⇧ เทคโนโลยีทางเรือ
การทำงานของระบบ AIP ในเรือดำน้ำ

เรือดำน้ำเป็นอาวุธที่มีความสำคัญสำหรับการรบสมัยใหม่ ผู้ออกแบบพยายามสร้างให้เรือดำน้ำมีความเงียบ และระยะเวลาในการปฏิบัติการใต้น้ำให้นานที่สุดเท่าที่จะทำได้ ซึ่งโดยทั่วไป เรือดำน้ำดีเซล จะมีข้อจำกัดในการทำงานใต้น้ำ จำเป็นต้องขึ้นมาผิวน้ำเพื่อทำการเติมอากาศและบรรจุแบตเตอรี่ ในช่วงต้นสงครามโลกครั้งที่ 2 เยอรมนีได้ทดลองระบบขับเคลื่อนที่ใช้เชื้อเพลิง Hydrogen Peroxide ที่ไม่ต้องใช้อากาศจากภายนอก ซึ่งช่วยให้เรือดำน้ำทำความเร็วใต้น้ำได้สูงมาก แต่ยังมีปัญหาเรื่องระยะเวลาปฏิบัติการใต้น้ำที่สั้นเกินไป จนกระทั่งในช่วงปลายสงครามโลกครั้งที่ 2 เยอรมนีได้เริ่มใช้ท่อ Snorkel สำหรับดูดอากาศบนผิวน้ำ ช่วยให้สามารถเดินเครื่องยนต์ชาร์จแบตเตอรี่ได้ขณะดำอยู่ใต้น้ำ แต่การใช้ท่อ Snorkel ยังคงจำกัดความลึกของเรือดำน้ำให้อยู่ใกล้ผิวน้ำ และต้องใช้ท่อโผล่ขึ้นเหนือผิวน้ำ ซึ่งอาจถูกตรวจจับได้จากเรดาร์ของเรือผิวน้ำ ต่อมาได้เกิดการพัฒนาแบตเตอรี่เพื่อยืดระยะเวลาในการทำงานใต้น้ำให้ยาวนาน ระบบ Air Independent Propulsion (AIP) จึงได้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อลดจุดอ่อนเหล่านั้น ระบบ AIP (Air Independent Propulsion) ในเรือดำน้ำดีเซล-ไฟฟ้า เริ่มมีการใช้งานจริงในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 โดยสามารถแบ่งออกได้เป็น 5 ประเภท ที่มีการพัฒนากันมา ได้แก่ ระบบเครื่องยนต์กังหันก๊าซ แบบ Walter, ระบบเครื่องยนต์ดีเซลวงจรปิด, ระบบกังหันไอน้ำ, ระบบ Stirling Engine, และระบบ Fuel Cell

