دراسة حالة: الكابلات في البعثات تحت الماء

GEOTRACES نشر دائري يظهر كابل كورتلاند. الصورة: كورتلاند

GEOTRACES نشر دائري من السفينة. الصورة: كورتلاند

Previous Next

برنامج GEOTRACES الأمريكي مخصص لجمع العناصر النادرة ونظائرها من محيطات العالم للأغراض العلمية. يمكن أن تكون بيئات العمل الأوقيانوغرافية قاسية ، لذا فإن المعدات المتينة ضرورية للمهام الناجحة تحت الماء.

يقوم كورتلاند المتخصص في الكابلات الكهروميكانيكية بتزويد المعدات التي تستخدمها المؤسسات البحثية في جميع أنحاء العالم للمساعدة في تتبع ورصد ظروف المحيط المتغيرة. قام فريقنا بقيادة عالم الكيمياء الحيوية الشهير الدكتور جريج كتر ، أستاذ علوم المحيطات والأرض والغلاف الجوي بجامعة أولد دومينيون ، فرجينيا ، بتطوير حل أوقيانوغرافي لجيوتراكس الأمريكية.

لدعم التحديات العلمية ، يجب أن يكون الكبل المناسب غير معدني لتلبية معيار غير ملوث لأن أي معدن مكشوف يمكن أن يتداخل مع جودة عينة العناصر النزرة ، مثل الحديد والزنك ، بحلول وقت عودتهم إلى السطح. ومن شأن الحلول الأخف وزناً أن تسمح بأخذ عينات أعمق للمحيطات ، مقارنةً بالكابلات الكهروميكانيكية المغطاة بالمعادن والتي تستخدم عادةً في الحملات. تعتبر هذه الطرز الأقدم من الكابلات ثقيلة جدًا بحيث لا يمكن رفعها داخل حدود العمل الآمنة عند خفضها إلى عمق يتجاوز 5000 متر.

من الناحية المثالية ، يجب ألا يكون للمحلول أي معدن مكشوف ، ويخفض الوزن وينتشر بسرعة. كما يجب أن تكون قوية بما يكفي للتعامل مع الأحمال المتغيرة تحت التوتر بسبب حركة السفينة وتكون طويلة الأمد. يجب أن يتحمل الكبل والأجهزة المتصلة أكثر من 100 عملية نشر لكل بعثة.

تم الآن استخدام كابل Cortland في أكثر من 600 عملية نشر بحث حول المحيطات. إنها تحمل بأمان وزن 500 كجم من المعدات ، بما في ذلك دائري من 24 زجاجة عينة 12 لتر. نظرًا لأنه يتم خفضه من خلال عمود الماء إلى عمق 7000 متر ، فإنه يتحمل عوامل تشمل درجات الحرارة الباردة والانحناء ودراجات التوتر والتآكل والاحتكاك البحري والضغط وحتى الهجوم من خلال الحياة البحرية. يجب أن ينعطف وينحنى للتعامل مع الروافع ، والتيارات البحرية ، والضغوط التي تتجاوز 550 بار (55000 كيلو باسكال).

يوفر كل كابل الاتصال الفعلي للحصول على اتصال الطاقة والاتصالات في الوقت الحقيقي. يجب أن تكون التصاميم صارمة ، كما أن التصنيع يأخذ الانتباه إلى التفاصيل والعمليات المثبتة.

المكاسب المادية
متطلبات أخذ العينات والمراقبة تحت الماء متنوعة. يمكن أن تشمل المشاريع المسوحات الزلزالية ، ودراسات الحياة البحرية وتتبع التلوث. يتم تصنيع الكابلات بشكل مختلف عن الإصدارات الصناعية العامة ، حيث يتم تصنيعها يدويًا لأغراض فريدة من نوعها. جدير بالذكر أن كورتلاند عملت مع كلية علوم وتكنولوجيا البحار في جامعة ماساتشوستس لإنتاج كابل محوري كهربائي مصمم خصيصًا لإجراء إحصاء لأسقلوب البحر الأطلسي ، ومع الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي لتقليل البنية التحتية للنشر وتكاليف النشر. العوامات تحذير تسونامي. احتاج كلا المشروعين إلى كابلات لم تكن متوفرة تجاريًا على الرف لتوفير الحماية والدقة والمتانة المطلوبة.

