مرجع معرفی جنگ افزار و تجهیزات نظامی - سامانه‌های پیشران مستقل از هوا AIP

مرتبه

تاریخ : سه شنبه 21 آذر 1391

قبل از خواندن متن کامل،متن زیر را ببخوانید
زیردریایی Type XVIIB در محل ساخت. تصویر بالا مربوط به زیردریایی آلمانی Type XVIIB U-1406 است که اندکی پس از پایان جنگ و در حالی که ساخت آن ناتمام مانده بود از آن گرفته شده است. این زیردریایی توسط نیروی دریایی ایالات متحده به غنیمت گرفته شد و بعدها نیروی دریایی انگلستان جهت کسب تجربه در استفاده از سامانه‌ی پیشران مبنتی بر تکنولوژی آب اکسیژنه، زیردریایی همتای آن یعنی U-1407 را با نام HMS Meteorite به خدمت گرفت.

وجود تمایل فراوان در زمینه به کارگیری سامانه‌های پیشران مستقل از هوا در زیردریایی‌های کوچک سبب شده شناورهای سطحی همواره با خطری بالقوه در آب‌های ساحلی روبرو باشند.
علاوه‌براین کشورهایی که توان ساخت و یا خرید زیردریایی های اتمی را ندارند تمایل فروانی به بکارگیری زیردریایی هایی مشابه انواع هسته‌ای که البته دارای برد عملیاتی و پایداری زیرسطحی کمتر و البته قیمت پایین‌تری هستند نشان می‌دهند. از انواع این زیردریایی‌ها می‌توان به زیردریایی آلمانی تایپ 209 و یا کیلو روسی اشاره کرد که قادرند بدون آمدن به سطح سه تا پنج روز را با اتکا به باتری‌های خود در سرعت پایین و در غوص کامل سپری کنند. این قابلیت با تکنولوژی‌های جدیدتر تا سه هفته الی یک ماه نیز افزایش پیدا کرده است. هر چند این زیردریایی‌ها در برابر زیردریایی‌های هسته‌ای کوچک به نظر می‌رسند اما توانایی‌ پیشران مستقل از هوا آنها را به خطراتی مهلک تبدیل می‌کند.

تاریخچه
با وجود موفقیت‌های اولیه‌ی زیردریایی‌ها مبتکران هنوز حریص به افزایش توانایی این جنگ‌افزارهای مهلک از طریق فارغ کردن آنها از نیاز به صعودهای متوالی بودند. انجام این کار جهت به دست آوردن ماده‌ی حیاطی اکسیژن انجام می گرفت؛ ماده‌ای که جهت راه‌اندازی ژنراتورهای دیزلی شارژ کننده‌ی باتری‌های زیردریایی‌ها ضروری بود. جهت محقق شدن این توانایی ایده‌های فراوانی مطرح شد؛ لکن در پایان موتور دیزلی حلقه باز، باتری‌های اسیدی و موتورهای الکتریکی به عنوان استانداردی مناسب و کارا جهت بکارگیری در زیردریایی‌های در غوص کامل مطرح شد، ساختاری که با کسب موفقیت‌های فراوان در طول دو جنگ جهانی کارایی خود را به همگان ثابت کرد.
حوالی سال 1930 یک دانشمند باهوش آلمانی به نام دکتر هلموت والتر (1900-1980) پیشنهاد بکارگیری پیشرانی را مطرح کرد که در آن از آب اکسیژنه‌ی (H2O2) با خلوص بالا به عنوان اکسید کننده استفاده می‌شد. در سامانه‌ی والتر آب اکسیژنه در یک منبع داخلی و به کمک نمک پرمنگنات به عنوان شتاب دهنده‌ی واکنش تجزیه شده و در خروجی اکسیژن و بخار گرم آب تولید می‌شود.

