دور الرعاة في تعزيز قدرات مراكز البحوث البحرية على حفظها

إن منابر البحوث البحرية أدوات لا غنى عنها للنهوض بفهمنا لعلم المحيطات، والبيولوجيا البحرية، وعلم المناخ، وجيولوجيتها تحت المياه، وسواء كانت سفن بحثية كبيرة، أو مركبات مستقلة تحت الماء، أو طوافات ثابتة في المحيطات، يجب أن تحتفظ هذه المنصات بموقع دقيق لإجراء قياسات دقيقة، أو نشر أدوات، أو إجراء تجارب، كما أن المحيطات المفتوحة تعمل باستمرار، وتشغلها محطات التعقب الرئيسية.

ما هي "القاذورات البحرية"؟

فالأعمال البحرية هي أجهزة الدفع المتخصصة التي تقام على السفن والمنصات والمركبات تحت الماء التي تنتج دفعات في اتجاهات غير المحور الرئيسي للأمام، وعلى عكس جهاز الدفع الرئيسي التقليدي الذي لا يدفع سوى سفينة إلى الأمام أو إلى آخر، فإن أجهزة الدفع تولد في شكل أفقي (داخلياً) أو قوى عمودية أو مسببة للانقراض، وهذه المرونة التوجيهية تتيح وجود محركات ثابتة ومثبتة على نحو دقيق.

أنواع الرواسب المستخدمة في منابر البحوث البحرية

وتستخدم مجموعة متنوعة من تصميمات الدفع في البحوث البحرية، حيث توفر كل منها مزايا متميزة تبعا لحجم المنبر، وعمق العمليات، واحتياجات البعثات، وتشمل الأنواع الأكثر شيوعاً محركات الزامية، ومدافعات الأمعاء، ومدافع القاذورات، ومدافع الأنفاق، بالإضافة إلى أن المحركات المتخصصة مثل التصميمات التي تحركها الأضلاع والمصممة على أساسها تكتسب زخماً من أجل كفاءتها وتقليص الضوضاءة بالنسبة للقياسات الحساسة.

Azimuth Thrusters

(أ) أجهزة الدفع في الأوقيانوغرافية التي تعمل في إطارها وحدات الدفع الثابتة التي يمكن أن تدور 360 درجة حول محور عمودي، مما يسمح للدافع بتوجيه اتجاهه في أي اتجاه، ويلغي الحاجة إلى جهاز حفر ذات دفعات حرارية، وكثيراً ما تكون أجهزة الدفع الزموطي مجهزة بمناورة غير عادية، وبالنسبة لمنابر البحث التي تتطلب تكراراً في مواقع البحث في الهواء وفي الاتجاه الحالي.

Bow Thrusters

وعادة ما يتم تركيب مدافع القاع في نفق مقطعي بالقرب من السفينة، وتتمثل مهمتها الرئيسية في توفير قوة جانبية لنقل مسارات الأمعاء، وهو أمر أساسي لضبط السفن وحفظها على وجه الدقة.

Stern Thrusters

كما تعمل أجهزة الدفع المتحركة على نحو مماثل مع أجهزة الدفع بالأوعية، ولكنها موجودة في خضم السفينة، وهي توفر دفعة جانبية في الخلف، وتساعد على التحكم في الثورة الخافضة والتورم المضاد من محركات الدفع بالأوعية، وفي نظام كامل لإدارة الدعم الميداني، تكون مجموعة من الصواريخ المحمصة والمحركات المتحركة - التي غالبا ما تكون في ترتيب " النفق المتحرك " - معدبة الجاهزة، مفيدة بصفة خاصة.

الصواعق الافتراضية والمترجعة

وتحتاج بعض منابر البحوث، مثل منابر الأدوات العائمة ونظم الصخور في أعماق البحار، إلى دفعة عمودية لمواجهة التغيرات في الطفرة أو المحافظة على العمق، وتستهدف المحركات الفلكية )التي تسمى أحيانا " المحور الحرفي " أو " الدافعات غير المتحركة " ( عمودا من المياه إلى الارتفاع أو إلى الأسفل، ويمكن نشر أجهزة الدفع القابلة للاسترداد عند الحاجة إلى ذلك ثم إلى الحد من الحد من الحد من الحد من الحد من الحد من الحد من الضغط.

