كاسحة الجليد

الموسوعة الحرة
سفينة خفر السواحل الأمريكية هيلي (WAGB-20) على اليمين تكسر الجليد حول الناقلة التي تحمل العلم الروسي ريندا ، على بعد 250 ميلاً (400 كيلومتر) جنوب نومي، ألاسكا .

كاسحة الجليد هي سفينة أو قارب مصمم لغرض خاص للتحرك والملاحة عبر المياه المغطاة بالجليد ، وتوفير ممرات مائية آمنة للقوارب والسفن الأخرى. على الرغم من أن المصطلح يشير عادةً إلى سفن كسر الجليد ، إلا أنه قد يشير أيضًا إلى سفن أصغر، مثل قوارب كسر الجليد التي كانت تستخدم ذات يوم في قنوات المملكة المتحدة .

لكي يتم اعتبار السفينة كاسحة جليد، فإنها تتطلب ثلاث سمات تفتقر إليها معظم السفن العادية: هيكل معزز ، وشكل قادر على إزالة الجليد، والقوة اللازمة للدفع عبر الجليد البحري . [1]

تزيل كاسحات الجليد المسارات عن طريق الدفع مباشرة إلى المياه المتجمدة أو الجليد المتراكم . تكون قوة انحناء الجليد البحري منخفضة بما يكفي بحيث ينكسر الجليد عادةً دون تغيير ملحوظ في تقليم السفينة. في حالات الجليد السميك جدًا، يمكن لكاسحة الجليد دفع مقدمتها على الجليد لكسره تحت وزن السفينة. يمكن أن يؤدي تراكم الجليد المكسور أمام السفينة إلى إبطائها أكثر بكثير من كسر الجليد نفسه، لذلك تحتوي كاسحات الجليد على هيكل مصمم خصيصًا لتوجيه الجليد المكسور حول السفينة أو تحتها. تكون المكونات الخارجية لنظام دفع السفينة ( المراوح ، أعمدة المروحة ، إلخ) معرضة لخطر التلف أكثر من هيكل السفينة، لذا فإن قدرة كاسحة الجليد على دفع نفسها على الجليد وكسره وإزالة الحطام من مسارها بنجاح أمر ضروري لسلامتها. [2]

تاريخ

أقدم كاسحات الجليد

قبل ظهور السفن العابرة للمحيطات، تم تطوير تقنية كسر الجليد في القنوات والأنهار الداخلية باستخدام عمال يحملون الفؤوس والخطافات. كانت أول سفينة كاسحة جليد بدائية مسجلة عبارة عن مركب شراعي استخدمته مدينة بروج البلجيكية في عام 1383 للمساعدة في تطهير خندق المدينة. [3] [4] كانت جهود مركب كسر الجليد ناجحة بما يكفي لضمان شراء المدينة لأربع سفن من هذا القبيل.

استمر استخدام زوارق كسر الجليد خلال فصول الشتاء الباردة في العصر الجليدي الصغير مع زيادة الاستخدام في المناطق المنخفضة حيث كانت هناك كميات كبيرة من التجارة ونقل الأشخاص والبضائع. في القرن الخامس عشر، كان استخدام كاسحات الجليد في فلاندرز ( أودينارد ، وكورتريك ، وإيبر ، وفورن ، وديكسمويد ، وهولست ) راسخًا بالفعل. توسع استخدام زوارق كسر الجليد في القرن السابع عشر حيث استخدمت كل مدينة ذات أهمية في المناطق المنخفضة شكلًا من أشكال كاسحات الجليد للحفاظ على مجاري المياه الخاصة بها خالية.

قبل القرن السابع عشر، لم تكن مواصفات كاسحات الجليد معروفة. تشير مواصفات سفن كسر الجليد إلى أنها كانت تُجر بواسطة فرق من الخيول وكان وزن السفينة الثقيل يدفعها إلى أسفل على الجليد مما يؤدي إلى كسره. كانت تستخدم بالاشتراك مع فرق من الرجال يحملون الفؤوس والمناشير ولم تتغير التكنولوجيا التي كانت تستخدمها كثيرًا حتى الثورة الصناعية.

فريقان من الخيول وفريق من العمال يسحبون كاسحة الجليد عبر قنوات أمستردام في عام 1733.

السفن الشراعية في المياه القطبية

كانت السفن المقواة بالجليد تستخدم في الأيام الأولى لاستكشاف القطب الشمالي. وكانت هذه السفن في الأصل خشبية وتستند إلى تصميمات موجودة، ولكنها كانت مقواة، وخاصة حول خط الماء بألواح مزدوجة للهيكل وعوارض تقوية متقاطعة داخل السفينة. وكانت شرائط من الحديد ملفوفة حول الجزء الخارجي. وفي بعض الأحيان كانت توضع صفائح معدنية عند مقدمة السفينة ومؤخرتها وعلى طول عارضة السفينة. وقد صُممت هذه التعزيزات لمساعدة السفينة على الدفع عبر الجليد وأيضًا لحماية السفينة في حالة "قرصها" الجليد. ويحدث القرص عندما يتم دفع كتل الجليد حول السفينة ضدها، مما يحبسها كما لو كانت في كماشة ويسبب ضررًا. ويحدث هذا الفعل الشبيه بالكماشة بسبب قوة الرياح والمد والجزر على التكوينات الجليدية.

كوتش روسي من القرن السابع عشر في متحف

كانت القوارب الأولى التي استُخدمت في المياه القطبية هي قوارب الإسكيمو . كانت قوارب الكاياك الخاصة بهم عبارة عن قوارب صغيرة تعمل بالطاقة البشرية ذات سطح مغطى، ومقصورة قيادة واحدة أو أكثر، وكل منها تتسع لمجدف واحد يحرك مجدافًا ذا شفرة واحدة أو مزدوجة . لا تتمتع هذه القوارب بالقدرة على كسر الجليد، لكنها خفيفة الوزن ومناسبة للسير فوق الجليد.

