לפני כמה ימים פיתחו נאס"א ומעבדת המחקר של חיל האוויר האמריקאי במשותף טכנולוגיה חדשה להדפסה של פולימרים בטמפרטורה גבוהה בתלת מימד, שצפויה להיות מיושמת בעתיד על מנועי חלל. החומר המשמש בטכנולוגיה זו הוא סיבי פחמן. ההתפתחות המהירה של כלי נשק וציוד מודרניים היא לקראת צריכת אנרגיה נמוכה, מטען גדול, התגנבות וניידות גבוהה, ודרישות גבוהות יותר מוגשות לחומרים המשמשים לייצור נשק. חומרים מרוכבים מסיבי פחמן, המכונים" זהב שחור", נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות הביטחון והצבא הלאומיות בשל תכונות החומר המצוינות שלהם. השימוש בחומרי סיבי פחמן ליצירת נשק וציוד בעלי ביצועים טובים יותר הפך מזמן לשדה קרב חדש שבו מתחרים מעצמות צבאיות.
מרתק" זהב שחור"
זכור את רובוט" Big White" בסרט האנימציה גיבור גדול 6? אב הטיפוס של הרובוט הרפואי הזה שנגע באינספור אנשים עשוי מחומרים מסיבי פחמן. זה מאפשר לו לעמוד בריסוק ובמכות. למעשה, אפילו מטוס הקרב מסוג F-35, שבעבר היה מוטרד מבעיית הסובלים מעודף משקל, הגשים לבסוף את חלומו לטוס באמצעות שימוש של עד 35% מחומרים מרוכבים בסיבי פחמן. סיבי פחמן, המכונים" זהב שחור" ;, כבר מזמן בשימוש נרחב בתחום ההגנה והצבא הלאומי. זהו חומר בסיסי חיוני לרקטות, לוויינים, טילים, מטוסי קרב וספינות.
את מקור סיבי הפחמן אפשר לייחס עוד לשנת 1860. ג'וזף סוואן האנגלי המציא ופטנט על סיבי פחמן כשעשה את נימה של אור חשמלי. סיבי פחמן באמת הובילו את" blowout" שלב המחקר והיישום, או משהו אחר אחרי שנות החמישים. בשנת 1958 גילו חוקרים אמריקאים לראשונה סיבי פחמן בעלי ביצועים גבוהים, ואחריהם חוקרים יפנים ובריטים לשיפור ושדרוג הביצועים של סיבי פחמן. בשנות השבעים החלו לצוץ חומרי סיבי פחמן בחלקים המבניים של מטוסי קרב, וניתן לראות חומרי סיבי פחמן במטוסי קרב כגון F-15, B-1, F-16 ו- F-18. בנוסף ללוחמי F-22 ו- F-35 של חיל האוויר האמריקאי&המשתמשים בחומרים מרוכבים מסיבי פחמן, X-47B, גלובל הוק וציוד אחר משתמשים גם בחומרי סיבי פחמן כדי להשיג עלייה ניכרת בעומס, סיבולת ושרידות.
אין להגזים לתאר חומרי סיבי פחמן כ-" סלע מוצק וקשיח כמו שיער" ;. ללא קשר לעובדה שחומרי סיבי פחמן רכים וניתנים לעיבוד כמו סיבי טקסטיל, הם דור חדש של חומרים בעלי ביצועים גבוהים בעלי חוזק רב יותר מאשר פלדה, עמידות בפני קורוזיה, עמידות בטמפרטורות גבוהות ומוליכות חשמלית וטרמית טובה. אופני חומר סיבי הפחמן שאנשים בדרך כלל מגיעים אליהם במגע מסתמכים לרוב על היעדר עיוות פלסטי של חומרי סיבי פחמן, מה שלא רק מפחית את משקל גוף המכונית, אלא גם משפר מאוד את חיי השירות של האופניים.
