ماهي الألياف الكربونية وماهي تطبيقاتها العملية في مجال صناعات المختلفة في البلاد؟
افاد القسم الدفاعي لوكالة "مشرق" الاخباري في تقرير له ، انه لعل واحدة من الاشارات التي تناولتها وسائل الاعلام المحلية تعود إلى تصريحات مساعد رئيس منظمة الطاقة الذرية الايرانية للشؤون الدولية في عام 2008 محمد سعيدي، التي تناولت بيان اهم الاختلافات بين جيلP1 و P2والجيل الجديد من اجهزة الطرد المركزي IR-2 مبينا، ان اجهزة الطرد المركزي P1 تعتبر الجيل الاول من هذه الاجهزة في العالم، التي تعمتد عملية تخصيب اليورانيوم فيها على فصل الجزيئات اليورانيوم بمقدار 235 من 238 جزيئة.
وحسب تصريحات سعيدي، ان جهاز الطرد المركزي في الجيل الاول P1 هو عبارة عن جهاز يتم في توليد قوى الطرد المركزي عن طريق الدوران باستخدام اسطوانة مركزية باهضة الثمن كما انها لا تتمتع بكفاءة عالية. اما الجيل الجديد من اجهزة الطرد المركزي والتي تعرف باسم IR-2 والتي تتم تصنيعها باستخدام الالياف الكربونية وهي احدث تقنية في العالم بهذا المجال، حيث يتم الحصول على هذه التقنية من خلال استخدام تكنولوجيا النانو.
الدور المهم لـ "ألياف الكربون" في تقليل وزن وحجم المنتجات
ان "الياف الكاربون" تلعب دورا مهما في تقليل وزن وحجم المنتجات، حيث ان ألياف الكربون Carbon Fibers هي نوع من الألياف ذات الجودة العالية التي تستعمل في تطبيقات الهندسة المدنية العسكرية على حد سواء، كما أنه يطلق عليها ألياف الغرافيت Graphite Fiber أو غرافيت الكربون وتكون ألياف الكربون من مجموعة خيوط رفيعة جداً من عنصر الكربون. تتميز بمقاومة عالية لقوى الشد، وتعتبر قوية جداً مقارنةً بحجمها، ويمكن إعتبارها المادة الأقوى في الوقت الحالي. ويكمن القول ان ألياف الكربون، القادم الجديد في تكنولوجيا المواد والتي تعمل ألياف الكربون على تقليل وزن المعدات وزيادة كفاءة المعدات الشديدة الدقة، من البوارج حربية متطورة الى اجهزة طرد مركزية حديثة. ان هذه المميزات للالياف الكربون، دفعت بعض بعض المهندسين في استخدامها فى للتدعيم كما انها تتميز بمقاومة عالية جداً فى الشد، قد تصل الى خمسة أضعاف مقاومة الحديد. أى ان شريحة من الياف الكربون لا يتعدى سمكها ملليمترات قليلة يمكن ان تحل محل قضيب من الحديد ذو سمك كبير فى مقاومة الشد، لذا عادة ما تستخدم الياف الكربون فى التدعيم عند الرغبة فى الحفاظ على شكل المنشأ دون اى تشويهات حيث يمكن استخدامها و تغطيتها بطبقات التشطيب دون وجود أى اثر لاعمال التدعيم التى تمت، و نظراً لارتفاع تكلفتها، عادة ما تسخدم فى المنشات الهامة، أو فى الحالات التى يصعب استخدام الحديد للتدعيم نظراً لضيق المساحة. ان كثافة ألياف الكربون أيضا هي أقل بكثير من كثافة الفولاذ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب وزنا منخفضا. ان خصائص ألياف الكربون مثل قوة الشد المرتفعة، والوزن والتمدد الحراري المنخفضان جعلها تحظى بشعبية كبيرة في تطبيقات الفضاء والهندسة المدنية والعسكرية وغيرها.
اما بشأن خواص ألياف الكربون، فانها تتمتع بصلابة عالية بالنسبة للوزن، اي ان معدل صلابة مادة هي القوة في وحدة المساحة عند الانهيار مقسومة على الكثافة، كلما كانت المادة صلبة وخفيفة كان معدل صلابتها الى وزنها أفضل. كما تتميز بقساوة كبيرة جداً ويذكر أن قساوة ألياف الكربون أعلى مرتين ونصف من الألمنيوم بالاضافة الى مقاومتها للتآكل ومستقرة كيميائياً فضلا عن انها ناقلة للكهرباء ومقاومتها للشد وغير قابلة للاشتعال.