الصورة: كورتلاند

بالنسبة إلى GEOTRACES في الولايات المتحدة ، تم تصميم كابل Vectran مقاس 14 ملم وصنعته وتزويده من قِبل Cortland لتطبيق الأبحاث الأوقيانوغرافية في المياه العميقة. استخدام Vectran ، وهو الألياف الاصطناعية عالية الأداء ، وفر خصائص عالية القوة ، وتمتد منخفضة ومرنة اللازمة كعضو قوة الكابل.

داخل الأساسية ، قدمت كورتلاند الأسلاك الكهربائية والاتصالات مع القدرة على نقل الإشارات من خلال أعماق المحيطات العميقة. كان يحيط ببناء الكابل بأكمله سترة خارجية من البوليستر المقذوف والمقاوم للتآكل.

كانت المواد المستخدمة قوية ، ولكنها خفيفة الوزن ومرنة. كان الغلاف الخارجي متينًا بما يكفي للتعامل مع سطح السفينة وأنشطة النقل على ظهر السفينة ، ولمقاومة الأضرار المحتملة الناجمة عن التغيرات في درجات الحرارة ، ودورة التوتر ، وضوء الأشعة فوق البنفسجية.

سمحت هذه العناصر الواقية بإشارات غير متقطعة بين السطح ودوائر رصد البيانات في الوقت الفعلي. تستطيع GEOTRACES في الولايات المتحدة مراقبة درجة الحرارة والضغط والتوصيل وغيرها من المعلمات المستشعرة طوال عملية الخفض ، وإطلاق زجاجات العينات أثناء الصعود. تم تصميم النسخة كورتلاند الاصطناعية لتكون جميع وظائف وقدرات بدائل الكابلات الفولاذية ، ولكن في وزن أخف بكثير ، مع القضاء أيضا على التلوث المعدني.

إستخدام مستقبلي
لقد حققت GEOTRACES الأمريكية القدرة على خفض الكاروسيل بشكل أعمق من أي وقت مضى دون أي مخاوف تتعلق بالوزن. يمكن للباحثين جمع المزيد من العينات بشكل أسرع وليس هناك أي خطر للتلوث من المكونات المعدنية المكشوفة.

استخدمت المنظمة الآن الكبل المخصص لعشرات المهمات ، في مناطق متنوعة مثل القطب الشمالي إلى المياه الاستوائية في بولينيزيا. لقد ثبت أنها مثالية للبعثات التي تنفذ كل عامين منذ عام 2008. ومن المقرر أن يتم نشرها مرة أخرى في عام 2021. وتستخدم الآن الكابلات القريبة المتطابقة في الصين وألمانيا والهند وأنتاركتيكا.

لقد تعلمنا من خلال التجربة أن الكابلات المستخدمة في البيئات البحرية الفرعية يجب أن تكون مصممة ومصممة خصيصًا للبيئات القاسية المحددة التي يواجهها عملاؤنا. يمكن لخصائص أعضاء القوة الاصطناعية والسترات الخارجية أن تحدث فرقًا في الحملات العلمية ، خاصة تلك التي يتم إجراؤها على الأطر الطويلة في المواقع النائية وبتكلفة كبيرة. تهدف فرقنا إلى أن تكون جزءًا ممتدًا من هذه المهام ونفخر بنجاحاتها أيضًا.

نبذة عن الكاتب

تشاد مردوك هو مهندس تطبيقات رئيسي في شركة كورتلاند. يدير العلاقات مع الحسابات الاستراتيجية الرئيسية في مجموعة متنوعة من الصناعات لتوفير حلول الكابلات الكهروميكانيكية المخصصة عالية التصميم. تتمتع تشاد بخبرة في مجال تصميم المنتجات الميكانيكية وتصنيعها واختبارها لتطبيقات الكابلات المخصصة بدءًا من أبحاث المحيطات إلى الفضاء. مدفوعًا بالخبرة الفنية ونهج حل المشكلات ، يقدم حلولًا مبتكرة ودعمًا للعملاء في جميع أنحاء العالم. وقد لعب أيضًا دورًا فعالًا في تعزيز مكونات أعضاء القوة الاصطناعية كجزء من حلول الكابلات بدلاً من الفولاذ ، مما يوفر فوائد المقاومة للحرارة العالية ، نسبة القوة العالية إلى الوزن ، المقاومة الممتازة للقطع ، الموصلية الكهربائية المنخفضة وخصائص التداخل المنخفض ، التمدد المنخفض والجيد مقاومة كيميائية.