آروی فلیپ که در منابع رسمی با نام R/P FLIP نیز شناخته میشود، یک سکوی پژوهشی اقیانوسشناسی است که ظاهر آن در نگاه نخست شبیه یک کشتی معمولی به نظر میرسد، اما شیوه عملکردش کاملاً متفاوت است. این شناور در سال 1962 برای انجام پژوهشهای دریایی ساخته شد و میتواند پس از رسیدن به محل مأموریت، از وضعیت افقی به حالت تقریباً عمودی تغییر وضعیت دهد. پس از این تغییر، حدود 17 متر از بدنه بالای سطح آب باقی میماند و نزدیک به 91 متر از سازه در زیر آب قرار میگیرد. این ویژگی باعث میشود حرکت ناشی از امواج سطحی تا حد زیادی حذف شود و تجهیزات علمی بتوانند دادههای دقیقتری ثبت کنند.
به گزارش ابرار صنعتی، برخلاف نام رایج «کشتی»، کشتی آروی فلیپ FLIP در واقع یک سکوی شناور پژوهشی است و سامانه رانش مستقل ندارد. این شناور توسط یدککش به محل استقرار منتقل میشود و پس از پایان عملیات نیز دوباره به حالت افقی بازمیگردد تا به نقطه دیگری منتقل شود. طول آن حدود 355 فوت (108 متر)، ظرفیت آن 5 نفر خدمه و 11 پژوهشگر است و مأموریتهای دریایی آن میتوانست تا حدود 35 روز بدون نیاز به پشتیبانی مستقیم ادامه پیدا کند.
جدول مشخصات کشتی آروی فلیپ
| عنوان | اطلاعات |
|---|---|
| نام کشتی | آروی فلیپ (RV FLIP) |
| نام انگلیسی | Research Vessel FLIP (Floating Instrument Platform) |
| سال ساخت | 1962 |
| کشور سازنده | ایالات متحده آمریکا |
| کاربری | سکوی پژوهشی اقیانوسشناسی |
| مالک | نیروی دریایی ایالات متحده آمریکا (تا زمان بازنشستگی) |
| اپراتور | مؤسسه اقیانوسشناسی اسکریپس (Scripps Institution of Oceanography) |
| طول | 108 متر |
| جابجایی وضعیت | از حالت افقی به حالت عمودی با پر کردن مخازن آب |
| مدت زمان تغییر وضعیت | حدود 28 دقیقه |
| هدف طراحی | کاهش اثر امواج و انجام اندازهگیریهای دقیق در اقیانوس |
| وضعیت فعلی | بازنشسته |
هدف از طراحی و ساخت کشتی آروی فلیپ
ایده ساخت FLIP از نیاز نیروی دریایی آمریکا به یک سکوی بسیار پایدار برای مطالعه رفتار صوت در اقیانوس شکل گرفت. در اواخر دهه 1950 پژوهشگران متوجه شدند که حرکت دائمی کشتیهای معمولی باعث ایجاد خطا در اندازهگیری امواج صوتی، دمای آب و جریانهای اقیانوسی میشود. به همین دلیل، آزمایشگاه Marine Physical Laboratory وابسته به مؤسسه اقیانوسشناسی اسکریپس با پشتیبانی مالی Office of Naval Research (ONR) پروژه طراحی سکویی را آغاز کرد که کمترین تأثیر را از امواج سطحی بگیرد.
هدف اولیه این شناور پشتیبانی از پژوهشهای مربوط به انتشار صوت در زیر آب برای برنامه نظامی SUBROC بود، اما پس از موفقیت آزمایشها، دامنه کاربرد آن گسترش یافت. FLIP بعدها در بررسی امواج داخلی اقیانوس، انتقال انرژی میان دریا و جو، آشفتگی آب، تغییرات دما و چگالی، مطالعات هواشناسی دریایی و حتی پژوهش روی نهنگها و دلفینها مورد استفاده قرار گرفت. حذف صدای موتور نیز مزیت مهمی برای آزمایشهای آکوستیکی ایجاد میکرد، زیرا شناور هیچ سامانه پیشران دائمی نداشت.
نحوه تبدیل کشتی از حالت افقی به عمودی
فرایند تغییر وضعیت FLIP بر پایه ورود کنترلشده آب دریا به مخازن بالاست انجام میشود. هنگامی که شناور به محل مأموریت میرسد، دریچههای مشخصی باز میشوند و آب به تدریج از بخش انتهایی وارد مخازن میشود. با افزایش وزن در انتهای سازه، دماغه به آرامی بالا آمده و بخش عقبی در آب فرو میرود تا در نهایت کل سازه نزدیک به 90 درجه بچرخد. این عملیات حدود 20 تا 30 دقیقه زمان نیاز دارد و تمام مراحل آن تحت نظارت خدمه انجام میشود.
