Thread by @dubiraz

ואף על פי כן נוע תנוע... אבל איך?
מאז שחר ההיסטוריה ניסה האדם לשוט על גלי הים. לאורך השנים השתנה הכח המניע באופן משמעותי, ויצר מהפכות באופן בו ספינות וכלי שייט אחרים נעים במים.
שרשור ימי-טכנולוגי על ספינות ומערכות הנעה, ואיך זה משפיע עלינו היום ובעתיד.
#פידצבא #מודעותימית

עדויות ראשונות לסירות הן בנות עשרות ומאות אלפי שנים. ככה"נ מתי שהוא הבינו בני האדם כי גזע עץ שגולף ממנו החלק הפנימי, יכול להוות מכשיר לציפה על פני המים.

אבל לצוף זה לא מספיק וצריך איך שהוא להניע את הסירה קדימה, אז גייס האדם את מיטב שריריו והתחיל להשתמש במשוט. משוטים הן צורת ההנעה הראשונה שפותחה ושוכללה לאורך ההיסטוריה. מסירות ליחיד ועד סירות חותרים מרובים שראינו בסרטים ובסדרות.

אבל משוטים זה סיפור מעייף. זה דורש המון אנשים (ובעקבות זה משקל, מזון, מים וכו') ולכן המטען הייעודי (להלן מטע"ד) שאפשר לשאת פוחת - כלומר כל העסק לא יעיל. אז מה עושים? מגייסים את הרוח וממציאים את המפרש.
לאורך ההיסטוריה פותחו סוגים רבים של מפרשים, אך אנו נזכיר שלושה סוגים עיקריים:

הסוג הראשון שלט בימים עד אמצע המאה ה-18 והוא המפרש הרבוע. הבעיה היא שמפרשים אלו אפשרו לנצל אך ורק רוחות גביות – כאלו שמגיעות מגב כלי השייט, מה שמגביל כמובן את כיווני ההפלגה האפשריים, וחייב את הספנים של ימי הביניים ללמוד היטב את משטרי זרימת הרוחות בימים ובאוקיינוסים.

העובדה שבאותה התקופה הספינות שמשו לטובת מסחר אך גם ללוחמה חייבה לאפשר להם כושר תמרון משופר מה שהוביל לפיתוח של מפרשי צד בנוסף על המפרשים הרבועים. במאות ה-18-19 לוחמה ימית הייתה מבוססת על תמרון וניצול נכון של הרוח במהלך הקרב, ולכן מפרשים ששפרו את התמרון היו סיפור גדול.

לדוגמא, במרץ 1800 נלחמה אונייה בריטית בצרפתית שהייתה עדיפה עליה (36 תותחים מול 80). בעזרת מערך חדש של מפרשי צד שאפשר תמרון זריז ופניות חדות, הצליחו הבריטים להגיע לירכתיי הצרפתים, להמטיר עליהם אש תותחים ולברוח לפני שהם הספיקו להגיב. הצרפתים ספגו נזקים כבדים והבריטים כמעט שלא נפגעו

כאמור המפרשים הללו היו מוגבלים ואפשרו רק ניצול חלקי של הרוח והכיוון שלה. מפרשים מודרניים, אותם ניתן לראות ביאכטות ומפרשיות כיום מאפשרים לנוע גם לתוך הרוח (עד 45 מעלות), וזאת בשל השימוש במבנה מפרש שיוצר מעין כנף המייצרת עילוי שדוחף את הספינה קדימה, בדומה לכנף של מטוס.

באמצע המאה ה-18 החל השימוש במנועי קיטור בכלי שייט, אך הם היו מאוד לא יעילים, כבדים וחייבו כמויות גדולות של פחם, מה שהגביל את משקל המטע"ד.
אבל, מנוע זה לא מספיק. צריך גם להעביר את הכוח למים. בהתחלה גייסו את הפתרון המוכר – משוט. וכך הופיע גלגל המשוטות בצידי הספינה או בחלקה האחורי

באמצע המאה ה-19, לאחר שהבינו כי גלגל משוטות אינו יעיל, הומצא המדחף המודרני, ומנוע הקיטור בשילוב מדחף הפך להיות צורת ההנעה העיקרית של ספינות בעולם.
בצד זו התרחש המעבר של כלי השייט מעץ לברזל, כשחיברו בין ארכימדס ופסקל, והבינו שאם תכלא בתוך גוף מתכת מספיק אוויר הוא יצוף.

המעבר לברזל, מנוע קיטור ומדחף באמצע המאה ה-19 היווה מהפכה אמיתית. לא עוד תלות ברוח, ובמשטרי הזרימה באוקיינוסים, והתנועה בים הלכה וגברה. למעשה שיטת הנעה זו הייתה העיקרית בכל הספינות הגדולות עד לאחר מלחה"ע ה-1, כאשר החליף מנוע הבעירה הפנימית את מנוע הקיטור.

מנוע זה אפשר יעילות משופרת ביחס משקל להספק. הדחיסות האנרגטית של סולר/דלק נוזלי גדולה לאין שיעור מזה של פחם, וקלות האחסון שלו כנוזל אפשרה להפליג מהר יותר ורחוק יותר מבעבר. המשמעות הישירה – הפחתת עלויות והגדלת המטע"ד.

השינוי המשמעותי הבא הגיע באמצע המאה ה-20 עם פיתוח האנרגיה הגרעינית, כאשר במהלך שנות ה-50-60 היה נדמה שכולם עוברים לגרעין. המובן מאליו הוא לשים כור בנושאות מטוסים וצוללות, מה שאפשר להם אנרגיה בלתי מוגבלת, ושהייה בים למשך חודשים רבים ללא כניסה לנמל לתדלוק

אבל החלק המעניין הוא שלא רק כלים צבאיים חשבו לעבור לגרעין. מסתבר שבסוף שנות ה-50 מישהו חשב שלשים כור גרעיני באונית נוסעים זה רעיון ממש טוב, וכך נוצרה הסוואנה – האוניה היחידה בעולם שצוידה בבריכה, חדרי אוכל מפוארים, מועדוני ריקודים ו...כור גרעיני במרחק של מטרים מהקבינות של האורחים

כשהבינו שגרעין זה לא רק אנרגיה נקייה, אלא מלא בעיות נוספות הרעיון נגנז, והסוואנה הייתה האוניה האזרחית היחידה שהונעה על כור גרעיני. יש לציין כי גם הרוסים פיתחו אוניות בעלות הנעה גרעינית שלא לשימושים צבאיים טהורים, כגון שוברות קרח, אבל שם כל ההפרדה בין אזרחי לצבאי קצת יותר מורכבת

מה קורה היום במגמות הטכנולוגיות? המון
ראשית, מנסים להחליף סולר בגז טבעי. כלומר עדיין מבוצע שימוש במנוע בעירה, אבל עם דלק מזהם פחות.

מגמה שנייה היא בחירה במערכות הנעה היברידיות -כלומר שילוב של מנוע בעירה פנימי ומנועים חשמליים. הסיבה העיקרית היא ניצול מיטבי של הכוח החשמלי במהירויות נמוכות בהן נצילות מנוע הדיזל נמוכה יחסית, וכך שיפור בהיבטים האחזקתיים של מערכות ההנעה.

המגמה השנייה היא ספינות חשמליות. אחת הדוגמאות המפורסמות היא ה- USS ZUMWALT, הפריגטה האמריקאית שפיתוחה החל בתחילת שנות ה-2000 ונמשך כמעט עשרים שנה. היא הייתה אמורה לעלות כ-1.5 מליארד דולר, ובפועל עלתה פי שלוש מזה, מה שהוביל להפחתת מספר הכלים שמתוכננים להיבנות מ-32 ל... 3 בלבד

מגמה נוספת היא המעבר לטכנולוגיה הנקראת תאי דלק, שהחלה בעיקר כמערכת הנעה לצוללות בשל יתרונות החשאיות שלה (יש שיאמרו כור גרעיני לעניים), אך היום מתפשטת גם לתחומים נוספים. הרעיון הוא המרה של ריאקציה כימית בין דלק וחומר מחמצן לאנרגיה חשמלית, ושימוש באנרגיה זו לכל צרכי כלי השייט.

ישנם סוגים רבים של תאי דלק, אבל משתמשים בעיקר בתאים המבצעים שימוש במימן וחמצן המאוחסנים במיכלים גדולים בכלי (וכן יש המון בעיות בטיחות סביב זה). לאחרונה החלה מגמה לפיתוח כלי שייט נוספים, המשתמשים בתאי דלק – בעיקר מסיבות של איכות סביבה שכן טכנולוגיה זו נחשבת לנקייה יחסית

כדי לסגור מעגל חוזרים המפרשים לחיינו. כיום ישנם כמה ניסיונות של חברות מסחריות לייצר מפרשים מודרניים לשימוש באוניות סוחר, כמערכת הנעה נוספת על זו של כלי השייט, גם לטובת חיסכון בעלויות וגם לטובת מעבר לאנרגיה נקייה יותר. ימים יגידו האם מודלים אלו יוכחו ככדאיים מבחינה כלכלית

אז איפה זה משפיע עלינו?
על המעבר לאנרגיות לא מזהמות לא צריך להכביר מילים, הפחתת פליטת הCO2 ממנועי דיזל הוא יעד עולמי. אבל מעבר לזה נצילות טובה יותר של מערכות אנרגיה עשויה להוביל להוזלה של ההובלה הימית וזה כבר יתבטא בכיס של כולנו – או לפחות כל מי שמזמין משיין או עלי אקפסרס...

ולסיום הפעלה ו-fun fact – למה נקראה הסבאנה בשם זה ואיך זה קשור לחלק אחר בשרשור? בין הפותרים נכונה יוגרל פותר שלא ענה נכונה...

רוצים לדעת איך אוניות צפות? הנה כל התשובות:

סרטון המציג את אוניית הנוסעים הגרעינית הראשונה והיחידה בעולם:

מעבורת ראשונה באירופה על תאי דלק:
maritime-executive.com/article/design…

@HMSstrategy