[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Dotrze jak najg¸«biej
Ma¸e, dajce si« ¸atwo kierowa, autonomiczne
Ð by moýe takie pojazdy podwodne zabior kiedyæ cz¸owieka na dno oceanu
Graham S. Hawkes
wierzchni Ziemi i s domem
wi«kszoæci organizmw ýy-
wych naszej planety. Jednak ludzkie
moýliwoæci poznawania tego ærodowi-
ska s bardzo ograniczone. P¸etwonur-
kowie, schodzc najwyýej na 50 m, za-
ledwie muskaj jego powierzchni«. Dro-
ga do najwi«kszych g¸«bin jest 225 razy
d¸uýsza. Oko¸o p¸ tuzina nie najm¸od-
szych juý podwodnych pojazdw za¸o-
gowych potrafi pokona niewiele po-
nad jej po¸ow«; tylko kilka sond i zdalnie
sterowanych kamer moýe zanurzy si«
g¸«biej. W 1960 roku pilotowany baty-
skaf
Trieste
osign¸ w Rowie MariaÄ-
skim 11 275 m, dziæ jednak tylko nowy
japoÄski robot podwodny
Kaiko
moýe
mu dorwna.
Tym, co utrudnia eksploracj« g¸«bin
i czyni podwodne krlestwo tak obcym,
jest podstawowa w¸asnoæ wody: jej du-
ýa g«stoæ. Ciænienie roænie liniowo
wraz z g¸«bokoæci, osigajc w najniý-
szym punkcie zawrotn wartoæ 1200
atmosfer.
Trieste
, opuszczajc si« na dno
Rowu MariaÄskiego, musia¸ mie wi«c
ci«ýki, kulisty, stalowy, odporny na ci-
ænienie kad¸ub, w ktrym dla zapew-
nienia p¸ywalnoæci musia¸y si« znajdo-
wa duýe zbiorniki wype¸nione lekk
ciecz. Gdy statek przemieszcza si« pod
wod z pr«dkoæci umoýliwiajc po-
konywanie w rozsdnym czasie duýych
dystansw, jego ruch hamuj ponadto
opory hydrodynamiczne. Dzisiejsze jed-
nostki podwodne s tak powolne, ýe
przep¸yni«cie paru kilometrw w gr«
czy w d¸ zajmuje im kilka godzin; po-
za tym musz by transportowane i ob-
s¸ugiwane ze specjalnie zaprojektowa-
nych statkw baz.
Aby pokona te ograniczenia, wi«k-
szoæ naukowcw zajmujcych si« eks-
ploracj g¸«bin odchodzi od idei stat-
kw za¸ogowych na rzecz podwodnych
robotw. Sondami na uwi«zi, zwanymi
zdalnie sterowanymi pojazdami (remo-
tely operated vehicles Ð ROV), i ma-
¸ymi, sterowanymi komputerowo, za-
silanymi z akumulatorw, autono-
micznymi pojazdami podwodnymi
(autonomous underwater vehicles Ð
AUV) moýna kierowa z dowolnego
statku bez naraýania si« na niebezpie-
czeÄstwo. Ponadto s one stosunkowo
tanie. Na platformach wiertniczych
ROV sta¸y si« juý narz«dziem tak po-
wszechnie uýywanym, ýe wzgl«dy eko-
nomiczne prawdopodobnie przesdz
o ca¸kowitym wyparciu tradycyjnych
statkw za¸ogowych.
Jednak utrata szansy samodzielnej
eksploracji g¸«bin by¸aby niepowetowa-
n strat. Pomijajc kwesti«, czy robot
moýe wykona niektre prace rwnie
dobrze jak cz¸owiek, to jak zaspokoimy
swoj ýdz« przygd? Wydaje si« wi«c,
ýe dalszy post«p w doskonaleniu pod-
wodnych pojazdw za¸ogowych jest jak
najbardziej celowy Ð nie po to, aby zast-
pi ROV czy AUV, lecz aby stworzy
konstrukcje pozwalajce dotrze w g¸«-
biny ludziom.
G¸«binowe ãlotyÓ
STATECZNIK
PIONOWY
Program
Deep Flight
jest prb prze-
zwyci«ýenia ograniczeÄ i stworzenia no-
wej generacji lekkich i ekonomicznych
za¸ogowych pojazdw podwodnych
operujcych ze statkw badawczych lub
transportowych.