في القرنين التاسع والعاشر، وصل توسع الفايكنج إلى شمال المحيط الأطلسي ، وفي النهاية إلى جرينلاند وسفالبارد في القطب الشمالي. ومع ذلك، كان الفايكنج يديرون سفنهم في المياه الخالية من الجليد لمعظم العام، في ظل ظروف العصر الدافئ في العصور الوسطى .

في القرن الحادي عشر، بدأ الاستيطان في شمال روسيا على سواحل البحر الأبيض ، والذي سُمي بهذا الاسم لكونه مغطى بالجليد لأكثر من نصف عام. وأصبحت المجموعة العرقية المختلطة من الكاريليين والروس في شمال روسيا التي عاشت على شواطئ المحيط المتجمد الشمالي تُعرف باسم بومور ("المستوطنون على شاطئ البحر"). وقد طوروا تدريجيًا نوعًا خاصًا من السفن الشراعية الخشبية الصغيرة ذات الصاري الواحد أو الصاريين ، والتي استُخدمت في الرحلات في ظروف الجليد في بحار القطب الشمالي وفي وقت لاحق على أنهار سيبيريا . كانت هذه كاسحات الجليد الأولى تسمى كوتشي . كان هيكل الكوتش محميًا بحزام من ألواح الجلد المقاومة للجليد على طول خط المياه المتغير، وكان له عارضة زائفة للحمل على الجليد . إذا تم ضغط الكوتش بواسطة حقول الجليد، فإن خطوط جسمها المستديرة أسفل خط الماء تسمح للسفينة بالدفع للأعلى من الماء وإلى الجليد دون أي ضرر. [5]

في القرن التاسع عشر، تم اعتماد تدابير وقائية مماثلة لكاسحات الجليد الحديثة التي تعمل بالبخار. كما تميزت بعض السفن الشراعية البارزة في نهاية عصر الشراع بشكل بيضاوي مثل قوارب بومور ، على سبيل المثال، سفينة فرام ، التي استخدمها فريدجوف نانسن وغيره من المستكشفين النرويجيين العظماء للقطب الشمالي . كانت فرام هي السفينة الخشبية التي أبحرت إلى أقصى الشمال (85°57'N) وأقصى الجنوب (78°41'S)، وواحدة من أقوى السفن الخشبية التي تم بناؤها على الإطلاق.

كاسحات الجليد التي تعمل بالبخار

قارب الجليد رقم 1 في نهر ديلاوير . تم بناء الباخرة ذات المجاديف في عام 1837.

كانت إحدى السفن المبكرة المصممة للعمل في الظروف الجليدية [6] عبارة عن باخرة مجداف خشبية بطول 51 مترًا (167 قدمًا) ، City Ice Boat No. 1 ، والتي تم بناؤها لمدينة فيلادلفيا بواسطة Vandusen & Birelyn في عام 1837. كانت السفينة تعمل بمحركين بخاريين بقوة 250 حصانًا (190 كيلو وات) وكانت مجاديفها الخشبية معززة بأغطية من الحديد. [7]

بفضل شكلها الدائري وهيكلها المعدني القوي، كانت السفينة الروسية Pilot التي يعود تاريخها إلى عام 1864 سلفًا مهمًا لكاسحات الجليد الحديثة ذات المراوح. وقد بُنيت السفينة بناءً على أوامر التاجر وباني السفن ميخائيل بريتنيف . وقد تم تعديل مقدمة السفينة لتحقيق القدرة على إزالة الجليد (رفع بمقدار 20 درجة عن خط العارضة). وقد سمح هذا للسفينة Pilot بدفع نفسها فوق الجليد وبالتالي كسره. وقد صمم بريتنيف مقدمة سفينته على شكل قوارب بومور القديمة، التي كانت تبحر في المياه الجليدية في البحر الأبيض وبحر بارنتس لعدة قرون. واستُخدمت Pilot بين عامي 1864 و1890 للملاحة في خليج فنلندا بين كرونشتادت وأورانينباوم ، مما أدى إلى تمديد موسم الملاحة الصيفية لعدة أسابيع. مستوحى من نجاح بايلوت ، قام ميخائيل بريتنيف ببناء سفينة مماثلة ثانية تسمى Boy ("Breakage" باللغة الروسية) في عام 1875 وسفينة ثالثة تسمى Booy ("Buoy" باللغة الروسية) في عام 1889.

تسبب الشتاء البارد في عامي 1870 و1871 في تجميد نهر إلبه وميناء هامبورغ ، مما تسبب في توقف الملاحة لفترة طويلة وخسائر تجارية ضخمة. أعاد كارل فرديناند شتاينهاوس استخدام تصميم القوس المعدل من بريتنيف لصنع كاسحة الجليد الخاصة به، [8] Eisbrecher I. [ 9]

تعتبر السفينة يرماك أول كاسحة جليد بحرية حديثة حقيقية.

تم بناء أول كاسحة جليد بحرية حديثة حقيقية [10] في مطلع القرن العشرين. تم بناء كاسحة الجليد Yermak في عام 1899 في حوض بناء السفن البحرية Armstrong Whitworth في إنجلترا بموجب عقد من البحرية الإمبراطورية الروسية . استعارت السفينة المبادئ الرئيسية من Pilot وطبقتها في إنشاء أول كاسحة جليد قطبية، والتي كانت قادرة على دهس وسحق الجليد . أزاحت السفينة 5000 طن، وكانت محركاتها البخارية الترددية تنتج 10000 حصان (7500 كيلو وات). تم إيقاف تشغيل السفينة في عام 1963 وتم تفكيكها في عام 1964، مما يجعلها واحدة من أطول كاسحات الجليد خدمة في العالم.

في كندا، احتاجت الحكومة إلى توفير وسيلة لمنع الفيضانات بسبب الاختناقات الجليدية على نهر سانت لورانس . تم بناء كاسحات الجليد من أجل الحفاظ على النهر خاليًا من الاختناقات الجليدية، شرق مونتريال . في نفس الوقت تقريبًا، كان على كندا الوفاء بالتزاماتها في القطب الشمالي الكندي. تم بناء كاسحات الجليد البخارية الكبيرة، مثل CGS  NB McLean (1930) بطول 80 مترًا (260 قدمًا) و CGS  D'Iberville (1952)، لهذا الاستخدام المزدوج (منع فيضانات سانت لورانس وتجديد القطب الشمالي).

