وكالة أمريكية بصدد إنتاج محرك بلا أجزاء متحركة للسفن والغواصات
صدر الصورة، Getty Images
شون كونوري في دور البطولة في فيلم “صيد أوكتوبر الأحمر”
تقول سوزان سويثنبانك من وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية الأمريكية المتقدمة (داربا): “إذا كنت تعتقد أنني أقوم بمهمة صيد أكتوبر الأحمر فإن الإجابة هي نعم”.
في فيلم “صيد أكتوبر الأحمر ” الذي انتج عام 1990 ولعب دور البطولة فيه الممثل الراحل شون كونوري تظهر فيه غواصة سوفيتية تحمل أسم أكتوبر الأحمر تتمتع بنظام دفع شبه صامت مما يجعل من الصعب للغاية اكتشافها.
الآن ، بعد 30 عامًا من الفيلم ، تعمل داربا على تطوير نظام دفع بحري مشابه لـ “محرك كاتربيلر” الموصوف في الفيلم.
النظام الذي يُطلق عليه المحرك المغناطيسي الهيدروديناميكي (MHD) ، لا يحتوي على أجزاء متحركة على الإطلاق بل يقتصر على المغناطيس والتيار الكهربائي.
إنه يعمل عن طريق توليد مجال مغناطيسي بزاوية قائمة للتيار الكهربائي. هذا يخلق قوة تسمى قوة لورنتز التي تحرك مياه البحر وتدفع المركب إلى الأمام.
يعمل المهندسون على محركات MHD منذ عقود من الزمن وتعود الفكرة الأصلية إلى الستينيات من القرن الماضي.
في عام 1992 ، قامت مؤسسة السفن والمحيطات اليابانية ببناء السفينة ياماتو-1. كان طولها 30 مترًا وكانت مزودة بمحرك MHD.
كانت حركة ياماتو-1 ثقيلة جدًا لدرجة أن سرعتها لم تتجاوز 6.6 عقدة، كما أنها استهلكت الكثير من الطاقة.
ويرى الباحثون إن المشروع أثبت أن قوة الدفع هذه يمكن أن تنجح كما وفر المشروع بيانات مفيدة.
يقول هيروميتسو كيتاجاوا، الباحث في معهد أبحاث سياسة المحيطات الذي يضم ايضاَ مؤسسة السفن والمحيطات اليابانية، إن مشروع ياماتو-1 وفر معلومات قيمة عن نقاط ضعف وعيوب السفينة والمواد التي يجب أن تستخدم في المشروع عندما نبني السفينة ياماتو-2 مستقبلاً.
كما أظهرت أننا بحاجة إلى قوة مغناطيسية كبيرة واقطاب كهربائية أكثر متانة حيث انها تمثل أجزاء المحرك المغناطيسي الهيدروديناميكي التي تلامس مياه البحر.
وفقًا لسويسنبانك إن أولى هذه المشكلات قد تكون قابلة للحل بسهولة الآن، مع ظهور جيل جديد من المغناطيسات التي تم التوصل إليها بفضل التقدم الذي حدث في مجال الاندماج النووي.
تم بناء السفينة ياماتو-1 في عام 1992 في اليابان وكانت اول سفينة تسير بمحرك مغناطيسي هيدروديناميكي
الاندماج النووي هو عملية التفاعل التي تمد النجوم بالطاقة. ولكن لتحقيق ذلك هنا على الأرض غالبًا ما يتطلب ذلك مغناطيسًا قويًا للغاية لاحتواء سحب البلازما الساخنة المحترقة.
تبلغ القوة الناتجة عن المغناطيسات الجديدة ضعف قوة الضغط في أعمق نقطة من قاع المحيط.
في حين أن المغناطيسات الأكثر قوة متوفرة الآن فإن المشكلة الثانية هي كيفية حماية الأقطاب الكهربائية حيث لا تزال هناك حاجة الى المزيد من العمل.
يتآكل المعدن عند وضعه في مياه البحر ويسرع التيار الكهربائي من هذه العملية. بعض أنواع المجال المغناطيسي لها نفس تأثير التآكل.
كانت نسبة التآكل في ياماتو -1 حوالي 3 في المئة من كتلتها سنويًا.
جيفري لونغ، الكيميائي في مختبر الأبحاث البحرية الأمريكية متخصص في مجال البطاريات ويتوقع أن يشارك في برنامج داربا جنبًا إلى جنب مع زميله زاكاري نيل.
يقول لونغ: “إذا سبق لك أن وضعت دبوساً في كوب ماء مالح متصل ببطارية 9 فولت ، فستلاحظ أن لون الماء بدأ يتغير لأن المعدن يتآكل”.
“نحن بحاجة إلى أقطاب كهربائية لا تتآكل وقادرة على الحفاظ على كثافة التيار الكهربائي العالية المطلوبة للأداء الفعال”.
التحسينات في الطلاء من قبل صناعات خلايا الوقود والبطاريات في السنوات الأخيرة تعني أن هذه المشكلة قد تكون قابلة للحل الآن.
في حين أن هذه التحسينات تمثل تقدماً مهماً لكن لا تزال هناك مشاكل أخرى.
يؤدي تمرير التيار الكهربائي عبر مياه البحر إلى كسر رابطة الهيدروجين والأكسجين مما يخلق فقاعات غازية على الأقطاب الكهربائية مما يؤدي إلى خلق مقاومة وبالتالي تقليل كفاءة المحرك المغناطيسي الهيدروديناميكي.
يجب اختبار الحلول المحتملة، بما في ذلك أقطاب تبديد الغاز التي توصلت إليها صناعة خلايا الوقود. هناك تقنيات أخرى تزيل الفقاعات قبل أن تتراكم.
أخيرًا هناك مشكلة التآكل حيث تؤدي الفقاعات المنهارة إلى حدوث تآكل. تقول سويثنبانك: “الأمر يشبه وضع ورق الصنفرة على القطب الكهربائي”. هنا أيضًا يبدو العمل في الصناعات الأخرى واعدًا.
إذا تمكن فريق داربا من التغلب على هذه المشكلات فستكون المنافع هائلة.
بدون أجزاء متحركة ، لن تحتاج محركات MHD إلى صيانة تذكر مقارنة بأنظمة الدفع الحالية.
تقول سويثنبانك: “لكن السبب الحقيقي الذي يجعل الجميع مهتمًا بهذا المحرك هو أنه نظرًا لعدم وجود أجزاء متحركة فيه ، فهو أيضًا أكثر هدوءًا إلى حد كبي”. “ليس هناك شك في أن هذه ميزة كبيرة للدفاع الوطني.”
كما يمكن أن يكون النظام الهادئ الذي لا يحتاج إلى مراوح خطرة أفضل للحياة البحرية أيضًا.
يبدأ العمل الجدي في المشروع في الربيع المقبل ضمن برنامج مدته سنتان لتطوير المواد وعلى وجه الخصوص مواد الأقطاب الكهربائية تليها فترة 18 شهرًا لتصميم وتصنيع واختبار آلية الدفع.
الهدف هو إنتاج نموذج أولي من محرك MHD يمكنه دفع سفينة صغيرة ولكن يمكن زيادة حجمه لدفع سفينة حاويات أو سفينة عسكرية.
يتعين على المحرك أيضًا إظهار كفاءة من ناحية استهلاك الطاقة تضاهي أنظمة الدفع المروحية الحالية.
“هل أتوقع أن يُستخدم هذا المحرك في السفن التجارية في السنوات الخمس المقبلة؟ الجواب لا، لكن هذا ممكن تمامًا في المستقبل”.