Deep Flight I
zbudowa-
¸em z kolegami jako model czysto eks-
perymentalny. Chcieliæmy sprawdzi
nowe rozwizania, ktre mia¸y podnieæ
wydajnoæ hydrodynamiczn statkw,
oraz przetestowa systemy pozwalajce
na miniaturyzacj« ogromnych jednostek
podwodnych. Korzystajc ze zdobytych
doæwiadczeÄ, pracujemy teraz nad
Deep
Flight II
Ð bardziej praktycznym mo-
delem, ktry mamy nadziej«, mg¸by
zabra cz¸owieka w najg¸«bsze rejony
oceanu.
To, co przede wszystkim odrýnia
Deep Flight
od tradycyjnego okr«tu
podwodnego, nie jest ýadn ekstrawa-
gancj, lecz rozwizaniem technicznym
majcym na celu zwi«kszenie pr«dkoæci
SONAR
BOCZNY
åWIATüA
PüETWY
OSüONOWE
OBCIûENIE
AWARYJNE
Gü¢BOKOåCIOMIERZ
LAMPA
BüYSKOWA
W EKSPERYMENTALNEJ üODZI PODWODNEJ
(powyýej i na ssiedniej stronie)
zastoso-
wano rozwizania zarwno oryginalne, jak i przej«te z innych projektw, ktrych celem
jest zmniejszenie rozmiarw statku i polepszenie jego w¸asnoæci manewrowych. Zaprojek-
towany przez autora tego artyku¸u 3.5-metrowy eksperymentalny model
Deep Flight I
mo-
ýe zabra swojego pilota na g¸«bokoæ nawet 1000 m.
104 å
WIAT
N
AUKI
GrudzieÄ 1997
O
ceany zajmuj dwie trzecie po-
AKRYLOWA KOPUüA
MONITOR
ZAPASOWY
WYåWIETLACZ KONTROLNY
SONAR PRZEDNI
KLIMATYZACJA
PILOT
ZBIORNIKI Z TLENEM
SKRZYDüA
åWIATüA
AKUMULATORY
USTAWIANE
KLAPY
SIüOWNIKI
PüATîW
STERUJCYCH
KADüUB CIåNIENIOWY
WYKONANY Z ûYWICY
EPOKSYDOWEJ
PüATY
STERUJCE
P¢DNIK
å
WIAT
N
AUKI
GrudzieÄ 1997
105
1
2
statku. Poniewaý si¸y hydrodyna-
miczne rosn z kwadratem, nato-
miast wymagana moc z szeæcianem
pr«dkoæci, zwi«kszenie pr«dkoæci
z jednego do pi«ciu w«z¸w wymaga
mniej wi«cej stukrotnie wi«kszej mo-
cy. Na razie jednak jej uzyskanie z
uýyciem zasilania akumulatorowe-
go nie wydaje si« moýliwe; wzrost
pr«dkoæci trzeba osign przez zre-
dukowanie oporu.
Deep Flight I
, ktry moýe zejæ na
g¸«bokoæ 1000 m, pod wieloma
wzgl«dami bardziej przypomina
skafander do g¸«bokich nurkowaÄ
niý ma¸ ¸d podwodn. Ma on nie-
wielk powierzchni« czo¸ow, oczy-
wiæcie op¸ywowy kszta¸t oraz skrzy-
d¸a (lub jak kto woli, p¸etwy) po-
dobnie jak samoloty, ptaki, delfiny i
wieloryby. Konstruujc
Deep Flight I
,
odrzuci¸em tradycyjny element
batyskafw i ¸odzi podwodnych:
zmienny system p¸ywalnoæci, ktry
umoýliwia zmian« ci«ýaru pozorne-
go i tym samym zanurzanie si« lub
wynurzanie.
Deep Flight I
utrzymuje niewielk
dodatni p¸ywalnoæ przez ca¸y czas.
P¸ync, do zanurzania uýywa skrzy-
de¸ (ktre s ustawione ãdo gry no-
gamiÓ w porwnaniu z samoloto-
wymi). Funkcj« sterw pe¸ni ru-
chome skrzyd¸a na rufie. Pilot kieru-
je statkiem za pomoc delikatnych
ruchw niewielkich dýojstikw ste-
rujcych elektronicznym systemem
manewrowym. Dzi«ki wyd¸uýone-
mu przezroczystemu akrylowemu
dziobowi nie widzi si« w czasie p¸y-
wania konstrukcji statku Ð robi to nie-
samowite wraýenie.