في بداية القرن العشرين، بدأت العديد من الدول الأخرى في تشغيل كاسحات الجليد المصممة خصيصًا. كانت معظمها كاسحات جليد ساحلية، لكن كندا وروسيا، وفي وقت لاحق الاتحاد السوفييتي ، قامت أيضًا ببناء العديد من كاسحات الجليد المحيطية التي يصل وزنها إلى 11000 طن.

كاسحات الجليد التي تعمل بالديزل

قبل بناء أول كاسحات الجليد التي تعمل بالديزل والكهرباء في ثلاثينيات القرن العشرين، كانت كاسحات الجليد عبارة عن سفن بخارية تعمل بالفحم أو النفط . [11] كانت محركات البخار الترددية مفضلة في كاسحات الجليد بسبب موثوقيتها وقوتها وخصائص عزم الدوران الجيدة والقدرة على عكس اتجاه الدوران بسرعة. [12] خلال عصر البخار، كانت أقوى كاسحات الجليد التي تعمل بالبخار قبل الحرب تتمتع بقوة دفع تبلغ حوالي 10000 حصان عمود (7500 كيلو واط). [11]

تعتبر سفينة "يمر" أول كاسحة جليد تعمل بالديزل والكهرباء في العالم، وقد تم بناؤها في عام 1933.

كانت أول كاسحة جليد تعمل بالديزل والكهرباء في العالم هي كاسحة الجليد السويدية Ymer التي يبلغ وزنها 4330 طنًا في عام 1933. وبقوة 9000 حصان (6700 كيلو وات) مقسمة بين مروحتين في المؤخرة ومروحة واحدة في القوس، ظلت أقوى كاسحة جليد سويدية حتى دخول أودين الخدمة في عام 1957. تبعت Ymer كاسحة الجليد الفنلندية Sisu ، أول كاسحة جليد تعمل بالديزل والكهرباء في فنلندا، في عام 1939. [13] [14] تم إيقاف تشغيل كلتا السفينتين في السبعينيات واستبدالهما بكاسحات جليد أكبر بكثير في كلا البلدين، Sisu التي بنيت عام 1976 في فنلندا و Ymer التي بنيت عام 1977 في السويد.

في عام 1941، بدأت الولايات المتحدة في بناء فئة ويند . أدت الأبحاث في الدول الاسكندنافية والاتحاد السوفييتي إلى تصميم يتميز بهيكل قصير وواسع قوي البناء للغاية، مع مقدمة مقطوعة وقاع مستدير. دفعت الآلات القوية التي تعمل بالديزل والكهرباء مروحتين خلفيتين ومروحة مساعدة واحدة في المقدمة. [15] [16] [17] أصبحت هذه الميزات هي المعيار لكاسحات الجليد بعد الحرب حتى ثمانينيات القرن العشرين.

منذ منتصف سبعينيات القرن العشرين، كانت كاسحات الجليد الكهربائية والديزل الأقوى هي كاسحات الجليد السوفيتية سابقًا والروسية لاحقًا Ermak و Admiral Makarov و Krasin والتي تحتوي على تسعة مولدات ديزل ذات اثني عشر أسطوانة تنتج الكهرباء لثلاثة محركات دفع بقوة إجمالية تبلغ 26500 كيلو وات (35500 حصان). [11] في أواخر عشرينيات القرن الحادي والعشرين، سيتم تجاوزها بواسطة كاسحات الجليد القطبية الكندية الجديدة CCGS  Arpatuuq و CCGS Imnaryuaq، والتي سيكون لها قوة دفع مجمعة تبلغ 34000 كيلو وات (46000 حصان).

كندا

CCGS Louis S. St  -Laurent هي كاسحة جليد تابعة لخفر السواحل الكندي .

في كندا، بدأ بناء كاسحات الجليد التي تعمل بالديزل والكهرباء في عام 1952، أولاً مع HMCS Labrador (تم نقلها لاحقًا إلى خفر السواحل الكندي)، باستخدام تصميم USCG Wind-class ولكن بدون المروحة الأمامية. ثم في عام 1960، جاءت الخطوة التالية في التطوير الكندي لكاسحات الجليد الكبيرة عندما تم الانتهاء من CCGS  John A. Macdonald في لوزون، كيبيك. كانت سفينة John A. Macdonald أكبر بكثير وأقوى من Labrador ، وكانت كاسحة جليد محيطية قادرة على تلبية أكثر الظروف القطبية صرامة. تم ترتيب آلاتها التي تعمل بالديزل والكهرباء بقوة 15000 حصان (11000 كيلو وات) في ثلاث وحدات تنقل الطاقة بالتساوي إلى كل من الأعمدة الثلاثة.

تم تسليم أكبر وأقوى كاسحة جليد في كندا، وهي كاسحة الجليد CCGS  Louis S. St-Laurent التي يبلغ طولها 120 مترًا (390 قدمًا)، في عام 1969. ينتج نظامها الأصلي المكون من ثلاثة توربينات بخارية وتسعة مولدات وثلاثة محركات كهربائية 27000 حصان عمود (20000 كيلو وات). شهد مشروع تجديد منتصف العمر متعدد السنوات (1987-1993) حصول السفينة على قوس جديد ونظام دفع جديد. تتكون محطة الطاقة الجديدة من خمسة محركات ديزل وثلاثة مولدات وثلاثة محركات كهربائية، مما يعطي نفس قوة الدفع تقريبًا.

