آخرین مطالب
0
امروز
آنتن مایع

آنتن مایع؛ راهکار نیروی هوایی آمریکا برای به چالش کشیدن فیزیک

رادارها بسته به نقشی که دارند، در طول موج‌های مختلفی کار می‌کنند و برای هر طول موج بهتر است آنتنی متناسب با آن بکار رود. آنتن مایع که اخیرا توسط نیروی هوایی آمریکا ساخته شده، برای سازگاری با انواع طول موج‌ها طراحی شده است.

آزمایشگاه پژوهشی نیروی هوایی آمریکا (AFRL) با استفاده از فلزهای مایع، اقدام به ساخت آنتن‌های مایع کرده است که می‌توانند شکل، اندازه و کارکرد سیم‌کشی خود را تغییر دهد. فلزی که نیروی هوایی هم‌اکنون به‌منظور توسعه آنتن مذکور بکار می‌برد گالیوم (Ga) است. گالیوم به‌ صورت گالیوم نیترید (GaN) و گالیوم آرسناید (GaAs) در ساخت رادار و دیگر سنسورها کاربرد فراوانی دارد.

آنتن مایع

ساخت عبارت AFRL با آلیاژ گالیومی مایع

گالیوم به خودی خود در دمای 30.5 درجه سلسیوس (87 درجه فارنهایت) ذوب می‌شود. اگر گالیوم با فلز واسط ایندیوم (In) ترکیب شود، حاصل آلیاژی اوتکنیک خواهد بود که در دمایی پایین‌تر از دمای ذوب گالیوم، ذوب می‌شود؛ این ترکیب یک ماده رسانا در دمایی پایین‌تر از دمای اتاق (23 درجه سلسیوس) است. کانال‌های از پیش طراحی و تعبیه شده‌ای که درون ترکیب و اجزای ساختاری (برای مثال بدنه هواپیما) وجود دارند، با فلز مایع پر شده تا یک آنتن فیزیکی، قابل تنظیم مجدد و درونی را درست کنند.

به گفته آزمایشگاه پژوهشی نیروی هوایی آمریکا، آنها از جیوه استفاده نمی‌کنند، پس فلز بکار رفته سمی نیست. کاربر می‌تواند با به جریان در آوردن فلز مایع و راندن آن به موقعیت‌های مختلف، مدار خود را دوباره سیم‌کشی کرده و آنتن را تغییر دهد تا آنتن بتواند در محدوده فرکانسی خاص دیگری که به اقتضای شرایط و عملیات مورد نیاز است، اقدام به کار کند. دکتر کریستوفر تابور، دانشمند و پژوهشگر علم مواد در آزمایشگاه نیروی هوایی در این باره می‌گوید:

ما به‌طور عملی و فیزکی می‌توانیم فلز را به موقعیت‌های متفاوت برانیم و آنتنی داشته باشیم که همچون قبل بی‌عیب و در جهت مناسب کار کند.

نیروی هوایی آمریکا بسته به نوع ماموریت، از تجهیزات الکترونیکی گوناگون و آنتن‌های متنوعی روی هواپیما استفاده می‌کند. دکتر تابور در پاسخ به این مسئله می‌افزاید:

اگر ندانید که در میدان نبرد به چه آنتنی نیاز خواهید داشت، ناچار به حمل 8 یا 9 آنتن مختلف خواهید بود که هرکدام در فرکانسی خاص کار کرده و کارکرد و وظیفه متفاوتی نسبت به دیگری دارند. حال اگر متوجه شوید که تنها به یکی از آن‌ها نیاز دارید، پس به همراه آوردن دیگر آنتن‌ها و حمل وزن اضافی آن‌ها بیهوده بوده است.

آنتن مایع

پیش‌نمونه‌ای از آنتن‌ مایع که کانال حرکت فلز مایع در آن مشهود است

به گفته دکتر تابور، می‌توان بیش از یک کانال در ساختار هواپیمای مورد نظر تعبیه و بنابر نیاز، هرکدام را که لازم بود از فلز مایع پر کرد. وی این‌گونه شرح می‌دهد که:

شما می‌توانید یک آنتن مایع بسازید که قابلیت تنظیم دوباره برای کار در هر بازه فرکانسی و نشر امواج به هر طرفی که بخواهید را دارد.

درحالی که آنتن‌های عادی بسته به اندازه و جهتی که دارند، فقط در یک بازه فرکانسی خاص کار می‌کنند، آنتن مایع می‌تواند در بازه‌های فرکانسی گوناگونی کار کنند و این ویژگی موجب افزایش کاربری آن و در نتیجه افزایش کاربرد و قابلیت عملیاتی هواپیمای مورد نظر می‌شود.

