חומרים סופגים מכ"ם – מפתח להתגנבות | אלקטרוניקה בשבילך

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס


חומרים סופגים מכ"ם הם פולימר מסוג מיוחד הממיר את אנרגיית המכ"ם לצורת אנרגיה אחרת, כגון חום, ובכך משפר את ההתגנבות של מטוס צבאי. אך יש מגוון עצום של חומרים כאלה, שלכל אחד מהם מאפיינים משלו ובכך יישום.

פיתוח מערכות המכ"ם לפני ובמהלך מלחמת העולם השנייה הוביל למחקר על האינטראקציה בין קרינה אלקטרומגנטית בתדרי מכ"ם וחומרים שונים. היבט אחד של מחקר זה הוא מציאת דרכים להפחתת האות המוחזר. הדבר נעשה לא רק כדי להפחית את ההפרעה בין אות המכ"ם למבנים שמסביב (לדוגמה, תרני מכ"ם ומבני תמיכה שיכולים להפחית את הביצועים המתוכננים של המכ"ם עצמו), אלא גם כדי לסייע בהפחתת זיהוי מכ"ם עוין על ידי מערכות אנכואיות שתוכננו כראוי ו חומרים.

בדיקת חומרים שונים לתכונות ספיגת RADAR
בדיקת חומרים שונים לתכונות ספיגת RADAR

הגרמנים פיתחו ציפויים לפריסקופים, לשנרקלים ולמגדלי הפיקוד התת -ימיים שלהם שהשיגו ירידה של כמעט 26db בהשתקפות בפס אורך הגל של 112 עד 195 ס"מ. עם זאת, מספר ליקויים פיזיים, בעיקר היעדר השרידות של הציפוי בסביבות קשות, מנעו פריסה בקנה מידה גדול של חומר זה.
מאז מלחמת העולם השנייה, גובר העניין בחומרי קליטת מכ"מים (RAM), שהגיעו לשיאם בפרויקטים אמריקניים "החמקניים" למפציץ הטכנולוגיה המתקדמת ולוחם הטכנולוגיה המתקדמת ולפריסת RAM על ספינות מלחמה. התפתחויות אלה התבססו על גישה סינרגיסטית, תוך קבלת הפחתת חתך המכ"ם באמצעות מספר שיטות משלימות. השיטות הבסיסיות הנהוגות במבנים סופגים מכ"ם, מבני מכ"ם שקופים, שינוי צורה גיאומטרית ושימוש בחומרים סופגים מכ"ם כציפויי שטח. יש חשיבות עליונה ליישום טכנולוגיות אלה על כל סוגי חומרי ההגנה.

השימוש הגובר במכ"מים במעקב מלחמה ואיתור נשק, בנוסף לתפקוד הרגיל או המסורתי של זיהוי מטרות אוויריות, פירושו שיש לפתח ולפרוס טכניקות משופרות של הסרת מכ"ם ומעקב נגדי לכל סוגי הציוד. עבור חומרים קיימים, יישום טכניקות הפחתת חתך מכ"ם עשוי להיות כרוך בשינוי מבני קיצוני, ובמקרים מסוימים יתכן שלא יהיה מוצדק מבחינת הביצועים או העלות. עם זאת, שימוש סלקטיבי בציפויים סופגים מכ"ם דקים החלים על חומר קיים יביא יתרונות של ממש מבחינת ביצועים וחסכוניות בנסיבות הנכונות.

מכ"ם היא השיטה הנפוצה ביותר לאיתור ומעקב אחר מטוסים. אף על פי שמכ"ם הוא כלי הכרחי לניהול תעבורה אווירית, הבעיה היא בפעולות צבאיות התקפיות, המחייבות את המטוס לתקוף את מטרתו מבלי לשים לב ולברוח. מכ"ם כרוך בהעברת גלים אלקטרומגנטיים לאטמוספירה; לאחר מכן הם מקפיצים את המטוס לאנטנת הקבלה.

