מדע וטכנולוגיה
על תחליף לזכוכית חסינה, פתרונות האנרגיה הסולארית וננו-מצלמות לשימוש הצבא
חיל האוויר של ארה"ב בוחן עתה חומר חדשני, שקוף וקשיח מאד, שיחליף בעתיד את הזכוכית חסינת-הירי בה משתמשים כיום בכלי הרכב הצבאיים הפועלים בזירות קרב.
החומר החדש אלומיניום אוקסיניטריד – או בשמו המסחרי "אלון" – הוא קל משקל במידה משמעותית ביותר לעומת הזכוכית המשוריינת ועמיד פי כמה ממנה בפני פגיעות-ירי. לא אחת, שמשה קדמית של רכב ממוגן, התנפצה בעת שנורתה לעברו אש חיה מטווח קרוב.
ראש צוות הפיתוח של "אלון", ז'וזף לה-מוניקה, ממעבדת המחקר של חיל האוויר האמריקני ואוניברסיטת דייטון המקומית, מסר כי החומר החדשני – תרכובת קראמית המכילה אלומיניום – חמצן וחנקן – "קל כמה 'שנות-אור' מזכוכית". הוא מצטיין בתכונות אופטיות ובמיבנה פנימי כמו של אבן ספיר.
בעוד שזכוכית חסינת-ירי רגילה עשויה כמה שכבות של זכוכית מרובדת ופוליקרבונט – השמשה שתיבנה מהחומר החדיש תהיה מורכבת משכבה חיצונית של "אלון", שכבה ביניים של זכוכית קשיחה במיוחד ושכבה תחתונה של פולימר.
בניסויים הראשונים שנערכה עד כה החומר החדיש שהותקן בכלי-רכב משוריינים עמד היטב במטחי ירי בקצבים וטווחים שונים – והוא לא התנפץ גם כשירו לעברו ברובה צלפים רוסי, אם-44 קליבר 30. וגם לא כשירו ברובה
במבחנים גם ניסו לפגוע בחומר החדיש באמצעות קליעים חודרי-שריון. זכוכית חסינת ירי יכולה לעמוד במטווח כזה, רק אם תהיה עבה במיוחד, לפחות בעובי של כמה עשרות סנטימטרים (!) אבל שמשות כאלו יכבידו מאד על כושר התנועה של הרכב הצבאי.
צוות המחקר מסר כי הוא יקיים בתקופה הקרובה סידרת ניסויים חדשה, בכלי-ירי בעלי קליעים בקליבר גדול יותר, וכן ינסה לבדוק אם השמשה תעמוד במטחים מרובי-כלים מזויות שונות, בו-זמנית וגם אם תחזיק מעמד בפיצוץ של מטען חבלה.
בשלב זה כל המעורבים בפיתוח נלהבים מהתוצאות. יש כוונה, מסרו, לצייד בעתיד בזכוכית החדשנית גם מטוסי-קרב – שכן בהם, יותר מאשר בציוד אחר, יש למשקל משמעות גדולה על הביצועים.
המכשול היחיד שמונע עדיין שימוש נרחב בחומר החדיש הזה, ה"אלון" הוא מחירו הגבוה: 15 דולר לאינץ'-רבוע (2.5 סמ"ר) – פי שלושה ממחירה של זכוכית חסינת-ירי רגילה.
מכונות היצור הנדרשות להרכבת שמשת-רכב ממוגנת מסוג זה, הן יקרות וגם הפעלתן מורכבת כיוון שהחומר חייב לעבור ליטוש אינטנסיבי מאד לפני התקנתו. אבל ההערכה היא שאת עניין התמחור אפשר יהיה לפתור: אם תהיה דרישה גדולה לחומר החדיש – מחירו ירד.
באחד הטורים הקודמים דיווחנו על ניסויים הנערכים במעבדות אמריקניות בשימוש בקולטי-שמש חדשניים. ב"חגיגה" הזאת משתתף גם מדען ישראלי צעיר, הדוקטורנט אילן גור, ממעבדת החומרים של אוניברסיטת ברקלי בקליפורניה. זו דיווחה בימים אלה לכתב העת המדעי "סיינס" על ההצלחה הגדולה שהושגה בה, בפיתוח שכבות דקיקות מאד, כמו פילמים, של תאים פוטו-וולטאיים, או סולאריים, ננו-קריסטלים.
באמצעות "שמיכה דקה" של חומר זול זה, קל-לשימוש וגם ליצור, אפשר יהיה לצפות גגות של בתי מגורים או מבנים מסחריים – והשכבה הזאת תהפוך את קרני השמש לאנרגיה חשמלית.
שכבת הפילם האולטרה-דקה, עשויה מחומר בממדים זעירים, ממדי הננו (החלק המיליארד של המטר) ומוליך-למחצה מעולה במיוחד. הפילם הכל-כך דקיק הזה הוא ראשון מסוגו בעולם עשוי גבישים קריסטליים זערוריים מחומר לא-אורגני, אבל זול בהרבה, קל ליצור, ויציב בכל תנאי מזג אויר כמו תאים סולאריים שנבנו עד כה על בסיס של חומר אורגני פולימרי.
בדיווח מפרטים גור, שותפו למחקר מיכאל גייר והמנחה שלהם הפרופסור לכימיה ומדעי החומרים פול אליויסטוס, את הרכב התערובת של החומר הגבישי שלהם. הם יצרו פילם דק פי אלף מעובייה של שערת אדם שהשיג רמת ניצולת גבוהה בהמרת קרני השמש לאנרגיה חשמלית. אבל הם שואפים לשכללו כדי שיהיה יעיל הרבה יותר מתאים סולאריים מבוססי סיליקון שבהם משתמשים כיום ב"שמיכות פילם" דקיקות דומות.
