يقوم فريق ناسا بالتحقيق في تصنيع الليزر فائق السرعة لتطبيقات رحلات الفضاء المتعددة

يمكن لليزر فائق السرعة الذي يطلق نبضات ضوئية تبلغ مدتها 100 مليون من النانو ثانية فقط أن يحدث ثورة في الطريقة التي يقوم بها فنيو ناسا بتصنيع مكونات الأجهزة المصنوعة من مواد مختلفة وتجميعها في نهاية المطاف.

يقوم فريق من علماء الفيزياء البصرية في مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ميريلاند، بتجربة ليزر الفيمتو ثانية وقد أظهروا بالفعل أنه يمكنه لحام الزجاج بالنحاس، والزجاج بالزجاج، وحفر ثقوب بحجم الشعر في أماكن مختلفة. مواد.

والآن تعمل المجموعة، بقيادة عالم الفيزياء البصرية روبرت لافون، على توسيع أبحاثها لتشمل زجاجًا أكثر غرابة، مثل الياقوت والزيرودور، والمعادن، مثل التيتانيوم، والإينفار، والكوفار، والألمنيوم، وهي مواد تُستخدم غالبًا في أدوات رحلات الفضاء. الهدف هو لحام قطع أكبر من هذه المواد وإظهار أن تقنية الليزر فعالة في لصق النوافذ على مبيتات الليزر والبصريات على الحوامل المعدنية، من بين تطبيقات أخرى.

وبدعم من برنامج صندوق الابتكار المركزي التابع لمديرية تكنولوجيا الفضاء، تستكشف المجموعة أيضًا استخدام التكنولوجيا في تصنيع وتغليف الدوائر الضوئية المتكاملة، وهي تقنية ناشئة يمكن أن تستفيد من كل شيء بدءًا من الاتصالات ومراكز البيانات وحتى أجهزة الاستشعار الضوئية. على الرغم من أنها تشبه الدوائر الإلكترونية المتكاملة، إلا أن الدوائر المتكاملة الضوئية مصنوعة من خليط من المواد، بما في ذلك السيليكا والسيليكون، وتستخدم الضوء المرئي أو الأشعة تحت الحمراء، بدلاً من الإلكترونات، لنقل المعلومات.

وقال لافون: "لقد بدأ هذا كبحث خالص، ولكننا نأمل الآن أن نبدأ تطبيق ما تعلمناه على تصنيع الأدوات هنا في جودارد"، في إشارة إلى العمل الذي يستخدمه هو وفريقه، بما في ذلك فرانكي ميكاليزي وستيف لي، لتصنيع الأدوات. تجربة مواد وتقنيات مختلفة يمكن أن تفيد تطبيقات الرحلات الفضائية. "نحن نرى بالفعل ما يمكن أن تكون عليه التطبيقات. وقال لافون: "في هذه الحالة، البحث من أجل البحث هو في مصلحتنا".

فضائل التكنولوجيا

ومن الأمور المركزية في تطوير هذه التطبيقات هو الليزر نفسه. وقال لافون إنه بفضل نبضاته القصيرة - التي تقاس بواحد من كوادريليون من الثانية - يتفاعل الليزر فائق السرعة مع المواد بطريقة فريدة. طاقة الليزر لا تذيب المادة المستهدفة. يبخرها دون تسخين المادة المحيطة بها.

ونتيجة لذلك، يمكن للفنيين استهداف الليزر بدقة وربط المواد المتباينة التي لا يمكن ربطها بدون الإيبوكسيات. وقال لافون: "ليس من الممكن ربط الزجاج بالمعدن مباشرة". "عليك استخدام مادة الإيبوكسي، التي تطلق الغازات وترسب الملوثات على المرايا ومكونات الأجهزة الحساسة الأخرى. قد يكون هذا تطبيقًا جديًا. نريد التخلص من الايبوكسي. لقد بدأنا بالفعل في التواصل مع المجموعات والبعثات الأخرى لنرى كيف يمكن لهذه القدرات الجديدة أن تفيد مشاريعهم.

تطبيق مهم آخر هو في مجال الآلات الدقيقة. وأضاف لافون: "إن القدرة على إزالة كميات صغيرة من المواد دون الإضرار بالمادة المحيطة تسمح لنا بتصنيع ميزات مجهرية".

تشمل الميزات المجهرية كل شيء بدءًا من الثقوب المحفورة بحجم الشعرة في المعادن - وهو تطبيق أظهره الفريق بالفعل - إلى حفر القنوات المجهرية أو أدلة الموجات التي يمكن للضوء أن ينتقل من خلالها. الدوائر المتكاملة الضوئية وأجهزة إرسال الليزر. يمكن أن تسمح نفس الأدلة الموجية للسوائل بالتدفق عبر أجهزة الموائع الدقيقة والرقائق اللازمة للتحليلات الكيميائية وتبريد الأجهزة.

قابلية التطبيق على نطاق واسع لمشاريع ناسا

قال تيد سوانسون، كبير تقنيي التكامل الاستراتيجي في جودارد: "تقدم أشعة الليزر فائقة السرعة تغييرات أساسية في كيفية معالجة المواد الدقيقة". "إن عمل الفريق في هذا الجهد البحثي سيسمح لغودارد بتكييف هذه التكنولوجيا الناشئة مع مجموعة واسعة من الرحلات الجوية التطبيقات.”

ولتحقيق هذه الغاية، عمل الفريق على العديد من المشاريع البارزة التابعة لوكالة ناسا الليزر مشاريع الاتصالات، بما في ذلك عرض ترحيل الاتصالات بالليزر - خطط لتجميع مكتبة من قدرات التصنيع الدقيق واللحام. "بمجرد أن نتمكن من إظهار هذه القدرة بشكل موثوق، سنحاول تطبيقها على التحديات الحالية هنا في جودارد. وقال لافون: "إن بحثنا الأولي يظهر أنه يمكن تطبيق هذه التكنولوجيا على عدد كبير من المشاريع عبر وكالة ناسا".