Darpa: Ετοιμάζουν το “αόρατο” υποβρύχιο – Τι είναι η μαγνητοϋδροδυναμική κίνηση

Μια τεχνολογία που θα κάνει πλοία και υποβρύχια... αθόρυβα, ετοιμάζει η DARPA.

«Αν νομίζετε ότι κάνω το The Hunt for Red October, η απάντηση είναι ναι», λέει η Susan Swithenbank της Αμερικανικής Υπηρεσίας Προηγμένων Ερευνητικών Προγραμμάτων Άμυνας (Darpa).

Η ταινία του 1990, με πρωταγωνιστή τον Sean Connery, παρουσίαζε ένα σοβιετικό υποβρύχιο – Red October – το οποίο είχε σχεδόν αθόρυβο σύστημα πρόωσης, γεγονός που καθιστούσε πολύ δύσκολο τον εντοπισμό του.

Τώρα, 30 χρόνια μετά την ταινία, η Darpa εργάζεται πάνω σε ένα σύστημα θαλάσσιας πρόωσης παρόμοιο με το “caterpillar drive” που περιγράφεται στην ταινία.

Ονομάζεται μαγνητοϋδροδυναμική κίνηση (MHD), το σύστημα δεν έχει καθόλου κινούμενα μέρη – μόνο μαγνήτες και ηλεκτρικό ρεύμα.

Λειτουργεί δημιουργώντας ένα μαγνητικό πεδίο σε ορθή γωνία ως προς το ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό δημιουργεί μια δύναμη – που ονομάζεται δύναμη Lorentz – η οποία δρα στο θαλασσινό νερό και ωθεί το σκάφος κατά μήκος.


Χωρίς έλικες ή άξονα μετάδοσης κίνησης που αναδεύει το νερό, μια λειτουργική μονάδα MHD θα μπορούσε να προσφέρει γρήγορη και εντελώς αθόρυβη διαδρομή.

Οι μηχανικοί εργάζονται σε μονάδες MHD για δεκαετίες και η αρχική ιδέα χρονολογείται από τη δεκαετία του 1960.

Το 1992, το Ιαπωνικό Ίδρυμα Πλοίων και Ωκεανών κατασκεύασε το Yamato-1, ένα πλοίο μήκους 30 μέτρων που δοκίμασε μια κίνηση MHD.

Ωστόσο, η κίνηση ήταν τόσο βαριά που το Yamato-1 μπορούσε να καταφέρει να κινηθεί κατά μήκος μόνο με ταχύτητα 6,6 κόμβων. Επίσης κατανάλωσε πολλή ενέργεια.

Αλλά οι ερευνητές λένε ότι το έργο απέδειξε ότι μια τέτοια κίνηση θα μπορούσε να λειτουργήσει και παρείχε χρήσιμα δεδομένα.

Το έργο Yamato έδειξε ότι θα χρειάζονταν πολύ πιο ισχυροί μαγνήτες, συν πιο στιβαρά ηλεκτρόδια – τα μέρη της μονάδας που έρχονται σε επαφή με το νερό.

Σύμφωνα με την κ. Swithenbank, το πρώτο από αυτά τα προβλήματα μπορεί κάλλιστα να επιλυθεί εύκολα τώρα, με μια νέα γενιά μαγνητών, που αναπτύχθηκε από τη βιομηχανία πυρηνικής σύντηξης.

Η σύντηξη είναι η αντίδραση που τροφοδοτεί τα αστέρια. Αλλά για να συμβεί αυτό εδώ στη γη, συχνά απαιτούνται εξαιρετικά ισχυροί μαγνήτες για να περιέχουν στροβιλιζόμενα σύννεφα καυτού πλάσματος.

Η δύναμη που παράγεται από αυτούς τους νέους μαγνήτες έχει παρομοιαστεί με διπλάσια της πίεσης στον πυθμένα της βαθύτερης ωκεάνιας τάφρου.

Το δεύτερο πρόβλημα, η προστασία των ηλεκτροδίων, θέλει ακόμα δουλειά

Ενώ είναι πλέον διαθέσιμοι πιο ισχυροί μαγνήτες, το δεύτερο πρόβλημα, ο τρόπος προστασίας των ηλεκτροδίων, χρειάζεται ακόμα δουλειά.


Το Yamato-1 που κυκλοφόρησε το 1992 ήταν ένα πρώιμο πείραμα με μονάδα MHD
Το μέταλλο διαβρώνεται όταν τοποθετείται σε θαλασσινό νερό και ένα ηλεκτρικό ρεύμα επιταχύνει αυτή τη διαδικασία. Μερικοί τύποι μαγνητικού πεδίου έχουν το ίδιο διαβρωτικό αποτέλεσμα.

