10 Soluții Tehnice și Reguli de Supraviețuire în Construcția de Submarine

Submarinele sunt printre cele mai complexe mașinării create de om, proiectate să funcționeze într-un mediu complet ostil, unde presiunea apei poate zdrobi metalul ca pe o cutie de suc. Pentru a naviga luni de zile în adâncuri, aceste nave folosesc legi stricte ale fizicii și sisteme ingenioase de inginerie.

1. Submarinele folosesc o „carcasă dublă” pentru a rezista presiunii și valurilor

Multe submarine moderne sunt construite din două corpuri distincte: corpul de presiune (interior) și corpul ușor (exterior). Corpul interior este un cilindru perfect realizat din oțel de înaltă rezistență sau titan, proiectat să reziste forței hidrostatice masive din adâncuri. Corpul exterior are rolul de a oferi navei o formă hidrodinamică, optimizată pentru a aluneca ușor prin apă și pentru a adăposti rezervoarele de balast, nefiind presurizat.

2. Scufundarea și ridicarea se bazează pe controlul strict al densității

Pentru a se scufunda, submarinul își mărește densitatea deschizând supapele rezervoarelor de balast (situate între cele două carcase), permițând apei de mare să intre și să dea afară aerul. Nava devine mai grea decât volumul de apă pe care îl dislocă și începe să coboare. Pentru a reveni la suprafață, se folosește aer comprimat la mare presiune pentru a sufla apa afară din rezervoare, făcând submarinul din nou mai ușor decât apa.

3. Apa potabilă este produsă direct din ocean prin distilare flash

Un submarin nuclear nu poate stoca destulă apă dulce pentru un echipaj de peste 100 de oameni timp de câteva luni. De aceea, nava își produce singură apa potabilă folosind căldura generată de reactorul nuclear. Apa de mare este fiartă la presiune scăzută (ceea ce reduce punctul de fierbere), iar vaporii curați sunt condensați, rezultând apă distilată pură. Aceasta este ulterior remineralizată pentru a fi sigură de băut și folosită la dușuri sau gătit.

4. Oxigenul este extras din apă prin electroliză, nu din butelii

Echipajul unui submarin respiră aer proaspăt generat artificial prin descompunerea moleculelor de apă ($H_2O$). Dispozitive speciale folosesc curentul electric pentru a separa atomii de hidrogen de cei de oxigen din apa distilată. Oxigenul pur este eliberat în sistemul de ventilație al navei, în timp ce hidrogenul (care este extrem de inflamabil) este evacuat în siguranță în afara submarinului, sub apă.

5. Dioxidul de carbon expirat este „spălat” chimic cu amine

Într-un spațiu complet închis, acumularea de dioxid de carbon ($CO_2$) expirat de echipaj devine mortală mult mai repede decât terminarea oxigenului. Submarinele folosesc sisteme numite „scrubbere” (epuratoare) care conțin o substanță chimică lichidă numită monoetanolamină. Aerul din cabină este trecut prin acest lichid, care absoarbe și fixează moleculele de $CO_2$. Ulterior, lichidul este încălzit pentru a elibera dioxidul de carbon în exteriorul navei, fiind apoi reutilizat.

6. Submarinele navighează „pe nevăzute”, folosind exclusiv unde sonore

La adâncimi mari, lumina Soarelui nu pătrunde deloc, iar utilizarea radarului este imposibilă sub apă. Submarinele folosesc sonarul (Sound Navigation and Ranging). Sonarul pasiv folosește hidrofoane (microfoane subacvatice ultra-sensibile) pentru a asculta zgomotele produse de elicele altor nave sau de fauna marină. Sonarul activ emite un impuls sonor („ping”) și măsoară timpul în care acesta ricoșează de un obstacol, însă este folosit rar deoarece dezvăluie instantaneu poziția submarinului.

7. Forma elicelor este un secret militar de stat strict păzit

Cel mai mare inamic al unui submarin este zgomotul, deoarece o navă zgomotoasă poate fi detectată ușor de inamici. Cea mai mare sursă de zgomot o reprezintă elicea, care poate crea bule de aer la mișcări rapide (fenomen numit cavitație), bule care explodează și produc un sunet specific. Din acest motiv, elicele au forme geometrice complexe, curbate ca niște săbii, proiectate matematic pentru a împinge apa fără a crea turbulențe. Când un submarin se află în port, elicea sa este întotdeauna acoperită cu prelate pentru a nu fi fotografiată de sateliți.

8. Timpul la bord este complet artificial și se folosește „ora roșie”

Sub apă nu există zi sau noapte, ceea ce poate perturba grav ritmul circadian al marinarilor. Pentru a menține ordinea, submarinele funcționează după un program strict de 24 de ore, controlat prin sistemul de iluminat. În timpul „nopții” artificiale, luminile albe din zonele comune sunt stinse, fiind folosite doar lumini de culoare roșie. Lumina roșie nu afectează adaptarea ochilor la întuneric (esențială pentru cei care privesc prin periscop sau ecrane) și îi semnalează creierului că este timpul pentru odihnă.

9. Reactorul nuclear oferit submarinelor o autonomie teoretică nelimitată

Submarinele nucleare nu au nevoie de realimentare cu combustibil timp de 20-25 de ani, deoarece o cantitate mică de uraniu îmbogățit generează o cantitate uriașă de energie. Singurul factor limitator real pentru durata unei misiuni în adâncuri nu este tehnologia sau energia, ci cantitatea de hrană fizică ce poate fi stocată la bord pentru echipaj și rezistența psihologică a oamenilor la izolarea totală.

10. În caz de avarie majoră, submarinul are o cabină de salvare detașabilă

Unele submarine moderne sunt dotate cu o capsulă de salvare integrată în structura turnului (chioșcului). În cazul în care submarinul e avariat pe fundul oceanului și nu mai poate urca, întregul echipaj se poate strânge în interiorul acestei capsule etanșe. Prin acționarea unor bolțuri explozive, capsula se desprinde de corpul submarinului și plutește natural spre suprafață datorită flotabilității sale pozitive, oferind marinarilor o șansă de supraviețuire la adâncimi mari.