Najwi«kszym problemem by¸o
zmniejszenie rozmiarw niezb«dnej
aparatury, tak aby zmieæci¸a si« w nie-
wielkiej przestrzeni
Deep Flighta
. Z po-
moc przysz¸y mikroprocesory: kilka
prze¸cznikw daje w zasadzie nie-
ograniczon kontrol«, a ogromn licz-
b« wyæwietlaczy zast«puje monitor.
Stare technologie umieraj jednak d¸u-
go, na pok¸adzie wi«c znajduj si«
jeszcze dwa cyfrowe wyæwietlacze po-
kazujce podstawowe parametry Ð
pomost mi«dzy wczoraj i dziæ.
To, czym nasza konstrukcja szcze-
glnie si« wyrýnia, jest chyba pozy-
cja pilota Ð jedynego cz¸onka za¸ogi;
nie siedzi on wyprostowany w fotelu,
lecz leýy na brzuchu z g¸ow skiero-
wan do przodu, przypi«ty do dopa-
sowanej do cia¸a niecki. Na pocztku
takie ustawienie wydawa¸o si« nie-
dobre, cho do zaakceptowania w
modelu eksperymentalnym. Nie wpa-
dliæmy na to, ýe skoro w¸aænie tak
pozycj« przyjmuj ludzie i morskie
ssaki podczas nurkowania, powinna
ona by naturalna i wygodna. Po
pierwszym pobycie w
Deep Flight I
natychmiast zmieni¸em wszystkie
moje projekty statkw podwodnych,
w ktrych usi¸owa¸em zachowa sie-
dzc, ãprawid¸owÓ pozycj« pilota.
Aby jednak poprawi komfort pilota
podczas zanurzania i wynurzania,
w
Deep Flight II
podnieæliæmy pozy-
cj« cia¸a o 30 stopni.
Jeszcze g¸«biej
3
Czy konstrukcja hydrodynamicz-
na, ktra æwietnie zda¸a egzamin na
stosunkowo niewielkich g¸«boko-
æciach, na jakie zapuszcza¸ si«
Deep
Flight I
, nie zawiedzie na wi«kszych,
do ktrych jest przeznaczony
Deep
Flight II
? Na szcz«æcie nie. Dodatkowa
g¸«bokoæ i ciænienie nie zwi«kszaj
oporu Ð woda jest praktycznie nieæci-
æliwa, statek powinien wi«c si« zacho-
wywa tak samo, jak gdyby by¸ bli-
sko powierzchni.
Jednak kad¸ub b«dzie musia¸ wy-
trzymywa wzrastajce z g¸«bokoæci
ciænienie. Zastosowanie tradycyjnej
stalowej konstrukcji oznacza¸oby re-
zygnacj« z korzyæci, jak daje ma¸a
masa. Wszystko wskazuje na to, ýe
do budowy wysokociænieniowych ka-
d¸ubw b«dzie moýna uýy innych
materia¸w. U.S. Navy przetestowa-
¸a kad¸uby z materia¸w ceramicz-
nych nowej generacji Ð rezultat by¸
pozytywny. Ich wytrzyma¸oæ jest
wystarczajca, aby nadawa¸y si« do
statkw za¸ogowych. Ostatnio dane
dotyczce projektu odtajniono, co
pozwoli prawdopodobnie na po-
wszechniejsze wprowadzenie tych
materia¸w. Z powodu duýego ciænie-
nia trzeba b«dzie zastpi akrylow
kopu¸« bardziej tradycyjnymi otwo-
rami obserwacyjnymi.
Deep Flight II,
zbudowany z najno-
woczeæniejszych materia¸w cera-
micznych i zawierajcy rozwizania
sprawdzone w
Deep Flight I,
powi-
nien by bardzo nowoczesnym i uýy-
tecznym statkiem. By¸by, jak ja to na-
zywam, zarwno ãinteligentnyÓ, jak
4
5
DEEP FLIGHT I
na ramie transportowej
(1)
jest ¸adowany na ci«ýarwk«, majc
go przewie na miejsce wodowania. Au-
tor wchodzi do pojazdu
(2)
zawieszone-
go na dwigu
(3)
, ktry spuszcza pojazd
do wody
(4)
w celu przeprowadzenia te-
stw. Pod wod
(5)
dzi«ki akrylowej ko-
pule przed oczami pilota roztaczaj si« za-
pierajce dech w piersiach widoki
(6)
.
