p56

เรือดำน้ำ

เรือดำน้ำเป็นเทคโนโลยีที่แสนมหัศจรรย์ล้ำลึกลงไปถึงใต้ก้นมหาสมุทร แต่ก่อนการรบกันของมนุษย์จำกัดอยู่แต่เพียงบนบก แต่เมื่อมีเรือดำน้ำ โลกของการรบใต้น้ำก็ถือกำเนิดขึ้น ไม่เพียงแต่ใช้ในการสงครามเท่านั้น แม้แต่การกบดานอยู่ใต้น้ำ เป็นเดือนและปี โดยไม่โผล่ขึ้นมาเหนือน้ำเลยก็เป็นไปได้

แรงลอยตัว

เรือดำน้ำลอยและจมได้ ก็เพราะแรงลอยตัว ซึ่งเกิดจากน้ำ มีค่าเท่ากับน้ำหนักของน้ำที่ถูกแทนที่ ตามกฎแรงลอยตัวของท่านอาร์คีมีดีส แรงยกนี้มี่ทิศตรงกันข้ามกับแรงโน้มถ่วง ซึ่งพยายามดึงเรือให้จมลง เรือดำน้ำสามารถควบคุมขนาดของแรงลอยตัวได้ โดยจะให้ลอยอยู่ในระดับใต้น้ำลึกเท่าไรก็ได้

เรือดำน้ำใช้ถัง บัลลาสต์ ( ballast) ควบคุมการลอยตัว ถ้าต้องการจม ให้บรรจุน้ำจนเต็ม หรือไล่น้ำหรือดูดน้ำออก ถ้าต้องการจะลอย (ดูภาพเคลื่อนไหวด้านล่าง) ยกตัวอย่างเช่น ถ้าเราต้องการให้เรือดำน้ำลอยอยู่บนผิวน้ำ จะต้องไล่น้ำออกจากถัง บัลลาสต์ และอัดอากาศเข้าไปแทนที่ ทำให้ความหนาแน่นทั้งหมดของเรือดำน้ำ มีค่าน้อยกว่าน้ำ (แรงลอยตัวเป็นบวก) มันจึงลอยน้ำ แต่ถ้าต้องการให้เรือดำน้ำจม เราจะอัดน้ำเข้าไปในถังบัลลาสต์ และ ระบายอากาศออกจนความหนาแน่นของเรือดำน้ำมากกว่าน้ำ (แรงลอยตัวเป็นลบ) มันจะจม อากาศที่ใช้ในการอัดได้มาจากถังบรรจุที่อัดด้วยความดันสูงเก็บไว้อยู่ภายในเรือ ซึ่งอากาศนี้ใช้สำหรับการหายใจด้วย เรือดำน้ำมีปีกทำหน้าที่เหมือนปีกเครื่องบิน เรียกว่า ไฮโดรเพลน ( hydroplanes ) มีไว้สำหรับการเคลื่อนที่ เช่นปักหัวลงทำมุม 45 องศาหรือเบนหัวเรือขึ้นเป็นต้น

เพื่อให้เรือดำน้ำลอยอยู่ในระดับความลึกที่ต้องการ ผู้ควบคุมจะต้องรักษาปริมาตรของอากาศและน้ำในถัง บัลลาสต์ จนกระทั่งความหนาแน่นของเรือเท่ากับความหนาแน่นของน้ำ (แรงยกเท่ากับแรงลอยตัว)

ขณะที่ขับเคลื่อนเรือไปข้างหน้า ปีกไฮโดรเพลนมีหน้าที่รักษาระดับของเรือดำน้ำให้การเคลื่อนที่ยังอยู่ในแนวระดับเสมอ หรือถ้าเราปรับปีกของไฮโดรเพลนให้ทำมุมกับแนวระดับ จะทำให้เรือเฉิดหัวขึ้น หรือดิ่งลงได้ เรือดำน้ำสามารถเลี้ยวไปมาโดยอาศัยหางเสือที่อยู่ทางด้านหลัง เรือดำน้ำบางรุ่นมีมอเตอร์สามารถหมุนได้รอบ 360 องศา ไว้สำหรับช่วยแรงขับของเครื่องยนตร์