في 22 أغسطس 1994، أصبحت لويس إس. سانت لوران و USCGC  Polar Sea أول سفن سطحية في أمريكا الشمالية تصل إلى القطب الشمالي. كان من المقرر في الأصل إيقاف تشغيل السفينة في عام 2000؛ ومع ذلك، أدى تجديدها إلى تمديد تاريخ إيقاف التشغيل إلى عام 2017. ومن المقرر الآن أن تظل في الخدمة حتى عشرينيات القرن الحادي والعشرين في انتظار تقديم كاسحتي جليد قطبيتين جديدتين، CCGS  Arpatuuq وCCGS Imnaryuaq، لخفر السواحل. [18]

كاسحات الجليد التي تعمل بالطاقة النووية

تشغل روسيا حاليًا جميع كاسحات الجليد التي تعمل بالطاقة النووية الموجودة والعاملة . [19] تم إطلاق أول واحدة، وهي NS Lenin ، في عام 1957 ودخلت الخدمة في عام 1959، قبل أن يتم إيقاف تشغيلها رسميًا في عام 1989. كانت أول سفينة سطحية تعمل بالطاقة النووية في العالم وأول سفينة مدنية تعمل بالطاقة النووية .

طابع سوفيتي يحمل صورة لينين ، أول كاسحة جليد تعمل بالطاقة النووية في العالم.

كانت كاسحة الجليد النووية السوفيتية الثانية هي NS Arktika ، وهي السفينة الرائدة من فئة Arktika . كانت في الخدمة منذ عام 1975، وكانت أول سفينة سطحية تصل إلى القطب الشمالي ، في 17 أغسطس 1977. كما تم بناء العديد من كاسحات الجليد التي تعمل بالطاقة النووية خارج الاتحاد السوفيتي. تم بناء كاسحتي جليد نوويتين ضحلتين من فئة Taymyr في فنلندا للاتحاد السوفيتي في أواخر الثمانينيات. [11]

في مايو 2007، اكتملت التجارب البحرية لكاسحة الجليد الروسية التي تعمل بالطاقة النووية NS 50 Let Pobedy . تم وضع السفينة في الخدمة من قبل شركة Murmansk Shipping Company، التي تدير جميع كاسحات الجليد النووية الروسية المملوكة للدولة الثماني. تم وضع العارضة في الأصل في عام 1989 بواسطة Baltic Works of Leningrad ، وتم إطلاق السفينة في عام 1993 باسم NS Ural . من المفترض أن تكون كاسحة الجليد هذه هي السادسة والأخيرة من فئة Arktika . [20]

وظيفة

اليوم، هناك حاجة إلى معظم كاسحات الجليد للحفاظ على طرق التجارة مفتوحة حيث توجد ظروف جليدية موسمية أو دائمة. في حين أن السفن التجارية التي تصل إلى الموانئ في هذه المناطق معززة للملاحة في الجليد ، إلا أنها عادة لا تكون قوية بما يكفي لإدارة الجليد بنفسها. لهذا السبب، في بحر البلطيق ، والبحيرات العظمى ، وممر سانت لورانس البحري ، وعلى طول طريق البحر الشمالي ، فإن الوظيفة الرئيسية لكاسحات الجليد هي مرافقة قوافل سفينة واحدة أو أكثر بأمان عبر المياه المليئة بالجليد. عندما تصبح السفينة مشلولة بسبب الجليد، يتعين على كاسحة الجليد تحريرها عن طريق كسر الجليد المحيط بها، وإذا لزم الأمر، فتح ممر آمن عبر حقل الجليد. في ظروف الجليد الصعبة، يمكن لكاسحة الجليد أيضًا سحب أضعف السفن. [11]

كاسحة الجليد الفنلندية أوتسو ترافق سفينة تجارية في بحر البلطيق

تُستخدم بعض كاسحات الجليد أيضًا لدعم البحث العلمي في القطب الشمالي والقطب الجنوبي. بالإضافة إلى القدرة على كسر الجليد، يجب أن تتمتع السفن بخصائص مياه مفتوحة جيدة إلى حد معقول للانتقال من وإلى المناطق القطبية، والمرافق والإقامة للأفراد العلميين، وسعة الشحن لتزويد محطات الأبحاث على الشاطئ. [11] تمتلك دول مثل الأرجنتين وجنوب إفريقيا ، التي لا تتطلب كاسحات الجليد في المياه المحلية، كاسحات جليد بحثية لإجراء الدراسات في المناطق القطبية.

مع انتقال الحفر البحري إلى بحار القطب الشمالي، هناك حاجة إلى سفن كاسرة الجليد لتزويد مواقع الحفر بالبضائع والمعدات وحماية سفن الحفر ومنصات النفط من الجليد من خلال إدارة الجليد، والتي تتضمن على سبيل المثال كسر الجليد المنجرف إلى كتل أصغر وتوجيه الجبال الجليدية بعيدًا عن الجسم المحمي. [11] في الماضي، كانت مثل هذه العمليات تُنفذ في المقام الأول في أمريكا الشمالية، ولكن اليوم تجري عمليات الحفر البحري وإنتاج النفط في القطب الشمالي أيضًا في أجزاء مختلفة من القطب الشمالي الروسي.

كاسحة جليد تابعة لخفر السواحل الأمريكي في مضيق ماكموردو لدعم عملية التجميد العميق .

تستخدم قوات خفر السواحل الأمريكية كاسحات الجليد للمساعدة في إجراء مهام البحث والإنقاذ في المحيطات القطبية الجليدية. تعمل كاسحات الجليد الأمريكية على الدفاع عن المصالح الاقتصادية والحفاظ على وجود الأمة في منطقتي القطب الشمالي والقطب الجنوبي. مع استمرار ذوبان القمم الجليدية في القطب الشمالي، يتم اكتشاف المزيد من الممرات. تتسبب طرق الملاحة المحتملة هذه في زيادة الاهتمام بنصفي الكرة القطبية من الدول في جميع أنحاء العالم. يجب أن تستمر كاسحات الجليد القطبية الأمريكية في دعم البحث العلمي في محيطي القطب الشمالي والقطب الجنوبي المتوسعين . [21] كل عام، يجب أن تقوم كاسحة جليد ثقيلة بعملية التجميد العميق ، مما يمهد طريقًا آمنًا لسفن الإمداد إلى منشأة ماكموردو التابعة للمؤسسة الوطنية للعلوم في القارة القطبية الجنوبية. كانت الرحلة الأخيرة التي استمرت لعدة أشهر بقيادة بولار ستار والتي رافقت حاوية وسفينة وقود عبر ظروف غادرة قبل الحفاظ على القناة خالية من الجليد. [22]

صفات

مقاومة الجليد وشكل الهيكل

تتميز كاسحة الجليد الإستونية بوتنيكا بمقدمة مستديرة نموذجية لكاسحات الجليد ذات زوايا صغيرة في المقدمة والمؤخرة. كما يمكن رؤية حزام الجليد الملحوم بالانفجار و"المخرطات" أيضًا.