گرما + بخار آب +اکسیژن<==آب اکسیژنه

پس از انجام واکنش یادشده اکسیژن تولیدی به همراه سوخت دیزلی وارد یک محفظه واکنش می‌شود و گاز گرم خروجی آن به همراه بخار آب گرم تولید‌شده در مرحله‌ی پیشین یک توربین پرسرعت را به چرخش در می‌آورند. گاز خروجی و بخار آب در مرحله‌ی پایانی فشرده شده و از زیردریایی خارج می‌شود. جالب است بدانیم ویژگی بارز و مهم نمونه‌ی اولیه‌ی زیردریایی ساخته شده توسط والتر و البته هدف اولیه‌ی او دست‌یابی به سرعت بالاتر بود نه پایداری زیرسطحی! نمونه‌ی اولیه‌ و آزمایشی زیردریایی والتر وی80 نام داشت که در آزمایشاتی که در سال 1940 صورت پذیرفت توانست در حالت غوص کامل به سرعت 28.1 گره یعنی چیزی حدود 52 کیلومتربرساعت دست یابد این درحالی بود که زیردریایی‌های مشابه هم‌عصر وی80 حداکثر تا 10 گره سرعت می گرفتند!

با این تفاسیر زیردریایی 22 متری و 76 تنی والتر با رکورد سرعتی که بدست آورد، بستر را برای ورود سامانه‌های نوین کنترلی و دینامیکی جهت بکارگیری در زیردریایی‌های جدیدتر فراهم نمود.

وی80 با رکورد سرعتی که بدست آورد بستر را برای ورود سامانه‌های نوین کنترلی و دینامیکی جهت بکارگیری در زیردریایی‌های جدیدتر فراهم نمود.

بعدها و در طول جنگ نیروی دریایی آلمان اقدام به ساخت گونه‌ی عملیاتی زیردریایی اولیه‌ی والتر در اندازه‌ی بزرگتر و عملیاتی نمود که در پی آن و قبل از اشغال آلمان توسط متفقین تعداد هفت زیردریایی ساحلی Type XVIIB ساخته شد اما هیچ یک از این زیردریایی‌ها شانس بکارگرفته شدن در نبرد را بدست نیاوردند. زیردریایی‌های یادشده دارای تناژ جابجایی معادل 300 تن بودند و علاوه بر سیستم پیشران دیزل الکتریک توسط دو توربین که هریک توانی معادل 2500 اسب بخار تولید می کردند تجهیز شده بودند. البته ایده‌های دیگری نیز جهت ساخت زیردریایی‌های مبتنی بر سامانه‌ی طراحی‌شده توسط والتر جهت ساخت زیردریایی‌های بزرگ و اقیانوس‌پیما مانند Type XXVI 800 تنی و Type XVIII 1600 تنی نیز مطرح بودند اما با شکست آلمان در نبرد و همچنین عدم وجود امکانات صنعتی جهت تولید آب‌اکسیژنه‌ی کافی این ایده‌ها از محدوده‌ی ذهن طراحان فراتر نرفتند. با این وجود بعدها نوع بهبود یافته‌ و کاملا موفق زیردریایی Type XVIII یعنی Type XXI ساخته‌شد که در آن باتری‌های بزرگتری نصب شده بود و انرژی مورد نیاز زیردریایی را تا حداکثر 90 دقیقه تأمین می‌کرد. این ابداع و ترکیب آن با بکارگیری لوله‌ی هواکش، زیردریایی‌های طراحی شده در طول جنگ سرد و در دو سوی پرده‌ی آهنین را تحت تأثیر قرار داد.

پس از جنگ جهانی دوم
با پایان یافتن جنگ جهانی دوم بسیاری از کشورها تلاش کردند از ایده‌ی انقلابی دکتر والتر جهت متحول کردن ناوگان زیرسطحی خود استفاده کنند. آمریکا و انگلستان به ترتیب نمونه‌های ناقص زیردریایی‌های گونه‌ی XVIIB یعنی U-1406 و U-1407 را به عنوان غنایم جنگی تصاحب کردند و بعدها انگلیسی‌ها اقدام به ساخت نمونه‌ی آزمایشی مبتنی بر زیردریایی غنیمتی کردند که HMS Meteorite نام گرفت.

