى مصممي طائرات المستقبل الذي يسعون لعمليات نقل جوية بأحجام واعداد كبيرة وبأساليب مبتكرة مع تقليل الوقود والضوضاء. إن افاق المستقبل تتجه الى تشجيع هذه الافكار والنظريات المبتكرة، لأن العالم مقبل على تغييرات شاملة في مفاهيم الحياة التقليدية للوصول الى اماكن ابعد وتحقيق ساعات طيران اكثر اضافة الى عمليات نقل جوي باعداد كبيرة. وتعتبر الابحاث الجدية الجارية الآن في هذا المضمار اكبر دليل على ان صناعة الملاحة الجوية اصبحت اكثر استعدادا لتقبل التغييرات المستقبلية المقبلة. |
| اعلانات |
|
||||||
|
التطبيقات التكنولوجية العملية للبلازما
جهاز الدفع الصاروخي بالبلازما   البلازما عبارة عن تجمع من جسيمات سالبة (الكترونات) وأخرى موجبة (أيونات)، وهي بذلك تمتلك خواص تختلف اساسا عن التي يمتلكها الغاز المحايد (ليس له شحنة كهربية)، ويمكن التحكم في البلازما عن طريق المجال المغناطيسي. كما أنها موصل جيد للكهرباء، فعند تمرير تيار كهربائي خلال البلازما واستخدام المجال المغناطيسي، يمكن بذلك اخضاع البلازما لقوة كهرومغناطيسية مشابهة لتلك التي يعمل بها المحرك الكهربي، وهذه القوة يمكن استخدامها بشكل فعال لزيادة سرعة البلازما ودفعها بسرعة عالية جدا قد تصل الى 60 كيلومترا في الثانية، وبهذه الطريقة يتم انتاج قوة دفع يمكنها دفع أي مركبة فضائية في الفضاء. ويطلق على هذا الجهاز الذي يقوم بتوليد وتسريع البلازما اسم صاروخ البلازما أو محرك البلازما أو " جهاز الدفع بالبلازما” Plasma Thruster ، وهو عبارة عن صاروخ كهربائي لاعتماده على الطاقة الكهربية بدلا من احتراق الوقود. ويركز مختبر الدفع بالبلازما على دراسة الفيزياء المعقدة للبلازما وتطوير أنواع مختلفة من صواريخ البلازما. وبالنسبة الى أهمية تقنية الدفع بالبلازما في المركبات الفضائية، فإن معظم الصواريخ المستخدمة حاليا في الفضاء هي صواريخ كيميائية (بوقود كيميائي) تعتمد على عملية الاحتراق، أي تحرق الوقود السائل داخل حجرة الاحتراق لإنتاج غاز كهربي محايد، يخرج كعادم من الصاروخ بسرعة لا تتجاوز 3 كيلومترات في الثانية. وكلما كانت سرعة الغاز الخارج من الصاروخ عالية، قلت نسبة الوقود المستخدم لدفع مركبة فضائية من مكان لآخر في الفضاء، ولذا نحتاج الى عدة أطنان من الوقود لإرسال مركبة فضائية كبيرة مأهولة أو على متنها معدات ثقيلة. أما اذا استخدمنا صاروخ البلازما الذي تصل سرعة العادم فيه الى 60 كيلومتراً في الثانية، فان وزن المادة الدافعة يمثل جزءا صغيرا بالمقارنة بتلك التي يستخدمها الصاروخ الكيميائي. ولابد من الاشارة الى أن صواريخ البلازما تستخدم فقط في محيط الفضاء الخارجي، أي عند وصول المركبة الى المدار المخصص لها، لأننا ما زلنا نعتمد على عملية الدفع الكيميائي لإطلاق المركبات الفضائية من على سطح الأرض. وقد ساعد استخدام الدفع بالبلازما في المدارات على توفير قدر هائل في كمية المادة المستخدمة في عملية الدفع والتي يجب اطلاقها، وهذا يعني توفيرا كبيرا في تكلفة عملية