یخ‌شکن‌ها؛ کشتی‌هائی که کشتیرانی را ممکن می‌سازند!

تقریباً تا یک قرن پیش، ترافیک کشتیرانی در خیلی از آبراه‌ها به‌دلیل تشکیل یخ در زمستان، یک توقف منظم را تحمل می‌کرد. این نکته کاملاً محسوس است که یخ‌شکن‌های امروزی، در نیمه …

تقریباً تا یک قرن پیش، ترافیک کشتیرانی در خیلی از آبراه‌ها به‌دلیل تشکیل یخ در زمستان، یک توقف منظم را تحمل می‌کرد. این نکته کاملاً محسوس است که یخ‌شکن‌های امروزی، در نیمه دوم قرن ۱۹ میلادی، به‌عنوان نتیجه‌ای از پیشرفت تکنولوژی ساخته شده‌اند. انگیزهٔ مهم برای توسعهٔ این کشتی‌های ویژه، توسط کارخانجات کشتی‌سازی آلمان داده شده و تصمیم روسیه در تابستان سال ۱۹۹۱ م مبنی بر ایجاد مسیر دریای شمال برای توسعه کشتیرانی بین‌المللی، مسلماً یک چراغ راهنما برای پیشرفت تکنولوژی این کشتی‌ها بود.

کشتیرانی در مسیرهائی که دارای مرز آب و یخ هستند، به اندازهٔ خود کشتیرانی قدمت دارد؛ اما برای قرن‌ها، مبارزه با این مسئله به اندازهٔ کافی هدفدار نبوده و نیروی جسمانی افراد و حیوانات همراه آنها نیز جوابگو نبوده است. راه‌حل‌های دیگر، نظیر استفاده از چراغ نیز مؤثر واقع نشد.

تاریخ یخ‌شکن‌ها به‌طور مشخصی به زمانی برمی‌گردد که نیروی مکانیکی برای ایجاد سیستم محرکهٔ مناسب نظیر پروانهٔ کشتی و استفاده از آهن و فولاد در کشتی‌سازی معرفی شده و یک موقعیت مناسب به‌وجود آورده بود.

در همان زمان، احتیاج به داشتن یک تکنولوژی مؤثر در یخ‌شکن‌ها بیشتر احساس می‌شد. شتاب زیاد برای صنعتی شدن و افزایش حجم حمل و نقل، موجب افزایش جابه‌جائی کالاها در بنادر شد.

در عین حال وجود مشکل یخ در آن مسیرها باعث خسارت‌های مالی فراوانی می‌شد. زمستان سخت سال‌های ۷۱ و ۱۸۷۰ م در هامبورگ موجب طرح این پرسش شد که راه‌حل برطرف نمودن این مشکل در چه وسیله‌ای و با چه ویژگی‌هائی نهفته است؟

مهندس C-F Steinhaus، کشتی مخصوصی را طراحی کرد که قادر بود کانال قابل کشتیرانی یخ زده را برای خود و دیگر کشتی‌ها باز نماید؛ کاری که کشتی‌های پیشین توانائی انجام آن را نداشتند. مشخصات اولین یخ‌شکن (یخ‌شکن شمارهٔ ۱) که بعدها Eisfuchs نامیده شد. و پس از ۸۵ سال (در سال ۱۹۵۶ م) از خدمت خارج شد و به‌عنوان یک استاندارد برای دهه‌های بعد معرفی گردید، در واقع انتخاب سطحی بود که تا حد ممکن کمتر با یخ در تماس باشد و نیز یک فرم بدنهٔ بیضوی برای خط آب؛ که در این کشتی ارائه شده بود.

با حرکت کشتی و فشار یخ، کشتی به‌دلیل داشتن قاب‌های شیب‌دار به سمت بالا و بیرون از لایهٔ حرکت می‌کند و نتیجهٔ این کار، کاهش فشار بعدی روی پوستهٔ کشتی خواهد بود. یخ‌شکن شمارهٔ ۱، که در دسامبر سال سال ۱۹۷۱ م به‌کار گرفته شد، مطابق طراحی Steinhaus یک شکل گوه مانند دو لبه داشت. قاب‌های جلو، دقیقاً شبیه دو شکل گوه مختلف، در عرض به سمت خط مرکز متمایل به شیب بدنه به سمت خط آب بود. با توجه به مقدار جابه‌جائی یخ‌شکن‌ها، که هنوز هم کاربرد دارند، پهنه‌های یخ نسبتاً نازک می‌توان به خاطر داشتن حالت گوه‌ای تند کشتی به راحتی شکست. اما برای یخ‌های با ضخامت بیشتر، طرز عمل به این صورت است که ابتدا یخ‌شکن با استفاده از نیروی موتور خود، به سمت جلو رانده می‌شود و سپس با استفاده از تندرش، یک شیار درست کرده و با استفاده از وزش، یخ را می‌شکند.