علاوه براین والتر و کارمندان کلیدی وی به انگلستان منتقل شدند تا از دانش آنها در طرح‌های شرکت Vickers Ltd جهت تولید نمونه‌های جدیدتر پیشرانه‌های آب‌اکسیژنه استفاده شود. حوالی سال 1950 نمونه‌های مبتنی بر زیردریایی Type XXVI طراحی شده توسط والتر ساخته شدند که HMS Explorer و HMS Excalibur نام گرفتند. با وجود این که این دو زیردریایی انتظارات نظری طرح‌ها را در ضمینه‌ی سرعت زیرسطحی عملی کردند، لکن وجود مخازن بزرگ آب‌اکسیژنه در آنها سبب بوجود آمدن خطری اساسی می‌شد؛ شایان ذکر است نام دو زیردریایی نیز بر همین اساس انتخاب شده‌بود. هر دو زیردریایی در دهه 1960 از خدمت خارج شدند.
همزمان شوروی نیز دست به کار شد و یک زیردریایی تقریبا موفق مبتی بر ایده‌ی والتر تولید کرد که در غرب از آن تحت عنوان وال یاد می‌شد. اما زیردریایی مستقل از هوای اصلی روس‌ها که بر اساس تحقیقات پیش از اتمام جنگ آنها و همچنین سامانه‌ی آلمانی Kreislauf ساخته شد؛ چیزی غیر از وال بود. این طرح که در سال 1956 اجرایی شد، در واقع زیردریایی کلاس QUEBEC بود که در آن یک سامانه‌ی دیزلی حلقه بسته سه محور شفت را می‌چرخاند و هوای مورد نیاز آن توسط یک مخزن اکسیژن فشرده تأمین می‌شد. با وجود ساخت حدود سی زیردریایی از این مدل، بنابر اطلاعات موجود ضریب امنیتی این زیردریایی‌ها بسیار پایین بود؛ به نحوی که از آنها تحت عنوان "فندک" نیز یاد می‌شد! کلیه‌ی زیردریایی‌های این کلاس در دهه‌ی 1970 از خدمت خارج شدند.

با وجود ساخت حدود سی زیردریایی از کلاس QUEBEC ، بنابر اطلاعات موجود ضریب امنیتی این زیردریایی‌ها بسیار پایین بود به نحوی که از آنها تحت عنوان "فندک" یاد می‌شد!

در همین حال آمریکایی‌ها نیز دست به کار شده و توربین 2500 اسب بخاری والتر که بر روی U-1406 قرار داشت و توربین 7500 اسب بخاری که برای زیردریایی Type XXVI در نظر گرفته شده بود را به غنیمت گرفته و آنها را به یک مرکز مهندسی دریایی واقع در آناپولیس مرکز ایالت مریلند منتقل نمودند. آنها سپس با در نظر گرفتن سامانه‌ی والتر و همچنین سامانه‌ی Kreislauf اقدام به انجام تحقیقات فراوان جهت ساخت زیردریایی‌های مستقل از هوا نمودند. سرانجام، افزایش غیرمنطقی که در اندازه و وزن طرح‌های نهایی مشاهده شد و همچنین آینده‌ی درخشانی که برای پیشرانه‌های مبتنی بر سوخت هسته‌ای دیده می‌شد، بیشترین تمرکز بر روی طرحی هسته‌ای صورت پذیرفت و سرانجام نخستین زیردریایی هسته‌ای جهان در ژانویه‌ی 1955 با نام USS Nautilus یا همان اس‌اس‌ان 571 پا به عرصه‌ی ظهور گذاشت.

آمریکایی‌ها ترجیح دادند به جای به کارگیری سامانه‌های مستقل از هوا از پیشران هسته‌ای استفاده کنند، که در نتیجه یو‌اس‌اس ناتولیس ساخته شد.

