دور الرعاة في تعزيز قدرات حفظ المحطة في سفن البحوث الأوقيانوغرافية

مقدمة: الحاجة الماسة إلى إبقاء محطة الحوض في البحوث الأوقيانوغرافية

إن سفن البحوث الأوقيانوغرافية هي مختبرات متنقلة تعمل في بعض أكثر البيئات دينامية ولا يمكن التنبؤ بها على الأرض، وسواء كانت تدرس في أعماق البحار الفتحات الحرارية المائية، ورصد تيارات المحيطات، ونشر أدوات حساسة، أو إجراء دراسات إهتزائية، فإن هذه السفن كثيرا ما تكون ذات موقع جغرافي ثابت على الرغم من الرياح والموجات والتيارات، وكثيرا ما تكون المرساة التقليدية غير عملية، وتضر بنظم إيكولوجية هشة.

فهم الصاعق ووظيفتهم

أجهزة الدفع الإضافية التي تولد دفعات في اتجاه غير متوافق مع محور الدراجة الرئيسي للسفن، بخلاف جهاز الدفع التقليدي ونظام الدفع بالعجلات، الذي يقود السفينة إلى الأمام ويقودها في المقام الأول إلى تفكك الزهرة المائية، يمكن للقوى الدفعية أن تدفع السفينة في وقت لاحق (داخل الممرات) أو في أي زاوية، مما يعطي المشغلين سيطرة استثنائية على موقعها ومسارها.

أنواع الرعاة المستخدمة في أبحاث الأوقيانوغرافية

إن السفن الأوقيانوغرافية تدمج عادة مزيجا من أنواع المحركات لتحقيق المناورات والتكرار المطلوبين لبعثات البحث الطويلة الأجل، ويتوقف الاختيار على حجم السفينة، وموجز المهام، ونظام الطاقة والميزانية، ويقلل ذلك من أكثر التشكيلات شيوعا التي توجد على سفن البحث.

Azimuth Thrusters

(أ) [محركات الغاز، المعروفة أيضاً باسم وحدات الدفع الز-د- أو القاذفة، مجهزة داخل حجرة يمكن أن تتناوب 360 درجة أفقياً، وهذه المرونة تتيح للسفينة توليد قوة دفع في أي اتجاه دون الحاجة إلى سجادة منفصلة.() وكثيراً ما تستخدم أجهزة الدفع والتحكم في محطات الإطلاق في نفس الوقت.

Tunnel Thrusters (Bow and Stern)

إن محركات النفق ثابتة في الاتجاه العابر، ومركبة في أنبوب يمر عبر هيكل السفينة، وتولد دفعات جانبية بسحب المياه من جانب واحد وطردها من الجانب الآخر، ودفعات الأنفاق الأكثر شيوعا، ولكن الدافعات الصاعقة تُجهز أيضا على العديد من سفن البحث، بينما لا يمكن تناوبها، فإن محركات النفق موثوقة، وتُوفِّر قوة تهدئة قوية من أجل إجراء تعديلات سريعة.

الصقور القابلة للسحب

ويمكن تخفيض محركات الززموث القابلة للسحب إلى ما دون الهيكل عند الحاجة، وخزنها داخل الهيكل عندما لا تستخدم، مما يقلل من سرعة السحب أثناء المرور العابر، ويحسن اقتصاد الوقود ويقلل من الضوضاء الصوتية - الحرجة بالنسبة للبحوث الصوتية، وكثيرا ما تُركب وحدات قابلة للسحب على سفن تتطلب سرعة عالية من المرور العابر وقدرة ممتازة من إدارة الوقود، وهي توفر أفضل عمليات العالمين: منخفضة السحب بينما تبحر وتشغل بكامل طاقتها.

Podded Propuls

والدافعون عن طريق التعبئة هم من محركات الزموث التي يوضع فيها محرك الدفع داخل حجرة مبسطة تحت الهيكل، ويمكن للبودرة أن تتناوب 360 درجة، وتقضي على الحاجة إلى تصميم محرك منفصل، وهذه النظم مشتركة بين مفكِّرات الجليد وقوارب العمل، ولكنها تعتمد بشكل متزايد على سفن البحوث التي تتطلب درجة عالية من المناورة ومستويات ضوضاء منخفضة.

