الصين تصنع أول مدفع ميكروويف عالي الطاقة، يجمع بين الموصلات الفائقة وآلات ستيتلينغ

قام فريق بحث صيني بتطوير سلاح ميكروويف عالي الطاقة (HPM) مدعوم بأربع آلات تبريد مدمجة وفعالة. تعمل هذه المحركات، التي تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية بشكل فعال، معًا كمضخة حرارية عكسية ويمكن أن تساعد ملفًا فائق التوصيل في توليد مجال مغناطيسي بكثافة تصل إلى أربعة تسلا.

آلة التبريد Stirling عبارة عن آلة قادرة على توليد برودة شديدة من خلال ضغط الغاز النابض. يُستخدم البرد في تشغيل مغناطيسات معينة فائقة التوصيل، والتي بدورها تولد موجات ميكروويف. ويتم بعد ذلك تسخيرها لدفع موجات كهرومغناطيسية عالية التردد قوية بما يكفي لقمع الطائرات بدون طيار والطائرات العسكرية وحتى الأقمار الصناعية.

إنه أول سلاح HPM مُعلن عنه علنًا في العالم يعتمد على تقنية محرك Stirling. تصل شدة مجالها المغناطيسي المستمر والثابت إلى 68000 مرة ضعف المجال المغناطيسي للأرض، وهو ما يقرب من نصف شدة المجال المغناطيسي الذي يمكن توليده بواسطة مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في أوروبا.

ويتميز نظام الأسلحة، الذي يمكن إدخاله بسهولة في الشاحنة، بانخفاض كبير في استهلاك الطاقة لتوليد مجال مغناطيسي قوي مقارنة بالتقنيات الحالية.
ووفقا للاختبارات الأولية التي أجراها فريق المشروع، فإنه يستهلك فقط خمس الطاقة التي تتطلبها الطرق الحالية ويمكن أن يعمل بشكل متواصل لمدة أربع ساعات دون أن يخفت الضوء. وبحسب المصادر الصينية، فإن التشغيل لا يتأثر بالاهتزازات، وبالتالي يمكنه العمل أيضًا أثناء السير على الطريق السريع.

تم تطوير السلاح من قبل معهد الشمال الغربي للتكنولوجيا النووية في شيان ومعهد الهندسة الكهربائية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم في بكين.

وفي الوقت الحالي، فإن أسلحة HPM المدفوعة بمجالات مغناطيسية قوية "تعاني من عيوب الاستهلاك الهائل للطاقة والحجم الكبير"، كما كتب فريق المشروع، بقيادة عالم الهندسة الكهربائية Xu Ce، في ورقة بحثية نُشرت الشهر الماضي في المجلة الأكاديمية الصينية High Power Laser. وحزم الجسيمات.

يلعب محرك ستيرلينغ، أو بالأحرى آلة التبريد، دورًا رئيسيًا في نظام الأسلحة هذا. يمكن أن تعمل مثل الثلاجة، حيث تسحب الحرارة بسرعة بعيدًا عن المكان.
وبما أن المحرك يعمل على مبدأ تمدد الغاز بسبب الحرارة، فإنه يتطلب عدداً قليلاً جداً من الأجزاء المتحركة ويمكن تصنيعه بأبعاد صغيرة جداً: حتى أن بعض النماذج قد استخدمت في الأقمار الصناعية والصواريخ. ومع ذلك، فإن محرك ستيرلينغ له عيب: حد التبريد الخاص به لا يمكن أن يصل إلا إلى 40 درجة فوق الصفر المطلق (ناقص 273.15 درجة مئوية)، في حين أن الموصلات الفائقة منخفضة الحرارة المستخدمة لتوليد مجالات مغناطيسية قوية يجب أن تعمل في نطاق أربع درجات فوق الصفر المطلق.

تعد المغناطيسات فائقة التوصيل ضرورية لأنه بدونها لا يمكن توليد مجال كهرومغناطيسي قوي بدرجة كافية. إذا لم يكن المجال المغناطيسي قويا بما فيه الكفاية، فإن جودة شعاع الإلكترون الذي ينتجه سلاح الميكروويف ستكون سيئة ولن يتمكن من السفر لفترة طويلة. ولحل هذه المشكلة، استخدم فريق Xu أحدث شريط من المواد فائقة التوصيل لصنع الملفات. يمكن لهذه المادة فائقة التوصيل عالية الحرارة من الجيل الثاني، والمعروفة باسم REBCO، تحقيق مقاومة صفرية بين 40 و50 درجة فوق الصفر المطلق. هذا الشريط، الذي أنتجته شركة Shanghai Superconductor Technology، هو المنتج الأفضل أداءً والأقل تكلفة في العالم.

عندما قام فريق شو بدمج هذه المادة فائقة التوصيل مع محرك ستيرلينغ، وصلت درجة الحرارة إلى 48 درجة فوق الصفر المطلق وولدت مجالًا مغناطيسيًا يتجاوز أربعة تسلا. وفي الوقت نفسه، "تم تخفيض إجمالي استهلاك الطاقة بنسبة 80% مقارنة بالتكنولوجيا التقليدية"، كما كتبوا في الورقة.

ويعود الاختراق الذي حققه العلماء الصينيون جزئيا إلى العقوبات التي فرضها الرئيس الأمريكي السابق دونالد ترامب.
كان مستخدمو الجيل الثاني من الموصلات الفائقة عالية الحرارة في الصين يعتمدون بشكل كبير على الواردات الأجنبية. وفي عام 2017، كانت الطاقة الإنتاجية السنوية للصين من هذا الشريط بضع عشرات من الكيلومترات، ولم تكن جودة المواد الصينية ترقى إلى مستوى الغرب، وخاصة الولايات المتحدة. وفي محاولة لإحباط التقدم في مجال التكنولوجيا الفائقة في الصين، أصدرت الحكومة الأمريكية حظرا في عام 2018، يمنع الشركات الغربية من تصدير مادة REBCO وغيرها من المواد فائقة التوصيل المتطورة إلى الصين.

وقد أدى هذا الحظر إلى زيادة الطلب على الموردين الصينيين، بما في ذلك شركة Shanghai Superconductor. وفي أقل من عامين، تجاوزت شركة Shanghai Superconductor وحدها قدرة إنتاجية سنوية تبلغ 400 كيلومتر من الشريط. ومع زيادة الإيرادات، زادت الشركة من الاستثمار في البحث والتطوير وحطمت الأرقام القياسية العالمية لأداء المنتج. الآن، سيسمح هذا الشريط، جنبًا إلى جنب مع إنشاء آلات ستيرلنج عالية الكفاءة، بتطبيق هذا المبدأ أيضًا في قطاعات أخرى، على سبيل المثال لإنشاء ماجليف أو حتى إنشاء مجالات مغناطيسية لاحتواء البلازما.

المقال الصين تبني أول مدفع ميكروويف عالي الطاقة، يجمع بين الموصلات الفائقة وآلات ستيتلينغ يأتي من السيناريوهات الاقتصادية .