כרגע, עדיין יש מקום עצום לשיפור במאפייני החומרים המורכבים מסיבי פחמן. בתחום השרף בו מתמקדים חומרי סיבי פחמן, יישום סיבי פחמן יגביר עוד את חיי השירות של חלקים שונים של כלי נשק וציוד, וישפר משמעותית את קשיחות ההשפעה, עמידות לעייפות, יכולת הייצור והתנגדות לחום ולחות של נֶשֶׁק. ההדפסה התלת-ממדית שהשיגו המינהל הלאומי לאווירונאוטיקה וחלל ומעבדת המחקר של חיל האוויר האמריקאי תשפר עוד יותר את האמינות של עיבוד חלקים גדולים ומורכבים.
& quot; מלך החומרים החדשים" בתחרות בין המעצמות הגדולות
הפיתוח המהיר של כלי נשק וציוד מודרניים לקראת צריכת אנרגיה נמוכה, מטענים גדולים, התגנבות וניידות גבוהה הציבו דרישות חדשות וגבוהות יותר לטכנולוגיית החומרים החדשה לייצור נשק וציוד. במבט לאחור על ההיסטוריה, לא קשה לגלות כי בכל פעם שמתקדמת התקדמות מחקר גדולה בחומרי סיבי פחמן, היא מלווה במתיחה חזקה של צרכים צבאיים קשורים. בשנות החמישים, על מנת לפתור בעיות טכניות מרכזיות כגון עמידות בטמפרטורה גבוהה ועמידות בפני קורוזיה של חרירי טילים וראשי נפץ, ארצות הברית לקחה את ההובלה בפיתוח סיבי פחמן מבוססי ויסקוזה. מאז, עם הופעתם של ביצועים גבוהים יותר וזנים נוספים של חומרי סיבי פחמן, סיבים רכים לכאורה הפכו להיות" מלך החומרים החדשים" בתחרות בין המעצמות הגדולות.
סיבי פחמן הם סוג חדש של סיבים בעלי ביצועים גבוהים עם תכולת פחמן של יותר מ -95%. הוא קשה לייצור ומהווה אינדיקטור חשוב לביצועים המתקדמים של מערכות ציוד נשק. תהליך הייצור של חומרי סיבי פחמן הוא מורכב מאוד, הכולל כימיקלים, טקסטיל, חומרים, מכונות דיוק ותחומים אחרים. זהו פרויקט שיטתי המשלב טכנולוגיה רב תחומית, מעודנת ומתקדמת. מכיוון שתהליך הייצור כולו קשור לשליטה ברמת דיוק גבוהה של אלפי פרמטרים כגון לחות, ריכוז, צמיגות וקצב זרימה, מעט חוסר זהירות ישפיע קשות על הביצועים והיציבות האיכותית של חומרי סיבי פחמן. לכן, רק מדינות בודדות יכולות לייצר חומרי סיבי פחמן בעלי ביצועים גבוהים.
למעשה, חומרי סיבי פחמן, במיוחד מבשרי סיבי פחמן בעלי חוזק גבוה, יכולים לשמש בפיתוח נשק וציוד בעל ביצועים גבוהים, וכך הגיעו לרמת אמברגו ברשימת הייצוא של כמה מדינות השוות לטכנולוגיית הנשק הגרעיני. לכן, פיתוח דור חדש של חומרי סיבי פחמן ונשק וציוד בעל ביצועים גבוהים יותר הפך להיות" גולת הכותרת" למעצמות צבאיות שונות להתחרות בכוח חדשני. נכון לעכשיו, מעצמות צבאיות שונות כיוונו את השדה של" חומרי סיבי פחמן" ומרוצים להשיק תוכניות נלוות לפיתוח חומרי סיבי פחמן, שעשויים לעורר" תחרות" בפיתוח חומרי סיבי פחמן. סוכנות פרוייקטים למחקר מתקדם של משרד ההגנה האמריקאי השקיעה בעבר רבות בפרויקטים לשיפור כוחם של חומרי סיבי פחמן, וגם מינהל התעופה הלאומית והחלל השקיע באופן פעיל במחקר על מערכות הגנה תרמיות חדשות לסיבי פחמן.
