گلایدرهای زیر آبی Underwater Gliders

گلایدرهای زیر آبی “گِزا” نوعی وسیله نقلیه مستقل زیر آبی AUV است که به جای پیشرانه های سنتی پروانه ای از سیستم های پیشرانه با استفاده از شناوری متغیر استفاده می کنند.

گلایدرهای زیر آبی، از شناوری متغیر Variable Buoyancy و پروفایل حرکتی مشابه بالا پایین رفتن شناور های پروفایل Profiling Float استفاده می کنند، با این تفاوت که گلایدرها با استفاده از هیدروفیل (باله های زیر آبی) های تعبیه شده بروی آنها این حرکات بالا پایین را تبدیل به نیروی رانش به سمت جلو می کنند که به گلایدرها امکان حرکت به سمت جلو در حال رفتن به عمق را می دهد. پس از رسیدن به عمق معین، گلایدر شناوری را به مثبت تغییر داده و به سمت بالا حرکت می کنند و این کار مرتب تکرار می گردد.

اگرچه گلایدرها به قدرت زمزار AUVها نیستند، اما دایره عملیاتی و استقامت قابل توجه بیشتری دارند و می توانند ماموریت های نمونه برداری از اقیانوس ها را از ساعت ها (رنج کاری ای یو وی ها) به هفته ها، ماه ها و هزاران کیلومتر ارتقا دهند.

نمودار حرکتی دندانه ای شکل گلایدرها (بالا و پایین رفتن مداوم) می تواند اطلاعات خاصی را در مورد مقیاس های زمانی و مکانی موقت ارایه دهند که توسط AUVهای نیرومند قابل دستیابی نبوده و در صورت استفاده بسیار پر هزینه تر خواهد بود. طیف گسترده ای از طرح های گلایدرها توسط نیروی دریایی وسازمان های تحقیقاتی اقیانوس مورد استفاده قرار می گیرد. به صورت سنتی معمولن گلایدرها حدود صد هزار دلار قیمت دارند.

تاریخچه:

مفهوم گلایدر زیر آبی برای اولین بار در دهه ۱۹۶۰ میلادی، با یک نمونه اولیه به نام Concept Whisper مورد آزمایش قرار گرفت. الگوی سُر خوردن دندانه اره ای به همراه ویژگی مخفی بودن Stealth و موتور قدرت گرفته از شناوری برای اولین بار توسط ایوان فالون Ewan Fallon در طرح هیدرو گلایدر ثبت شده او در سال ۱۹۶۰ میلادی توصیف شده است.

در سال ۱۹۹۲ میلادی، دانشگاه توکیو آزمایشاتی بروی ALBAC انجام داد، یک گلایدر بدون سیستم کنترل شناوری و پایین رفتن توسط وزن خود گلایدر صورت می گرفت، این گلاید فقط یک دور میزد. پروژه DARPA SBIR پیشنهاد کار برای بررسی گرادیانت دمایی را در سال ۱۹۸۸ میلادی دریافت نمود. DARPA از وجود برنامه های تحقیقاتی مشابه توسط اتحاد جماهیر شوروی آگاه بود. ایده گلایدر توسط موتور با سیستم شناوری از طریق مبدل حرارتی توسط هنری اسومل Henry Stommel در مقاله ای در سال ۱۹۸۹ میلادی در مجله اقیانوس شناسی به دنیا معرفی شد، او سپس یک طرح گلایدر با نام Solcum را پیشنهاد کرد که توسط مهندس تحقیقات Doug Webb توسعه یافته و تولید شد. این گلایدر به افتخار نام دریانورد جاشوا اسلوکوم Joshua Slocum (اولین کسی که دور دنیا رو توسط قایق بادبانی دور زد) گلایدر اسلوکوم نامیده شد. برای دستیابی به امکان گردش دور زمین، آنها پیشنهاد استفاده از تفاوت حرارتی بین آبهای عمیق اقیانوس (۲ الی ۴ درجه) و دمای محیطی سطح آب را برای حرکت، به همراه انرژی باتری برای استفاده در سنسورها، ارتباطات و رایانه های ناوبری داند.