الاطلاق، اذ تصل تكلفة اطلاق كيلوغرام واحد من هذه المادة ما بين 20 الى 200 ألف دولار. وتعتبر المركبة الفضائية Deep Space-1 التابعة لـ«ناسا» التي أطلقت عام 1998م أول مركبة تستخدم صواريخ البلازما، وقد حققت مهمتها بنجاح باهر، حيث مكن المحرك الأيوني المركبة من السفر لمسافة 320 مليون كيلومتر، ومن اعتراض أحد الكويكبات السيارة وأحد المذنبات، وقد استهلكت 80 كيلوغراما فقط من الوقود. شاهد فيديو تطبيقات البلازما http://media.majddoc.com/50/W50_Sat_6_22.rm ومن التطبيقات الصناعية للبلازما صناعة الدوائر الالكترونية المتكاملة تستخدم البلازما ذات درجات الحرارة المنخفضة في العديد من المجالات الهامة على سبيل المثال، معظم الدوائر المتكاملة المعقدة جدا والتى تدخل في تركيب كل جهاز الكتروني، هذه الدوائر الالكترونية تحتوى على عشرات الآلاف من الترانزستورات والمكثفات موصلة ببعضها البعض بواسطة أسلاك قطرها في حدود 0.1 ميكرومتر، هذا النوع من التكنولوجيا الدقيقة والمعقدة تصنع باستخدام البلازما، حيث تقوم البلازما بنحت الدوائر الالكترونية على شريحة السليكون بناءا على القناع المعدني الموضوع أمام الشريحة. في هذه العملية يكون النحت على شريحة السليكون كالاتى: حيث أن الالكترونات داخل البلازما حرة الحركة وطاقتها أعلى من الايونات الموجبة فإنها تصل إلى أطراف البلازما بسرعة وتقوم بدورها بجذب الايونات الموجبة اتجاهها وتعجلها باتجاه الشريحة وعند اصطدام الايونات الموجبة بالمناطق المكشوفة على الشريحة تقوم بنحتها، وبعدها يستبدل القناع المعدني بآخر مطبوع عليه الدوائر الكهربية الخاصة بالطبقة الثانية وهكذا بالنسبة للطبقة الثالثة والرابعة... والخ حتى تتم عملية النحت. هنالك طريقة أخرى متبعة وهى تعتمد على استخدام مركب CF4 tetrafluoride Carbon كمصدر لإنتاج البلازما، وعندها يتحول هذا المركب إلى أجزاء أخرى منها ذرات الفلورين. هذه الذرات تتفاعل مع ذرات السليكون المكونة للشريحة وتكون مركب جديد هو Silicon tetrafluoride والذي يمكن إزالته إثناء عملية الضخ. يتضح مما سبق أن هذه الطريقة هي عملية كيميائية تقوم فيها ذرات الفلورين بالتهام السليكون المراد إزالته. وهذه العملية أسرع من عملية النحت المذكورة سابقا. وتجدر الإشارة إلى أن البحث والتطوير جارى منذ عام 1980 وحتى الآن للحصول على بلازما منتظمة لتغطى اكبر مساحة ممكنة حيث كانت شريحة السليكون المستخدمة قديما تبلغ 2سم2 إما الآن فهي تصل إلى 20سم2، وهذه البلازما لها استخدامات عديدة فهي تستخدم في شاشات أجهزة الكمبيوتر المتنقلة Notebook computer كمصدر ضوئي، والتي أدت إلى تطور كبير في مجال تكنولوجيا شاشات العرض. ويسعى العلماء حاليا للحصول على شاشة مساحتها 1 متر مربع وسمكها لا يزيد عن 4-5 سم لاستخدامها كشاشة تلفزيون يمكن تعليقها في المنازل والمحلات دون إن تشغل حيز من الغرفة، وهذا سوف يتحقق بالوصول إلى بلازما متجانسة على مساحة 1متر مربع. المحافظة على نظافة البيئة تستخدم البلازما حاليا في