"المُحَبَّر و "ريم دريفن

(ب) التطورات الأخيرة في مدافع القاذفات الكهربائية، مثل Kongsberg Azimuth Thruster) و[BB ' s ) Azipod، التي تؤدي إلى تحسين الكفاءة وتخفض من الضجيج المتحرك (RDTs)

كيف يمكن لـ(ثراستر) الوصول إلى محطة (بريس)

أما عمليات حفظ المحطة من أجل منصة للبحوث البحرية فهي مشكلة تتعلق بالتحكم: إذ يجب أن يُقدّر المنبر باستمرار موقعه وتوجهه فيما يتعلق بنقطة أو مسار مرغوب فيه، وأن يقيس القوى المقلقة من الرياح والموجات والتيارات، وأن يُستخدم الدافع التصحيحي لإلغاء تلك الاضطرابات، ويتحقق ذلك من خلال نظم قياس القدرة على تحديد المواقع الدينامية، التي تدمج أجهزة الاستشعار في المواقع (GPS، والجهاز الوصلات الصوتية، والمنظومات الجاهزة، والجهاز الاصطناعية، والجهاز الاصطناعي، والجهاز الاصداري)

نظم تحديد المواقع الديناميكية

فأغلب سفن البحث الحديثة تعمل بموجب معايير الرتبة 2 أو الرتبة 3 التي توفر التكرار ضد نقطة فشل واحدة، ويمكن تحت إدارة شؤون الإعلام تشغيل أجهزة الدفع في يدوية أو عصا الفرح أو الرؤوس الآلية أو وسائل الدفع الذاتية، وفي أثناء عملية علمية حاسمة، مثلا، تخفيض مركبة تعمل عن بعد إلى جهاز هوائي - نظام الدفع المزود بالحرارة الذي تستخدمه إدارة عمليات حفظ السلام في غضون بضعة ثوان من هدفها.

وينطوي الفيزياء وراء حفظ المحطة على تحقيق التوازن بين الطفرة والطريق واللحظات الصاعقة، وتواجه القوات الكبيرة (الصمة السابقة) عموماً بمدافع الصواريخ الرئيسية، وتواجه قوى السواي (الجانب) بمحركات الدافع المتحرك (النحاس والهز) ويخضع الياو (التناوب) لضغوط مختلفة من وحدات متعددة.

مستلزمات محطة حفر ثيرستر - إنيدج - كابينج للبحوث البحرية

ويسفر إدماج محركات الدفع ذات الأداء العالي في منابر البحوث البحرية عن عدة مزايا هامة تحسن مباشرة نوعية ونطاق العمل العلمي.

زيادة قابلية القياسات الحساسة

وكثير من الأدوات الأوقيانوغرافية - مثل زهور البيوت التي تنتقل عن طريق خامات البيوت، وعينات المياه، وأجهزة الاستنشاق في قاع البحار - أفضل ما يكون عند بقاء المنبر المضيف بلا تحركات، وحتى العواصف الأفقية الصغيرة يمكن أن تسبب الكبلات في الخنق، وتُحدث ضجيجاً في قراءات الصبغة الصوتية، أو تلوث الرواسب مع مواد سطحية.

تعزيز السلامة والتبصير

ويقلل حفظ محطات التجميل من خطر الاصطدام بالسفن الأخرى أو الأجسام العائمة أو قاع البحار، وفي المناطق البحرية المشغولة أو بالقرب من المنشآت البحرية (مثل مزارع الرياح أو منصات النفط)، يجب أن تظل سفينة الأبحاث بأمان داخل منطقة محددة، وتسمح الرعاة ب " الهلاك " دون الانجراف إلى مناطق محدودة، وبالنسبة للمنابر المستقلة مثل مركبات الاتحاد الأفريقي، فإن المحاورين تتيح لهم إمكانية تحمل بيانات عن فقدان المواقع.

المرونة التشغيلية

ومع المحركات، يمكن أن يعاد ترتيب برنامج بحثي بسرعة دون انتظار تيارات صالحة أو نشر مرساة، وهذا التقلب ضروري لأخذ العينات التكييفية، مثلا، بعد رقعة من العوالق أو البلوغ عند الانجراف، حيث تستخدم العديد من سفن البحث الحديثة إدارة شؤون الإعلام لأداء " خطوط المسار الديناميكي " حيث تتبع السفينة مسارا محددا مسبقا على سرعة منخفضة بينما يعوض المدافعون عن الانجرافات المنتظمة التي تسببها تيارات.

Reduced Environmental Impact

كما أن خنق الموائل الحساسة من القشريات (الشعاب المرجانية، أو المروج البحرية، أو فتحات أعماق البحار) يمكن أن يسبب ضررا كبيرا، ويزيل الرعاة الحاجة إلى المرساة، ويقلل من الاضطرابات المادية في قاع البحار، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون عملية إدارة شؤون الإعلام أكثر كفاءة من المناورة المستمرة مع سجاد، ولا سيما عندما تكون تياراتها متوسطة.

التحديات والحدود في محطة غطس أرضية

وعلى الرغم من مزاياها، فإن الدافعين ليسوا حلاً للحلول، إذ تحد عدة تحديات من فعاليتها، لا سيما في البيئات القصوى أو على منابر أصغر حجماً.