ถ้าต้องการให้เรือดำน้ำพุ่งขึ้นที่ผิวน้ำ เราจะอัดอากาศจากถังเก็บเข้าไปในถัง บัลลาสต์ จนกระทั่งความหนาแน่นของเรือน้อยกว่าน้ำ (แรงลอยตัวเป็นบวก) ขณะที่เรือเคลื่อนที่ ให้เราปรับปีกไฮโดรเพลนทำมุมกับระดับจนเกิดแรงซึ่งมีลักษณะเหมือนกับแรงยกตัวของปีกเครื่องบิน กดท้ายลง และหัวพุ่งขึ้น ทำให้มันพุ่งขึ้นเหนือน้ำ ในกรณีฉุกเฉิน เราสามารถบรรจุอากาศเข้าไปในถังบัลลาสต์อย่างรวดเร็ว ทำให้เรือพุ่งขึ้นอย่างทันทีทันใดได้

การดำรงชีวิต

ภายในเรือดำน้ำต้องมีสิ่งสำคัญที่มนุษย์ใช้ในการดำรงชีวิตอยู่ 3 สิ่งคือ

1. อากาศ

2. น้ำบริสุทธ์

3. อุณหภูมิ

อากาศ

อากาศที่เราใช้ในการหายใจ ประกอบด้วยก๊าซสำคัญ 4 ชนิดคือ

• ไนโตรเจน ( 78 % )

• ออกซิเจน ( 21% )

• อาร์กอน ( 0.94 % )

• คาร์บอนไดออกไซด์ ( 0.04 %)

เมื่อเราหายใจอากาศเข้าไป ร่างกายของเราจะดูดกลืนออกซิเจน และเปลี่ยนเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ทำให้ขณะที่หายใจออก มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา 4.5 % เทียบกับก๊าซทั้งหมด ส่วนก๊าซไนโตรเจน กับอาร์กอน ร่างกายไม่ได้ใช้ จึงหายใจออกมาทั้งหมด

อันที่จริงเรือดำน้ำก็คือถังก๊าซขนาดใหญ่ โดยบรรจุคนอยู่ภายในเท่านั้น มีหลัก 3 ประการที่จะรักษาอากาศภายในเรือดำน้ำสำหรับหายใจไว้ดังนี้

1. ถ้าจำนวนเปอร์เซนต์ออกซิเจนลดลง ต้องคอยเติมก๊าซออกซิเจนอยู่เสมอ ไม่เช่นนั้นคนที่ปฏิบัติงานภายในจะหายใจไม่ออก

2. ขณะที่ปริมาณของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้น ต้องคอยดูดซับก๊าซนี้ออก

3. ความชื้นจากการหายใจ ต้องถูกดูดซับออกเช่นเดียวกัน

ก๊าซออกซิเจนได้มาจากถังเก็บภายในเรือ หรือ เครื่องทำก๊าซออกซิเจน ที่เรียกว่า ออกซิเจน เจนเนอเรเตอร์ (เป็นกระบวนการอิเล็กโตรลีซิสของน้ำ โดยการแยกน้ำออกเป็นก๊าซไฮโดรเจนกับออกซิเจน ) การควบคุมปริมาณออกซิเจนภายในเรือ ใช้คอมพิวเตอร์ตรวจวัดจำนวนเปอร์เซนต์ของออกซิเจนในอากาศ เมื่อขาดไป ก็ปล่อยออกมาเป็นช่วงๆ

คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกดูดซับออกจากอากาศโดยใช้ สารโซดาไลม์ (Soda lime ) เรียกชื่อทางเคมีว่า โซเดียมไฮดรอกไซด์

ส่วนความชื้นถูกดูดซับออกด้วยเครื่องดูดความชื้น หรือโดยปฏิกิริยาทางเคมี ส่วนก๊าซอื่นๆ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ สามารถดึงออกได้โดยการเผาไหม้ และใช้แผ่นกรองดูดพวกอนุภาคฝุ่น สิ่งสกปรกออกจากอากาศ