كيف يحسن (ثيرسترز) قدرات المحطة

إن حفظ المحطة هو قدرة السفينة على الحفاظ على موقع ثابت وتوجهها إلى نقطة في قاع البحر أو التنسيق الجغرافي، مما يجعل من الممكن تحقيق ذلك من خلال التكامل مع نظم تحديد المواقع الديناميكية، ويستخدم نظام إدارة شؤون الإعلام أجهزة الاستشعار (GPS، gyrocompass، أجهزة الاستشعار بالريح، أجهزة استشعار الحركة) لتقوم باستمرار بحساب موقع السفينة وتوجهها نحو نقطة الانطلاق.

شروط الخدمة العامة

وتعرف الرابطة الدولية للمتعاقدين البحريين ثلاثة صفوف من إدارة شؤون الإعلام، وقسم إدارة شؤون الإعلام - ٢، وقسم إدارة الشؤون السياسية - ٣، وعادة ما تعمل سفن البحوث الأوقيانوغرافية على أساس معايير إدارة شؤون الإعلام - ١ أو إدارة شؤون السلامة - ١، لديها مجموعة واحدة من العناصر )محرك واحد، جهاز مراقبة، جهاز استشعار واحد( ولا توجد أي دعم، مما يجعلها مناسبة للعمليات التي لا تسبب فيها فقداناً للوظيفة خطراً مباشراً.

المزايا على الانقسام التقليدي

كما أن استخدام المدافعات وأجهزة الدفع بدلاً من الدمج يقدم عدة فوائد للبحوث الأوقيانوغرافية، فالإختناق يستغرق وقتاً طويلاً، ويسبب ضللاً في الموائل الدنيوية الحساسة، كما أنه يتطلب وجود أعماق مياه داخل المرسى، وتكوين قاعي مناسب، وفي المياه العميقة أو المناطق الحساسة مثل الشعاب المرجانية أو حقول التهوية الحرارية المائية، لا يسمح الرسوة بالقفز على سطح البحر.

استحقاقات البحوث الأوقيانوغرافية

وتترجم القدرة على شغل موقع محدد مع المدافع مباشرة إلى بيانات ذات جودة عالية، وعمليات أكثر أمانا، وقدرات موسعة للعلماء، فيما يلي طرق محددة لتعزيز البحوث الأوقيانوغرافية.

عمليات أخذ العينات في إطار ملوثات المياه وعمليات الأمراض التي تنتقل عن طريق الاتصال الجنسي

وتخفض رفات الوردية من السفينة لجمع عينات المياه في أعماق مختلفة، وتخلق الانجراف فيسيل زوايا وتوترات يمكن أن تلحق الضرر بالكابل أو الدقة في العمق، حيث يمكن استخدام أجهزة الدفع في مواقعها، ويمكن نشر التلقيم الرئوي، بما يكفل قياسات دقيقة للعمق ويخفف من الضغط الكابلي، أما بالنسبة لشبكات أخذ العينات الطويلة الأجل، فتستخدم السفينة بسرعة على كل نقطة.

الدعم المقدم من المكتب الإقليمي لآسيا والمحيط الهادئ ومكتب دعم البعثات

وتحتاج المركبات العاملة عن بعد المستخدمة في استقصاءات قاع البحار، أو العينات البيولوجية، أو التفتيش على المعدات إلى أن تبقى السفينة الأم فوق منطقة العمليات مباشرة، ويمكن أن يجعل دريفت تيتر روف يلتفون العقبات أو يخلق توترا مفرطا، وتسمح السفن بمتابعة تحركات أو محطة الحائزات في داخل متر واحد، كما أن مركبات الإطلاق ذات الدفع العالي جدا تعتمد على أجهزة الاستنشاق.

الدراسات الاستقصائية للظواهر السيزمية والجيوفيزيائية

وتتطلب الدراسات الاستقصائية للتأمل السيزمي من السفينة أن تسحب صفائف طويلة من الهواتف الهيدروفونية والبنادق الجوية على طول خطوط محددة سلفا، وفي نهاية كل خط، يجب أن تلتفت السفينة وتعيد تجهيزها بدقة للمرور التالي، وفي المناطق التي بها تيارات قوية، يمكن أن تخفف من سرعة خطها، كما أن المدافع التي تعمل على زيادة عدد الدوائر والسماح للسفن ببدء تشغيل المحطة عند خطها إلى أن يتم تنسيق جميع المعدات وتحسين اتساقها.

