Co způsobuje, že ponorka imploduje?

Foto: Openverse

Lidé se snažili prozkoumat a orientovat pod mořem přibližně od roku 300 př. n. l. V průběhu historie se používala řada metod pro cestování pod vodou za účelem výzkumu, píše ABC Science. Legenda praví, že první pokus o zhotovení prototypu ponorky učinil Alexandr Veliký.

To znamená, že pustit se do moře ve skleněném sudu se stěží zdálo jako účinná metoda k prozkoumání podmořského světa.

Ponorky jsou zázraky techniky, které se pohybují v hlubinách oceánu, odolávají obrovskému tlaku a umožňují lidem prozkoumávat podmořský svět.

V roce 1578 n. l. sestrojil britský námořní důstojník William Bourne plavidlo s dřevěnou konstrukcí potaženou nepromokavou kůží, na kterém se dalo veslovat pod vodou. První oficiálně zdokumentovaná ponorka nazvaná „Turtle“ vznikla během americké revoluční války v roce 1776. Teprve koncem 19. století se ponorky s vývojem pohonných systémů a pokročilejších technologií nakonec vyvinuly v praktická plavidla.

Jak si ponorka udržuje tlak odpovídající atmosféře?

Ponorky jsou konstruovány tak, aby ve svém trupu udržovaly stejný tlak jako atmosférický tlak na úrovni hladiny moře.

To nutí k zamyšlení, proč je tak důležité udržovat tento odpovídající tlak? Pokud se vnitřní tlak výrazně liší od vnějšího tlaku, může vyvíjet nepřirozené namáhání trupu, což vede ke strukturálním poruchám, netěsnostem nebo dokonce implozi.

Když je ponorka na hladině, jsou zátěžové nádrže naplněny vzduchem, takže plavidlo má menší hustotu než voda a může plout. Když se však ponorka potřebuje ponořit, vypustí vzduch z balastních nádrží a nahradí ho vodou, čímž se hustota plavidla zvýší. Vnitřní tlak ponorky je regulován rovnováhou mezi tlakem vody působící na trup a tlakem vzduchu uvnitř.

Když se ponorka ponoří hlouběji, tlak vody se zvýší a stlačí tlak vzduchu uvnitř trupu. Proto se k vyrovnání tlaku uvnitř ponorky při výstupu nebo sestupu odpovídajícím způsobem zaplavují nebo odčerpávají balastní nádrže. Všechny ponorky mají také vnitřní systémy zvané „tlakové koule“, které zabraňují příliš velkému vnitřnímu tlaku vzduchu.

Co jsou tlakové sféry a proč jsou tak důležité?

Foto: Charles-Edouard Cote/Shutterstock

Motor ponorky s tlakoměry

Je zřejmé, že „tlakové trupy“ jsou důležité konstrukce uvnitř ponorky, ale jaké jsou přesně jejich funkce?

Tlakový trup je hlavní vodotěsná konstrukce, která zajišťuje pevnost hlavního skeletu ponorky. Je konstruován tak, aby odolal vnějšímu tlaku působícímu z hlubin oceánu a chránil tak posádku a systémy uvnitř.

Jedním z nejdůležitějších úkolů, na které si musí konstruktéři při navrhování ponorky dávat pozor, je zajistit odolnost tlakových trupů proti únikům. Musí se vyrovnat s vnějším hydrostatickým tlakem, aniž by se zhroutily nebo zdeformovaly, a zároveň musí být zachována celková integrita tlakového trupu.

Jak se v ponorce skladuje dýchatelný kyslík?

Ponorky obvykle používají k výrobě kyslíku na palubě kanystry s generátorem kyslíku. Kanystr je naplněn směsí chlorečnanu sodného a železného prášku, která po zapálení podléhá chemické reakci a uvolňuje plynný kyslík.

Foto: Krysja/Shutterstock

Elektrolýzní jednotky

Protože ponorky nemají přímý přístup k atmosféře, musí mít pod vodou dostatek dýchatelného kyslíku na delší dobu. Uvnitř ponorek je instalován systém, který vyrábí kyslík na palubě a skladuje ho pro pozdější použití.

Jednou z metod výroby kyslíku pod vodou je samozřejmě elektrolýza vody! Elektrolýzou se voda štěpí na molekuly vodíku a kyslíku a následně se kyslík uchovává ve vysokotlakých nádržích. Na palubě lze určitě nosit i kyslíkové lahve. V těchto lahvích se uchovává kyslík pod vysokým tlakem, který může poskytovat dýchatelný kyslík lidem uvnitř ponorky.

Kvůli technickým omezením a energii spotřebované během procesu však elektrolýza není všeobecně uznávanou metodou výroby kyslíku.

Co může způsobit, že ponorka imploduje?

Ponorky jsou konstruovány tak, aby odolávaly obrovským vnějším tlakům, ale přesto zůstává riziko imploze jednou z hlavních obav při konstrukci ponorky. K implozi dochází, když tlak vně ponorky překročí pevnost konstrukce tlakového trupu ponorky a způsobí její zhroucení dovnitř.

Když ponorka pracuje ve velkých hloubkách, může okolní voda vyvíjet na tlakový trup obrovský tlak; když tento tlak překročí mezní hodnotu, stane se pro tlakový trup neúnosným. To způsobí zhroucení trupu dovnitř. K tomuto katastrofickému selhání může přispět řada příčin, včetně slabin v konstrukční celistvosti, konstrukčních chyb nebo dokonce příliš vysokých limitů hloubky.

Náhlé zhroucení trupu vede k téměř okamžité ztrátě životů na ponorce, ke ztrátě ponorky a k různým dalším environmentálním rizikům. Ponorky zpravidla procházejí přísným výcvikem a testy, které mají zajistit, aby k takovému tragickému jevu nedošlo.

Slovo na závěr

Udržování stejného tlaku, jaký má okolní atmosféra, je pro bezpečný provoz ponorek klíčové. Regulace vnitřního tlaku je nezbytná, aby ponorky byly dostatečně odolné a odolaly silnému vnějšímu tlaku vody a ochránily tak posádku a vnitřní systémy. Skladovací systémy určené pro uchovávání dýchatelného kyslíku zajišťují nepřetržité zásobování pro delší podvodní mise.

Tlakové trupy hrají důležitou roli při zajišťování podpory a pevnosti, udržování strukturální integrity a odolávání vnějším tlakům hlubokých oceánských vod. Imploze, ačkoli je vzácná, je nevyhnutelnou obavou, kterou je třeba se zabývat předtím, než se člověk rozhodne prozkoumat tajemství hlubokých vod oceánu.