غالبًا ما توصف كاسحات الجليد بأنها سفن تدفع بمقدماتها المائلة على الجليد وتكسره تحت وزن السفينة. [23] في الواقع، يحدث هذا فقط في الجليد السميك جدًا حيث تتحرك كاسحة الجليد بسرعة المشي أو قد تضطر حتى إلى التراجع مرارًا وتكرارًا لعدة أطوال من السفينة وضرب حزمة الجليد بكامل قوتها. والأكثر شيوعًا هو أن الجليد، الذي يتمتع بقوة انثناء منخفضة نسبيًا ، يمكن كسره بسهولة وغمره تحت الهيكل دون تغيير ملحوظ في تقليم كاسحة الجليد بينما تتحرك السفينة للأمام بسرعة عالية وثابتة نسبيًا. [24]

عندما يتم تصميم كاسحة الجليد، فإن أحد الأهداف الرئيسية هو تقليل القوى الناتجة عن سحق وكسر الجليد، وغمر الكتل الجليدية المكسورة تحت السفينة. تسمى القيمة المتوسطة للمكونات الطولية لهذه القوى اللحظية مقاومة السفينة للجليد. يستخدم المهندسون البحريون الذين يصممون كاسحات الجليد ما يسمى بمنحنى h - v - لتحديد قدرة السفينة على كسر الجليد. إنه يوضح السرعة ( v ) التي تستطيع السفينة تحقيقها كدالة لسمك الجليد ( h ). يتم ذلك عن طريق حساب السرعة التي تساوي بها قوة الدفع من المراوح المقاومة الهيدروديناميكية ومقاومة الجليد المجمعة للسفينة. [1] هناك وسيلة بديلة لتحديد قدرة السفينة على كسر الجليد في ظروف جليدية مختلفة مثل تلال الضغط وهي إجراء اختبارات نموذجية في خزان جليدي . بغض النظر عن الطريقة، يتم التحقق من الأداء الفعلي لكاسحات الجليد الجديدة في تجارب الجليد بالحجم الكامل بمجرد بناء السفينة.

من أجل تقليل قوى كسر الجليد، عادة ما يتم تصميم خطوط هيكل كاسحة الجليد بحيث يكون الوهج عند خط الماء صغيرًا قدر الإمكان. ونتيجة لذلك، تتميز سفن كاسحة الجليد بجذع مائل أو مستدير بالإضافة إلى جوانب مائلة ووسط قصير موازٍ لتحسين القدرة على المناورة في الجليد. [24] ومع ذلك، فإن القوس على شكل ملعقة والبدن المستدير لهما كفاءة هيدروديناميكية ضعيفة وخصائص بقاء في البحر ، مما يجعل كاسحة الجليد عرضة للصدم ، أو تأثير الهيكل السفلي للسفينة على سطح البحر. [1] لهذا السبب، غالبًا ما يكون هيكل كاسحة الجليد حلاً وسطًا بين الحد الأدنى من مقاومة الجليد، والقدرة على المناورة في الجليد، والمقاومة الهيدروديناميكية المنخفضة، وخصائص المياه المفتوحة الكافية. [11]

تم بناء كاسحة الجليد السويدية "أودن" بقوس مسطح ونظام غمر مائي مصمم لتقليل الاحتكاك بين الهيكل والجليد.

تتميز بعض كاسحات الجليد بهيكل أعرض في المقدمة منه في المؤخرة. وتعمل هذه "المثاقب" على زيادة عرض قناة الجليد وبالتالي تقليل مقاومة الاحتكاك في المؤخرة فضلاً عن تحسين قدرة السفينة على المناورة في الجليد. وبالإضافة إلى الطلاء منخفض الاحتكاك، تستخدم بعض كاسحات الجليد حزامًا جليديًا من الفولاذ المقاوم للصدأ مقاومًا للتآكل ومُلحمًا بالانفجار ، مما يقلل الاحتكاك بشكل أكبر ويحمي هيكل السفينة من التآكل. تُستخدم أنظمة مساعدة مثل فيضانات المياه القوية وأنظمة الفقاعات الهوائية لتقليل الاحتكاك من خلال تكوين طبقة تشحيم بين الهيكل والجليد. يؤدي ضخ المياه بين الخزانات على جانبي السفينة إلى دحرجة مستمرة تقلل الاحتكاك وتجعل التقدم عبر الجليد أسهل. تم تجربة تصميمات القوس التجريبية مثل القوس المسطح Thyssen-Waas والقوس الأسطواني على مر السنين لتقليل مقاومة الجليد بشكل أكبر وإنشاء قناة خالية من الجليد. [11]

التصميم الهيكلي

تتطلب كاسحات الجليد والسفن الأخرى العاملة في المياه المليئة بالجليد تعزيزًا هيكليًا إضافيًا ضد الأحمال المختلفة الناتجة عن التلامس بين هيكل السفينة والجليد المحيط بها. نظرًا لاختلاف ضغوط الجليد بين مناطق مختلفة من الهيكل، فإن المناطق الأكثر تعزيزًا في هيكل السفينة التي تجوب الجليد هي مقدمة السفينة، والتي تتعرض لأعلى أحمال الجليد، وحول خط الماء، مع تعزيز إضافي أعلى وأسفل خط الماء لتشكيل حزام جليدي مستمر حول السفينة. [2]

مقدمة سفينة الأبحاث  بولارستيرن ، وهي كاسحة جليد بحثية. عادةً ما تكون مقدمة كاسحة الجليد هي المنطقة الأكثر تحصينًا في السفينة.