النشر والانتعاش

إن نشر الشعارات الأوقيانوغرافية - المهاجمات من الأدوات المرسومة إلى قاع البحار - يتطلب من السفينة أن تتمسك بموقعها بينما يتم تجميع الغوغاء وتخفيضه وإطلاقه، ويمكن للتيارات أن تحمل الطوف بعيدا عن الموقع المقصود إذا انحرفت السفينة، ويبقي الرشاشات السفينة في الموقع إلى أن يتم إطلاق المرساة، وبالمثل، أثناء التعافي، يجب على السفينة أن تبقى مباشرة فوق اللوحة المتحركة.

الابتكارات التكنولوجية في تصميم ثورستر

وقد حققت تكنولوجيا التفريغ تقدما كبيرا لتلبية متطلبات علم المحيطات الحديث، وتركز التصميمات الجديدة على الحد من الضوضاء، وكفاءة الطاقة، والتكامل مع نظم الطاقة الهجينة.

مصدات منخفضة الضوضاء للبحوث الصوتية

(ج) أن تقوم سفن عديدة (أوقيانوغرافية) بإجراء دراسات استقصائية صوتية باستخدام أجهزة صدى متعددة الحزم، وملفات فرعية، ومصفوفات سونار، ويمكن أن تتدخل في هذه الأدوات، وبيانات مفسدة، وأن تصمم أجهزة الصنع الآن أجهزة الدفع المحتوية على متغيرات في المياه المكشوفة أو ذات تركيزات عالية، وأجهزة ضغط أكبر، وأجهزة الصمامات المصممة بموادوقات المخفضة.

كهرباء وهاجين ثورستر درايفز

وقد درجت المحركات الديزلية على أن تُستخدم في الحركات الميكانيكية أو النظم الهيدروليكية، واليوم، تُهيمن على المحركات الكهربائية على البنى الجديدة، وتُعرض المحركات الكهربائية مراقبة سريعة ومكثفة، والاستجابة الفورية للقيادات الصادرة عن إدارة شؤون الإعلام، وتحسين كفاءة الطاقة، كما أنها تتيح أيضاً تركيبات الطاقة الهجينة، حيث توفر البطاريات طاقة ذروتها أثناء عمليات حفظ المحطة وتُعيد شحنها بواسطة المولدات الكهربائية أثناء المرور العابر.

المراقبة المتكاملة لإدارة شؤون الإعلام وصدرها

وتستخدم النظم الحديثة لإدارة الدعم الميداني مقاييس متطورة - غالباً ما تستند إلى تصفية كالمان والتحكم التنبؤي النموذجي - لتعظيم تخصيص المحركات، وبدلاً من أن يعمل كل مدفع على نحو مستقل، يحسب المراقب في إدارة شؤون الإعلام أنجع مزيج من حجم الدفعات واتجاهات جميع المحركات المتاحة لتحقيق الموقع المرغوب فيه والتوجهات ذات الحد الأدنى من الطاقة، مما يقلل من استهلاك الوقود والارتداء الميكانيكي، كما يمكن لبعض النظم أن تتنبأى من الاضطرابات البيئية المقبلة باستخدام الموجات.

التحديات والنظر في المسألة

وعلى الرغم من فوائدها، فإن الدافعين يستحدثون تحديات تقنية وتشغيلية يجب إدارتها.

الطلب على الطاقة

يتطلب حفظ المحطة ضد التيارات أو الرياح القوية دفعاً كبيراً، مما يترجم إلى ارتفاع في الحمولة الكهربائية، ويجب تزويد المولدات الكهربائية، في سفن الديزل الكهربائية، بتجهيز هذه الذروة، مما يؤدي أحياناً إلى تشغيل جزئي أثناء العبور، ويمكن أن تساعد نظم تخزين الطاقة على رفع مستوى الحمولة، ولكن يجب أن يضيف وزناً وتكلفاً، ويجب على المشغلين أن يوازنوا بين عدد وطاقات المدافع وبين الطاقة الكاملة لمحطة توليد الطاقة الكهربائية.