این کشتی‌ها به‌صورت یک الگو برای پیشرفت کشتی‌های دماغهٔ قاشقی ـ که آینده بهتر و مشخصی در طراحی یخ‌شکن‌های آلمانی بودند درآمدند تا اینکه سینه‌های فنلاندی با خطوط سینه (دماغه) پهن و با آن یخ‌شکن افسانه‌ای Stettin در سال ۱۹۳۳ م معرفی شدند.

در کشورهای اروپائی و آمریکای شمالی نیز تکنولوژی یخ‌شکن‌ها پیشرفت می‌کرده و با توسعهٔ روزافزون صنعت، کشتی‌هائی عظیم‌تر به‌وجود می‌آمد.

به آب‌اندازی یخ‌شکن روسی Jermak در کارخانهٔ کشتی‌سازی انگلستان، در سال ۱۸۹۸ م، به‌عنوان یک سرآغاز تولد برای یخ‌شکن‌های قطبی ثبت شد. این کشتی مطابق قوانین و اصول جابه‌جائی طراحی شده بود. پروانهٔ سینه، یک نوآوری فنی بود که این کشتی را قادر می‌کرد، جریانی از آب در اطراف و جلو کشتی ایجاد کند و همین مسئله باعث کاهش اصطکاک بین پوسته و یخ می‌شد. به هر حال، این پروانهٔ سینه برای آب‌های قطب نامناسب بود.

نوآوری بعدی Jermak که به طرز موفقیت‌آمیزی برای اثبات ارزشمند بودن این سیستم، روی یخ‌شکن‌های کوچک‌تر نیز آزمایش می‌شد، این بود که با نصب پمپ‌هائی، قادر بود که مقدار زیادی آب را در زمان اندکی از یک سمت به سمت دیگر پمپاژ کند؛ به‌عبارت دیگر، ایجاد یک حرکت غلتشی (Rolling) برای بالا رفتن کشتی، اصلی که امروزه نیز کاربرد دارد. در سال ۱۹۷۶ م کارخانهٔ کشتی‌سازی Dutch یخ‌شکن Jaakavhu را که دارای قدرت موتور ۶۷۷۱ Kw و حجم جابه‌جائی ۴۹۲۸ تن بود، به فنلاند تحویل داد. در آن زمان، این اولین کشتی بود که سوختش را از زغال‌سنگ به نفت تغییر می‌داد و همین موضوع آن را قادر می‌کرد که برای مدت قابل توجهی کار کند.

موضوع پراهمیت دیگر، معرفی سیستم محرکه دیزل ـ الکتریک بود که رفته رفته به‌عنوان یک نیروی محرکه، جای خودش را در یخ‌شکن‌ها باز می‌کرد. اولین نوع از این کشتی‌ها، یخ‌شکن Ymer سوئدی بود که در سال ۱۹۳۳ م ساخته شد. اما فقط در کانادا بعد از سال ۱۹۴۵ م بود که یخ‌شکن‌هائی با سیستم نیروی محرکه بخار ساخته می‌شدند.

در اروپا به سال ۱۹۵۰ م، جمهوری‌های دریای بالتیک نیز، ناوگان یخ‌شکن‌های خود را مدرنیزه می‌کردند اما فنلاند از نظر توسعه و نیز ساختمان یخ‌شکن‌های قطبی و بالتیک، نسبت به کشورهای دیگر پیشرو بود. در این میان، اولین یخ‌شکن دیزل ـ الکتریک که دو سینه و نیز دو پروانه در پاشنهٔ کشتی داشت، در فنلاند ساخته شد. روسیه، اولین یخ‌شکن اتمی دنیا را با نام لنین به خدمت گرفت.

یخ‌شکن اتمی ARKTIKA با نیروی ۵۶۰۷۵ کیلووات در سال ۱۹۷۲ م و در لنینگراد به آب انداخته شد و اولین کشتی بود که به قطب شمال می‌رسید.

المان به خاطر داشتن موقعیت جغرافیائی ویژه، مانند کشورهای دیگر نظیر اسکاندیناوی، جمهوری‌های بالتیک، روسیه و آمریکای شمالی، تحت‌تأثیر این مسئله واقع نشد...؛ اگر چه صنایع کشتی‌سازی آلمان مجموعهٔ مهمی از اختراعات را در این زمینه به‌وجود آورد.

فقط Steinhaus نبود که می‌توانست الگو باشد؛ بلکه در این صنعت نام پروفسور Heinrich Waas نیز یک حلقه جدائی ناپذیر است، با همکاری کارخانهٔ کشتی‌سازی J.G.Hizler ، پروفسور Wass، روش‌هائی را توسعه داد که با آن روش‌ها و با نصب یک سیستم نوسانی به سمت بالا و پائین (Pitching) در سینه کشتی، خصوصیات یخ‌شکن‌ها را توسعه می‌داد و به کشتی کمک می‌کرد که خودش را از یخ‌ها رها کند. در مرکز این سیستم نوسانی، چندین جفت صفحه قرار دارد که با حرکت در خلاف جهت یکدیگر، به خاطر داشتن نیروی وزن خارج از مرکز، اعمال نیروی نامطلوب افقی کشتی را جبران می‌کنند بزرگ‌ترین یخ‌شکنی که با این سیستم در ناوگان آلمان است، Maxwal Deck نام دارد و فرکانس نوسانش ۵/۱ هرتز است.