Στο Yamato-1 βρέθηκε ότι τα ηλεκτρόδια έχανε περίπου το 3% της μάζας τους ετησίως.

Ο Jeffrey Long, ερευνητής χημικός στο Εργαστήριο Ναυτικής Έρευνας των ΗΠΑ (NRL), είναι ειδικός στις μπαταρίες και αναμένει να λάβει μέρος στο πρόγραμμα Darpa, μαζί με τον συνάδελφό του Zachary Neale.

«Αν έχετε τοποθετήσει ποτέ συνδετήρες σε ένα φλιτζάνι αλμυρού νερού συνδεδεμένο με μια μπαταρία 9 volt, θα παρατηρούσατε ότι το νερό παίρνει χρώμα επειδή το μέταλλο διαβρώνεται», λέει.

«Ουσιαστικά, θέλουμε ηλεκτρόδια που δεν διαβρώνονται, ενώ παράλληλα υποστηρίζουν την υψηλή πυκνότητα ηλεκτρικού ρεύματος που απαιτείται για αποτελεσματική λειτουργία».

Ωστόσο, οι βελτιώσεις στις επικαλύψεις από τις βιομηχανίες κυψελών καυσίμου και μπαταριών τα τελευταία χρόνια σημαίνουν ότι αυτό το πρόβλημα μπορεί κάλλιστα να είναι πλέον επιλύσιμο.

Αν και πρόκειται για σημαντικές προόδους, παραμένουν άλλα προβλήματα.

Η διέλευση ρεύματος μέσω του θαλασσινού νερού σπάει τον δεσμό υδρογόνου-οξυγόνου, δημιουργώντας φυσαλίδες αερίου στα ηλεκτρόδια που δημιουργούν αντίσταση και μειώνουν την απόδοση του MHD.

Θα πρέπει να δοκιμαστούν πιθανές λύσεις, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτροδίων διάχυσης αερίου που δημιουργούνται από τη βιομηχανία κυψελών καυσίμου. Άλλες τεχνικές σαρώνουν τις φυσαλίδες πριν δημιουργηθούν.

Τέλος, υπάρχει το θέμα της διάβρωσης, με τις φυσαλίδες που καταρρέουν να δημιουργούν κοιλώματα. «Είναι σαν να έχεις γυαλόχαρτο στο ηλεκτρόδιό σου», λέει η κυρία Swithenbank. Και εδώ, όμως, η εργασία σε άλλους κλάδους δείχνει υποσχόμενη.


Αν η ομάδα της Darpa μπορέσει να ξεπεράσει τα προβλήματα, τα πλεονεκτήματα αναφέρεται ότι θα είναι τεράστια.

Χωρίς κινούμενα μέρη, οι ηλεκτροκινητήρες MHD θα πρέπει να χρειάζονται πολύ λιγότερη συντήρηση από τα υπάρχοντα συστήματα πρόωσης.

«Αλλά ο πραγματικός λόγος που ενδιαφέρονται είναι ότι, επειδή δεν υπάρχουν κινούμενα μέρη, είναι επίσης πολύ πιο αθόρυβο», λέει η κ. Swithenbank. «Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι για την εθνική άμυνα, αυτό είναι ένα τεράστιο πλεονέκτημα».

Οι εργασίες για το έργο θα ξεκινήσουν σοβαρά την ερχόμενη άνοιξη, με ένα διετές πρόγραμμα για την ανάπτυξη υλικών – ιδίως υλικών ηλεκτροδίων – που θα ακολουθήσει μια περίοδος 18 μηνών για το σχεδιασμό, την κατασκευή και τη δοκιμή του δίσκου.

Ο στόχος είναι να παραχθεί μια πρωτότυπη μονάδα MHD που θα μπορούσε να προωθήσει ένα μικρό πλοίο, αλλά που θα μπορούσε να κλιμακωθεί ώστε να προωθήσει ένα πλοίο μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων ή ένα στρατιωτικό σκάφος.

Ο κινητήρας θα πρέπει επίσης να επιδεικνύει ενεργειακή απόδοση που θα μπορούσε να ταιριάζει με τα υπάρχοντα συστήματα προπέλας.

“Βλέπω να χρησιμοποιείται σε εμπορικά πλοία τα επόμενα πέντε χρόνια; Όχι. Αλλά είναι απολύτως δυνατό στο μέλλον”, λέει η κ. Swithenbank.

(photo: pixabay)

ΠΟΛΙΤΙΚΟΛΟΓΙΕΣ

ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΔΙΑΒΑΣΕΤΕ

Κύρια Θέματα

ΕΥΚΑΙΡΙΕΣ ΑΓΟΡΩΝ

Κάθε μέρα μαζί