מטוסים קונבנציונאליים, כגון מטוסים, מזוהים בקלות על ידי מכ"ם בשל צורתם הגלילית בשילוב דפיקות מנוע ומטוס הזנב. המתכות המשמשות במטוסים הן גם מחזירי אור חזקים של גלים אלקטרומגנטיים וניתנים לזיהוי בקלות באמצעות מכ"ם. תרכובות מזוהות גם באמצעות מכ"ם, אם כי בדרך כלל לא בקלות כמו מתכות.
חומר סופג מכ"ם (RAM) הוא סוג מיוחד של חומר מבוסס פולימר המוחל על פני השטח של מטוסים צבאיים חשאיים, כגון F-22 Raptor ו- F-35 Lightning II, כדי להפחית את חתימת המכ"ם ובכך לסבך את זיהוי המכ"ם. חומרים אלה משמשים גם בגרסאות סמויות של מערכות אוויר טקטיות בלתי מאוישות כגון בואינג X-45. זיכרון RAM מוחל על כל המשטח החיצוני או (לעתים קרובות יותר) על אזורים של השתקפות מכ"ם גבוהה, כגון קצוות המשטח.

F-22 ראפטור
F-22 ראפטור

RAM פועל על פי העיקרון שהמטוס סופג אנרגיה מגלים אלקטרומגנטיים כדי למזער את עוצמת האות המוחזר. זיכרונות RAM משמשים בשילוב עם טכנולוגיות התגנבות אחרות, כגון עיצוב שטוח ומנועים נסתרים, כדי להקשות על גילוי מטוסים צבאיים. אפשר לצמצם את חתך החותם של מכ"ם של מטוס קרב לגודל של ציפור בינונית באמצעות עיצוב אידיאלי ויישום טכנולוגיות התגנבות. המידע על הרכב ה- RAM נשמר בסוד על ידי הצבא. רוב זיכרונות ה- RAM מורכבים מחלקיקים פרומגנטיים המוטבעים במטריצת פולימר עם קבוע דיאלקטרי גבוה.

אחד מזיכרונות ה- RAM הנפוצים יותר נקרא צבע כדור ברזל, המכיל כדורים מצופים מתכת קטנים התלויים בצבע מבוסס אפוקסי. הכדורים מצופים ברזל פריט או קרבוניל. כאשר קרינה אלקטרומגנטית נכנסת לצבע כדור הברזל, היא נספגת על ידי מולקולות הברזל הפריט או הפחמן, וגורמת להן להתנדנד. תנודות מולקולריות מתפרקות לאחר מכן עם שחרור החום, המהווה מנגנון יעיל לניפוח גלים אלקטרומגנטיים. כמות חום קטנה הנוצרת מהתנודה מועברת למבנה המטוס שבו הוא מתפזר.

F-35 ברק II
F-35 ברק II

הסוג השני של ה- RAM מורכב מנייר ניאופרן המכיל חלקיקי פריט או פחמן שחור. חומר זה, ששימש בגרסאות מוקדמות של F-117A Nighthawk, פועל על אותו עיקרון כמו צבע כדור ברזל על ידי המרת גלי מכ"ם לחום. ה- USAF הציגה כמה מטוסי התגנבות צבעים סופגים מכ"מים העשויים מחומרים ferrofluidic ולא מגנטיים. נוזלי Ferrofluids הם תערובות קולואידיות המורכבות מחלקיקים פרומגנטיים בגודל ננומטרי (פחות מ -10 ננומטר) התלויים במדיום נשא.

Ferrofluids הם superparamagnetic, כלומר הם מקוטבים מאוד על ידי קרינה אלקטרומגנטית. כאשר הנוזל נתון לשדה אלקטרומגנטי חזק מספיק, הקיטוב גורם להיווצרות אדוות על פני השטח. האנרגיה האלקטרומגנטית המשמשת ליצירת אדוות אלה מחלישה או מסירה את האנרגיה של אות המכ"ם המוחזר. זיכרון RAM אינו יכול לספוג מכ"ם בכל התדרים. הרכב המורפולוגיה של החומר מותאם בקפידה לקליטת גלי מכ"ם בפס תדרים ספציפי.

ישנם שלושה סוגים עיקריים של פולימרים: תרמוסטים, תרמופלסטיקים ואלסטומרים. הפולימרים הנמצאים בשימוש הנפוץ ביותר במטוסים הינם חומרי התרמה כגון שרף אפוקסי וביסמלימידים, המשמשים כשלב מטריקס במרכבי סיבים וכדבקים מבניים. יישומי החלל לתרמופלסטיק ואלסטומרים קטנים בהרבה.
המאפיינים של פולימרים שהופכים אותם לחומרים שימושיים בחלל הם משקלם הנמוך, עמידות בפני קורוזיה מצוינת וגמישות טובה. חלק מהפולימרים שקופים גם לשימוש ביישומי חלון. עם זאת, לפולימרים יש נוקשות, חוזק, חיי עייפות ועמידות בזחילה, ולכן אין להשתמש בהם לבד ביישומים מבניים.

