- إنضم
- 14 مارس 2008
- المشاركات
- 1,109
- التفاعل
السلاح المطلق يدخل منصة التجارب
ترجمة: د. غصون عمار
السلاح الجوي المطلق، الذي يحلم به سلاح الجو الأمريكي ويعمل عليه منذ عقود هو طائرة فرط صوتية hypersonique قادرة على مهاجمة أية نقطة في الكرة الأرضية، في غضون ساعتين، وضرب أهداف أرضية بأشعة ليزر وطائرات أو حتى أقمار صنعية معادية. أخذ هذا الحلم يتحول الآن إلى حقيقة بعد الاختبار الذي أنجز في ديسمبر 2006 في مركز United Technologies Research Center وتم الكشف عنه في مارس 2007: لأول مرة في العالم، يتمكن مهندسون من إنتاج الكهرباء عن طريق غازات عادم طائرة فرط صوتية.
وتلك هي الخطوة الفريدة الأولى نحو تغذية مدفع ليزري محمول، ذات يوم قادم.
ولفهم هذا العمل غير العادي الذي أنجزه باحثون أمريكيون، يجب أن نعرف أن "أشعة الموت" هذه نهمة جداً للكهرباء: ستحتاج إلى 10 ميغاواط- أي ما يغذي 10000 منزل!- كي تعمل. ولكن، حتى الوقت الحاضر، لم تلبّ أية وحدة إنتاجية بهذه القدرة متطلبات الكتلة والحجم الخاصين بالصناعة الجوية مطلقاً... إلا أن سلاح الجو الأمريكي راهن على مولّد ديناميّ سائليّ مغنطيسيّ (generateur MHDس) magnetohydrodynamique ينتج تياراً كهربائياً من حركة مائعٍ موصل في حقل مغنطيسي.
السر؟ التقانة MHD:
وهكذا، بنفس الطريقة التي يحول بها مولّدٌ الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء، يحول المولد الدينامي السائلي المغنطيسي طاقة المائع الحركية إلى كهرباء. نعم، ولكن إذا كان مبدأ التقانة MHD معروفاً منذ اكتشاف الحث الكهرومغنطيسي في القرن التاسع عشر، فإنه صار لازماً بعد التمكن من السيطرة عليه. كان ذلك تحدياً حقيقياً أخفق فيه فيزيائيو العالم كله كلما راهنوا على تقانة MHD من أجل توليد كميات كبيرة من الكهرباء. وتوقف الاهتمام بها أخيراً عند منعطف ثمانينيات القرن الماضي..." أوقف سلاح الجو الأمريكي كل بحث حول ال MHD منذ ثلاثين سنة. وتابعنا تنفيذ الفكرة عام 2001 لتطبيقها على التحليقات فرط الصوتية، التي بدت لنا المرشح الأفضل لمثل هذه التقنية"، كما يؤكد "جون لنبيري" J. Lineberry، رئيس شركة Ly Tecc. في الواقع، كان سلاح الجو الأمريكي ووكالة الفضاء "ناسا" قد أطلقا منذ نحو عشر سنوات برنامجاً بحثياً طموحاً حول الطائرات فرط الصوتية، مثل ال X43A، القادرة على بلوغ عشرة أضعاف سرعة الصوت. وجاء الاهتمام بها من حيث أن الغازات الخارجة من المحرك النفاث التضاغطي الفائق superstatoreacteur- المحرك المفترض أنه يتيح لطائرات المستقبل هذه أن تطير بسرعة تتراوح بين 5 و 15ماخ- تشكل مائعاً فائضاً... من الطاقة الحركية.