น้ำบริสุทธ์

เรือดำน้ำขนาดใหญ่ มีเครื่องกลั่นน้ำที่สามารถทำน้ำจืดจากน้ำทะเลได้ กระบวนการกลั่นเริ่มต้นจากการที่ต้มน้ำให้กลายเป็นไอ แต่เกลือไม่ได้ระเหยตามน้ำไปด้วย เมื่อไอน้ำเย็นตัว จะกลั่นเป็นน้ำจืด เรือดำน้ำทั่วไปสามารถกลั่นน้ำจืดได้ 38,000 -150,000 ลิตรต่อวัน อย่านึกว่ามาก เพราะน้ำพวกไม่ได้เพียงแต่ใช้ดื่มอย่างเดียว ยังนำไปใช้หล่อเย็นอุปกรณ์ทางไฟฟ้า และคอมพิวเตอร์ อีกด้วย

อุณหภูมิ

อุณหภูมิของน้ำทะเลโดยรอบประมาณ 39 องศาฟาเรนไฮต์ ( 4 องศาเซลเซียส) เพราะโลหะที่ใช้ในการทำตัวเรือเป็นตัวนำความร้อนที่ดี จึงทำให้อุณหภูมิภายในเรือลดลงอย่างรวดเร็ว จึงต้องมีตัวทำความร้อนที่เพิ่มอุณหภูมิภายในเรือให้อยู่ในระดับที่ต้องการได้ พลังงานได้มาจากนิวเคลียร์ เครื่องยนต์ดีเซล หรือแบตเตอรี่ (ในกรณีฉุกเฉิน)

พลังงาน

เรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์ มีเตาปฏิกรณ์ เครื่องจักรแก๊สเทอร์ไบน์ เพื่อใช้ในการขับเคลื่อนใบพัด ทำให้เรือเคลื่อนที่ได้ (ในกรณีฉุกเฉินอาจต้องใช้มอเตอร์ในการขับเคลื่อนแทน)

เรือดำน้ำที่ใช้เครื่องยนต์ดีเซล มักมีเครื่องยนต์ตั้งแต่ 2 เครื่องขึ้นไป โดยอาจจะทำงานแยกกัน โดยเครื่องแรกไปหมุนใบพัด และอีกเครื่องหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แต่เครื่องยนต์ดีเซลต้องเติมน้ำมัน จึงไม่สามารถอยู่ใต้น้ำนานได้

ส่วนเรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์มีข้อได้เปรียบมากมาย เตาปฏิกรณ์ไม่ต้องอาศํยออกซิเจน ดังนั้น เรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์จึงอยู่ใต้น้ำได้นานกว่า เรือดำน้ำดีเซล สามารถอยู่ได้เป็นปี โดยไม่ต้องขึ้นมาเหนือน้ำเลยก็ได้

เรือดำน้ำ และ เรือบรรทุกเครื่องบินพลังงานนิวเคลียร์ ใช้หลักการเดียวกัน คือมีเตาปฏิกรณ์ ให้ความร้อนกับน้ำ เปลี่ยนให้เป็นไอน้ำและหมุนกังหันไอน้ำ ทำให้ใบพัดหมุน เป็นระบบเดียวกันกับที่ใช้ในโรงงานไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ เพียงแต่ว่า

• ขนาดของเตาเล็กและเบากว่า

• เชื้อเพลิงมีความเข้มข้นกว่า เพราะต้องนำไปใช้กับเตาขนาดเล็ก

ระบบนำร่อง

ใต้ท้องทะเลไม่ได้มีแสงไฟ เหมือนกับถนนนะครับ ดังนั้นผู้บังการที่ควบคุมเรือดำน้ำ เปรียบเสมือนกับคนตาบอด เมื่ออยู่ในท้องทะเล อย่างไรก็ตาม ผู้บังคับการต้องคอยตรวจสอบ ระบบ จีพีเอส ( global positioning system ) ที่สามารถคำนวณหาตำแหน่ง ละติจูด และลองติจูด ได้อย่างแม่นยำ แต่ว่าระบบนี้จะทำงานควบคู่กับระบบนำร่อง โดยแยกออกเป็น 2 ประเภทคือ ทางกล และไฟฟ้า ระบบนำร่องจะถูกปรับแต่งทุกๆ 150 ชั่วโมง ด้วย เรดาห์ และดาวเทียม

