Μελέτη περίπτωσης: Καλώδια σε υποβρύχιες αποστολές

Τοποθέτηση καρουσέλ GEOTRACES με καλώδιο Cortland. Εικόνα: Cortland

Τοποθέτηση καρουσέλ GEOTRACES από σκάφος. Εικόνα: Cortland

Previous Next

Το πρόγραμμα GEOTRACES των ΗΠΑ είναι αφιερωμένο στη συλλογή ιχνοστοιχείων και των ισότοπων τους από τους ωκεανούς του πλανήτη για επιστημονικούς σκοπούς. Τα ωκεανογραφικά εργασιακά περιβάλλοντα μπορεί να είναι σκληρά, ο δε ανθεκτικός εξοπλισμός είναι απαραίτητος για επιτυχείς υποβρύχιες αποστολές.

Ο ειδικός ηλεκτρομηχανολογικών καλωδίων Cortland προμηθεύει εξοπλισμό που χρησιμοποιείται από ερευνητικά ιδρύματα σε όλο τον κόσμο για την παρακολούθηση και την παρακολούθηση των μεταβαλλόμενων ωκεανών. Η ομάδα μας, με επικεφαλής τον γνωστό βιογεωχητή Dr. Greg Cutter, καθηγητή Ωκεανών, Γης και ατμοσφαιρικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο Old Dominion της Βιρτζίνια, ανέπτυξε μια ωκεανογραφική λύση για τις ΗΠΑ GEOTRACES.

Για να υποστηριχθούν οι επιστημονικές προκλήσεις, ένα κατάλληλο καλώδιο έπρεπε να είναι μη μεταλλικό ώστε να πληροί το μη-μολυσματικό κριτήριο καθώς κάθε εκτεθειμένο μέταλλο μπορεί να επηρεάσει την ποιότητα του δείγματος ιχνοστοιχείων, όπως ο σίδηρος και ο ψευδάργυρος, μέχρι να επιστρέψουν στην επιφάνεια. Μια λύση ελαφρύτερου βάρους θα επέτρεπε επίσης τη βαθύτερη δειγματοληψία των ωκεανών σε σύγκριση με τα ηλεκτρομηχανικά καλώδια με επένδυση μετάλλων που χρησιμοποιούνται συνήθως για εκστρατείες. Αυτά τα παλαιότερα μοντέλα καλωδίων θεωρούνται πολύ βαριά για να πετάξουν μέσα σε ασφαλή όρια εργασίας όταν χαμηλώσουν σε βάθη άνω των 5.000 μέτρων.

Στην ιδανική περίπτωση, η λύση δεν έπρεπε να έχει εκτεθειμένο μέταλλο, να μειώνει το βάρος και να αναπτύσσεται γρήγορα. Θα έπρεπε επίσης να είναι αρκετά ισχυρή ώστε να χειρίζεται μεταβλητά φορτία υπό τάση λόγω της κίνησης του πλοίου και να είναι μακράς διαρκείας. Το καλώδιο και το συνδεδεμένο υλικό θα πρέπει επίσης να αντέξουν περισσότερες από 100 αναπτύξεις ανά αποστολή.

Το καλώδιο της Cortland έχει χρησιμοποιηθεί πλέον σε περισσότερες από 600 ερευνητικές δραστηριότητες στον ωκεανό. Κρατάει με ασφάλεια το βάρος των 500 κιλών εξοπλισμού, συμπεριλαμβανομένου ενός καρουσέλ των 24 φιάλων δειγμάτων 12 λίτρων. Καθώς κατεβαίνει μέσα από τη στήλη νερού σε βάθη 7.000 μέτρων, υποφέρει από παράγοντες όπως κρύες θερμοκρασίες, κάμψη, ποδηλασία έντασης, διάβρωση, θαλάσσια εκτριβή, συμπίεση και ακόμη και επίθεση από τη θαλάσσια ζωή. Πρέπει να κάμπτεται και να λυγίζει για να ασχολείται με τη ναυπηγική, τα θαλάσσια ρεύματα και τις πιέσεις που υπερβαίνουν τα 550 bar (55.000 kPa).