ایکس-1 نخستین زیردریایی مستقل از هوای آمریکا
به هر حال در سپتامبر 1955 نخستین زیردریایی ساحلی امریکایی‌ها با نام ایکس-1 یا اس‌اس‌ایکس1 که البته تنها زیردریایی کلاس خود بود ساخته شد. در این زیردریایی که در طرح آن از ساختار موفق زیردریایی انگلیسی گونه‌ی ایکس الهام گرفته‌شده بود از سامانه‌ی پیشران مستقل از هوای حلقه بسته‌ی آب‌اکسیژنه-دیزلی استفاده شد. ایکس1 در واقع جهت انجام عملیات‌های کماندویی در آب‌های کم عمق مطرح بود. زیردریایی 60 تنی و 15.2 متری ایکس یک مجهز به یک موتور دیزلی و یک موتور الکتریکی کوچک متکی بر باتری‌ به عنوان پیشران ثانویه بود. در سطح آب، اکسیژن مورد نیاز موتور از اتمسفر پیرامونی تأمین می‌شد، اما در زیر آب اکسیژن مورد نیاز از طریق تجزیه‌ی آب‌اکسیژنه در محفظه‌ی واکنش تأمین می‌گشت و در پایان گاز موتور و آب تولیدی از واکنش، تغلیظ و فشرده شده و در دریا رها می‌شد. در ایکس1 مقدار 400 گالن آب‌اکسیژنه در محفظه‌ای از جنس پلى وینیل کلراید در قسمت جلوی زیردریایی بارگیری می‌شد و حداکثر تعداد خدمه‌ی آن چهار نفر بود.
پس از انجام آزمایشات فراوان دریایی ایکس1 و مواجه شدن با شکست‌های متعدد در حوضچه‌ی ساخت پورتموث، سرانجام در فوریه 1957 ایکس1 عملکرد مورد نظر طراحان را به نمایش گذاشت، لکن انفجار محفظه‌ی آب‌اکسیژنه‌ی زیردریایی در می 1957 موجب صرف‌نظر استفاده از آب‌اکسیژنه در زیردریایی شد. هرچند این حادثه تلفات جانی در پی نداشت اما پیشران زیردریایی به دیزل/الکتریک مبتنی بر باتری تغییر پیدا کرد. بعدها افسر مسؤل زیردریایی درباره پیشران مورد استفاده نوشت: "مهمترین درسی که از این پروژه به دست آمد این بود که آب‌اکسیژنه‌ی مجتمع بی ثبات هیچ جایی در شناورهای نظامی ندارد!"

سامانه های مستقل از هوا در حال حاضر
با وجود آنکه کشورهای با نیروی دریایی بزرگتر مانند شوروی، انگلستان و آمریکا به محض عملی شدن امکان استفاده از سوخت هسته‌ای در زیردریایی‌ها، بر روی ساخت زیردریایی‌های هسته‌ای متمرکز شدند؛ کشورهای با نیروی دریایی کوچکتر جهت دفاع از آب‌های ساحلی خود بر روی زیردریایی‌های دیزل‌الکتریک سرمایه گذاری کردند. برخی از این کشورها برای تکمیل و اصلاح زیردریایی آلمانی گونه XXI شروع به سرمایه‌گذاری نمودند و برخی دیگر که به دنبال دست‌یابی به پایداری زیرسطحی بیشتری بودند؛ بر روی طرح‌ها و ایده‌های جدیدتری شروع به کار کردند. در واقع همه‌ی این تلاش‌ها جهت دست‌یابی به سامانه‌های پیشرانه‌ی اصطلاحاً حلقه بسته صورت می گرفت. چهار گونه‌ی اصلی سامانه‌های مستقل از هوا که در زیردریایی‌های امروزی کاربرد دارند عبارت‌اند از:
l سامانه حلقه بسته موتور دیزل، مبتنی بر آب‌اکسیژنه ذخیره‌شده (LOX)
l سامانه حلقه بسته توربین بخار
l موتور گرمایی حلقه استرلینگ با احتراق خارجی
l سلول‌های سوختی هیدروژن اکسیژن