פולימרים מיוצרים על ידי תגובות פילמור הנקראות תגובות תוספת או עיבוי, המקשרות יחידות מונומר במקרומולקולות בצורה של שרשראות ארוכות. למבנה הכימי והפיזי של השרשראות המולקולריות יש השפעה רבה על התכונות המכניות.

לחומרי תרמה יש קשיחות, חוזק ועמידות זחילה גבוהה יותר בהשוואה לתרמופלסטיק מכיוון שהשרשראות המולקולריות מחוברות ביניהן על ידי קישורים צולבים. קישורים צולבים אלה מתנגדים להחלקה בשרשרת תחת מתח ולכן מגבירים תכונות מכניות.

שרף אפוקסי הוא הפולימר הנפוץ ביותר לתעשייה האווירית ומוצא יישומים במרוכבים של סיבי פחמן וכדבק מבני. שרף אפוקסי בעל נוקשות טובה, חוזק ועמידות סביבתית וניתן לרפא אותו בטמפרטורות מתונות (מתחת ל -180 מעלות צלזיוס) עם מעט הצטמקות.

חומרי תרמוס אחרים המשמשים בחומרים מרוכבים כוללים ביסמליאמיד ופולימיד, המתאימים ליישומים בטמפרטורה גבוהה. לשרף הפנולי יש עמידות מצוינת בפני דליקות והוא משמש בחלקים מרוכבים ופנימיים במכונית.

לתרמופלסטיק יש קשיחות גבוהה, גמישות ועמידות בפני השפעות, אך עלות עיבוד גבוהה ועמידות זחילה נמוכה מגבילים את השימוש בהם בתעשייה האווירית. תרמופלסטיקים כגון PEEK משמשים כשלב מטריקס במרכבים סיבים הדורשים עמידות בפני השפעה.

פוליקרבונט משמש לחלונות מטוסים בשל השקיפות הגבוהה, עמידות בפני שריטות ועמידות בפני פגיעות.

אלסטומרים חסרים את הנוקשות והחוזק הדרושים ליישומים בחלל, אם כי גמישותם הגבוהה הופכת אותם לשימוש כחומר איטום. לאלסטומרים יש גמישות גבוהה בשל המבנה המולקולרי המפותל שלהם המגיב בעומס, בדומה למעיין.

הדבקים המשמשים לחיבור רכיבי מטוסים ומורכבים של סנדוויץ 'הם לעיתים קרובות עמידים בחום, כגון שרף אפוקסי. לדבקים צריכה להיות הצטמקות נמוכה במהלך הריפוי כדי להימנע מהצטברות מתח מתיחה במפרק. הכנת משטח נכונה חיונית בכדי להבטיח קשר עמיד, בעל חוזק גבוה עם דבק פולימרי.

התכונות המכניות של הפולימרים נחותות מאלו של מתכות מבניות בחלל ושימוש בהן מוגבל ליישומים בטמפרטורה נמוכה יחסית. פולימרים הופכים ממצב קשה וזכוכית למצב רך וגומי במהלך החימום, וטמפרטורת העבודה המרבית מוגדרת על ידי טמפרטורת ההסטה התרמית או טמפרטורת המעבר של הזכוכית.

פולימרים מכילים לעתים קרובות תוספים לתפקודים מיוחדים כגון צבע, קשיחות או אש. חומרים סופגים מכ"ם הם סוג מיוחד של פולימר הממיר אנרגיה מכ"ם (אלקטרומגנטית) לצורת אנרגיה אחרת (כגון חום) ובכך משפר את התגנבות המטוסים הצבאיים. יש להשתמש בזיכרון RAM עם טכנולוגיות התגנבות אחרות, כגון התאמות לעיצוב צורות מטוסים, כדי למזער את חתך המכ"ם.


Jawaaz Ahmad מ Srinagar הוא עמית לעיצוב במרכז חדשנות עיצוב, האוניברסיטה האסלאמית למדע וטכנולוגיה, Awantipora, J&K





קישור לכתבת המקור – 2021-08-04 16:10:24

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
X-ray_Promo1

עוד מתחומי האתר

פרסומת
פרסומת