गूढ अंधारातील जग -४

गूढ अंधारातील जग -४
पाणबुडीची संरचना --
. तिचे मूळ हेतू हे शत्रूच्या जहाजाच्या नजरेस न पडता त्याच्या जास्तीत जास्त जवळ जाऊन त्याच्या वर हल्ला करायचा. त्यामुळे सुरुवातीला पाणबुडी तयार केली ती जहाजासारखी निमुळती होती आणि वरचा भाग पाण्याच्या जरासा खाली गेला तरी चालत होता. जशी जशी विमानांची प्रगती होत गेली तशी पाणबुडीला पाण्याच्या जास्तीत जास्त खाली आणि जास्तीत जास्त वेगाने जाण्याची आवश्यकता निर्माण झाली. यामुळे पाणबुडीचा निमुळता आकार सोडून अश्रूबिंदू (teardrop) सारखा आकार म्हणजे देवमासा किंवा डॉल्फिन सारखा मोठे डोके आणि मागे निमुळता होत गेलेला आकार घेतला गेला.
निसर्गातून माणूस हे शिकला कि मोठे डोके असले तर बाकी शरीर त्यामागे आपसूक येते ज्यामुळे पाण्याखालचा रोध(drag) कमी होतो आणि वेग २-३ पटीने वाढतो.
आता अशी संरचना करण्यात काही मूळ भौतिकशात्राचे नियम आवश्यक असतात. एक म्हणजे पाण्याखाली गेलात कि दर दहा मीटर ला पाण्याचा दाब १ atm (atmosphere) ~ किंवा साधारण १ बार इतका वाढत जातो. जेंव्हा तुम्ही १०० मीटर जात तेंव्हा पाण्याचा १० बार + वरील हवेचा १ मिळून ११ बार इतका दबाव येतो.
१ बार =१४ psi म्हणजेच साधारण एक इंचाला १४ पौन्ड दबाव. आपल्या कारच्या टायर मध्ये २८ ते ३५ psi इतका दबाव असतो म्हणजेच २ ते २.५ बार.
आपण जितके खोल जात तितका हा दबाव वाढत जातो. पाणबुडी जितकी खोल जाईल तितकी संपूर्णपणे ती अदृश्य होत जाते आणि तिचा माग काढणे अशक्य होत जाते.
इतका दबाव असेल तर पाणबुडीची बाहेरील भिंत हि तितकी मजबूत असायला हवी शिवाय त्याची गोलाई हि अतिशय अचूकपणे तयार करावी लागते अन्यथा जो भाग वेडावाकडा होईल त्यावर अनियमित दाब पडून तो चिरडलला जाण्याची शक्यता असते.
पाणबुडीचे दोन सांगाडे म्हणजे दोन नळकांडी असतात. हि अतिशय लवचिक पण शक्तिशाली अशा खास पोलादाची (high tensile pressure steel) नळकांडी असतात. एक आतील सांगाडा (hull) आणि एक बाहेरील सांगाडा.

पाणबुडीच्या आत मध्ये माणसे सुरक्षित पणे राहण्यासाठी आतील सांगाडा हा पूर्णपणे दबाव सहन करेल (pressure hull) असा असतो याची जाडी दोन ते तीन इंच असते आणि बाहेरील सांगाडा ज्यात पाणी भरता येईल अशा टाक्या (BALLAST TANKS) किंवा पाणतीराच्या नळ्या (torpedo tube), सोनार इ उपकरणे ठेवता येतील असा.
पाणबुडी डुबकी मारण्यासाठी या बाहेरील सांगाड्यात असलेल्या पाण्याच्या टाक्यामध्ये पाणी भरून घेते त्यामुळे तिचे वजन जास्त झाले कि पाण्याखाली जाते आणि हेच तिला वर यायचे असेल तर याच टाक्यांमध्ये दाबाखाली असलेली हवा सोडली जाते. यामुळे टाक्यांमधील पाणी बाहेर टाकले जाते आणि पाणबुडीचे वजन कमी होऊन त पाण्यावर येते.