ระบบโซนาร์ในเรือดำน้ำ

การบอกตำแหน่งและระยะทางของเป้า โดยใช้ระบบโซนาร์ ปล่อยสัญญาณเสียงให้เคลื่อนที่ไปในน้ำ วิ่งเข้าหาเป้า และสะท้อนกลับจากเป้ามาที่เรือ เมื่อเราทราบความเร็วเสียงน้ำและเวลาทีเสียงใช้ในการเดินทาง เราสามารถคำนวณหาตำแหน่งของเป้าได้ เครื่องคอมพิวเตอร์ทำหน้าที่คำนวณระยะทางของเป้าแทนคน ได้อย่างรวดเร็ว สัตว์หลายชนิดใช้หลักของโซนาร์หาระยะของเหยื่อ เช่น ปลาวาฬ ปลาโลมา และค้างคาว เป็นต้น ระบบโซนาร์ยังใช้ในการปรับแต่งระบบนำร่อง โดยอาศัยภูมิประเทศของมหาสมุทรโดยรอบ

เครื่องช่วยชีวิต

ถ้าเรือดำน้ำจมลง เช่น ชนเข้ากับตอปิโด ระเบิดใต้น้ำ หรือแม้แต่การก่อวินาศกรรม ลูกเรือจะทำการส่งวิทยุของความช่วยเหลือ และปล่อยทุ่นขึ้นไปเหนือผิวน้ำบอกตำแหน่งที่เรือดำน้ำจม ทั้งนี้ทั้งนั้นขึ้นอยู่กับเหตุการณ์เฉพาะหน้าด้วย ถ้าเป็นเตาปฏิกรณ์ระเบิด และไม่สามารถใช้การได้ ผู้บังคับการสามารถเปลี่ยนมาใช้มอเตอร์โดยใช้พลังงานจากแบตเตอรี่อย่างเดียว

เหตุการณ์ร้ายแรงต่อไปนี้ ที่ลูกเรือมีโอกาสที่จะต้องเผชิญคือ

• น้ำท่วมเรือ

• ออกซิเจนเหลือน้อย

• ปริมาณของคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้น

• แบตเตอรี่หมด ระบบทำความร้อนเสียหาย และอุณหภูมิภายในเรือลดลง

เมื่อเกิดอุบัติเหตุขึ้นผู้บังคับการ ต้องนำเรือขึ้นมาบนผิวน้ำให้เร็วที่สุด แต่ถ้าไม่สามารถขึ้นได้ เครื่องมือช่วยเหลือเรียกว่า Deep - sumergence rescue vehicle (DRSV) เป็นวิธีหนึ่งที่สามารถช่วยชีวิตลูกเรือได้

ติดเครื่อง DSRV เข้ากับเรือดำน้ำ

DSRV สามารถเคลื่อนที่ไปหาเรือที่จม และติดเข้ากับฝาของเรือดำน้ำ สร้างฉนวนอากาศขึ้นโดยอัตโนมัติ ทำให้ฝาเปิดได้ง่าย ขนย้ายลูกเรือออกมา

หลังจากช่วยเหลือลูกเรือได้แล้ว การยกเรือดำน้ำขึ้น แพจะถูกวางไว้รอบเรือดำน้ำ และสูบอากาศเข้าไปในแพ ยกเรือให้ลอยขึ้น แต่นั่นจะต้องขึ้นอยู่กับสภาพการจมด้วย หรือลักษณะการจมของเรือดำน้ำนั้น