استهلاك الطاقة وحياة البطارية

ويستخدم الصيادون طاقة كهربائية كبيرة في كثير من الأحيان أكبر حمولة على مولد سفينة بحثية، ويمكن أن يتطلب الحفاظ على محطة على التيارات القوية مستويات عالية من الدفع، تستنفد بسرعة احتياطيات الوقود أو البطاريات، وبالنسبة للمركبات المستقلة، تظل كثافة الطاقة عاملاً مقيداً؛ وقد لا تتوفر إلا لجهاز رصد كهرباء صغير قدرة كافية على تحمل محطة للضغط لعدة ساعات، ويجب على الباحثين أن يوازنوا بدقة بين استخدام الدافع ومدة للبعثة.

الضجة والتأشيرة

فالأعمال التقليدية، ولا سيما أنواع الأنفاق، تولد ضوضاء وهزات كبيرة تحت الماء يمكن أن تتداخل مع الأدوات الصوتية (مثلاً، السونار المتعدد الحزم، والملامح الفرعية للقاع) وتزعج الحياة البحرية، ويجب على العلماء الذين يدرسون سلوك الأسماك أو الاتصال بالحيتان أن يقللوا من الضجيج، كما أن التصميمات الجديدة مثل المحركات التي تحركها الأضلاع والمدافعة التي ترتفع فيها الضوضاءة، تساعد على الحد من الضوضاء.

الظروف البيئية

وقد تحجب ارتفاعات الموجات العقيمة، وارتفاع سرعة الرياح، وتيارات قوية قدرة المنصات على الدفع، وفي ظروف العواصف، قد لا تكون أكثر نظم إدارة شؤون الإعلام قوة في موقعها، مما يرغم العمليات العلمية على التوقف، كما أن هناك قيودا عميقة على العمل في أعماق البحار، وقد يكون الزخم الذي يُنتج بالقرب من السطح أقل فعالية إذا كان المنبر طويلا ومتاحاً جداً للوحات الأمامية.

الصيانة والاعتماد

ويتعرض الرعاة لمياه البحر التآكلية، والضغط الأحيائي، واللبس الميكانيكي، والاستمرارية المنتظمة ضرورية لمنع الفشل أثناء البعثات الحرجة، ويمكن أن يؤدي الدافع أو المحرك القاذف إلى تدهور أداء إدارة شؤون الإعلام أو يتسبب في فقدان المركز، ويساعد التعافي (الأجهزة الدافعة المتعددة والنظم الفرعية للحواسيب التابعة لإدارة شؤون الإعلام) على تخفيف هذا الوضع، ولكنه يزيد من التكاليف والتعقيد.

دراسات الحالة والتطبيقات العالمية الحقيقية

وتتجلى الأهمية العملية لمحركات الدفع في البحوث البحرية على أفضل وجه من خلال أمثلة للعالم الحقيقي تشمل أنواعا مختلفة من البرامج والتخصصات العلمية.

R/V Falkor] and Deep-Sea Exploration

The Schmidt Ocean research vessel Falkor] (now replaced by the ] Falkor (too)) is equipped with two 1,400 kW azimuth pusher. Its DP system allows it to maintain position overther vent fields

منابر الحكم الذاتي: سيلدروني ووايف غليدر

وتستخدم منابر أصغر مثل " سيلدروني " و " لويف " (Lquid Robotics Wave Glider) مزيجاً من الدفعات الريحية والزواحف الصغيرة (غالباً ما تكون مدافع النفق الكهربائي) في عمليات حفظ المحطة، ويمكن لهذه المركبات السطحية غير المكشوفة أن تحافظ على موقعها بالقرب من المعالم الأوقيانوغرافية المركزة (مثل حافة) لأسابيعية، وتستخدم موجة سريعة الارت.

منابر أدوات التأشيرة

فمحطة القوات البحرية الأمريكية للشحن (منصة الأدوات المتحركة) هي سفينة بحث فريدة يمكن أن " تشق " من موقع أفقي إلى عمودي، تغرق معظم هياكلها تحت الماء من أجل الاستقرار، ولا تستخدم الجبهة في الأصل سوى أداة دفع وقود للمرور العابر، ولكن في وقت لاحق، تعاد معالجة عدد قليل من أجهزة الدفع الكهربائية الصغيرة لتحديد المواقع الدقيقة عندما تكون في مواقع عمودية.

برامج التدريب على المياه العميقة في أعماق البحار وبرنامج الحفر في المحيطات

وتستخدم سفن مثل قرار مجلس إدارة شؤون الإعلام (المتقاعد الآن) ومؤسسة شيكيو نظماً متعددة الدفعات للحفاظ على موقعها بينما تحفر في قاع البحر لاستعادة الرواسب وأساس الصخور، وتتجنب تشيكيو، التي تديرها الوكالة اليابانية لعلوم وتكنولوجيا الأنابيب البحرية، ستة محاور (اثنان من الصواريخ وأربعة نفق) للسيطرة على موقعها في غضون متر واحد بينما يُعمل الحفر في عينة المياه.

التطورات والاتجاهات المستقبلية

ويرتبط تطور تكنولوجيا الدفع ارتباطا وثيقا بالاتجاهات الأوسع نطاقا في مجال الروبوتات البحرية والطاقة المتجددة والملاحة المستقلة، وتستعد عدة تطورات لزيادة تعزيز قدرات برامج البحث في مجال حفظ المحطة في العقد القادم.

نظم التجهيز الكهربائي والمختلط

وأصبحت جميع المحركات الكهربية ذات المحركات المغناطيسية الدائمة العالية الكفاءة معيارية، وهي توفر رقابة دقيقة على العروق، وتوقيعاً صوتياً منخفضاً، والقدرة على استعادة الطاقة من خلال التكفير التجددي، ويمكن للنظم الهجينة، مجتمعة مع مصارف البطاريات، أن تُعَزِّل طلبات الطاقة القصوى وأن تسمح للقوى العاملة بالركض خلال فترات " البعوض " دون ضوضاءة على المولدات.

الاستخبارات الأثرية والرقابة الافتراضية

ويجري تطبيق خوارزميات التعلم الآلاتي على سيطرة إدارة شؤون الإعلام للتنبؤ بالاضطرابات البيئية والتخصيص الأمثل للدافع، وبدلا من رد الفعل على الانجراف، يمكن لنظم التعليم العالي أن تتوقع مجموعات الموجات أو علكة الرياح الذاتية ودافعات ما قبل التكوين أن تلغي القوات قبل أن تنقل المنبر، وقد أظهرت التجارب المبكرة التي أجرتها كونغسبرغ وجامعة ساوثمبتون انخفاضا في نشاط الدفع واستهلاك الوقود بنسبة 30 في المائة مع الحفاظ على دقة الوضع.

Renewable Energy Integration

ويجري اختبار الألواح الشمسية، والطوربينات الريحية، ومحولات الطاقة الموجية على منابر البحوث لتوفير الطاقة التكميلية للمدافعين، ويمكن أن يجني منصة مستقلة ذاتية تابعة للشركة (SAIL) ذاتية طويلة الأمد، الطاقة خلال فترات مشمسة، وتستخدمها في إعادة شحن البطاريات، ثم تستخدم أجهزة الدفع لحفظ المحطة في الليل، ومن شأن هذه النظم أن تتيح استمرار الوجود في المناطق النائية من المحيط دون الحاجة إلى إعادة الإمداد بالوقود.

أشعة ثروتستر للمنصات الأصغر

أما محركات الصواريخ الصغيرة المنضوية - بما فيها محركات الغازات الدقيقة والوحدات ذات الدفع الصدري الصغير - فهي قيد الإعداد لمنتجات المياه الجوفية المستقلة والمركبات الصغيرة جداً، وهذه المحركات لا تسمح إلا للمركبات بالقفز والحجز أثناء عمليات التفتيش الدقيقة للهياكل تحت الماء أو أثناء أخذ عينات عمود المياه، وقد أظهرت البحوث الأخيرة التي أجراها معهد بحوث حوض المائي في مونتري ترتيباً منخفضاً للقوى العاملة في إطار جهاز الدفع السريع (MBARI)

الهدوء والصلب الصوتي

ومع تركيز البحوث البحرية بصورة متزايدة على آثار الضوضاء البشرية المنشأ، يقوم صناع الدافع بتصميم وحدات أكثر هدوءا.() وقد وضعت جامعة دلفت للتكنولوجيا ورولز رويس (التي أصبحت الآن كونغسبرغ) قنوات " مثبتة " ورم محرك الدفع المكبوت الذي يقلل من الضجيج الجوفي والض الكلوي، وتتيح هذه المحركات الهادئة لمنابر البحوث إجراء رصد صوتي دون تلف ذاتي.

خاتمة

إن المدافعين عن المحيطات قد ثوروا طريقة عمل منابر البحوث البحرية، مما يحولها من السفن المعرضة للانقسام إلى أدوات دقيقة يمكن أن تكون في وضع ضد قوى المحيط التي لا تطاق، ومن الزيوموث ومدافع القوس على السفن الكبيرة إلى أجهزة استكشاف دقيقة على المركبات المستقلة، فإن هذه الأجهزة توفر المناورة والاستقرار اللازمين لإجراء علوم المحيطات المسببة للكسر، وقد أدى دمج نظم التعبئة الدينامية التي تعمل على اكتشافات ذات الدفعات المتقدمة.