    ประเภทของระบบ AIP
  1. ระบบเครื่องยนต์กังหันก๊าซ แบบ Walter (Walter Turbines) จะใช้ไฮโดรเจน เปอร์อ๊อกไซด์ หรือ High Test Peroxide (HTP) แทนอากาศในการเผาไหม้ ระบบ Hydrogen Peroxide System นับว่าเป็น AIP ระบบแรกของโลก โดยผู้คิดค้นคือ Kriegsmarine หรือ กองทัพเรือเยอรมัน ในปี 1944 โดยการนำ Hydrogen Peroxide ความเข้มข้นสูง 85%-98% หรือที่เรียกว่า High Test Peroxide (HTP) ซึ่งทำหน้าที่ในการแยก Oxygem กับ ไอน้ำออกจากกัน และนำไอน้ำที่ได้ไปขับเครื่องยนต์กังหันไอน้ำ (Stream Turbine) หรือ เอา Oxygen ไปใช้ในระบบขับเคลื่อน โดยกองทัพเรือเยอรมันมีการต่อเรือที่ใช้ระบบ Hydrogen Peroxide ขึ้นจำนวน 3 ลำ ในรุ่น Type XVIIB Submarine แต่ต่อมาได้ถูกทำลายลงในปี 1945 ราชนาวีอังกฤษที่ได้นำเรือแบบ XVIIB ไปใช้ซ่อมแซมและนำกลับมาใช้ในชื่อ HMS Meteorite และมีการต่อเรือที่ปรับปรุงแบบ จาก XVIIB ขึ้นอีก แต่ประสบปัญหาควาไม่เสถียรของระบบ HTP และปลดระวางประจำการเรือทั้ง 3 ลำที่ใช้ระบบนี้ ในปี 1960
  2. ระบบเครื่องยนต์ดีเซลวงจรปิด (Closed Cycle Diesel Engines) จะใช้อ๊อกซิเจนเหลว (Liquid Oxygen : LOX) แทนอากาศในการเผาไหม้ ระบบดังกล่าวเกิดขึ้นโดย Kriegsmarine หรือ กองทัพเรือเยอรมัน โดยการสร้าง Oxygen Store เอาไว้สำหรับเดินเครื่องยนต์ดีเซลในกรณีที่เรือดำอยู่ใต้น้ำ ต่อมา กองทัพเรือโซเวียตได้นำไปพัฒนาต่อ และใช้งานในเรือดำน้ำ ชั้น Quebec Class Submarine (Project 615) ที่ต่อขึ้นมาจำนวน 30 ลำ โดย จำนวน 1 ใน 3 ของเรือชั้นนี้ได้รับการติดตั้งระบบ CCD โดยใช้ระบบ LOX หรือ Stored Liquid Oxygen แต่ระบบดังกล่าวยังคงประสบปัญหา เนื่องจากมีความเสี่ยงสูงในการเกิดไฟไหม้ เมื่อเครื่องยนต์เกิดความร้อนทำให้เลิกใช้งานในปี 1970 ปลายๆ โดยความคิดของ CCD ในการใช้ถังเก็บ Oxygen ต่อมาระบบ CCD มีการพัฒนาต่อ โดยการบรรจุถังบรรยากาศจำลอง (Oxygen + Argon (Inert Gas)) และเมื่อสันดาปจะได้ Carbon dioxide , Nitrogen และ ไอน้ำ และจะนำส่วนของ Argon วนกลับมาใช้ใหม่ และก๊าซเสียอื่นๆ จะถูกนำมาผสมกับน้ำทะเลและปล่อยออกนอกตัวเรือ การพัฒนาระบบ CCD มีการพัฒนากันหลายชาติ ทั้ง เยอรมัน อังกฤษ เนเธอแลนด์ และประเทศอื่นๆ แต่อย่างไรก็ตามระบบ CCD ไม่ประสบความสำเร็จเท่าไหร่นัก
  3. ระบบกังหันไอน้ำวงจรปิด (Closed Cycle Steam Turbines)มีใช้ในเรือดำน้ำที่สร้างโดยฝรั่งเศส ใช้ชื่อว่าระบบ MESMA (Module d’Energie Sous-Marine Autonome) ใช้กังหันไอน้ำในการสร้างกระแสไฟฟ้าคล้ายกับในเรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์ของฝรั่งเศส ต่างกันตรงที่ใช้การเผาไหม้เชื้อเพลิงกับออกซิเจนจากถังออกซิเจนเหลวเพื่อสร้างไอน้ำ แทนการใช้ความร้อนจากเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ระบบกังหันไอน้ำเป็นระบบที่ให้กำลังสูงเมื่อเทียบกับระบบ AIP แบบอื่น แต่มีประสิทธิภาพต่ำ (สิ้นเปลืองออกซิเจนมาก)
  4. ระบบ Stirling Engine มีใช้ในเรือดำน้ำของสวีเดน, ญี่ปุ่น, และจีน ใช้การเผาไหม้เชื้อเพลิงกับออกซิเจนจากถังออกซิเจนเหลว เพื่อสร้างความร้อนให้กับของเหลวในวงจร Stirling ซึ่งไปขับเคลื่อนลูกสูบเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า ระบบ Stirling Engine มีความซับซ้อนน้อยกว่าระบบกังหันไอน้ำ แต่ให้กำลังต่ำกว่า และมีความลึกปฏิบัติการที่จำกัด (ยิ่งความลึกมากขึ้นจะทำให้ประสิทธิภาพลดลง)
  5. ระบบ Fuel Cell เป็นเทคโนโลยีล่าสุดของระบบ AIP ใช้การทำปฏิกริยาเคมีของไฮโดรเจนกันออกซิเจนจากถังออกซิเจนเหลว เพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า ระบบ Fuel Cell ไม่มีไอเสียจากการเผาไหม้ และแทบไม่มีส่วนเคลื่อนไหวจึงทำให้มีความเงียบมาก ปัจจุบันมีใช้ในเรือดำน้ำค่ายเยอรมนี และหลายประเทศกำลังพัฒนาระบบนี้ด้วยตนเอง เช่น รัสเซีย, สเปน, และญี่ปุ่น