موتور حلقه بسته‌ی دیزلی
معمولا سامانه‌های حلقه‌ی بسته‌ی دیزلی CCD از یک موتور دیزلی استفاده می‌کنند که اکسیژن مورد نیاز آن در سطح و یا در زیر آب و به وسیله‌ی لوله‌ی مکش هوا تأمین می گردد. اما در صورت عدم به کارگیری لوله‌ی مکش موتور از اتمسفر ساختگی تغذیه می‌کند، این اتمسفر به وسیله‌ی محفظه‌ای حاوی اکسیژن فشرده، یک گاز خنثی (معمولاً آرگون) و محصولات بازیافت‌شده‌ی موتور، تأمین می‌گردد. گاز خروجی موتور حاوی مقدار زیادی کربن‌دی‌اکسید، نیتروژن و بخار آب است، این محصولات خنک و تصفیه شده و به محتویات اصلی خود تجزیه می‌شود و گاز آرگون آن نیز بازیافت شده به مانیفلد ورودی بازگردانده می‌شود. گازهای باقیمانده با آب دریا مخلوط شده و سپس در دریا رها می‌شوند. به طور معمول اکسیژن فشرده شده در حقیقت همان آب‌اکسیژنه است که در مخازنی معین ذخیره می‌شود.
سامانه‌ی CCD با مشارکت کشورهای آلمان، انگلستان، هلند و برخی کشورهای دیگر توسعه داده شده است. به هرحال به استثنای موتور 300 اسب بخاری که در زیردریایی ex-U1 و در سال 1993 به کار گرفته شد، CCD در هیچ شناور مدرن دیگری به کارگرفته نشد. اخیراً انگلستان نوعی سامانه‌ی CCD جدید جهت بروزرسانی زیردریایی‌های امروزی مانند نه زیردریایی‌ Type 209 کره‌‌ی جنوبی طراحی کرده است. با وجود آنکه مزیت سامانه‌ی CCD سادگی بکارگیری آنها در زیردریایی‌های دیزل الکتریک است اما هنوز در هیچ شناوری به کارگرفته نشده است. علیرغم وجود برخی پیچیدگی‌ها در بکارگیری سامانه یادشده به ویژه موضوع استفاده از اکسیژن فشرده و گاز خنثی، برخی ملاحظات منطقی سبب می‌شود سامانه‌های مبتنی بر موتور و سوخت دیزلی همچنان به عنوان یک استاندارد مطرح باشد.

شماتیک سامانه CCD

سامانه حلقه بسته‌‌ی توربین بخار

تنها سامانه‌ی توربین بخاری ساخته‌شده‌ی مستقل از هوای جهان یک سامانه‌ی فرانسوی به نام MESMA است. این سامانه در اصل بر اساس حلقه‌ی آلترناتور توربینی رانکین ساخته شده که در آن انرژی مورد نیاز از طریق واکنش اتانول و اکسیژن ذ‌خیره شده در فشار 60 اتمسفر، تأمین می‌گردد. این واکنش تحت فشار سبب می‌گردد امکان آزادسازی کربن‌دی‌اکسید تولیدی در هر عمقی و بدون نیاز به کمپرسور امکان‌پذیر باشد.
اساساً باید گفت MESMA شاخه‌ای از برنامه ساخت پیشران هسته‌ای توسط فرانسه است که در آن از روشی غیر هسته‌ای برای تولید بخار حرکت‌دهنده‌ی توربین استفاده می‌شود. علیرغم آنکه MESMA می تواند توانی بیش از سایر سامانه‌ها تولید نماید، اما بازدهی آن ذاتاً کمتر از سایر سامانه‌ها بوده و نسبت اکسیژن مصرفی بیشتر از سه ساختار دیگر است. اولین بکارگیری عملی و کامل سامانه‌ی یاد شده در سه زیردریایی آگوستا 90بی پاکستانی صورت گرفته است، به نحوی که هر زیردریایی مجهز به یک سامانه با قدرت دویست کیلوات بوده و قادر است در سرعت 4 گره، سه تا پنج روز در زیر آب بماند.

شماتیک سامانه مستقل از هوای MESMA

موتور حلقه استرلینگ

در حلقه استرلینگ مقدار ثابتی از یک سیال عامل ایزوله‌‌ (عموماً یک گاز خنثی) توسط منبعی خارجی گرم شده و یک حلقه متوالی ترمودینامیکی فشار-حجم را طی می‌کند. به این ترتیب که گاز گرم شده منبسط می‌شود و یک پیستون را به حرکت در ‌می‌آورد، گاز در حین انبساط وارد یک محفظه‌ی مجزای دیگر شده و بدین ترتیب با طی فرآیند انبساط دمای آن کاهش پیدا می‌کند، از این خاصیت می توان برای تبدیل انرژی گرمایی به مکانیکی و راه اندازی یک ژنراتور الکتریکی استفاده کرد. در مقایسه با شیوه احتراق در CCD این ساختار نیز همانند MESMA برخی مزایای ذاتی دارد، چراکه در آن منبع تولید گرما از قسمت مکانیکی جدا است؛ فلذا این خاصیت سبب می‌شود در طراحی بخش اگزوز و ملزومات ایزولاسیون صوتی انعطاف پذیری بالایی حاصل شود.

سامانه حلقه استرلینگ یک ساختار جدید مستقل از هوا محسوب می‌گردد که به تازگی وارد عرصه شده است. شرکت سوئدی صنایع دریایی Kockums گونه‌ی ابتدایی این سامانه را در سال 1989 در محیط دریا آزمایش کرد و در حال حاضر سه زیردریایی کلاس گاتلند این کشور هر یک به دو سامانه‌ی اضافی حلقه استرلینگ مجهز شده‌اند، که هر یک دارای توان 75 کیلوات هستند. این سامانه‌ها از اکسیژن فشرده و سوخت دیزلی جهت تولید گرما استفاده می‌کنند و در کنار ساختار دیزل الکتریک اصلی به شارژ باتری‌ها کمک می کنند. این ساختار زیردریایی‌های 1500 تنی گاتلند را قادر می‌سازد در سرعت پنج گره تا حدود دو هفته در غوص کامل بمانند.

سلول‌های سوختی
به زبان ساده سلول سوختی ابزاری است که در آن طی فرایندی الکتروشیمیایی هیدروژن و اکسیژن ترکیب شده و در خروجی آب، الکتریسیته و گرما تولید می‌شود. سلول‌های سوختی پیش از این در صنایع فضایی و خودروسازی مورد استفاده واقع شده و بسیاری آینده‌ی خوبی را برای این تکنولوژی در ضمینه‌ی سامانه‌های پیشران مستقل از هوا پیش‌بینی‌ می‌کنند. در استفاده از این تکنولوژی پیکربندی‌های متعددی وجود دارد، اما آنچه در زیردریایی‌ها به کار می‌رود، از نوع غشا پلیمر الکترولیت یا PEM است؛ چراکه اتلاف گرمایی آن بسیار پایین (80 درجه سانتیگراد) است. در یک سلول PEM، هیدروژن تحت فشار از سمت آند وارد سلول می‌شود و در آنجا به کمک کاتالیزوری پلاتینیومی هر جفت مولکول هیدروژن به چهار یون و چهار الکترون آزاد تجزیه می‌گردد. الکترون‌های آزاد شده، آند را به سوی مداری خارجی ترک کرده و ایجاد جریان می‌نمایند. در همین حین و در سوی کاتد مولکول اکسیژن به کمک کاتالیزور به دو اتم مجزا شکسته می‌شود، الکترون‌های خارج شده از آند در طول مدار به سمت کاتد جاری می‌شوند تا در واکنشی دیگر جهت تکمیل پوسته‌ی الکترونی محصول واکنش یعنی آب، شرکت داده‌شوند. غشا پلیمری بین آند و کاتد مانع از عبور الکترون‌ها می‌شود؛ لکن یون‌های مثبت هیدروژن به راحتی از آن به سمت کاتد حرکت می‌کنند، تا از طریق برقراری پیوند با اتم‌های اکسیژن تولید آب نمایند. این فرآیند را به طور خلاصه می توان از طریق فرمول 2H2 + O2 => 2H2O بیان کرد. مزیت اصلی سلول‌های سوختی این است که خروجی اگزوز آن آب خالص است! از آنجا که هر سلول سوختی تنها 0.7 ولت DC را تولید می‌نماید، فلذا برای دستیابی به ولتاژهای بالاتر لازم است تعدادی معین از سلول ها را سری کرد و برای دستیابی به جریان بیشتر باید سلول‌‌ها را به صورت موازی به یکدیگر متصل کرد.

مهم‌ترین چالشی که سامانه‌های مستقل از هوای سلول سوختی با آن مواجه هستند نحوه‌ی ذخیره‌سازی واکنش‌گرهاست. هرچند اکسیژن را می‌توان در امنیتی نسبی و به صورت آب اکسیژنه ذخیره کرد؛ امّا ذخیره تحت فشار و به صورت مایع هیدروژن به شدّت خطرناک است. یک راه برای حل این مشکل حمل هیدروژن به صورت ترکیبات فلزی هیدروژن‌دار در فشار پایین و در دمای محیطی دریاست. فلزات هیدروژن‌دار جامداتی حاوی یک آلیاژ فلزی و هیدروژن هستند که در آنها هر اتم هیدروژن درون یک شبکه‌ی کریستالی فلزی محصور می گردد. با تغییر دما و فشار می‌توان هیدروژن را به طور دلخواه آزاد و یا جذب کرد. یک روش دیگر و البته با بازدهی کمتر برای ذخیره سازی هیدروژن، استفاده از ترکیبات هیدروکربی مانند سوخت‌های دیزلی، نفت سفید و یا متانول است. در این روش استفاده از ابزاری کمکی به نام رفرمر ضروری است که به وسیله‌ی آن دمای ترکیب آب و مایع هیدروکربنی را تحت فشار زیاد، بالا برده و در خروجی هیدروژن و کربن‌دی‌اکسید تولید می‌شود.
در حال حاضر شرکت های متعددی ساختارهای سلول سوختی متفاوتی را جهت بکارگیری در سامانه‌های مستقل از هوا ارائه داده‌اند. که در این میان برجسته‌ترین محصول سلول‌های ساخته شده توسط شرکت آلمانی زیمنس است، این شرکت با همکاری شرکت آلمانی HDW و شرکت ایتالیایی Fincantieri، تأمین سلول‌های مورد نیاز زیردریایی‌های آلمانی و ایتالیایی1840 تنی یو212 را تقبل کرده‌است. هر زیردریایی توسط نه سلول 34 کیلوواتی تجهیز شده، بدین ترتیب جمعاً 300 کیلووات یا 400 اسب بخار در خروجی خواهیم داشت. با ذخیره‌ی هیدروژن به صورت فلزات هیدروژن‌دار، سامانه قادر است تنها به وسیله‌ی سلول‌ها و در سرعت 8 گره تا 14 روز در غوص کامل بماند. شرکت زیمنس همچنین بر روی سلول‌هایی با توان خروجی 120 کیلووات کار کرده، که دو عدد از آنها بر روی هر زیردریایی‌ 1860 تنی یو214 (نمونه صادراتی یو212) نصب شده‌است. کشورهای دیگری از جمله روسیه و کانادا نیز جهت بروزرسانی زیردریایی‌های قبلی و همچنین بکارگیری در زیردریایی‌های جدید بر روی تکنولوژی سلول‌های سوختی سرمایه گذاری کرده‌اند.
مصرف اکسیژن کمتر و بازدهی بیشتر از جمله برتری‌های این تکنولوژی نسبت به سایر سامانه‌ها محسوب می‌گردد.