Κάθε καλώδιο παρέχει τη φυσική σύνδεση για συνδεσιμότητα ισχύος και επικοινωνίας σε πραγματικό χρόνο. Τα σχέδια πρέπει να είναι αυστηρά και η κατασκευή να λαμβάνει υπόψη τις λεπτομέρειες και τις αποδεδειγμένες διαδικασίες.

Σημαντικά κέρδη
Οι απαιτήσεις υποβρύχιων δειγματοληψιών και παρακολούθησης ποικίλλουν. Τα έργα μπορούν να περιλαμβάνουν σεισμικές έρευνες, μελέτες θαλάσσιας ζωής και παρακολούθηση της ρύπανσης. Τα καλώδια κατασκευάζονται με διαφορετικό τρόπο από τις γενικές βιομηχανικές εκδόσεις, κατασκευάζονται με χέρι για συχνά μοναδικούς σκοπούς. Ειδικότερα, η Cortland συνεργάστηκε με την Σχολή Ναυτικής Επιστήμης και Τεχνολογίας του Πανεπιστημίου της Μασαχουσέτης για την παραγωγή ενός ειδικά σχεδιασμένου ηλεκτρικού ομοαξονικού καλωδίου για τη διενέργεια απογραφής των χελωνών της θάλασσας του Ατλαντικού και με την Εθνική Ωκεανική και Ατμοσφαιρική Διοίκηση για τη μείωση της υποδομής ανάπτυξης και του κόστους παγίδες προειδοποίησης για τσουνάμι. Και τα δύο έργα απαιτούσαν καλώδια τα οποία δεν ήταν εμπορικά διαθέσιμα από το ράφι για να παρέχουν την απαιτούμενη προστασία, ακρίβεια και ανθεκτικότητα.

Εικόνα: Cortland

Για τις GEOTRACES των ΗΠΑ σχεδιάστηκε, κατασκευάστηκε και διατέθηκε από την Cortland ένα καλώδιο Vectran μήκους 14 mm για την εφαρμογή ωκεανογραφικών ερευνητικών έργων. Η χρήση του Vectran, μιας υψηλής απόδοσης συνθετικής ίνας, παρείχε τις ιδιότητες υψηλής αντοχής, χαμηλής τάνυσης και ευελιξίας που χρειάζονται ως μέλος αντοχής του καλωδίου.

Μέσα στον πυρήνα, η Cortland παρέδωσε ηλεκτρική και τηλεπικοινωνιακή καλωδίωση με τις δυνατότητες να μεταδίδει σήματα μέσω βάθους των ωκεανών. Μέσα σε ολόκληρη την κατασκευή του καλωδίου υπήρχε εξωτερικός μανδύας ανθεκτικός σε τριβή, εξωθημένος πολυεστέρας.

Τα χρησιμοποιούμενα υλικά ήταν ισχυρά, αλλά ελαφριά και ευέλικτα. Η εξωτερική επικάλυψη ήταν αρκετά ανθεκτική ώστε να χειρίζεται τη δραστηριότητα του καταστρώματος και της ολίσθησης πάνω στο σκάφος και να αντέχει σε πιθανή ζημιά από μεταβολές της θερμοκρασίας, κύκλωμα έντασης και υπεριώδες φως.