أول اختبار ناجح على الأرض
سعى الباحثون إذاً إلى إثبات أن هذه الغازات تنتج موائع ممتازة لمولد MHD. وبما أن تلك الطائرات لم تكن موجودة آنذاك إلا على شكل نماذج أولية مصغرة، فقد أجري الاختبار على الأرض، على منصة تجارب تتيح محاكاة سرعات انسياب تعادل 8 ماخ ودراسة احتراق الوقود في المحرك النفاث التضاغطي الفائق. وإذا كان المهندسون قد راهنوا كثيراً على غازات العادم هذه، فلأنها تتحرك بسرعة تقارب 2000م- ثا، إذ إن الاحتراق في المحرك المذكور يتم بسرعة فوق صوتية، مما يمثل حقلاً مذهلاً للطاقة الحركية. عدا ذلك، تتجاوز الحرارة 2000 درجة: إذا حقنت بمزيج البوتاسيوم والصوديوم الذي يتأين بسهولة، فإن الغازات تندفع من المحرك بحالة البلازما، وهي مجموعة من الجسيمات المحايدة، والإيونات الموجبة والإلكترونات. البلازما هي إذاً موصل، مما يتيح استخلاص التيار الكهربائي منها بالحث الكهرومغنطيسي.
هذا بالنسبة للمائع. يبقى بعد ذلك تحويل طاقة هذا المائع الحركية (جزئياً على الأقل) إلى كهرباء. للقيام بذلك، وضع المهندسون، عند مخرج حجرة احتراق المحرك الفائق، هنا حيث تتفرغ البلازما، قناةً مستطيلة المقطع مؤلفة من إلكترودات (أقطاب كهربائية) متعاقبة ثم ركبوها في فرجة مغنطيس قوي مؤلف من وشيعتين فائقتي الموصلية من النيكل- التيتان.
وبعد تبريدهما بالهليوم السائل، أعطيتا مجالاً مغنطيسياً بقوة 1.8 تسلا (التسلا tesla هي وحدة الحث المغنطيسي) {أي أعلى من الحقل المغنطيسي الأرضي ب 36000 مرة}.
عملياً، عند انسياب البلازما في قناة المولد، تنحرف الجسيمات المشحونة بفعل الحقل المغنطيسي، في اتجاهات متعارضة، وفقاً لما هي مشحونة، بشكل موجب أو سالب، مما يحدث اختلافاً في الجهد بين جدران القناة. يحرض هذا التوتر تياراً كهربائياً تتلقاه الإلكترودات. وخلال الاختبارات، التي لم تستمر سوى ثلاثين ثانية، أمكن بذلك قياس قدرة قصوى 15 كيلواط. وتعتبر هذه النتيجة، التي ما تزال بالتأكيد بعيدة عن القدرات المطلوبة المقدرة بالميغاواط، أول تدقيق أساسي لصحة التقنية. "يعتبر ذلك نجاحاً رئيسياً. لم يستطع أحد حتى الآن أن يثبت أن هذا الأمر ممكن"، على حد عبارة "جون لنبيري". "هذا أول تطبيق يتكلل بالنجاح لتقانة MHD على صعيد الصناعة الجوية"، يضيف" رينيه تيبودو" R. Thibodeaux المسؤول عن برنامج Hypersonic Vehicle Electric power System في سلاح الجو الأمريكي.
هل أصبح السلاح المطلق بذلك في متناول اليد؟ ليس بعد. من أجل بلوغ ال 10 ميغاواط المطلوبة، يبقى إثبات أن التقانة تعمل بالحجم الحقيقي وليس من خلال مُحاكٍ لمحرك نفاث تضاغطي فائق مصغَّر. يتحول التحدي العلمي هنا إلى لغز تقاني: "تطرح هذه المرحلة الجديدة مشكلتين رئيسيتين. تتعلق الأولى بأبعاد المولد المستقبلي، الذي ستكون قناته بطول 1.50م وعرض50 سم. وتتعلق الثانية بالسعة المغنطيسية، التي يجب أن تصل إلى 4 تسلا"، يشرح" جون لنبيري". يجب أن يزن الجهاز النهائي 1.7 طن، منها 1.2 طن للمغنطيس وحده.
متى إنجاز التجربة خلال التحليق؟
كل ذلك يجعل اختصاصيي التحليق فرط الصوتي في حالة شك: "يعتبر ذلك برهاناً من حيث المبدأ. ليس ممكناً من الناحية التقنية في الوقت الراهن إيجاد وشائع فائقة الموصلية محمولة جواً قادرة على توليد مجال مغنطيسي للحصول على الطاقة بشكل فعال"، يعلق "بول كنتزمان" p.kuentzmann، كبير مستشاري "المكتب الوطني للدراسات والأبحاث الجوية والفضائية" في فرنسا. ويرى "كريستوف لو" C. Laux، اختصاصي البلازما في "كلية باريس المركزية" أن الأمر ليس غير ممكن وحسب تقانياً، بل هو إشكالي أيضاً: هذه النتيجة مشجعة جداً، غير أن التأثيرات الكهرومغنطيسية التي تقع على أجهزة المتن تبقى خارج السيطرة. عدا ذلك، يخشى أن يؤدي استخلاص قدرة ال 10 ميغاواط إلى الإخلال بدفع المركبة وزعزعتها. ويشير باحثو البرنامج إلى أن استخلاص قدرة 15 كيلواط لم تحدث خللاً في دفع طائرة الاختبار، غير أنه لا يمكن تعميم ذلك على طائرة حقيقية". مع ذلك، ليس متوقعاً أن تجري الاختبارات في الجو قبل عشر سنوات قادمة، حسب قول "جون لنبيري"، إذا قدر للبرنامج أن يكتمل.
القدرة القابلة للاستخراج عملاقة على الورق:
"يمكن من الناحية النظرية أن تبلغ مولداتُ MHD كثافة طاقة تقدر بعدة مئات من الميغاواط-متر مكعب. ولا يمكن لأية تقانة، باستثناء النووية، أن تنافس ال MHD بالنسبة للمركبات فرط الصوتية التي تحمل أسلحة ذات طاقات موجَّهة"، حسب عبارة" رينيه تيبودو". من هنا لزوم عقد آخر من الأبحاث واستثمار مليارات أخرى من الدولارات... إلا إذا فشلت أبحاث المهندسين في فك عقدة تقانة MHD، وحينها تعود مرة أخرى إلى النسيان.
عن "العلم والحياة" الفرنسية، نوفمبر 2007م
المصدر مجلة الحرس الوطني اخر عدد
وتلك هي الخطوة الفريدة الأولى نحو تغذية مدفع ليزري محمول، ذات يوم قادم.
ولفهم هذا العمل غير العادي الذي أنجزه باحثون أمريكيون، يجب أن نعرف أن "أشعة الموت" هذه نهمة جداً للكهرباء: ستحتاج إلى 10 ميغاواط- أي ما يغذي 10000 منزل!- كي تعمل. ولكن، حتى الوقت الحاضر، لم تلبّ أية وحدة إنتاجية بهذه القدرة متطلبات الكتلة والحجم الخاصين بالصناعة الجوية مطلقاً... إلا أن سلاح الجو الأمريكي راهن على مولّد ديناميّ سائليّ مغنطيسيّ (generateur MHDس) magnetohydrodynamique ينتج تياراً كهربائياً من حركة مائعٍ موصل في حقل مغنطيسي.