Unoszc si« na powierzchni
(7)
, pilot cze-
ka na wycigni«cie statku przez dwig
(8)
.
6
i ãautonomicznyÓ. AUV-y nie s ãin-
teligentneÓ, poniewaý to tylko robo-
ty, ROV-y natomiast nie s autono-
miczne, poniewaý pracuj na uwi«zi.
Za cel jednak postawiliæmy sobie nie
budow« statku majcego zastpi
AUV czy ROV, lecz takiego, ktry
zwi«kszy ich moýliwoæci, pozwa-
lajc na podrý w g¸«biny takýe
ludziom.
Z powodu ograniczonych fundu-
szy na tworzenie nowych statkw
podwodnych
Deep Flight
musi by
statkiem wielozadaniowym, spe¸nia-
jcym rýnorodne wymagania. Po-
winien by na przyk¸ad zwinny i ci-
chy, aby nadawa¸ si« do badaÄ bio-
logicznych, a takýe mg¸ s¸uýy geo-
logom jednoczeænie jako buldoýer
i podwodna ci«ýarwka.
Aby sprosta rýnym, cz«sto
sprzecznym wymaganiom, podsta-
wowa jednostka ma by ¸atwym do
adaptacji zestawem modu¸owym. Po-
szczeglne cz«æci powinny dawa si«
szybko ¸czy na pok¸adzie statku ba-
zy w trzy rýne w zaleýnoæci od
potrzeb konstrukcje. Pierwsza by¸aby
jednoosobow ¸odzi o jak najmniej-
szej masie i jak najbardziej op¸ywo-
wym kszta¸cie, przeznaczon do ba-
daÄ i eksploracji. Druga Ð to dwa
po¸czone ze sob modu¸y jednooso-
bowe, przeznaczone do wypraw w
dwie osoby Ð jedna pilotowa¸aby,
druga natomiast zajmowa¸a si« ob-
serwacj. W trzeciej wreszcie wersji
Deep Flight II
wykonywa¸by ci«ýsze
prace i sk¸ada¸by si« z dwch cz«æci
z umieszczonym pomi«dzy nimi
zestawem roboczym. Zestaw taki
mia¸by pionowo skierowane p«dni-
ki, dzi«ki ktrym statek mg¸by po-
rusza si« nad wybranym miejscem
podobnie do kolibra.
Tak jak wszystkie statki te rownieý
b«d mia¸y swoje ograniczenia. W
dajcej si« przewidzie przysz¸oæci
przeznaczone by by¸y wy¸cznie na
potrzeby wypraw, na przyk¸ad na-
ukowych. Wydaje si«, ýe jedynym ich
zastosowaniem do przewozu osb
mg¸by by transport personelu mi«-
dzy podwodnymi instalacjami a po-
wierzchni lub krtkie podwodne
wycieczki na niewielkich g¸«bokoæ-
ciach. Statki te pozwol jednak na
takie poznanie ýycia oceanw, jakie-
go nie umoýliwi ýaden robot. S szan-
s dla tych, ktrzy chcieliby sami,
osobiæcie i niezaleýnie, bada ãwiel-
ki b¸«kitÓ.
7
8
T¸umaczy¸
Grzegorz Kowalski
NAST¢PNA GENERACJA statkw
Deep Flight
pozwoli podrýowa
znacznie g¸«biej, prawdopodobnie
nawet na 11 000 m. Mi«dzy dwiema
jednostkami b«dzie moýna umiesz-
cza modu¸y robocze, jak pokazano
na rysunku.
Informacje o autorze
GRAHAM S. HAWKES jest za¸oýycielem Hawkes Ocean Techno-
logies w San Anselmo (Kalifornia), zajmujcego si« projektowa-
niem konstrukcji do specjalnych zastosowaÄ. Jest takýe wicepreze-
sem za¸oýonego przez siebie i Sylvi« Earle w 1982 roku Deep Ocean
Engineering, firmy produkujcej stosowane na ca¸ym æwiecie stat-
ki roboty.
å
WIAT
N
AUKI
GrudzieÄ 1997
107
[ Pobierz całość w formacie PDF ]