تُبنى كاسحات الجليد القصيرة والممتلئة عمومًا باستخدام إطار عرضي حيث يتم تقوية طلاء القشرة بإطارات توضع على مسافة تتراوح بين 400 إلى 1000 مليمتر (1 إلى 3 أقدام) على عكس الإطار الطولي المستخدم في السفن الأطول. بالقرب من خط الماء، توزع الإطارات التي تعمل في اتجاه عمودي الأحمال الجليدية المركزة محليًا على طلاء القشرة إلى عوارض طولية تسمى الأوتار، والتي بدورها مدعومة بإطارات شبكية وحواجز تحمل أحمال الهيكل الأكثر انتشارًا. [2] في حين أن طلاء القشرة، الذي يكون على اتصال مباشر بالجليد، يمكن أن يصل سمكه إلى 50 مليمترًا (2.0 بوصة) في كاسحات الجليد القطبية القديمة، فإن استخدام الفولاذ عالي القوة بقوة خضوع تصل إلى 500 ميجا باسكال (73000 رطل لكل بوصة مربعة) في كاسحات الجليد الحديثة يؤدي إلى نفس القوة الهيكلية مع سماكة مواد أصغر ووزن فولاذي أقل. بغض النظر عن القوة، يجب أن يكون الفولاذ المستخدم في هياكل هيكل كاسحة الجليد قادرًا على مقاومة الكسر الهش في درجات الحرارة المحيطة المنخفضة وظروف التحميل العالية، وكلاهما نموذجي للعمليات في المياه المليئة بالجليد. [2] [25]

إذا تم بناؤها وفقًا للقواعد التي وضعها مجتمع تصنيف مثل المكتب الأمريكي للشحن أو ديت نورسك فيريتاس أو لويدز ريجستر ، فقد يتم تعيين فئة جليدية لكاسحات الجليد بناءً على مستوى تقوية الجليد في بدن السفينة. وعادةً ما يتم تحديد ذلك من خلال أقصى سماكة للجليد حيث من المتوقع أن تعمل السفينة ومتطلبات أخرى مثل القيود المحتملة على الصدم. في حين أن فئة الجليد هي عمومًا مؤشر على مستوى تقوية الجليد، وليس قدرة كاسحة الجليد الفعلية على كسر الجليد، فإن بعض جمعيات التصنيف مثل سجل الشحن البحري الروسي لديها متطلبات قدرة تشغيلية لفئات معينة من الجليد. منذ العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، اقترحت الرابطة الدولية لجمعيات التصنيف (IACS) اعتماد نظام موحد يُعرف باسم الفئة القطبية (PC) لاستبدال تدوينات فئة الجليد الخاصة بجمعيات التصنيف.

القوة والدفع

منذ الحرب العالمية الثانية ، تم بناء معظم كاسحات الجليد بالدفع بالديزل والكهرباء حيث تنتج محركات الديزل المقترنة بالمولدات الكهرباء لمحركات الدفع التي تدير مراوح الدفع الثابتة. تم بناء أول كاسحات الجليد التي تعمل بالديزل والكهرباء باستخدام مولدات التيار المستمر (DC) ومحركات الدفع، ولكن على مر السنين تقدمت التكنولوجيا أولاً إلى مولدات التيار المتردد (AC) وأخيراً إلى أنظمة التيار المتردد التي يتم التحكم فيها بالتردد. [11] في كاسحات الجليد الحديثة التي تعمل بالديزل والكهرباء، يتم بناء نظام الدفع وفقًا لمبدأ محطة الطاقة حيث توفر المولدات الرئيسية الكهرباء لجميع المستهلكين على متن الطائرة ولا توجد حاجة إلى محركات مساعدة.

على الرغم من أن مجموعة نقل الحركة التي تعمل بالديزل والكهرباء هي الخيار المفضل لكاسحات الجليد بسبب خصائص عزم الدوران الجيدة منخفضة السرعة لمحركات الدفع الكهربائية، فقد تم أيضًا بناء كاسحات الجليد بمحركات ديزل مقترنة ميكانيكيًا بعلب تروس تخفيض ومراوح ذات خطوة يمكن التحكم فيها . تتمتع مجموعة نقل الحركة الميكانيكية بالعديد من المزايا على أنظمة الدفع التي تعمل بالديزل والكهرباء، مثل الوزن المنخفض وكفاءة الوقود الأفضل. ومع ذلك، فإن محركات الديزل حساسة للتغيرات المفاجئة في دورات المروحة، وللتغلب على ذلك، يتم تجهيز مجموعات نقل الحركة الميكانيكية عادةً بعجلات موازنة كبيرة أو وصلات هيدروديناميكية لامتصاص تغيرات عزم الدوران الناتجة عن تفاعل المروحة مع الجليد. [11]

كانت كاسحة الجليد القطبية الكندية CCGS Louis S. St-Laurent التي بُنيت عام 1969 واحدة من كاسحات الجليد القليلة المجهزة بغلايات بخارية ومولدات توربينية تنتج الطاقة لثلاثة محركات دفع كهربائية. تم إعادة تجهيزها لاحقًا بخمسة محركات ديزل، والتي توفر اقتصادًا أفضل في استهلاك الوقود من التوربينات البخارية. تم بناء كاسحات الجليد الكندية لاحقًا بمحركات ديزل كهربائية. [11]

تمتلك كاسحتا جليد من فئة بولار تعملان بواسطة خفر السواحل الأمريكي ، نظام دفع ميكانيكي وديزل كهربائي مشترك يتكون من ستة محركات ديزل وثلاث توربينات غازية . وبينما يتم ربط محركات الديزل بمولدات تنتج الطاقة لثلاثة محركات دفع، فإن توربينات الغاز متصلة مباشرة بأعمدة المروحة التي تعمل على تشغيل مراوح ذات خطوة قابلة للتحكم. [11] يمكن لمحطة الطاقة التي تعمل بالديزل والكهرباء إنتاج ما يصل إلى 13000 كيلو وات (18000 حصان) بينما تتمتع توربينات الغاز بتصنيف مشترك مستمر يبلغ 45000 كيلو وات (60000 حصان). [26]

منظر للجانب السفلي من هيكل ومراوح سفينة خفر السواحل الأمريكية  Healy .