السر؟ التقانة MHD:
وهكذا، بنفس الطريقة التي يحول بها مولّدٌ الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء، يحول المولد الدينامي السائلي المغنطيسي طاقة المائع الحركية إلى كهرباء. نعم، ولكن إذا كان مبدأ التقانة MHD معروفاً منذ اكتشاف الحث الكهرومغنطيسي في القرن التاسع عشر، فإنه صار لازماً بعد التمكن من السيطرة عليه. كان ذلك تحدياً حقيقياً أخفق فيه فيزيائيو العالم كله كلما راهنوا على تقانة MHD من أجل توليد كميات كبيرة من الكهرباء. وتوقف الاهتمام بها أخيراً عند منعطف ثمانينيات القرن الماضي..." أوقف سلاح الجو الأمريكي كل بحث حول ال MHD منذ ثلاثين سنة. وتابعنا تنفيذ الفكرة عام 2001 لتطبيقها على التحليقات فرط الصوتية، التي بدت لنا المرشح الأفضل لمثل هذه التقنية"، كما يؤكد "جون لنبيري" J. Lineberry، رئيس شركة Ly Tecc. في الواقع، كان سلاح الجو الأمريكي ووكالة الفضاء "ناسا" قد أطلقا منذ نحو عشر سنوات برنامجاً بحثياً طموحاً حول الطائرات فرط الصوتية، مثل ال X43A، القادرة على بلوغ عشرة أضعاف سرعة الصوت. وجاء الاهتمام بها من حيث أن الغازات الخارجة من المحرك النفاث التضاغطي الفائق superstatoreacteur- المحرك المفترض أنه يتيح لطائرات المستقبل هذه أن تطير بسرعة تتراوح بين 5 و 15ماخ- تشكل مائعاً فائضاً... من الطاقة الحركية.
أول اختبار ناجح على الأرض
سعى الباحثون إذاً إلى إثبات أن هذه الغازات تنتج موائع ممتازة لمولد MHD. وبما أن تلك الطائرات لم تكن موجودة آنذاك إلا على شكل نماذج أولية مصغرة، فقد أجري الاختبار على الأرض، على منصة تجارب تتيح محاكاة سرعات انسياب تعادل 8 ماخ ودراسة احتراق الوقود في المحرك النفاث التضاغطي الفائق. وإذا كان المهندسون قد راهنوا كثيراً على غازات العادم هذه، فلأنها تتحرك بسرعة تقارب 2000م- ثا، إذ إن الاحتراق في المحرك المذكور يتم بسرعة فوق صوتية، مما يمثل حقلاً مذهلاً للطاقة الحركية. عدا ذلك، تتجاوز الحرارة 2000 درجة: إذا حقنت بمزيج البوتاسيوم والصوديوم الذي يتأين بسهولة، فإن الغازات تندفع من المحرك بحالة البلازما، وهي مجموعة من الجسيمات المحايدة، والإيونات الموجبة والإلكترونات. البلازما هي إذاً موصل، مما يتيح استخلاص التيار الكهربائي منها بالحث الكهرومغنطيسي.
هذا بالنسبة للمائع. يبقى بعد ذلك تحويل طاقة هذا المائع الحركية (جزئياً على الأقل) إلى كهرباء. للقيام بذلك، وضع المهندسون، عند مخرج حجرة احتراق المحرك الفائق، هنا حيث تتفرغ البلازما، قناةً مستطيلة المقطع مؤلفة من إلكترودات (أقطاب كهربائية) متعاقبة ثم ركبوها في فرجة مغنطيس قوي مؤلف من وشيعتين فائقتي الموصلية من النيكل- التيتان.
وبعد تبريدهما بالهليوم السائل، أعطيتا مجالاً مغنطيسياً بقوة 1.8 تسلا (التسلا tesla هي وحدة الحث المغنطيسي) {أي أعلى من الحقل المغنطيسي الأرضي ب 36000 مرة}.