العديد من الدول المتقدمة في التخلص من المواد السامة الملوثة للبيئة معتمدين على العمليات الكيميائية الفريدة التي تتم داخل البلازما. حيث يمكن إن تقوم البلازما بتحويل المواد السامة المنبعثة من مداخن المصانع ومن عوادم السيارات مثل غاز أكسيد الكبريت (SO) وأكسيد النيتريك (NO) إلى مواد غير سامة. فعلى سبيل المثال غاز NO قبل إن يخرج من المدخنة إلى الغلاف الجوى، توجه عليه حزمة من الالكترونات ذات طاقة عالية من جهاز مثبت في منتصف المدخنة تعمل على تأيين الغازات الموجودة (المادة السامة NO والهواء) أي تحولها إلى حالة بلازما. وقبل خروجها إلى الجو تكون مرحلة التأيين قد انتهت وتتكون جزيئات النيتروجين والأكسجين نتيجة لعملية إعادة الاتحاد. وبهذا نكون قد حولنا الغازات الملوثة إلى غازات نافعة وبتكاليف قليلة. يجدر الإشارة هنا أنه تم حديثا التوجه إلى معالجة الغازات المنطلقة من عوادم السيارات، حيث تم تركيب جهاز بلازما في عادم السيارة ليعالج الغازات السامة قبل خروجها إلى الجو. كذلك أجريت تجارب عديدة على الفضلات الصلبة والسائلة حيث تستخدم بلازما عند درجات حرارة عالية تصل إلى 6000 درجة مئوية تعمل على تبخير وتحطيم المواد السامة وتحولها إلى غازات غير سامة، وفى نهاية العملية يكون ماتبقى من مواد صلبة في صورة زجاج. وتم في أمريكا العام الماضي التخلص من حوالي 4000 مستودع يحتوى على فضلات صلبة وملوثة للبيئة بواسطة البلازما. وقد كانت هذه الفضلات تدفن في باطن الأرض مما كانت تسبب أخطار تلوث. وباستخدام البلازما يمكن حاليا التخلص من 200 كيلو جرام من المواد السامة في الساعة ومن التطبيقات الصناعية للبلازما في حياتنا شاشات البلازما مبدأ عمل شاشات البلازما يعود إلى العام 1964 في جامعة الينويز الأمريكية، ولم تكن الفكرة اكبر من شاشة مكونة من نقطة ضوء تم منذ ذلك اوقت وحتى نهاية الستينات العمل على تطوير شاشة متكاملة من نقط الضوء هذه وهذه الشاشة كانت صغيرة وتعطي صور غير واضحة وكانت فكرة الحصول على شاشة مسطحة وكبيرة وجودة عالية في ذلك الوقت كمشهد من الخيال العلمي، ولكن مع تطور العالم الرقمي تم الوصول إلى شاشات عالية الجودة وتغطي مساحة كبيرة حديثا سمعنا على شاشات تلفزيونية من نوع اخر تسمى شاشات البلازما plasma flat panel display هذه الشاشات يمكن ان تصل الى 60 انش أو أكثر وسمكها لا يزيد عن 15 سنتيمتر ويمكن تعليقها على الجدار كالصورة هذا بالاضافة إلى العديد من المزايا والخصائص التي تعطي رفاهية ومتعة مشاهدة أكثر من التلفزيونات التقليدية, فمنذ أكثر من 70 عاماً اعتمدت اجهزة التلفزيون على شاشات الكاثود Cathod ray tube. حيث تتكون شاشات الكاثود من مدفع الكتروني في انبوبة مفرغة وتنطلق الالكترونات المعجلة باتجاه شاشة فسفورية، وباستخدام مجالين كهربيين متعامدين يمكن مسح الشعاع الالكتروني على الشاشة بمعدل يصل الى 25 مرة في الثانية، تعمل الالكترونات عند سقوطها على ذرات الفسفور المونة للشاشة على اثارتها مما تجعلها تعطي ضوء