يعتمد عدد ونوع وموقع المراوح على القوة والمسودة والغرض المقصود من السفينة. قد تتمكن كاسحات الجليد الصغيرة والسفن ذات الأغراض الخاصة لكسر الجليد من الاستغناء عن مروحة واحدة فقط بينما تحتاج كاسحات الجليد القطبية الكبيرة عادةً إلى ما يصل إلى ثلاث مراوح كبيرة لامتصاص كل الطاقة وتقديم قوة دفع كافية. تم بناء بعض كاسحات الجليد النهرية ذات المسودة الضحلة بأربع مراوح في المؤخرة. يمكن استخدام الفوهات لزيادة الدفع بسرعات أقل، ولكنها قد تسد بالجليد. [11] حتى ثمانينيات القرن العشرين، كانت كاسحات الجليد التي تعمل بانتظام في حقول الجليد ذات التلال في بحر البلطيق مزودة بمروحة واحدة أولاً ثم اثنتين لاحقًا لإنشاء تدفق قوي على طول هيكل السفينة. أدى هذا إلى زيادة قدرة السفن على كسر الجليد بشكل كبير عن طريق تقليل الاحتكاك بين الهيكل والجليد، وسمح لكاسحات الجليد باختراق التلال الجليدية السميكة دون اصطدام. ومع ذلك، فإن مراوح القوس ليست مناسبة لكاسحات الجليد القطبية التي تعمل في وجود جليد أكثر صلابة يستمر لسنوات عديدة، وبالتالي لم يتم استخدامها في القطب الشمالي. [27]

تزيل الدوافع السمتية الحاجة إلى المراوح والدفات التقليدية من خلال وضع المراوح في جندولات قابلة للتوجيه يمكنها الدوران 360 درجة حول محور رأسي. تعمل هذه الدوافع على تحسين كفاءة الدفع وقدرة كسر الجليد وسهولة المناورة للسفينة. يسمح استخدام الدوافع السمتية أيضًا للسفينة بالتحرك للخلف في الجليد دون فقدان القدرة على المناورة. وقد أدى هذا إلى تطوير السفن ذات الفعل المزدوج ، وهي سفن ذات مؤخرتها على شكل قوس كاسحة الجليد ومقدمتها مصممة للأداء في المياه المفتوحة. وبهذه الطريقة، تظل السفينة اقتصادية للعمل في المياه المفتوحة دون المساس بقدرتها على العمل في ظروف الجليد الصعبة. كما جعلت الدوافع السمتية من الممكن تطوير كاسحات جليد تجريبية جديدة تعمل جانبيًا لفتح قناة واسعة عبر الجليد.

تعمل بالطاقة النووية

رأس المفاعل النووي لـيامال ، كاسحة الجليد التي تعمل بالطاقة النووية.

تم إحياء كاسحات الجليد التي تعمل بالبخار في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي عندما كلف الاتحاد السوفييتي أول كاسحة جليد تعمل بالطاقة النووية ، لينين ، في عام 1959. كانت تحتوي على مجموعة نقل حركة كهربائية توربينية نووية حيث تم استخدام المفاعل النووي لإنتاج البخار للمولدات التوربينية ، والتي بدورها أنتجت الكهرباء لمحركات الدفع. بدءًا من عام 1975، كلف الروس ست كاسحات جليد نووية من فئة أركتيكا . كما بنى السوفييت سفينة شحن تعمل بالطاقة النووية لكسر الجليد، سيفموربوت ، والتي كانت تحتوي على مفاعل نووي واحد وتوربين بخاري متصل مباشرة بعمود المروحة. روسيا، التي تظل المشغل الوحيد لكاسحات الجليد التي تعمل بالطاقة النووية، تبني حاليًا كاسحات جليد بقوة 60.000 كيلو واط (80.000 حصان) لتحل محل فئة أركتيكا القديمة . دخلت أول سفينة من هذا النوع الخدمة في عام 2020.

