کاهش وزن در جنگ افزار؛ از یک سلاح کمری تا یک ناوهواپیمابر، یکی از مهمترین مسائلی است که ذهن طراحان را به خود مشغول کرده است. در دهه های گذشته به طور معمول فلزاتی همچون آهن و فولاد بخش عمده ای از ساختار جنگ افزار ها را تشکیل می دادند اما پس از مدتی آلومنیوم به عنوان یکی آلیاژ بسیار سبک تر جای خود را صنایع نظامی باز کرده و تا به امروز نیز در صنایع دفاعی و هوافضا کاربردهای فراوانی دارد.

ولی تلاش برای رسیدن به موادی با وزن کمتر و در عین حال مقاومت بیشتر متوقف نشد و "الیاف کربن" یکی از این مواد انقلابی در این زمینه به حساب می آید. در ابتدا بهتر است ببینیم که اصولا این ماده چیست و دارای چه مزایایی می باشد. 

الیاف کربن یکی از مهم ترین خانواده های الیاف پیشرفته است که استحکام بسیار بالا (بین 7 تا 10 برابر فولاد ساختمانی بسته به گرید الیاف)، چگالی پایین (حدود دو سوم آلومینیوم)،رسانایی الکتریکی بسیار خوب، قابلیت بافت و تولید پارچه ، ساخت کامپوزیت های سبک و مستحکم و پایداری در برابر حرارت آن را از سایر مواد مهندسی متمایز می سازد.

نمونه ای از صفحات الیاف کربن

خواصی که به آن اشاره شد باعث می شود تا گستره بسیار وسیعی از وسائل نظامی را بتوان با استفاده از الیاف کربن ساخت.؛ جلیقه های ضد گلوله و کلاهخود سربازان، بدنه پهپادها و انواع هواپیماهای جنگی و مسافربری، ناوشکن ها و زره تانک ها از جمله بخش هایی به حساب می آید که در آنها می توان از الیاف کربن استفاده کرد. 

برای این که بیشتر به اهمیت این محصول استراتژیک پی ببریم به برخی از سلاح هایی که در ساخت آن از این مواد استفاده شده است اشاره می کنیم.

هواپیمای آمریکایی F-22 رپتور به عنوان یکی از پیشرفته ترین جنگنده های حال حاضر جهان از 350 قطعه از جنس الیاف کربن بهره می برد. دیگر جنگنده نسل پنجم و پنهان کار دیگر آمریکا یعنی F-35 نیز از این ماده بهره می برد. چیزی در حدود یک سوم این جنگنده پیشرفته از الیاف کربن ساخته شده است. 

ناوشکن های آمریکایی کلاس Zumwalt به عنوان ناوشکن آینده نیروی دریایی آمریکا نیز در حجم زیاد از این مواد در بدنه خود بهره می برد.

اف 22 در سمت راست و اف 35 در چپ


ناوشکن Zumwalt 

باید گفت که الیاف کربن به عنوان یکی از اصلی ترین مواد در ساخت بدنه های جاذب امواج رادار و همچنین تیغه های جاذب حرارت که برای کاهش تشعشع فروسرخ حاصل از فعالیت موتور به کار می روند استفاده می شود. در حقیقت بدون داشتن این ماده رسیدن به بحث فناوری پنهان کاری میسر نمی باشد.

ورود الیاف کربن به صنایع دفاعی ایران

بر اساس خبری که طی روزهای اخیر از سوی وزارت دفاع اعلام شده، جمهوری اسلامی ایران به عنوان اولین کشور در منطقه خاورمیانه و یازدهمین کشور در دنیا به این فناوری دست پیدا کرده است.

بر این اساس، می توان در جمهوری اسلامی ایران پروژه های بسیاری را هدف گذاری کرد که با استفاده از این ماده، عملیاتی کردن آنها بسیار ساده تر، ارزان تر و سریعتر ممکن خواهد بود. مثلا همانگونه که توسط مسئولین امر اعلام شده است ، ارسال انسان به فضا یکی از اهداف کلیدی در برنامه فضایی کشورمان به حساب می آید. 

خط تولید الیاف کربن در ایران

یکی از مهم ترین بخش ها در کپسول های حامل انسان بخش حفاظ نصب شده در اطراف آن است که در هنگام ورود مجدد به جو زمین از کپسول مورد نظر و سرنشین داخل آن در برابر حرارت شدید محافظت می کند. این سپر حرارتی از ترکیبات آلومینیوم و الیاف کربن ساخته می شود. 

در عین حال می توان بخش های بسیار زیادی از اجزاء ماهواره و ماهواره برهای جدید ایرانی را نیز با استفاده از این ماده جدید تکمیل کرد. در این حالت وزن ماهواره، ماهواره بر و کپسول حاوی موجود زنده شدیدا کاهش پیدا کرده و در نهایت باعث می شود که بدون نیاز به افزایش توان موتور موشک محموله مورد نظر را تا فاصله دورتر فرستاد.

ماژول سرنشین دار ماهواره اوریون ناسا با سپر حرارتی از جنس تیتانیوم و الیاف کربن

صنعت پهپاد از دیگر بخش های دفاعی کشور به شمار می آید که در چند سال اخیر همواره به عنوان طلایه دار پیشرفت های دفاعی جمهوری اسلامی ایران مطرح بوده است. ورود گسترده الیاف کربن به این صنعت می تواند بسیار برای کشور ما مفید واقع شده و توانایی های پهپادهای ایرانی را بیش از پیش گسترش دهد.

فراموش نکنیم که عمده پرنده های بدون سرنشین در دنیا امروز جزء هواگردهای با اندازه کوچک و یا متوسط به شمار آمده و از موتورهای پیستونی استفاده می کنند. نیروی تولید شده توسط این موتورها نیز مشخص و محدود است. حال اگر مواد مورد استفاده در بدنه پهپاد مورد نظر سبک تر و در عین حال مستحکم تر باشند چه خواهد شد؟ 

پاسخ ساده است، پارامترهایی همچون برد پروازی، سرعت و همچنین میزان محموله قابل حمل نیز افزایش چشمگیری خواهد یافت. یکی از پهپادهای پیشرفته در جهان که به طور کامل از بدنه ای از جنس الیاف کربن ساخته شده است ، پهپاد اروپایی Barracuda می باشد. این پهپاد از موتور جت بهره می برد.

پهپاد Barracuda 

بحث ساخت هواپیماهای جنگنده و مسافربری نیز از جمله بخش های دیگری است که این مواد آن در شدیدا نیاز هستند. در بالا به دو نمونه از هواپیماهای رزمی که در ساخت آن از این مواد استفاده شد اشاره شد ، یکی از هواپیماهای مسافربری پیشرفته امروزی بوئینگ 787 است. 

نکته جالب در مورد این هواپیما این است که این هواپیمای مسافربری می تواند بدون توفق از انگلستان به استرالیا پرواز کند. مسافت زیادی که به نظر بدون سوخت گیری مجدد در بین راه ممکن نیست. اما این هواپیما چگونه موفق می شود تا به این مهم دست پیدا کند ؟ درست حدس زدید ، الیاف کربن ! 

نزدیک به 50 درصد این هواپیما از این مواد ساخته شده است و باعث کاهش شدید وزن بدنه شده که در نتیجه توان موتورها می تواند این هواپیما را بدون مصرف سوخت زیاد تا به این مسافت برساند.

بوئینگ 787

بر این اساس، نسل جدید جنگنده های ایرانی به همراه برنامه های در دست کار در صنایع هوایی برای تولید هواپیماهای مسافربری از جمله بخش هایی هستند که می توانند از این مواد استفاده فراوانی بکنند.

بخش دیگری از صنایع نظامی که استفاده از مواد با ترکیب الیاف کربنی شدیدا در آن رایج است بحث تجهیزات انفرادی سربازان است. جمهوری اسلامی ایران پیش از این چندین نمونه از کلاهخودها و جلیقه های ضد گلوله را معرفی کرده است و حال با معرفی این ماده جدید می توان به گونه های بهتری از تجهیزات رسید. فراموش نکنیم که الیاف کربن از فولاد مستحکم تر و در عین حال بسیار سبک تر بوده و می تواند در نقش متوقف کردن گلوله و ترکش بسیار بهتر عمل کنند.

البته شایان ذکر است صنایع غیر نظامی مثل : خودروسازی، سکوهای دریایی برای حفاری، استخراج نفت و گاز، واگن های قطار، پره توربین های بادی، لوازم ورزشی مانند قایق و دوچرخه، مقاوم سازی بافت های فرسوده ساختمانی وتقویت بتن و مصالح ساختمانی نیز از جمله بخش هایی هستند که می توانند از این فناوری استفاده کنند.