पाणबुडी पाण्यातून पुढे जाण्यासाठी मागच्या भागावर एक पंखा (प्रॉपेलर) बसवलेला असतो. माशांना जसे कल्ले असतात तसेच फिन पाणबुडीला असतात ज्यामुळे पाणबुडी खाली वर डावी उजवीकडे जाऊ शकते. (विमानात जसे पंखांना रडर, लिडिंग आणि ट्रेलिन्ग एजेस असतात). फरक एवढाच आहे कि विमान त्याच्या पुढे जाण्याच्या गतीमुळे हवेत उचलले (lift) जाते. या उलट पाणबुडी आपल्या पाण्यातील वजनामुळे वर खाली जाऊ शकते किंवा वजनरहित अवस्थेत एकाच जागी सर्व गोष्टी बंद करून "थंड पडून" राहू शकते.
नुसताच सांगाडा कसा असावा असे नाही तर पाणबुडीतील वजन कसे विभागून गेले पाहिजे याचे पण एक शास्त्र असते अन्यथा सर्व वजन वर आले तर पाण्याखाली जाताना पाणबुडी उलटी होऊ शकेल.
पाणबुडीचा पंखा(प्रॉपेलर) हा मोठा आणि बरीच पाती असलेला पण हळू फिरणारा असतो. कारण जितक्या जोरात पंखा फिरवला जाईल तितका जास्त आवाज येईल आणि पाणबुडीचा ठावठिकाणा लावणे सोपे जाईल.
हा पंख फिरवण्यासाठी डिझेल च्या पाणबुडीत डिझेल इंजिनाने वीज निर्मिती केली जाते आणि या विजेवर पंखा चालवून पाणबुडी पुढे नेली जाते. हीच वीज असंख्य बॅटरीच्या माळेत साठवली जाते आणि त्यामुळे जेंव्हा हि पाणबुडी पाण्याखाली बुडी मारते तेंव्हा या बॅटरीतील विजेवर पाणबुडी चालवली जाते. पण जसे मोबाईलची बॅटरी काही विशिष्ट वेळाने परत चार्ज करावी लागते तशीच पाणबुडीची बॅटरी चार्ज करावी लागते. यासाठी पाणबुडीला पृष्ठभागावर यावे लागते. अशा वेळेस पाणबुडीचा ठावठिकाणा शत्रूला लागण्याचा सर्वात जास्त धोका असतो.
अणुपाणबुडीमध्ये अणुभट्टीमध्ये युरेनियम चे विघटन होऊन मोठ्या प्रमाणात उष्णता निर्माण होते. हि ऊर्जा प्रचंड दाबाखाली असलेल्या पाण्यात शोषली जाते आणि ती भट्टीच्या बाहेर आल्यावर त्याच्या साहाय्याने बाहेरच्या दुसऱ्या पाइपलाइनमध्ये वाफ तयार केली जाते. या वाफेवर टर्बाईन चालवले जाते ज्याच्या साहाय्याने पाणबुडीचा पंखाहि चालवला जातो आणि वीजहि निर्माण केली जाते.
आपली भारतीय बनावटीची अणुपाणबुडी अरिहंतची अणुभट्टी ८३ मेगावॅटची आहे(१ लाख ११ हजार हॉर्स पॉवर)
हि म्ह्ण्जे एक षष्ठांश पुण्याला पुढची ४० वर्षे ( कदाचित ५० किंवा ६० वर्षे) अव्याहत वीज पुरवण्याची क्षमता
अणुपाणबुडीत अतिशय समृद्ध युरेनियम वापरले जाते (२०-३० %). यामुळे अणुपाणबुड्याना २५- ३० वर्षे पर्यंत इंधन परंत भरण्याची आवश्यकता पडत नाही. बहुसंख्य पाणबुड्याना त्यांच्या उपयुक्त आयुष्यकाळात इंधन भरण्याची आवश्यकता पडत नाही.
कल्पना करा -- तुम्ही एक मोटार विकत घेतलीत आणि आयुष्यभरात तुम्हाला पेट्रोल पंपावर जायलाच लागणार नाही.
असे असताना सर्व देश फक्त अणुपाणबुड्याच का ठेवत नाहीत. उगाच डिझेलच्या पाणबुड्या कशाला?
याचे उत्तर असे आहे.
१) डिझेलच्या पाणबुड्या आकाराने लहान असल्यामुळे एखाद्या अरुंद कालव्यात किंवा उपसागरात, समुद्रधुनीत किंवा बंदराच्या तोंडाशी जाणे तिला सहज शक्य असते. याउलट अणुपाणबुडीचा आकार प्रचंड असल्याने तिला अशा चिंचोळ्या पाण्याच्या मार्गात घुसणे किंवा लपून राहणे कठीण असते.