طريقة الرنين

تستطيع المركبة الهوائية كسر الجليد باستخدام طريقة الرنين. وهذا يتسبب في تذبذب الجليد والماء لأعلى ولأسفل حتى يتعرض الجليد لإجهاد ميكانيكي كافٍ للتسبب في كسره. [28]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ abc Riska, K. "Design of Ice Breaking Ships" (PDF) . موسوعة أنظمة دعم الحياة (EOLSS) . تم الاسترجاع في 2012-10-27 .
  2. ^ abcd الفصل 5 تصميم وبناء السفن لعمليات الجليد. خفر السواحل الكندي. تم الاسترجاع في 2013-08-20.
  3. ^ دي كراكر، أدريان إم جيه (6 يونيو 2016). "الجليد والماء. إزالة الجليد من الممرات المائية في البلدان المنخفضة، 1330-1800". تاريخ المياه . 9 (2): 109-128. doi : 10.1007/s12685-016-0152-3 .
  4. ^ ديجروت، داجومار (19 فبراير 2019). "ازدهرت بعض الأماكن في العصر الجليدي الصغير. هناك دروس لنا الآن". واشنطن بوست . تم الاسترجاع في 11 نوفمبر 2019 .
  5. ^ مارشينكو، ناتالي (21 نوفمبر 2007). "الملاحة في ظروف الجليد. تجربة البحارة الروس" (PDF) . Norsk Polarinstitutt (منتدى سفالبارد العلمي) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 2012-07-23.
  6. ^ مادريجال، أليكسيس سي. (17 يناير 2012). "7 أشياء يجب أن تعرفها عن كاسحات الجليد (التي تعمل بالطاقة النووية والموجهة بطائرات بدون طيار)". الأطلسي . تم الاسترجاع في 22 ديسمبر 2018 .
  7. ^ "وثائق بحثية أساسية من AMSA: تاريخ وتطور تكنولوجيا البحار في القطب الشمالي" (PDF) . مجموعة عمل حماية البيئة البحرية في القطب الشمالي (PAME) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 2021-02-24 . تم الاسترجاع في 2011-07-03 .
  8. ^ فيسيلوف، بافيل (1993). "إطالة الملاحة" (PDF) (باللغة الروسية). ص 36-37. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2011-08-16 . تم الاسترجاع في 2018-12-27 .
  9. ^ بروون، ب. (1989). هندسة الموانئ، المجلد 1: تخطيط الموانئ، حواجز الأمواج، والمحطات البحرية (الطبعة الرابعة). شركة الخليج للنشر. ص. 1375. رقم ISBN 0-87201-843-1.
  10. ^ فارهال، ديفيد (13 نوفمبر 2011). "آفاق القطب الشمالي الأمريكي تعتمد على كاسحات الجليد الجديدة". بلومبرج . مؤرشف من الأصل في 23 أكتوبر 2013. تم الاسترجاع في 22 ديسمبر 2018 .
  11. ^ abcdefghijklmn Segercrantz, H. (1989): كاسحات الجليد - تطورها التاريخي والتقني. مراجعات العلوم المتعددة التخصصات ، المجلد 14، العدد 1.
  12. ^ لوريل ، سيبو (1992). هويريمورتاجين آيكا . يوفاسكولا: جوميروس كيرجابينو أوي. رقم ISBN 951-47-6775-6.
  13. ^ ""يمر": أول كاسحة جليد تعمل بالديزل والكهرباء في العالم". الجريدة الرسمية للشحن الإسكندنافية . مؤرشف من الأصل في 2013-08-09 . استرجاع 2013-08-09 .
  14. ^ "صورة من مبنى كاسحة الجليد يمير". Passagen. مؤرشف من الأصل في 7 يناير 2005. تم الاسترجاع في 5 سبتمبر 2013 .
  15. ^ Canney, Donald L. "Icebreakers and the US Coast Guard". مكتب مؤرخ خفر السواحل الأمريكي . خفر السواحل الأمريكي . تم الاسترجاع في 2013-01-09 .
  16. ^ Jane's Fighting Ships of World War II . Crescent Books (Random House). 1998. ص. 308. ISBN 0517-67963-9.
  17. ^ سيلفرستون، بول إتش (1966). السفن الحربية الأمريكية في الحرب العالمية الثانية . دبلداي وشركاه. ص 378.
  18. ^ "أكبر كاسحة جليد في كندا تخضع لتحديث لإطالة عمرها". 4 نوفمبر 2020.
  19. ^ هندرسون، إشعياء (18 يوليو/تموز 2019). "الطموح البارد: الصدع الجيوسياسي الجديد". مجلة كاليفورنيا ريفيو . تم استرجاعه في 18 يوليو/تموز 2019 .
  20. ^ "أكبر كاسحة جليد في العالم". مجلة السفن الشهرية . مايو 2007. مؤرشف من الأصل في 2009-02-27.
  21. ^ سكوت، ناثان (2010). كاسحات الجليد القطبية التابعة لخفر السواحل . نيويورك: دار نوفا للعلوم للنشر. ص. 1-20. ISBN 978-1-60692-987-2.
  22. ^ أتكينسون، بيتر (يوليو 2018). "الحفاظ على العمل". مجلة سي باور . 61 (6): 26-28.
  23. ^ تورونين ، آري. بارتانين، بيتجا (2011). Raakaa voimaa— Suomalaisen jäänmurtamisen Tarina [ القوة الغاشمة - القصة الفنلندية لكسر الجليد ] (بالفنلندية). يوفاسكولا: أتينا كوستانوس أوي. رقم ISBN 978-951-796-762-4.
  24. ^ المجلس القومي للبحوث (2007): كاسحات الجليد القطبية في عالم متغير: تقييم لاحتياجات الولايات المتحدة. مطبعة الأكاديميات الوطنية، واشنطن العاصمة
  25. ^ نوردن، ر. (1989): فولاذ هيكلي فائق القوة لكاسحات الجليد. وقائع المؤتمر الدولي العاشر حول هندسة الموانئ والمحيطات في ظل الظروف القطبية الشمالية (POAC'89)، المجلد 2، الصفحة 839.
  26. ^ تاريخ نجم القطب الشمالي CGC. خفر السواحل الأمريكي. تم الاسترجاع في 2013-08-24.
  27. ^ "أسطول أركتيا". أركتيا للشحن . مؤرشف من الأصل في 2013-10-23 . تم الاسترجاع في 2013-01-11 .
  28. ^ "مركبة تحطيم الجليد التابعة لخفر السواحل الكندي". www.griffonhoverwork.com . مؤرشف من الأصل في 2017-02-07 . تم الاسترجاع في 2017-02-06 .
تحتوي ويكيميديا ​​كومنز على الوسائط المتعلقة بـ كاسحات الجليد .
  • معرض كاسحات الجليد الروسية
  • "أبطال الجليد": اقرأ أسئلة وأجوبة مع قائد خفر السواحل الكندي بالإنابة.
  • Canadian Geographic: شاهد عرض شرائح لخفر السواحل الكندي.
  • دفع الحدود - تاريخ موجز لكاسحات الجليد الروسية بقلم رودريك إيم
  • كاسحة الجليد في القطب الشمالي: فيديو لكاسحة الجليد النووية يامال وهي تزور القطب الشمالي في عام 2001
  • كتاب كاسحات الجليد القطبية في عالم متغير: تقييم احتياجات الولايات المتحدة (2007)
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Icebreaker&oldid=1241189753"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate