نگاهی به زندگی ایزاک پرال، مخترع اولین زیردریایی

ایزاک پرال (اول ژوئن ۱۸۵۱-۲۲ مه‌۱۸۹۵) یک مهندس اسپانیایی، افسر دریایی و طراح و مخترع زیردریایی پرال بود. او در سال ۱۸۶۶ به نیروی دریایی اسپانیا ملحق شد و نخستین زیردریایی با نیروی برق را تولید کرد که این زیردریایی در سپتامبر سال ۱۸۸۸ عملا راه‌اندازی شد.

اما متاسفانه طرح‌های بعدی پرال برای بهبودبخشی به اختراعش مورد قبول مقامات دریایی آن زمان قرار نگرفت. از این‌رو پرال نیروی دریایی را ترک کرد تا سایر اختراعات تجاری خود را توسعه بخشد. ایزاک پرال فرزند منوئل پرال و ایزابل کابللو بود. پدر او یک افسر نظامی بود و همین امر زمینه‌ساز ورود پسرش ایزاک به نیروی دریایی اسپانیا شد. پرال در جنگ اسپانیا و در کوبا شرکت کرد و مدال‌های زیادی در قبال ارائه خدماتش به وی اهدا شد.

بعدها پرال به دلیل ناتوانی جسمی که پیدا کرده بود به کادیز (یک منطقه باستانی در اسپانیا) فرستاده شد و در آنجا تحت تعلیم مدرسه دریایی دلا آرامادا قرار گرفت. در آنجا بود که پرال زمان آن را پیدا کرد تا ایده خود برای اختراع یک زیردریایی با استفاده از باتری را به‌صورت جدی دنبال کند. البته در این راه او درگیر مشکلاتی از قبیل نیاز مالی برای توسعه و آزمایش اختراعاتش و عدم حمایت رسمی دولت و کم‌توجهی سران نیروهای دریایی شد.

اما بالاخره، پس از انجام مطالعات و آزمایش‌های مختلف و با حمایت و پشتیبانی برخی فرماندهان و افسران دریایی، پرال توانست ایده خود را به‌کارکنان نیروی دریایی اسپانیا ارائه دهد. سپس قرار بر این شد تا ایده این زیردریایی با بودجه اولیه ۵ هزار پزوتا عملی شود. قابل ذکر است که زیردریایی مورد مطالعه پرال در اصل اولین زیردریایی عملیاتی بود که تا آن زمان ساخته شده بود. و در نهایت، در تاریخ ۸ سپتامبر ۱۸۸۸ زیردریایی پرال عملا راه‌اندازی شد و در یک سفر آزمایشی به همراه مقامات دریایی روی یک رزم‌ناو شبیه‌سازی شده طرح پرال اجرا شد و این زیردریایی بدون هیچ‌گونه صدمه و آسیبی توانست به بندر بازگردد.

با این حال، هنوز این یک زیردریایی ساحلی به حساب می‌آمد، زیرا دارای پوسته دو لایه و موتور دیزلی نبود (موتورهای بنزینی در آن زمان قابل اطمینان نبودند). البته به جرات می‌توان گفت که کارآیی این زیردریایی با سایر زیردریایی‌هایی که تا ۱۰ سال بعد از آن به‌کار گرفته شد برابری می‌کرد. اما پروژه دوم پرال برای ادامه طرحش توسط مقامات دریایی رد و پرال از ادامه این کار ناامید شد. به همین خاطر او زیردریایی ساخته شده‌اش را به همراه طرح‌های بعدی خود برای جلوگیری از سوءاستفاده احتمالی جاسوسان خارجی تخریب کرد و از میان برد. قابل ذکر است که فرزندان او هنوز در رسانه‌های اسپانیایی مدعی هستند که علت رد طرح پرال، آن هم پس از آزمایش‌های موفق اولیه، بیشتر به‌خاطر دلایل سیاسی بوده است.

به هر حال طرح پرال به‌خاطر مخالفت‌های مهندسان ارشد دریایی که مسوول نظارت بر پروژه او بودند ناتمام ماند و در نوامبر ۱۸۹۱ پرال از نیروی دریایی بازنشسته شد. او سپس به همراه خانواده در مادرید ساکن شد و یک شرکت برق در آنجا تاسیس کرد و در همان‌جا اختراعات دیگری از قبیل اسلحه الکتریکی یا طرح‌های نخستین نیروگاه‌های برق اسپانیا را به مرحله اجرا در آورد. البته او همچنان امیدوار بود که پروژه بعدی‌اش برای کار روی زیردریایی و توسعه دادن اختراعش، از سوی دولت پذیرفته خواهد شد.

متاسفانه ایزاک پرال دچار تومور مغزی شد و چندین سال از این بیماری رنج برد و در ماه مه ‌۱۸۹۵ در شهر برلین درگذشت. او ابتدا در مادرید دفن شد و سپس در سال ۱۹۱۱ جسدش را به زادگاهش در کلمبیا یعنی کارتاخنا منتقل کردند؛ جایی که درحال‌حاضر یکموزه در آنجا به شخصیت و اختراعات پرال اختصاص داده شده است.  در سال ۱۸۹۵ جان فیلیپ هلند یک پیشرفت عمده در زمینه توسعه زیردریایی‌ها به انجام رسانید و برای اولین بار موفق به طراحی یک سیستم ترکیبی سوخت داخلی و نیروی الکتریکی شد که توانست بر محدودیت‌های باتری پرال فائق آید.

اولین زیردریایی که در نیروی دریایی اسپانیا به‌کار گرفته شد، ۲۲ سال بعد و براساس طرح پرال و طرح تکمیلی جان فیلیپ ساخته شد و چون ایده‌پرداز اولیه آن پرال بود این زیردریایی به نام پرال نامگذاری شد. این زیردریایی از سال ۱۹۶۵ به این سو در نقاط مختلف بندرگاه‌ها به نمایش گذاشته شده بود و دست آخر در سال ۲۰۱۲ در موزه دریایی کارتاخنا به نمایش عموم درآمد.

با این وصف اگرچه ایزاک پرال نتوانست طرح خود را به‌صورت پیشرفته و با استفاده از یک مخزن سوخت داخلی به مرحله اجرا درآورد اما نقش عمده‌ای را در طراحی و اختراع زیردریایی برعهده گرفت. برای فهم نقش این مخترع بهتر است نگاهی گذرا به تاریخچه ساخت زیردریایی از ابتدا تا پیشرفته‌ترین مراحلش بیفکنیم. می‌توان گفت یکی از اختراعات عجیب بشر، درست کردن زیردریایی‌ها بوده است؛ چون به انسان هم این توانایی را داده تا مثل نهنگ‌ها و کوسه‌ها مدتی را در زیر آب بمانند. برای اینکه چنین وسیله شگفت‌انگیزی اختراع شود از چند قانون مهم استفاده شده است.

یکی از قوانینی که برای ساخت زیردریایی استفاده شده «قانون ارشمیدس» است. این قانون می‌گوید به هر جسمی که روی آب شناور باشد نیرویی برابر با وزن آب جابه‌جا شده وارد می‌شود. همان‌طور که می‌دانید وزن جسم به سمت پایین و نیروی شناوری آب به طرف بالا است پس برای شناور ماندن کشتی یا زیردریایی روی آب کافی‌است که این دو نیرو با هم برابر باشند.

برای اینکه زیردریایی به داخل آب برود باید نیروی وزن از نیروی شناوری آب بیشتر باشد. چگالی یعنی وزن روی حجم، برای اینکه زیردریایی کاملا در آب فرو برود باید چگالی آن از چگالی آب بیشتر باشد. یکی دیگر از قوانین، قانون بویل است که براساس آن اگر دمای آب ثابت باشد، هر چه فشار آب بیشتر باشد حجم آن کمتر است و برعکس. وقتی که زیردریایی داخل آب قرار می‌گیرد به تمام سطح آن فشاری مساوی و متناسب با عمق آب وارد می‌شود. مسلم است که هر چه عمق آب بیشتر باشد فشاری که بر زیردریایی وارد می‌شود هم بیشتر می‌شود و براساس قانون بویل حجم آن کمتر می‌شود.

برای همین است که وقتی غواص‌ها عمق‌های بیشتری را برای غواصی انتخاب می‌کنند فشاری که بر بدن و ریه‌های آنها وارد می‌شود هم بیشتر می‌شود.  در این حال اگر دمای آب ثابت باشد حجم ریه آنها کمتر می‌شود پس برای خنثی شدن این فشار اضافه، هوای بیشتری جذب ریه می‌شود تا فشار ریه دقیقا مثل فشار محیط شود.