ระบบ AIP ช่วยให้เรือดำน้ำดีเซล-ไฟฟ้าสามารถปฏิบัติการใต้น้ำได้นานขึ้นโดยไม่จำเป็นต้องชาร์จแบตเตอรี่ แต่ยังคงมีความเร็วและระยะปฏิบัติการที่จำกัด ทำให้ประเทศที่มีพื้นที่ปฏิบัติการไกลมาก ยังคงมีความจำเป็นต้องใช้ระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ หรือเลือกที่จะเพิ่มน้ำมันเชื้อเพลิงและแบตเตอรี่แทนพื้นที่ของระบบ AIP อย่างในกรณีเรือดำน้ำชั้น Collins ของออสเตรเลีย อย่างไรก็ดี จุดเด่นของระบบ AIP ในการซ่อนพรางใต้น้ำและความเงียบ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบ AIP แบบ Fuel Cell) สามารถช่วยให้เรือดำน้ำดีเซล-ไฟฟ้ามีความได้เปรียบเหนือกว่าเรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์ได้ ในบางช่วงเวลาและในบางสถานการณ์

ระบบ AIP ส่วนใหญ่แล้ว (ทุกระบบยกเว้นเครื่องยนต์กังหันก๊าซแบบ Walter) จะถูกใช้เป็นระบบสำรองในขณะที่เรือดำอยู่ใต้น้ำ ส่วนในเวลาที่เรือลอยลำขึ้นมาบนผิวน้ำ จะใช้เครื่องยนต์ดีเซลเป็นเครื่องยนต์หลัก ในปัจจุบันไม่มีประเทศใดที่ใช้ระบบ AIP เป็นระบบขับเคลื่อนหลักแทนเครื่องยนต์แบบดั้งเดิมเหมือนสมัยก่อนแล้ว สาเหตุก็เป็นเพราะว่าเครื่องยนต์เหล่านี้ยังอยู่ในระยะของการพัฒนาและทดสอบการใช้งาน ยังมีข้อด้อยในหลายๆ ด้าน ที่ไม่สามารถทดแทนระบบที่ประกอบไปด้วยเครื่องยนต์ดีเซล แบตเตอรี่ตะกั่วกรด และมอเตอร์ไฟฟ้าได้ (ยกเว้นนิวเคลียร์) โดยเฉพาะในแง่ของกำลังงานส่งออก (Power Output) ที่ยังน้อยกว่าเครื่องยนต์ดีเซลอยู่มาก แม้ว่าเครื่องยนต์ AIP บางระบบ จะมีประสิทธิภาพ (พลังงานที่ผลิตได้/ปริมาณเชื้อเพลิงที่ใส่เข้าไป) ดีกว่าเครื่องยนต์ดีเซลก็ตาม ด้วยข้อจำกัดด้านกำลังงานส่งออกนี้เอง จึงทำให้ระบบ AIP นี้เป็นระบบที่มาช่วยยืดระยะเวลาให้เรือดำน้ำสามารถปฏิบัติการอยู่ใต้น้ำได้นานขึ้นเท่านั้นเอง โดยมีข้อแม้ว่าต้องใช้ความเร็วต่ำด้วย จึงจะทำให้สามารถปฏิบัติงานได้นานเป็นสัปดาห์ จนถึงเกือบหนึ่งเดือน แต่ก็ยังนับว่าเป็นประโยชน์อย่างมหาศาลต่อเรือดำน้ำ จนสามารถทำให้เรือดำน้ำ AIP นี้ยกระดับเป็นภัยคุกคามที่มีความน่ากลัวมากๆ อย่างหนึ่งในปัจจุบัน

อ้างอิง
  • https://www.facebook.com/prthainavy
  • http://www.thaifighterclub.org
  • https://kapitaennem0.wordpress.com
  • https://defencyclopedia.com
© ThaiSeafarer.com, 2016. All rights reserved.