آینده‌ی سامانه‌های مستقل از هوا
هرچند طرح پیشنهادی والتر بسیار هوشمندانه و کاملاً عملی بود و ویژگی قابل ستایش آن توان خروجی بالای آن یعنی 5000 اسب بخار آن هم در سال 1945بود؛ سامانه‌های مستقل از هوای امروزی معمولاً تنها توانی معادل 400 اسب بخار (300 کیلووات) تولید می‌کنند. در مقایسه با سامانه‌های مستقل از هوا، توان تولیدی پیشران دیزل الکتریک زیردریایی آلمانی یو212، 3000 اسب بخار و یک پیشران هسته‌ای عادی 20000 اسب بخار است. نظر به اینکه توان مورد نیاز جهت به حرکت در آوردن یک زیردریایی در زیر آب به سرعت آن بستگی دارد، مشخصاً در آینده‌ای نزدیک سامانه‌های مستقل از هوا به عنوان سامانه‌های پیشران اصلی و با ارزش جهت حرکت در سرعت پایین و پایداری در زیر آب بالا در صنایع زیرسطحی مطرح خواهد شد. انتظار می رود در آینده‌ای نه چندان دور این سامانه‌ها به عنوان رقبایی قدرتمند در برابر سامانه های دیزلی و هسته‌ای قد علم کنند. با توجه به تکنولوژی سلول‌های سوختی استفاده از عبارت "حلقه بسته" جهت معرفی سامانه‌های مستقل از هوا عبارت اشتباهی است، ضمن اینکه این سامانه‌ها به علت نیاز به تخلیه‌ی خروجی اگزوز خود دارای محدودیت در ضمینه‌ی قابلیت پنهان‌کاری و همچنین عمق حرکت هستند.
با این وجود هیچ متجاوزی نباید قابلیت‌های جدی دفاع ساحلی و منطقه‌ای زیردریایی‌های مستقل از هوا را دست کم بگیرد. در صورتی که ویژگی‌های ممتاز این زیردریایی‌ها توسط خدمه‌ای باتجربه و حرفه‌ای به کار گرفته شود، این زیردریایی‌ها قادرند به راحتی در عملیات‌های برد کوتاه و برد متوسط دشمنان خود را با چالش روبرو سازند. در صورت مهیا بودن شرایط زیردریایی قادر است جهت ذخیره‌ی قدرت پایداری زیرسطحی در سطح حرکت کند و در زیر آب در سرعت پایین و پایداری بالا اقدام به گشت‌زنی کند و باتری‌ها را تا مدت طولانی در وضعیت شارژ کامل نگه‌دارد، این امر سبب می‌شود زیردریایی بتواند طی زمانی کوتاه و برای مدتی معین به سرعت‌های بالا دست پیدا کند. در صورت بکارگیری صحیح و با دقت توانایی‌های زیردریایی، این جنگ‌افزار قادر است بارها و بارها و برای هفته‌های متوالی عمل یادشده را تکرار نماید. علاوه براین پیش‌بینی می‌شود سامانه‌های مستقل از هوا به سرعت توسعه یافته و پیشرفت کنند؛ به عنوان مثال گفته می‌شود توان تولیدی سلول‌های سوختی دو تا سه برابر افزایش خواهد یافت، فلذا توان عملیاتی زیردریایی‌ها بیش از پیش افزایش خواهد یافت.
انعطاف‌پذیری عملیاتی بالا، اندازه کوچک و پنهان‌کاری بسیار قوی، زیردریایی‌های مستقل از هوا را به رقیبی قدرتمند در برابر زیردریایی‌های معتاد به پیشران دیزلی یا هسته‌ای بدل خواهد کرد! بنابراین هر کشوری که فکر روبرو شدن با این زیردریایی‌ها را در سر می‌پروراند باید به دقت ابتدا، وضعیت فعلی و چیستی تکنولوژی مستقل از هوا را زیر نظر بگیرد.

گردآوری و ترجمه‌شده توسط: مهندس محمّدمهدی محمّدی

کارشناس الکترونیک و مخابرات دریایی

devoutmahdi@gmail.com

تنظیم شده جهت چاپ در مجله جنگ‌افزار

براساس مقاله‌ای از دکتر ادوارد سی ویتمن