لتتخلص من اثارتها. هذا الضوء المنبعث من تلك العناصر الضوئية (ذرات الفسفور) تكون الصورة التي نشاهدها. هذه الصورة التي نحصل عليها من شاشات الكاثود صورة واضحة ومقبولة ولكن حجم الشاشة الكبير مما يعني عمق كبير لجهاز التلفزيون ويصبح الجهاز ثقيل ويشغل حيز كبير من الغرفة الموجود بها. ميزات شاشات البلازما وزن الشاشة خفيف ومسطحة تماماً وسمكها لا يزيد عن 15 سنتيمتر مما يجعل تعليقها على الجدران ممكن. مدى رؤية كبير يصل إلى 160 درجة وصورة واضحة والوان زاهية ودقة عالية. لا تتأثر بالمجالات المغناطيسية حولها وبالتالي يمكن تثبيت نظام سمعي عالي الجودة دون القلق على التأثير المغناطيسي للسماعات على الشاشة. عيوب شاشات البلازما هذه الشاشات تصنيعها معقد وتكنولوجيا متقدمة وباهظة الثمن حيث سعرها يتراوح من 4000 دولار الى 15 ألف دولار ولكن تدريجيا سيهبط السعر مع انتشارها واستبدالها بالشاشات التقليدية شـــــــــاهد اكبر كرة بلازمية التعديل الأخير تم بواسطة : أسامة مأمون بتاريخ 18-08-2010 الساعة 08:46 PM |
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |
|
|
|
||||||
فهم أكثر لحالة البلازما
 ماهية البلازما يطلق مصطلح البلازما عادة على الحالة الرابعة من الحالات التي توجد بها المادة في الوجود . -الحالة الأولى : الحالة الصلبة . -الحالة الثانية : الحالة السائلة . -الحالة الثالثة : الحالة الغازية . فإذا قمنا بتسخين المادة الصلبة، ستتحول الى حالة سائلة، واذا تم تسخينها وهي سائلة، ستتحول الى حالة غازية، وعادة ما يتكون الغاز من ذرات أحادية الشحنة أو جزيئات متطايرة ثم تتصادم ببعضها بعضا. واذا قمنا باكساب الغاز طاقة (عن طريق تسخينه أو تمرير تيار كهربائي مرتفع أو ضوء ليزر كثيف من خلاله)، فان بعض الذرات تكتسب طاقة كافية لتحرير الكترون سالب الشحنة ليصبح ذا شحنة كهربية موجبة. ففي الأحوال العادية تكون الذرة مستقرة لا تصدر أي إشعاع ، لكن يمكن لهذه الذرات أن تثار بإعطائها طاقة بأكثر من طريقة مثل التسخين ، أوتسليط الإشعاع عليها ، وتبقى في حالة الإثارة فترة زمنية من رتبة 10^-8 من الثانية ؛ أي جزء من مائة مليون من الثانية ، وبعد ذلك تعود إلى حالتها الأساسية مصدرة الطاقة التي اكتسبتها أثناء عملية الإثارة على هيئة إشعاع كهرطيسي ، أو جسيمات أولية ، كما ويمكن أن تتحول الذرة إلى ( أيون Ion ) وذلك باقتلاع إلكترون أو أكثر من إلكتروناتها . وإذا فقدت الذرة إلكتروناتها كلها وصارت الإلكترونات تتحرك بحرية مع نوى الذرات دون أن ترتبط بها قلنا أن المادة تحولت إلى حالة البلازما . فالمادة إما أنها صلبة مثل الحديد والتراب أو سائله كالماء والزيت أو غازية كالهواء والغازات الأخرى المعروفة أو بلازما ، والبلازما إما أنها باردة مثل حالة الغاز في لمبة النيون المشتعلة أو حارة كما هو الحال في الشمس والنجوم الأخرى المشتعلة التي تبنى منها المجرات. |
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
|||||
|
|
||||||
|
|
|
|||||
|
|