در زمان پایان مأموریت، هوای فشرده داخل مخازن مخصوص به بالاست تزریق میشود تا آب از مخازن خارج شود. با کاهش وزن بخش زیرین، شناور دوباره به حالت افقی بازمیگردد و آماده یدککشی میشود. از آنجا که تغییر وضعیت به آرامی انجام میشود، تجهیزات علمی و فضای داخلی نیز برای این شرایط طراحی شدهاند و در طول عملیات آسیبی نمیبینند.
علت عمودی شدن کشتی
دلیل اصلی عمودی شدن FLIP افزایش پایداری هنگام انجام اندازهگیریهای علمی است. امواج سطح دریا معمولاً فقط لایههای بالایی آب را به شدت تحت تأثیر قرار میدهند. هنگامی که بیش از 90 متر از بدنه در عمق آب قرار میگیرد، تکیهگاه اصلی شناور به ناحیهای منتقل میشود که نوسانات بسیار کمتری دارد. در نتیجه، حرکت سکوی پژوهشی نسبت به کشتیهای متداول به مقدار قابل توجهی کاهش پیدا میکند و ابزارهای اندازهگیری دقت بالاتری خواهند داشت.
همین ویژگی باعث شد FLIP برای ثبت تغییرات بسیار کوچک در ارتفاع امواج، اندازهگیری انتقال صوت در آب، بررسی جریانهای عمیق اقیانوس و مطالعه برهمکنش میان هوا و سطح دریا به کار گرفته شود. اگر همین تجهیزات روی یک کشتی معمولی نصب میشدند، حرکت مداوم بدنه میتوانست بخشی از دادهها را دچار خطا کند.
معرفی سازمان سفارشدهنده و سازنده کشتی
پروژه FLIP با سرمایهگذاری Office of Naval Research (ONR)، که مرکز اصلی پژوهشهای علمی نیروی دریایی ایالات متحده است، آغاز شد. طراحی مفهومی توسط پژوهشگران Marine Physical Laboratory در مؤسسه اقیانوسشناسی Scripps Institution of Oceanography انجام شد و شرکت The Glosten Associates نیز در طراحی معماری دریایی مشارکت داشت. ساخت شناور در کارخانه Gunderson Brothers Engineering واقع در شهر پورتلند ایالت اورگن انجام شد و شناور در 22 ژوئن 1962 به آب انداخته شد.
پس از تکمیل آزمایشهای دریایی، بهرهبرداری از FLIP به مؤسسه اسکریپس سپرده شد. این مرکز طی چند دهه مدیریت عملیات علمی، نگهداری و برنامهریزی مأموریتهای شناور را بر عهده داشت و صدها پروژه اقیانوسشناسی با استفاده از آن انجام شد.
نام FLIP مخفف چیست؟
نام FLIP مخفف عبارت Floating Instrument Platform به معنای «سکوی شناور تجهیزات علمی» است. این نام بهخوبی کاربرد اصلی شناور را نشان میدهد، زیرا از ابتدا برای حمل تجهیزات پژوهشی و فراهم کردن بستری پایدار جهت اندازهگیریهای اقیانوسشناسی طراحی شده بود، نه برای جابهجایی بار یا مسافر. در بسیاری از اسناد علمی و گزارشهای مؤسسه اسکریپس، عنوان رسمی شناور Research Platform FLIP (R/P FLIP) ثبت شده است. استفاده از واژه Platform نیز به این دلیل است که شناور پس از استقرار، عملکردی شبیه یک سکوی ثابت روی آب دارد و برخلاف کشتیهای معمولی دائماً در حال حرکت نیست.
منابع رسمی نیروی دریایی آمریکا نیز تأکید میکنند که کشتی آروی فلیپ طی بیش از 60 سال فعالیت، بهعنوان سکویی برای نصب انواع حسگرهای صوتی، هواشناسی، اقیانوسشناسی و تجهیزات اندازهگیری امواج مورد استفاده قرار گرفت و طراحی آن از همان ابتدا بر پایه ایجاد محیطی پایدار برای پژوهشهای علمی شکل گرفته بود، نه انجام مأموریتهای دریانوردی متداول. این تفاوت باعث شد نام آن نیز به جای واژه Ship یا Vessel، بر مفهوم «سکوی ابزارهای علمی» تمرکز داشته باشد.
سیستم پر شدن و تخلیه مخازن بالاست
تغییر وضعیت FLIP بدون استفاده از جرثقیل یا سامانههای مکانیکی بزرگ انجام میشود. تمام این فرایند بر پایه سامانه بالاست طراحی شده است. درون بدنه شناور چندین مخزن بزرگ قرار دارد که هنگام آغاز عملیات، دریچههای آنها باز میشوند و آب دریا بهصورت کنترلشده وارد این مخازن میشود. افزایش تدریجی جرم در انتهای شناور، مرکز ثقل را جابهجا میکند و باعث میشود سازه آرامآرام حول محور طولی خود بچرخد تا به وضعیت عمودی برسد.