& quot; עד העולם מתחת לים" יש סיכויים רחבים להתפתחות
עם הבשלות הגוברת של הטכנולוגיות הקשורות והביקוש הגובר לנשק וציוד, יישום חומרי סיבי פחמן הופך גם הוא ליותר ויותר מושלם. חומרי סיבי פחמן בעלי יתרונות רבים, כגון משקל קל, חוזק גבוה ועמידות בפני קורוזיה כימית, מחויבים להיכנס לתחום הנשק והציוד באופן כולל, ולהשיג את&העולם מתחת לים [ GG] quot ;, עם סיכויי פיתוח רחבים.
בתחום ייצור התעופה, יישום חומרי סיבי פחמן כבר מזמן חיוני. הגוף העיקרי של קסדת מטוס ה- F-35 משתמש בחומרים סיבי פחמן בעלי ביצועים גבוהים, שיכולים להקרין מהירות אוויר, כיוון, גובה, מידע מטרה ואזהרות מכ"ם ישירות על מסכת הקסדה', המספקת לטייסים תקדים חסר תקדים מודעות מצבית. המטוס "סולארי אימפולס 2" המונע על סולארית שהחל את מסע הטיסה הגלובלי שלו בשנת 2015 משתמש בחומרי סיבי פחמן כ"מעיל חם "עבור 80% מהמבנה הכולל, מה שגם חוסך יותר כוח במהלך הטיסה. בנוסף לעמידה במשקל הגוף ובדרישות הביצועים המיוחדות של הגוף &, חומר סיבי הפחמן שיכול לספוג ביעילות גלי מכ"ם מכניס גם" מעיל התגנבות" על הלוחם. גוף המטוס של המחבל B-2 האמריקאי ולוחם F-117A משתמשים גם בחומרים סופגים סיבי פחמן.
בתחום המזל"טים, חומרי סיבי פחמן הפכו להיות" המעטפת הטובה ביותר". על מנת להבטיח את כושר הנשיאה והסיבולת, מעטפת המל"ט זקוקה לחומרים מיוחדים בעלי חוזק מבני גבוה ומשקל קל. בהשוואה לסגסוגות אלומיניום ופלסטיק הנדסי שהיו בשימוש נרחב בעבר, חומרי סיבי פחמן קלים משקל, בעלי חוזק גבוה, ובעלי מאפיינים אלקטרו -מגנטיים והתגנבות טובים יותר, והם נוחים יותר לייצור ודפוס משולב. בעתיד הם אמורים להפוך לחומר העיקרי עבור פגזי מל"טים. . בפרט, הרכב האווירי הבלתי מאויש העשוי מסיבי פחמן ומשקלו 106 מיליגרם בלבד יכול להיכנס לחלל הצר הסחוט לחיפוש מידע, ויש לו מגוון רחב של סיכויי יישום בתחום הצבאי והאזרחי.
חומרי סיבי פחמן אינם יכולים ללכת רק לשמיים, אלא גם לים. ארה"ב" פורד" נושאת המטוסים משתמשת במספר רב של חומרי סיבי פחמן כדי לרדת &.&ציטוט; הצי השבדי המלכותי" Visby" פריגת התגנבות מחלקה משתמשת בחומרי סיבי פחמן, שהם לא רק בעלי חוזק ועמידות גבוהים, אלא גם בעלי עמידות מעולה בפני השפעות. הצי ההודי ייבא גם חומרי סיבי פחמן אך ורק משבדיה בעת ייצור ה-" Giltan" ו" Kavalati" פריגטות.
בנוסף, חומרי סיבי פחמן נמצאים בשימוש נרחב גם בלוויינים, טילים ומנועי רקטות. במיוחד כאשר לוויינים פונים אל" קרח ואש" במהלך טיסה בחלל, חומרי סיבי פחמן עם מקדם הרחבה תרמי כמעט זניח הם בדיוק" המושיעים" של לוויינים. החוקרים אף הציגו חבית סיבי פחמן, שיכולה לשפר מאוד את דיוק הירי, עמידות וחיי הקנה של כלי הנשק." דרמה גדולה" השייכות ליישום הצבאי של סיבי פחמן רק החלה.