الصيانة والاعتماد

ويتعرض الصهاريج للبيئات البحرية القاسية - المياه المالطية، والتنقيب البيولوجي، وتأثير الحطام، ويمكن أن يعاني مدافع النفق من أضرار في الملاحة، بينما تتطلب أحواض الزمودية تغييرات في النفط واستبدال الختم، ويمكن أن يؤدي عطل صيانة أجهزة الدفع إلى تأخير الرحلات السياحية البحثية، كما أن إعادة الترميم (مثلاً، المحركات المزدوجة للزلاجات أو وحدات متعددة من الززموت) تساعد على تخفيف هذه المخاطرة، ولكن العديد من جانب عمليات البحث تزيد من عناصر التكلفة الأولية.

الأثر البيئي

كما أن عملية التنظيف تقطع الرواسب في المياه الضحلة، التي يمكن أن تخنق الكائنات الحية الخبيثة أو الملوثات العادمة، ويمكن أن يزعج غسل المياه من محركات الزيوماث المتحركة المتواجدة في المناطق القريبة من الأرض أو منافذ الشحن أو المعدات الحساسة، وفي المناطق الحساسة بيئيا، تحد البروتوكولات من استخدام القوة أو تحتاج إلى الحد الأدنى من الطاقة، بل إن المدافعين الهادئين يبرزون بعض الصواد الذي قد يؤثر على الثدييات البحرية.

الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا ثورستر لعلوم المحيطات

وفي المستقبل، ستزيد عدة تطورات من تعزيز قدرات حفظ محطات السفن الأوقيانوغرافية.

سيارة (فيسيل) غير مُختلِفة

وتتزايد استخدام السفن السطحية غير المكبّرة لجمع بيانات المحيطات، وتعتمد هذه المركبات الصغيرة كليا على المحركات الدافعة للدفع ومسك المحطة، التي كثيرا ما تكون مجهزة بالبطاريات أو الطاقة الشمسية، كما أن محركات الدفع بالزمن المدمجة التي تستخدمها إدارة الدعم تتيح للمراقبين الأمريكيين أن يبقوا محطة لفترات طويلة، ويدعموا صيانة الطواف، والرصد البيئي، أو الاستماع الصوتي، وسيؤدي التقدم في كفاءة الدفعات العالية إلى توسيع نطاق هذه المرتكزات.

التوائم الرقمية والصيانة الافتراضية

ويقوم مشغلو السفن حالياً باعتماد نماذج رقمية للتوائم - الارتداد الفيزيائي للسفن ونظم الدفع الخاصة بها - لتحفيز أداء الدفعات في ظل ظروف مختلفة والتنبؤ بالفشل قبل حدوثها، وبجمع بيانات الاستشعار مع التعلم الآلي، يمكن للمالكين أن يستغلوا استخداماً أدق، وتعهدات الجدول الزمني بصورة استباقية، وتخفيض وقت التعطل غير المخطط له.

محطة إطلاق سراح صفر - سيارة

والضغط على صناعة إزالة الكربون هو الذي يدفع إلى تطوير خلايا الوقود ونظم الطاقة القائمة على الهيدروجين لسفن البحث، ويمكن أن توفر خلايا الوقود طاقة كهربائية هادئة خالية من الاهتزاز للقاذفات، مما يتيح حفظ المحطة مع عدم وجود انبعاثات محلية، وهناك عدة مشاريع تجريبية تختبر أجهزة الدفع المزودة بالطاقة الهيدروجينية على منصات البحوث الصغيرة، كما أن تطبيقات السفن الأكبر في الأفق.

خاتمة

وقد أصبح الصيادون عنصراً أساسياً من مكونات سفن البحث الأوقيانوغرافية الحديثة، مما يغير طريقة تفاعل العلماء مع المحيط، ومن خلال توفير عمليات دقيقة ودينامية لحفظ المحطة، فإن المدافع تتيح عمليات أكثر أمناً، وتحسين نوعية البيانات، والوصول إلى البيئات التي كانت غير قابلة للتواصل أو هشة للغاية بالنسبة للتركيب التقليدي، ومن الوحدات الزامية التي تتناوب 360 درجة إلى أحواض قابلة للانتعاش، مما يتيح لمصممي أنواع البحث تطويرها.