آنتن مایع

پیش‌نمونه‌هایی از آنتن‌های مایع

آزمایشگاه نیروی هوایی تاکنون این آنتن مایع را برای امواجی با فرکانس 70 مگاهرتز تا 7 گیگاهرتز آزمایش کرده است که بازه به‌شدت چشمگیری از فرکانس‌ها است. این بازه شامل امواجی از باندهای فرکانس خیلی بالا (VHF)، فرکانس فرا بالا (UHF)، فرکانس اَبَر بالا (SHF) شامل باندهای L (که در ناتو با نام باند D شناخته می‌شود) و باندهای S ، C ، K و X و فرکانس بی‌نهایت بالا شامل باندهای L ناتو، M ناتو و مجددا K ناتو است. این باندها در ارتباطات رادیویی و همچنین رادارها کاربرد دارند؛ برای نمونه باندهای L (باند D ناتو) و VHF برای نقش پیش اخطار و باندهای K و X به دلیل دقت بالایی که دارند برای تعقیب دقیق و شناسایی هدف و همچنین کنترل آتش مناسب هستند.

آنتن مایع

مواد الکتریکی ترکیبی و انعطاف پذیر

دو روش برای نصب این‌گونه آنتن‌ها روی هواپیما وجود دارد که در روش اول می‌توان فلز مایع را به‌صورت فیزیکی به حرکت در آورده و بدین ترتیب شکل مدارهای الکتریکی را تغییر دهیم، یا فلز مایع را درون ساختارهای انعطاف پذیر قرار داده و با کمک آن مدارهای الکتریکی را تا جایی که نیاز است بزرگ و کوچک کرد که برای مورد دوم می‌توان از مواد الکتریکی ترکیبی NEXTFLEX استفاده کرد. این ماده در سال 2015 معرفی و هدف از ساخت آن نیز توانایی به جریان در آوردن فلز مایع درون این ماده و استفاده از آن برای مواردی همچون آنتن‌های مایع است.

آنتن مایع

ساخت عبارت AFRL با آلیاژ گالیومی مایع

بنابر اعلام نیروی هوایی، آزمایش‌های این پروژه در سطح سوم آمادگی فناورانه قرار دارد. تعریف وزارت دفاع آمریکا از این سطح به شرح زیر است:

سطح سوم آمادگی فناورانه شامل مطالعات تحلیلی و آزمایشگاهی تا اعمال ارزیابی فیزیکی بر روی پیش‌بینی‌های تحلیلی از عناصر جداگانه تکنولوژی است.

آنتن مایع

نمایی از چگونگی حرکت فلز مایع در کانال

در حال حاضر تیم توسعه دهنده موفق به ساخت نمونه‌های آزمایشگاهی از آنتن مایع شده‌اند و قدم بعدی نیروی هوایی آمریکا، نصب این آنتن‌ها روی هواپیما و آزمایش آن‌ها است. دانشمندان نیروی هوایی همچنین در تلاش برای بکار گیری آنتن‌های ساخته شده روی‌هواپیماهای دارای سیستم‌های الکترونیکی عادی و به‌دنبال پیاده سازی این تکنولوژی روی آنتن‌های آرایه فازی (پویش الکترونیکی) نیز هستند.

آنتن مایع

طرح مفهومی جنگنده نسل 6 که از سوی کمپانی هوافضا، امنیتی و دفاعی آمریکایی بوئینگ ارائه شده است.

بنابر گفته آزمایشگاه نیروی هوایی، انتظار می‌رود این آنتن‌های مایع بین 7 تا 10 سال دیگر وارد خدمت شوند که همزمان با ورود به خدمت جنگنده‌های نسل 6 در نیروی هوایی آمریکا خواهد بود. ناگفته نماند یکی از ویژگی‌های جنگنده‌های نسل 6، یک‌پارچه سازی آنتن‌ها با بدنه هواپیما است.

البته بکارگیری عملیاتی این آنتن‌ها کارآسانی نیست. بزرگ‌ترین چالشی که سازندگان در پیش رو خواهند داشت، برقراری ارتباط و اتصال دقیق سامانه‌های الکتریکی فعلی (سنتی) با آنتن مایع و کاهش اخلال هنگام جابه‌جایی فلز مایع از یک کانال به کانال دیگر است.

آنتن مایع

دکتر زاخاری فارل مشغول بررسی نانوذره‌های میکروسکوپی

نیروی هوایی همچنین درصدد است با تبدیل فلزهای مایع به نانوذره‌های میکروسکوپی، بخش‌های آسیب دیده از مدارهای الکترونیکی را ترمیم کند، بدون آن‌که نیاز به تعویض قطعه باشد و بدین ترتیب قابلیت خود ترمیمی را به سیستم‌های الکترونیکی بیافزاید. این نانوذره‌ها را می‌توان روی محل‌های آسیب دیده، به ویژه محل اتصالات، پاشیده تا با برقرای پیوند در آن محل، آن را ترمیم کنند.

بدون شک همان‌طور که دکتر تابور نیز به آن اشاره کرد، با استفاده از فلرهای مایع می‌توان به قابلیت‌هایی جدید دست پیدا کرد که تکنولوژی حال و آینده را تحت تاثیر خود قرار می‌دهند.

پاسخ بدهید

وارد کردن نام و ایمیل اجباری است | در سایت ثبت نام کنید یا وارد شوید و بدون وارد کردن مشخصات نظر خود را ثبت کنید *

*