कालच नौदलाच्या ताफ्यात समाविष्ट झालेल्या कालव्हेरी या पाणबुडीचीही वजन १८७० टन आहे. तर अरिहंतचे ६००० टन आणि रशियाकडून घेतलेली "चक्र"चे वजन १२००० टन आहे.
२) अणुपाणबुडी बांधण्याचा खर्च प्रचंड असतो आणि त्याचे तंत्रज्ञान कोणीही दुसऱ्याला विकत नाही. पण आपण संपूर्ण स्वदेशी बनावटीच्या भारतात तयार केल्यामुळे अरिहंतची किंमत ६००० कोटी रुपये आहे. तर आज नौदलाच्या ताफ्यात समाविष्ट झालेल्या कालव्हेरीचीही किंमत पण ४००० कोटीच्या आसपास आहे.
https://economictimes.indiatimes.com/news/defence/home-made-submarines-c...
एतद्देशीय तंत्रज्ञान वापरणे का आवश्यक आहे हे यावरून समजेल.
३) अणुपाणबुडी "बंद करून थंडपणे" बसता येत नाही. कारण पंखा आणि इतर सर्व गोष्टी बंद केल्यातरी अणुभट्टीत उष्णता निर्माण होत राहतेच त्यामुळे ती थंड ठेवण्यासाठी त्यात दाबाखाली असलेले पाणी फिरवत ठेवावे लागते आणि या पम्प प्रणालीचा "आवाज" येतोच. शिवाय या पाण्यातून निर्माण झालेली उष्णता समुद्रात फेकली जाते याच्यामुळे समुद्रात गरम पाण्याचे प्रवाह निर्माण होतात आणि असे प्रवाह जर उथळ समुद्रात तयार झाले तर पाणबुडीचा ठावठिकाणा लावणे शत्रूच्या विमानांना किंवा पाणबुडी विरोधी जहाजांना सोपे जाते.


चक्र
२०१५ च्या मलबार युद्ध कवायतीत भारतीय पाणबुडी (नौसेनेच्या अधिकृत पत्रा प्रमाणॅ) सिन्धुध्वज ( पण"सिन्धुराज"विकीनुसार) ने भाग घेतला होता पण पूर्ण सरावात अमेरिका आणि जपानच्या नौदलाला आपली पाणबुडी एकदाही शोधता आली नाही. त्यांचे थिओडोर रुझवेल्ट हि अणुशक्तीवर चालणारी विमानवाहू नौका आणि लॉस एंजेलिस क्लासची अणुपाणबुडी आणि इतर नौका होत्या . याउलट "सिन्धुध्वज" पाणबुडीने बरेच दिवस रूझवेल्टच्या "वासावर" आणि तिला पाणतीराच्या टप्प्यात ठेवून काढले आणि लॉस एंजेलिस पाणबुडीचा दोन वेळेस माग लागला होता.
अशीच परिस्थिती आपल्या चक्र या पहिल्या अणुपाणबुडीची (१९८९) होती. संपूर्ण सरावाच्या दरम्यान "चक्र" आपल्या "विराट" या विमानवाहू नौकेच्या मागावर आणि तिला क्षेपणास्त्रे आणि पाणतीराच्या टप्प्यात ठेवून होती. पण विराटला आणि तिच्यावर असलेल्या सीकिंग या पाणबुडी विरोधी हेलिकॉप्टरला एकदाही "चक्र"चा माग काढता आला नव्हता.

डिझेलच्या पाणबुड्या आपली सर्वच्या सर्व यंत्रे बंद करून थंड बसून राहतात तेंव्हा त्यातील नौसैनिकाना पण गरज असेल तरच हालचाल करण्यास परवानगी असते. अगदी पाणबुडीतील भांडीसुद्धा घासली जात नाहीत. कारण पाण्यात आवाज पाच पट वेगाने प्रवास करतो त्यामुळे जेंव्हा एखाद्या चिंचोळ्या समुद्रधुनीत पाणबुडी दबा धरून बसलेली असते तेंव्हा सगळेच्या सगळे नौसैनिक एकतर शांतपणे येणारे सर्व आवाज ऐकत असतात किंवा झोपलेले तरी असतात. अशा वेळेस शौचास गेले तरी त्याच्या पाण्याचा पम्प सुद्धा चालवला जात नाही.
पाणबुडी हि पोलादाची बनलेली असल्यामुळे ती पाण्यात असताना पृथ्वीचे चुंबकीय क्षेत्रात बदल घडवते हे बल त्यामुळे वाढवले जाते.https://en.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetism. याशिवाय पाणबुडीत असलेल्या जनरेटर मोटर यामुळे पण चुंबकीय क्षेत्र तयार होत असते.
पाणबुडी शोधणारी विमाने MAD (MAGNETIC ANOMALY DETECTOR) हे यंत्र वापरून पाणबुडी शोधण्याचा प्रयत्न करत असतात. पाणबुड्या आपले चुंबकीय क्षेत्र कमीत कमी कसे करता येईल यासाठी वेगवेगळ्या युक्त्या वापरात असतात. यात तयार झालेल्या चुंबकीय क्षेत्राच्या विरुद्ध दिशेने चुंबकीय क्षेत्र तयार करून "असलेले क्षेत्र" शून्य केले जाते. या प्रक्रियेला डिगॉसिंग (degaussing) आणि डिपर्मिंग(deperming) म्हणतात
A sea-going metal-hulled ship or submarine, by its very nature, develops a magnetic signature as it travels, due to a magneto-mechanical interaction with Earth's magnetic field. It also picks up the magnetic orientation of the earth's magnetic field where it is built. This signature can be exploited by magnetic mines or facilitate the detection of a submarine by ships or aircraft with magnetic anomaly detection (MAD) equipment. Navies use the deperming procedure, in conjunction with degaussing, as a countermeasure against this.
हे प्रश्न सोडवण्यासाठी रशियाने शीत युद्ध काळात एक अतिशय अफलातून कल्पना काढली होती. ती म्हणजे पूर्ण पाणबुडी टायटॅनियम या धातूची बनवली होती.अल्फा क्लास पाणबुडी.
टायटॅनियम हा धातू चुंबकीय नाही आणि अतिशय लवचिक आणि प्रचंड दबाव सहन करणारा असा आहे. त्यातून या पाणबुडीच्या अणुभट्टीला थंड ठेवण्यासाठी कुलंट म्हणून त्यांनी दबावाखाली पाण्याच्या ऐवजी "द्रवरूप शिसे आणि कथलाचा" वापर केला होता. या द्रवरूप धातूची उष्णता शोषून घेण्याची क्षमता कमालीची जास्त असते त्यामुळे हि अणुभट्टी आणि पाणबुडी अतिशय लहान आकाराची बनवणे शक्य झाले यामुळे हि पाणबुडी फक्त २३०० टनची होती पण अणुभट्टीची शक्ती १५३ मेगावॅट( तुलनेसाठी आपली अरिहंत ६००० टन आहे आणि अणुभट्टी ८३ मेगावॅट आहे)हि पाणबुडी पाण्याखालून ७६ किमी ताशी जाऊ शकत असे
या द्रवरूप धातूचा फायदा असा होत असे कि जर अणुभट्टीला छिद्र पडले तर त्यातील हा द्रवरूप धातू बाहेर पडून ते छिद्र सील होऊन जाते. हि पाणबुडी १००० मीटर पेक्षा खोल जाऊ शकत असे. याची बातमी बाहेर आल्यावर अमेरिका आणि तिची दोस्त राष्ट्रे यांची हबेलंडी उडाली. कारण यावेळेपर्यंत त्यांच्याकडे असलेले पाणतीर एवढ्या खोलीपर्यंतच्या दबावाला टिकूच शकत नव्हते.शिवाय त्यावेळचे पाणतीर ७६ किमी ताशी वेगानेही जात नव्हते यामुळे त्यांना त्वरेने नवीन पाणतीर निर्माण करावे लागले.
अर्थात या पाणबुडीचे आपले विविक्षित प्रश्न होतेच. पहिली गोष्ट म्हणजे टायटॅनियमचे वेल्डिंग करणे हि अतिशय कौशल्याची गोष्ट होती. दुसरे म्हणजे रशियाच्या हिवाळ्यात हि अणुभट्टी देखरेखीसाठी बंद करणे शक्यच नव्हते कारण द्रवरूप शिसे आणि कथिल गोठून भट्टीच बंद होत असे.
क्रमशः