 

در سال ۲۰۰۳ میلادی نه تنها ایده این گلایدرهای حرارتی عملیاتی شده بودند، بلکه گلایدرهای باتری دار با کارآیی چشم گیر و مدت زمان کار بیشتر تولید شدند که بسیار فراتر از ای یو وی های سنتی عمل می نمودند. گلایدرها از آن زمان تاکنون بسیار پیشرفت کرده و مورد استفاده قرار گرفتند. گلایدرهای زیر آبی از آن زمان بسیار بسط پیدا کرده اند، گلایدرهای زیر آبی دانشگاه واشنگتن، موسسه اقیانوس شناسی Scripps Spray و گلایدرتلداین وب Teledyne Web Solcum سفرهای فرا اقیانوسی زیادی را برای مونیتور کردن وضعیت اقیانوس ها و دریافت اطلاعات متغیر اقیانوس شناسی به صورت انفرادی یا پروژه های گروهی صورت انجام داده اند. اولین گلایدر زیر آبی دون بال در سال ۲۰۱۱ میلادی با نام Sea Explorer   باهمکاری شرکت های فرانسوی توسعه یافت.

عملکرد گلایدرهای زیر آبی:

گلایدرهای زیر آبی به طور معمول اندازه گیری هایی از قبیل دما، رسانایی (برای محاسبه شوری)، جریان ها، فلورسانس کلروفیل، شکست و انعکاس نور (به خاطر ذرات معلق در آب)، اندازه گیری عمق و گاهی اوقات  شکست های آکوستیک یا صدای محیط را انجام می دهند. آنها با کمک تصحیح مسیر حرکتی دوره ای با استفاده از GPS سطح، سنسورهای فشار، حسگرهای شیب و قطب نما مغناطیسی حرکت می کنند.

کنترل دماغه توسط محفظ های آبی داخلی متحرک Ballast Tanks (کنترل توسط باتری) قابل کنترل است، فرمان حرکت به چپ و راست و بالا پایین توسط رادار ها (مثلا در گلایدر Solcum) و یا توسط بالاست تانک ها (مثلا در گلایدر SeaExplorer یا  Spray و یا Seaglider) صورت میگیرد. میزان شناوری گلایدرها باید با توجه به محدوده آب هایی که در آنها به ماموریت خواهند پرداخت تنظیم گردد. گلایدرها قابلیت تحمل فشار در عمق های مختلف را دارا هستند. در آگوست ۲۰۱۰ میلادی گلایدر SeaGlider توانست به عمق ۶۰۰۰ متی دست پیدا کند. گلایدرهای چینی در سال ۲۰۱۶ میلادی به همین عمق ها رسیده اند.

کلاس پروازی Liberdade با باله های خاص

در سال ۲۰۰۴ میلادی، دفتر تحقیقات نیروی دریایی ایالات متحده آمریکا شروع به تولید بزرگترین گلایدرهای زیر آبی دنیا با استفاده از تعبیه باله های مخصوص برای دستیابی به حداکثر راندمان هیدرودینامیکی بروی گلایدرهای زیر آبی کلاس Liberdade نمود. آنها این گلایدرها را در ابتدا برای ردیابی بی سر و صدای زیر دریایی های دیزلی در آبهای ساحلی طراحی نمودند که قادر بودند تا ۶ ماه به عملیات بپردازند. مدل های جدید با نام Zray برای ردیابی و شناسایی پستاندارن دریایی برای مدت زمان طولانی طراحی شده است. این گلایدرهای جدید از جت های آبی برای تنظیم کنترل دقیق و پیشرانش بروی سطح استفاده می کنند.

 

وضعیت کنونی گلایدرهای زیر آبی:

گرچه تاریخچه گلایدرهای آبی بسیار قدیمی تر از هنری استومل هستند و طرح های تحقیقاتی ثبت شده بسیاری در مورد تحقیقات بروی گلایدرهای زیر آبی وجود دارند که بسیار قدیمی تر هستند (می توانید یکی از این تحقیقات رو به زبان انگلیسی اینجا دانبود کنید)، اما امروزه این وسایل امکانات بسیاری در اختیار ما قرار میدهند. نیروی دریایی آمریکا، هر سال بیش از ۲۰۰ مدل از این وسایل سفارش داده و همزمان به مانند ماهوارها که سطح روی زمین را مورد بررسی قرار می دهند این گلایدرها زیر آب را به محدوده تاخت و تاز خود تبدیل نموده اند.

گلایدرهای امروزی قابلیت های پیشرفته تری از قبیل، امکان استفاده از جت ها در صورت نیاز، سیستم های جهت یابی پیشرفته، فرار از موانع، ارتباط با یکدیگر و رایانه های پیشرفته برای محاسبه مسیرهای حرکتی بدون نیاز به تصحیح GPS برای مدت طولانی را دارا هستند.

تیم ایراتک