پس از پایان مأموریت نیز روند معکوس اجرا میشود. هوای فشرده با فشار مشخص وارد مخازن بالاست میشود و آب موجود را از طریق خروجیهای تعبیهشده به دریا بازمیگرداند. با کاهش وزن بخش انتهایی، شناور بهآرامی به وضعیت افقی برمیگردد. تمام این عملیات با نظارت خدمه انجام میشود و سامانههای اندازهگیری، میزان آب هر مخزن را بهطور پیوسته کنترل میکنند تا تعادل شناور در تمام مراحل حفظ شود. این روش باعث شده FLIP طی دههها فعالیت، صدها بار تغییر وضعیت را بدون استفاده از تجهیزات خارجی انجام دهد.
اصول فیزیکی پایداری کشتی در حالت عمودی
پایداری FLIP بر پایه تغییر محل مرکز جرم و مرکز شناوری شکل گرفته است. هنگامی که شناور عمودی میشود، بخش عمده جرم آن در اعماق آب قرار میگیرد؛ جایی که اثر امواج سطحی بسیار کمتر از لایههای بالایی اقیانوس است. در نتیجه، تکانهای ناشی از موج، باد و جریانهای کوتاهمدت تا حد زیادی کاهش پیدا میکند و سکوی پژوهشی میتواند تقریباً ثابت باقی بماند.
عامل مهم دیگر، نسبت بسیار زیاد طول به قطر بدنه در حالت عمودی است. این ساختار باعث افزایش ممان پایداری میشود و از نوسان شدید جلوگیری میکند. به همین دلیل ابزارهای بسیار حساس مانند هیدروفونها، سامانههای اندازهگیری امواج، تجهیزات ثبت جریانهای دریایی و دستگاههای هواشناسی میتوانند دادههایی با دقت بالا جمعآوری کنند. پژوهشهای منتشرشده توسط مؤسسه اسکریپس نشان میدهد که میزان حرکت FLIP در برخی شرایط دریایی بهمراتب کمتر از کشتیهای پژوهشی معمولی بوده و همین ویژگی علت ادامه استفاده از آن طی چند دهه بود.
طراحی بدنه و ساختار داخلی شناور
بدنه FLIP از دو بخش اصلی تشکیل شده است. بخش بلند و استوانهای که پس از تغییر وضعیت در زیر آب قرار میگیرد و بخش بالایی که فضای اقامت، آزمایشگاه، تجهیزات ناوبری و محل نصب سامانههای ارتباطی را در خود جای داده است. طول کلی شناور حدود 108 متر است، اما قطر بدنه اصلی تنها چند متر است تا مقاومت هیدرودینامیکی کاهش یابد و هنگام عمودی شدن، تعادل به شکل مطلوب حفظ شود.
فضای داخلی کشتی آروی فلیپ نیز برخلاف کشتیهای معمولی طراحی شده است. بسیاری از تجهیزات، کابینها، راهروها، سرویسهای بهداشتی و حتی وسایل آشپزخانه به گونهای ساخته شدهاند که در هر دو وضعیت افقی و عمودی قابل استفاده باشند. برای نمونه، برخی درها، تختها، کمدها و تجهیزات آزمایشگاهی دارای دو جهت استفاده هستند و پس از تغییر وضعیت، خدمه بدون نیاز به جابهجایی وسایل میتوانند فعالیت خود را ادامه دهند. این شیوه طراحی در زمان ساخت FLIP ایدهای کمسابقه بود و به دلیل شرایط خاص بهرهبرداری، مهندسان مجبور شدند بسیاری از اجزای داخلی را به صورت اختصاصی طراحی کنند.
فضای زندگی خدمه در دو حالت افقی و عمودی
زندگی در FLIP با کشتیهای پژوهشی متداول تفاوت قابل توجهی داشت، زیرا فضای داخلی باید در دو جهت مختلف قابل استفاده میبود. هنگامی که شناور به حالت افقی قرار داشت، همه بخشها مانند یک کشتی معمولی استفاده میشدند، اما پس از عمودی شدن، کف برخی اتاقها به دیوار تبدیل میشد و دیوارهای دیگر نقش کف را بر عهده میگرفتند. به همین دلیل در بسیاری از اتاقها دو مجموعه در، پنجره، تخت و تجهیزات نصب شده بود تا پس از تغییر وضعیت، فضای زندگی همچنان کاربرد خود را حفظ کند.
آشپزخانه، محل غذاخوری، اتاق کنترل و محل استراحت پژوهشگران نیز با همین منطق طراحی شده بودند. حتی برخی سینکها، اجاقها و سرویسهای بهداشتی در دو جهت مختلف قابل استفاده بودند تا خدمه پس از پایان عملیات تغییر وضعیت نیازی به جابهجایی تجهیزات نداشته باشند. تصاویر منتشرشده توسط مؤسسه اسکریپس نشان میدهد که بسیاری از اتاقهای کشتی آروی فلیپ دارای دو در ورودی در دو زاویه متفاوت بودند؛ ویژگیای که در شناورهای معمولی مشاهده نمیشود و کاملاً متناسب با مأموریت خاص این سکوی پژوهشی طراحی شده بود.