توسعهٔ بدنه و بهینه شدن فرم سینه در دههٔ گذشته، منجر به این انگیزهٔ جدید شد که قابلیت‌های استفاده از است مدل و استفاده از تکنولوژی اندازه‌گیری مدرن گسترش یابد. لویدز آلمان با همکاری HSVA (حوضچهٔ ساخت کشتی هامبورگ) در این توسعه، به‌عنوان یک بارزی مهم، نقش اساسی را داشت. نکتهٔ قابل توجه در اینجا تبدیل کشتی پژوهشی قطبی Polar stern به یخ‌شکن Thyssen - wass توسط کارخانهٔ کشتی‌سازی Thyssen - Nordseewerk GmgH بود که به‌طور شگفت‌آوری از تحقیقات پروفسور Waas تأثیر گرفته بود. یخ‌شکن‌هائی که این‌گونه تغییر یافتند، یکی یخ‌شکن آلماین Max Weldock بود (۸۱/۱۹۸۰ م) و دیگری کشتی‌های یخ‌شکن روسی به نام‌های Mudyug ـ (۱۹۸۶ م) و Kapitan Sorokin ـ (۹۰/۱۹۸۹ م) بودند.

یخ‌شکن Thyssen - Wass با داشتن عملکرد پیشرفتهٔ خردکردن یخ و مصرف سوخت پائین برای یک ضخامت یخ مقیاس، نسبت به یخ‌شکن‌های متداول (غیراتمی) کار می‌کند؛ بنابراین، از خصوصیات این کشتی، اقتصادی بودن آن نیز هست. سینه‌هائی به شکل مستطیل، دارای خط آب خیلی پهن، جایگزین سینه‌های مرسوم یخ‌شکن‌ها با ورودی خط آب تیز شد. در این نوع جدید سینه، اساساً لایه‌های یخ با لبه‌های برنده‌ای که در پوستهٔ خارجی سینه است، شکسته می‌شوند. یخ‌های شکسته‌شده و شناور، به‌دلیل حرکت مداوم یخ‌های جدا شدهٔ بعدی، به زیر لایه‌های یخ کناری می‌روند و دقیقاً هیمن باعث می‌شود که کشتی یک کانال بدون یخ را در پشت سر خود داشته باشد. آزمایش‌های گوناگون با Mudyug نشان می‌دهد که عملکرد خرد کردن یخ نسبت به یخ‌شکن‌های دیگر ۵/۱ تا ۶/۱ برابر بیشتر می‌شود و این اولین نوع کشتی بود که این گونه یخ‌ها را خرد می‌کرد و در واقع در این تکنولوژی پیشقدم بود. هم‌اکنون لویدز آلمان، مجموعهٔ مقالات جامعی را از اندازه‌گیری مقاومت تهیه کرده است.

کارخانهٔ کشتی‌سازی، با مشورت مؤسسه رده‌بندی روسیه، فشار طراحی را در حدود ۲۵% کاهش داده و این شامل بارگذاری کم و انتخاب خطوط سینهٔ بسیار پهن نیز می‌شود. به‌عبارت دیگر، برای تحقق در فرض بارگذاری کم، برای سینه‌هائی که هنوز هیچ آزمایشی روی آنها انجام نگرفته و همچنین روی بدنهٔ مقطع میانی و پوستهٔ خارجی سینه، چندین کرنش سنج بزرگ متصل می‌کنند و در این حالت، تمامی نکات آزمایش، در حین انجام آزمایش، به همان خوبی و کیفیت نتایج نمایش گرافیکی توسط نرم‌افزارها، به‌طور مداوم نشان داده می‌شوند. این نمایش گرافیکی به کمک نرم‌افزار و کامپیوترهائی که توسط لویدز آلمان توسعه داده شده، امکان‌پذیر می‌باشد. همچنین امکان توضیح و تشریح تنش‌های اعمال شده در یک سطح وجود دارد؛ به‌عبارت دیگر ثبت طیف کمیت تنش‌ها، علائمی را برای تشخیص انواع یخ و موقعیت کار تعیین می‌کنند که عبارتند از:

۱) یخ با جرم یکنواخت و ضخامت‌های مختلف آن

۲) قدرت فشار لبهٔ یخ

۳) تعیین کانال شکسته‌شدن

۴) تعیین پهنای کانال

۵) دسته‌های یخ شناور

بعد از اندازه‌گیری مقدار توانائی کشتی در شکستن یخ، مقدار توانائی آن کشتی در برابر شناورکردن و دسته‌بندی یخ‌ها را نیز به‌دست می‌آورند و تمامی این مسائل را برای طراحی کشتی در نظر می‌گیرند؛ چرا که این یخ‌ها دارای فشار زیادی روی کشتی هستند و از طرف دیگر، یک کشتی به‌طور متناوب با توده‌هائی از این یخ‌ها برخورد می‌کند. [شهرام دیانتی]