نماذج من شرائح الياف الكربون
ان الخصائص المذكورة اعلاه، جعلت من ألياف الكربون، عنصرا مهما في استخدامها في مجموعة واسعة من المعدات العسكرية مثل صناعة سترات الوقاية من الرصاص وخوذ الجنود فضلا عن استخدامها في تصنيع هياكل الطائرات بدون طيار وانواع المقاتلات الحربية والمدنية وتصنيع المدمرات والبوارج الحربية ودروع الدبابات.
ولبيان اهمية هذا الموضوع ، يمكن الاشارة في هذا المجال إلى استخدام الالياف الكربونية في تصنيع مقاتلة إف- 22 الأميركية الفائقة التطور في العالم، حيث استخدمت ألياف الكربونية في تصنيع 350 قطعة من اجزاء هذه المقاتلة. وفي هذا الصدد، يمكن الأشارة ايضا إلى استخدام الالياف الكربونية في تصنيع المقاتلة الاميركية من الجيل الخامس اف- 35 المتطورة. كما استخدمت هذه الالياف بشكل واسع في مجال تصنيع هيكل المدمرات الحربية الاميركية من جيل "Zumwalt" التي تعتبر الجيل المستقبلي للمدمرات البحرية الأميركية.
تجدر الأشارة إلى ان الالياف الكربونية، تعتبر واحدة من المكونات الرئيسية في صناعة هيكل التجهيزات العسكرية الحديثة، لما تتمتع بها من قابلية جذب الامواج الرادارية بالاضافة الى قابليتها في جذب حرارة الاشعة تحت الحمراء، والحد من حجم الاشعة تحت الحمراء الناتجة من عمل محركات هذه المعدات العسكرية. في الواقع انه لايمكن الوصول الى مسألة استخدام التقنيات السرية من غير امتلاك هذه المادة (الالياف الكربونية).
دخول تقنية الالياف الكربونية في مجال الصناعات الدفاعية الإيرانية
حسب أعلان وزارة الدفاع الإيرانية في مايس/آذر عام 2014، فان الجمهورية الإسلامية في إيران هي الدولة الاولى من بين دول الشرق الاوسط، والحادية عشر في العالم، التي تتمتع بهذه التقنية المتطورة. وفقا لذلك، فان الجمهورية الإسلامية في إيران يمكنها استخدام هذه المادة في الكثير من مشاريعها بطريقة اسهل ارخص واسرع بكثير ذي قبل. علي سبيل المثال، وكما اعلنه بعص المسؤولين في البلاد، فان ارسال انسان إلى الفضاء هي واحدة من الاهداف الرئيسية لبرنامج الفضاء في الجمهورية الإسلامية.
خط أنتاج الياف الكربون في إيران
ان خصائص ألياف الكربون جعلها تحظى بشعبية كبيرة في تطبيقات الفضاء حيث ان من أهم اجزاء المركبات الفضائية هي كبسولة الفضاء التي تحمل الانسان وقد تم استخدام الياف الكربون في صناعة هيكل هذه الكبسولة لتحسين مقاومتها ورفع كفاءة عملها، لكونها تتحمل الحرارة الشديدة التي تواجهها عند دخولها الغلاف الجوي للارض، وبالتالي تحافظ على حياة رواد الفضاء المتواجدين فيها. ويتم تصنيع هذا الدرع الواقي من الحرارة من شرائح تتالف من الياف الكاربون ومركبات الالمنيوم، لأن الطبقة الكثيفة والمكتنزة من ألياف الكربون تشكل عاكس فعّال للحرارة. في الوقت ذاته يمكن الاستفادة من هذه المادة في مكونات الكثير من اجزاء الاقمار الصناعية الايرانية. في هذه الحالة فان وزن الاقمار الصناعية وكبسولة الفضاء التي تحمل كائنات حية، تقل بشكل حاد، وبالتالي تجنب استفادة محركات الصواريخ الخاصة بحمل الاقمار الصناعية من محركات ثقيلة وتعزيز قدرتها إلى ارسال هذه الاقمار إلى مسافات أبعد.