عملياً، عند انسياب البلازما في قناة المولد، تنحرف الجسيمات المشحونة بفعل الحقل المغنطيسي، في اتجاهات متعارضة، وفقاً لما هي مشحونة، بشكل موجب أو سالب، مما يحدث اختلافاً في الجهد بين جدران القناة. يحرض هذا التوتر تياراً كهربائياً تتلقاه الإلكترودات. وخلال الاختبارات، التي لم تستمر سوى ثلاثين ثانية، أمكن بذلك قياس قدرة قصوى 15 كيلواط. وتعتبر هذه النتيجة، التي ما تزال بالتأكيد بعيدة عن القدرات المطلوبة المقدرة بالميغاواط، أول تدقيق أساسي لصحة التقنية. "يعتبر ذلك نجاحاً رئيسياً. لم يستطع أحد حتى الآن أن يثبت أن هذا الأمر ممكن"، على حد عبارة "جون لنبيري". "هذا أول تطبيق يتكلل بالنجاح لتقانة MHD على صعيد الصناعة الجوية"، يضيف" رينيه تيبودو" R. Thibodeaux المسؤول عن برنامج Hypersonic Vehicle Electric power System في سلاح الجو الأمريكي.
هل أصبح السلاح المطلق بذلك في متناول اليد؟ ليس بعد. من أجل بلوغ ال 10 ميغاواط المطلوبة، يبقى إثبات أن التقانة تعمل بالحجم الحقيقي وليس من خلال مُحاكٍ لمحرك نفاث تضاغطي فائق مصغَّر. يتحول التحدي العلمي هنا إلى لغز تقاني: "تطرح هذه المرحلة الجديدة مشكلتين رئيسيتين. تتعلق الأولى بأبعاد المولد المستقبلي، الذي ستكون قناته بطول 1.50م وعرض50 سم. وتتعلق الثانية بالسعة المغنطيسية، التي يجب أن تصل إلى 4 تسلا"، يشرح" جون لنبيري". يجب أن يزن الجهاز النهائي 1.7 طن، منها 1.2 طن للمغنطيس وحده.
متى إنجاز التجربة خلال التحليق؟
كل ذلك يجعل اختصاصيي التحليق فرط الصوتي في حالة شك: "يعتبر ذلك برهاناً من حيث المبدأ. ليس ممكناً من الناحية التقنية في الوقت الراهن إيجاد وشائع فائقة الموصلية محمولة جواً قادرة على توليد مجال مغنطيسي للحصول على الطاقة بشكل فعال"، يعلق "بول كنتزمان" p.kuentzmann، كبير مستشاري "المكتب الوطني للدراسات والأبحاث الجوية والفضائية" في فرنسا. ويرى "كريستوف لو" C. Laux، اختصاصي البلازما في "كلية باريس المركزية" أن الأمر ليس غير ممكن وحسب تقانياً، بل هو إشكالي أيضاً: هذه النتيجة مشجعة جداً، غير أن التأثيرات الكهرومغنطيسية التي تقع على أجهزة المتن تبقى خارج السيطرة. عدا ذلك، يخشى أن يؤدي استخلاص قدرة ال 10 ميغاواط إلى الإخلال بدفع المركبة وزعزعتها. ويشير باحثو البرنامج إلى أن استخلاص قدرة 15 كيلواط لم تحدث خللاً في دفع طائرة الاختبار، غير أنه لا يمكن تعميم ذلك على طائرة حقيقية". مع ذلك، ليس متوقعاً أن تجري الاختبارات في الجو قبل عشر سنوات قادمة، حسب قول "جون لنبيري"، إذا قدر للبرنامج أن يكتمل.
القدرة القابلة للاستخراج عملاقة على الورق:
"يمكن من الناحية النظرية أن تبلغ مولداتُ MHD كثافة طاقة تقدر بعدة مئات من الميغاواط-متر مكعب. ولا يمكن لأية تقانة، باستثناء النووية، أن تنافس ال MHD بالنسبة للمركبات فرط الصوتية التي تحمل أسلحة ذات طاقات موجَّهة"، حسب عبارة" رينيه تيبودو". من هنا لزوم عقد آخر من الأبحاث واستثمار مليارات أخرى من الدولارات... إلا إذا فشلت أبحاث المهندسين في فك عقدة تقانة MHD، وحينها تعود مرة أخرى إلى النسيان.
عن "العلم والحياة" الفرنسية، نوفمبر 2007م
المصدر مجلة الحرس الوطني اخر عدد