Αυτά τα προστατευτικά στοιχεία επέτρεψαν αδιάλειπτα σήματα μεταξύ επιφάνειας και καρουσέλ για κρίσιμη παρακολούθηση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Η GEOTRACES των Η.Π.Α. μπορεί να παρακολουθεί τις θερμοκρασίες, την πίεση, την αγωγιμότητα και άλλες αισθητηριακές παραμέτρους σε όλη τη διάρκεια της κατεργασίας και να ενεργοποιεί τις φιάλες του δείγματος κατά την άνοδο. Η συνθετική έκδοση της Cortland σχεδιάστηκε για να έχει όλες τις λειτουργίες και τις δυνατότητες εναλλακτικών λύσεων από χαλύβδινο καλώδιο, αλλά σε πολύ μικρότερο βάρος, ενώ ταυτόχρονα εξαλείφει τη μόλυνση μετάλλων.

Μελλοντική χρήση
Η αμερικανική GEOTRACES έχει επιτύχει τη δυνατότητα να μειώσει το carousel βαθύτερα από ποτέ άλλοτε χωρίς ανησυχίες για το βάρος. Οι ερευνητές μπορούν να συλλέξουν περισσότερα δείγματα ταχύτερα και ουσιαστικά δεν υπάρχει κίνδυνος μόλυνσης από εκτεθειμένα μεταλλικά συστατικά.

Η οργάνωση έχει χρησιμοποιήσει τώρα το έθιμο καλώδιο για δεκάδες αποστολές, σε περιοχές τόσο διαφορετικές όσο η Αρκτική στα τροπικά νερά της Πολυνησίας. Έχει αποδειχθεί ιδανικό για τις αποστολές που διεξάγονται κάθε δύο χρόνια από το 2008. Αναμένεται να εφαρμοστεί ξανά το 2021. Σχεδόν τα ίδια καλώδια χρησιμοποιούνται τώρα στην Κίνα, τη Γερμανία, την Ινδία και την Ανταρκτική.

Έχουμε μάθει μέσω της εμπειρίας ότι τα καλώδια που χρησιμοποιούνται σε δυναμικά υποθαλάσσια περιβάλλοντα πρέπει να σχεδιάζονται και να κατασκευάζονται ειδικά για τα συγκεκριμένα σκληρά περιβάλλοντα που συναντούν οι πελάτες μας. Οι ιδιότητες των μελών συνθετικής αντοχής και των εξωτερικών μανδύων μπορούν να κάνουν τη διαφορά στις επιστημονικές αποστολές, ιδιαίτερα εκείνες που πραγματοποιούνται σε μακρόχρονα πλαίσια σε απομακρυσμένες τοποθεσίες και με μεγάλη δαπάνη. Οι ομάδες μας επιδιώκουν να είναι ένα εκτεταμένο μέρος αυτών των αποστολών και να υπερηφανεύονται για τις επιτυχίες τους επίσης.

Σχετικά με τον Συγγραφέα

Ο Chad Murdock είναι μηχανικός εφαρμογών μολύβδου στην εταιρεία Cortland Company. Διαχειρίζεται σχέσεις με στρατηγικούς λογαριασμούς-κλειδιά σε μια μεγάλη ποικιλία βιομηχανιών για την παροχή εξειδικευμένων ηλεκτρομηχανολογικών καλωδιακών λύσεων. Ο Τσαντ έχει εμπειρία στον σχεδιασμό, την κατασκευή και τη δοκιμή μηχανικών προϊόντων για προσαρμοσμένες εφαρμογές καλωδίων που κυμαίνονται από την ωκεανογραφική έρευνα μέχρι την αεροδιαστημική. Με γνώμονα την τεχνογνωσία και την επίλυση προβλημάτων, παρέχει καινοτόμες λύσεις και υποστήριξη σε πελάτες σε όλο τον κόσμο. Έχει επίσης συμβάλει στην προώθηση συνιστωσών συστατικών συνθετικών αντοχών ως μέρος καλωδιακών λύσεων αντί για χάλυβα, παρέχοντας τα πλεονεκτήματα υψηλής αντοχής στη θερμοκρασία, υψηλή αντοχή σε βάρος, εξαιρετική αντοχή στην κοπή, χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και χαμηλές ιδιότητες παρεμβολής, χημική αντίσταση.