"אנחנו עדיין רחוקים מרמת הניצולת שאליה אנו שואפים בעת שממירים קרינה מהשמש לחשמל – אבל החומר הדו-שכבתי שפיתחנו מבטיח מאד" הדגיש גור.
הפיתוח וההדגשים השונים שמלווים את הדיווח, רק ממחישים סוף-סוף עד כמה אמריקה מתחילה להפנים את הצורך למצוא תחליף זול לדלקי המאובנים הקיימים (נפט, פחם) עקב האמרת מחיריהם. הצורך במעבר לשימוש במקורות אנרגיה חלופיים נעשה עתה יותר מבעבר, מוחשי מאד.
אנרגיית השמש נראית אידיאלית. מדובר במקור נצחי. השמש מייצרת 1000 ואט אנרגיה לכל 1 מטר-רבוע על פני כדור הארץ, מדי יום. וכל עוד כדור הארץ קיים – גם מקור אנרגיה זה יהיה קיים, ללא זיהום ומבלי לפגוע באקלים העולם. ומה שחשוב יותר: זה מקור חינמי – תימחורו תלוי רק בשיטות שיפותחו להמרת קרינת השמש לחשמל.
התאים הסולאריים הקיימים כיום, הם ברובים עשויים מסיליקון (בעצם זכוכית, כמו קולטי השמש שעל הגגות שלנו). אלא שיחסית מדובר בחומר יקר שיצורו מורכב. הוא צריך להתבצע בתנאים מבוקרים, כולל ריק ובטמפרטורה שבין 400 ל-1400 מעלות צלזיוס. אבל שימוש בחומרים אורגניים פולימריים שנתגלו ב-1977, עשוי להוזיל את יצור קולטי-השמש והתאים הסולאריים השונים פי כמה.
צוותו של אילן גור עומד לבנות אב-טיפוס של מערכת שתמיר את קרינת השמש לחשמל ותתבסס על החומר החדיש שפיתחו. "יש עוד הרבה דברים בעניין הזה שעדיים איננו מבינים כל צרכם", כך הסביר.
מכל מקום אם יושגו יעדי הניסוי שהם מתכננים והחומר יהיה מסחרי – אפשר יהיה לצפות בו את גגות בתי המגורים ברחבי ארה"ב והוא ייצר 710 אלף מגה-וואט חשמל עבורם בשנה – יותר מ-75 אחוז מכמות החשמל שמדינה זאת מסוגלת כיום לייצר לצרכיה. קליפורניה תהיה כמובן המועמדת הראשונה לניסויים בחומר החדיש.
ועוד בתחום הננו-טכנולוגיה: צוות מחקר של צי ארה"ב מפתח עתה במדינת מישיגן מצלמת אינפרה-אדומה זערורית במיוחד ומהפכנית, כדי שאפשר יהיה להתקינה בטילי-שיוט או במטוס-ללא-טייס ומה שייחד אותה – היא לא תזדקק למערכת קירור פנימית.
תהליך היצור של החיישנים הזעירים - לב המצלמה – יבוצע באמצעות ננו-רובוטים ותוך שימוש במיקרוסקופ רב-עוצמה. התוצאה: אלמנטים פיקסליים, שהם לב כל חיישן.
כל פיקסל מורכב מצינוריות-ננו של פחמן, בקוטרי ננו ובאורך של תת-מיקרון. מיבנה כזה אינו יוצר חום ("רעש תרמאלי נמוך", כהגדרת המפתחים) כפי שמתהווה בחומר מוליך-למחצה, שיש לקררו.
ההערכה: מצלמה שתיבנה בדרך זאת לשימושים צבאיים תהיה זולה כדי עשירית ממצלמה דיגיטלית רגילה. וגם קלה ממנה פי כמה.
הצורך בחיישנים כה זעירים מיועד להגנה על מערכות יקרות מאד. עלות כל מטוס-ללא-טייס, על מלוא מערכותיו עשוי להגיע לכמה מיליוני דולרים. מצלמות כאלו גם מותקנות בטילים וכמובן במטוסי החמקן למיניהם.
הצי האמריקני בונה עתה מערכת של מל"טים זעירים המצויידים בחיישנים הפאסיביים, כדי שלא ניתן יהיה לעקוב אחריהם וליירטם באמצעות מערכות מכ"ם. הם ינועו ממש מעל פני-השטח של מי האוקיאנוס, כלומר "ילחכו" את הגלים - וגם במהירות נמוכה במיוחד, ובשקט – עד למטרה. לא ניתן יהיה לקלוט את חתימות המצלמה האינפרה-אדומה שתפעל במערכת כזאת.
אבל למצלמה החדשנית יש גם שימוש אזרחי חשוב: זיהוי וסריקות לאבחון סרטן שד. הערכה: הכנסת מערכות שכאלה לשימוש נרחב תחולל בעתיד מהפיכה בלא מעט מכשירים רפואיים. המפתחים מדברים אפילו על כך שבעתיד יוכל למעשה כל משק-בית לרכוש לעצמו מערכת לאיתור מוקדם של סרטן-שד.
אגב: אוניברסיטת הוותיקן ברומא עומדת לשתף פעולה עם מטה הצי האמריקני בניסוי בנושא זה – שימוש במצלמות החדשניות לסריקות מוקדמות של גידולים ממאירים לצורך מתן טיפול יעיל למחלה.
נא להמתין לטעינת התגובות