كبسولة الفضاء لقمر اوريون، مصنعة من درع واقي للحرارة من مادة التيتانيوم والياف الكربون
ان صناعة الطائرات بدون طيار هي المجال الاخر للصناعات الدفاعية الإيرانية في استخدامها للالياف الكربونية والذي كان دائما في السنوات الاخيرة، الطليعة في عملية تطوير المنجزات الصناعية الدفاعية في الجمهورية الإسلامية في إيران. ان الاستخدام الواسع لـ الالياف الكربونية في هذه الصناعة يمكن ان يكون مفيد جدا للبلاد، بهدف تعزيز قدرة الطائرات الإيرانية بدون طيار اكثر فاكثر.
ان اغلب الطائرات بدون طيار تعتبر جزءا من الطالئرات الصغيرة الحجم التي تعمل بمحركات المكبس ولهذا فان القوة التي تنتجها هذه المحركات تكون محدودة ايضا. إلا ان استخدام شرائح الالياف الكربونية في صناعة هيكل هذه الطائرات تقلل من وزنها وبالتالي تعزز من قوة هذه المحركات بشكل ملحوظ. ان موضوع تصنيع المقاتلات الحربية وطائرات نقل المسافرين، من المجالات الاخرى التي في حاجة ماسة إلى استخدام هذه المواد.
في هذا الصدد، ولفت سابقا في استخدام الالياف الكربونية في صناعة نموذجين من المقاتلات الحربية (اف-22 واف-35) فضلا عن استخدامها في صناعة الطائرات المدنية المتطورة مثل طائرة بيونغ- 787 لنقل المسافرين. ان 50% من هيكل هذه الطائرات تصنع باستخدام الالياف الكربونية والتي تؤدي الى تقليل وزن هذه الطائرات بشدة ملفته للنظر، وتتمكن محركات هذه الطائرات نتيجة لذلك، قطع مسافات طويلة بدون استخدام الكثير من الوقود. وحسب ذلك، يكرس المهندسون والباحثون الايرانيون جهودهم في مجال الاستخدام الواسع للالياف الكربونية في صناعة الجيل الجديد من المقاتلات الحربية الإيرانية وطائرات نقل المسافرين. في الواقع ان التطبيقات العسكرية تمتد على نطاق واسع جداً، بدءاً من الطائرات والصواريخ وصولاً إلى خوذ الحماية، تؤمن القوة وخفة الوزن للكثير من المعدات الحربية.
ان الجمهورية الإسلامية في إيران كشفت سابقا عن نماذج متعدد من خوذ وسترات وقاية من الرصاص، الا ان امتلاكها تقنية تصنيع الالياف الكربونية ستعزز امكانياتها في تصنيع معدات وتجهيزات وانجازات دفاعية عسكرية اكثر تطورا. بشكل عام ان ألياف الكربون تتميز بمقاومة عالية جداً فى الشد قد تصل الى خمسة أضعاف مقاومة الحديد وفي نفس الوقت تتمتع بخفة الوزن ويمكن الاستفادة من هذه الميزة في وقف تاثير الرصاص وشظايا الاسلحة الاخرى. وتجدر الاشارة إلى امكانية الاستفادة من هذه تقنية انتاج الالياف الكربونية في الصناعات غير العسكرية ايضا، مثل صناعة السيارات ومنصات الحفر البحري، وعمليات استخراج النفط والغاز، وصناعة عربات القطار، وتوربينات الرياح إلى جانب غيرها من المنافسات الرياضية مثل صناعة القوارب المسابقات الرياضية والدراجات بالاضافة الى تدعيم وتعزيز مقاومة الابنية القديمة واستخدامها في تدعيم وترميم المنشأت الخرسانية ايضا. ولعل توصية قائد الثورة الاسلامية للمسؤولين بعدم قبول توقعات الجانب الاوروبي المتمثل بعدم استخدام الالياف الكربونية في مجال تصنيع اجهزة الطرد المركزي، قد حال دون تزايد وقاحة وصلف وابتزاز الطرف الاخر، في الحديث عن منع استخدام هذه الألياف في الصناعات العسكرية والصاروخية للجمهورية الاسلامية في ايران!.
213