بنابراین اگر یک غواص به عمق ۴۰ متری برود ریه‌اش به مقدار ۴ برابر سطح آب فشرده می‌شود و این موضوع یعنی پاره شدن رگ‌ها و ته‌نشین شدن نیتروژن در خون! حتما می‌دانید که در این شرایط احتمال حمله قبلی وجود دارد؛ برای همین است که نمی‌توان برای مدت طولانی در اعماق بیش از ۳۰ متر دوام آورد. حتما برایتان جالب است که بدانید در اولین نمونه زیردریایی‌ها برای حرکت در عمق از نیروی دست استفاده می‌شد. قدمت اولین زیردریایی به سال ۱۶۲۰ برمی‌گردد، زیردریایی‌ای که می‌توانست تا عمق ۵/ ۴ متری دریا برود.

حجم این زیردریایی آن‌قدر کم بود که فقط یک نفر در آنجا می‌شد البته یک نفر پرزور! این شخص باید آن‌قدر قوی بود تا پره‌های فوقانی زیردریایی را در عمق آب بچرخاند. حدود ۱۵۰ سال بعد، زیردریایی دیگری اختراع شد که با دست و پدال‌های پایی حرکت می‌کرد. ۳۰ سال بعد اما تحولی در زیردریایی‌ها به وجود آمد: ۳ نفر در آن جا می‌شدند و بال‌هایی داشت که می‌توانست عمق را تنظیم کند.

بعد از این تلاش شد تا زیردریایی‌ای ساخته شود که به کمک موتور بخار کار کند اما مشکل اینجا بود که برای کار کردن موتور در زیر آب هیچ اکسیژنی وجود نداشت. برای همین در زیردریایی موتوری تعبیه شد که روی سطح دریا، آب را درون مخزنی به کمک موتور دیزل داغ و بخار می‌کرد؛ حالا زمان شیرجه زدن زیردریایی به داخل آب بود. اما یک محدودیت بزرگ وجود داشت و آن این بود که زیردریایی فقط تا زمانی می‌توانست در داخل آب بماند که بخار داخل مخزن سرد نشده بود.

سال ۱۸۶۰ بود که زیردریایی دیگری ساخته شد که از طریق لوله‌ای که روی سطح آب بود اکسیژن را به موتور می‌رساند. بعد چنانچه گفته شد حدود ۳۰ سال بعد یعنی در سال ۱۸۸۸ ایزاک پرال توانست یک زیردریایی عملیاتی با استفاده از باتری اختراع کند. این اختراع شکل حرفه‌ای و دقیق زیردریایی بود که بر بسیاری از مشکلات اختراعات قبل از خودش فائق آمده بود.

اما پرال بنا به دلایلی که گفته شد نتوانست پروژه خود را توسعه ببخشد تا بتواند از شر باتری‌های سنگین به‌کار رفته در زیردریایی‌ و مشکلات آن خلاصی یابد. اما چند سال بعد در سال ۱۹۰۴، در فرانسه اولین زیردریایی با موتور دیزل‌الکتریکی توسط جان فیلیپ و براساس طرح اولیه پرال ساخته شد. سازوکار این زیردریایی به این ترتیب بود که روی سطح آب به کمک موتورهای الکتریکی دیزل، باتری‌های الکتریکی شارژ می‌شدند پس از آن زیردریایی به داخل آب شیرجه می‌زد. در این لحظه دیگر به موتور دیزل نیازی نبود و موتور الکتریکی، زیردریایی را به جلو می‌راند.

در این روش هم بعد از چند ساعت زیردریایی باید به روی آب می‌رفت تا باتری‌ها را دوباره شارژ کند البته استفاده از این روش مشکلات دیگری هم داشت و آن اینکه باتری‌ها خیلی بزرگ و سنگین بودند و ترکیب اسید آنها با آب بخار مرگباری را به‌وجود می‌آورد. سال ۱۹۵۴ بود که زیردریایی دیگری اختراع شد که با سوخت هسته‌ای کار می‌کرد این زیردریایی پیشرفته‌ترین نوع زیردریایی محسوب می‌شود که می‌تواند حتی سال‌ها در زیر آب باشد و با سرعت بیش از ۵۰ کیلومتر حرکت کند.

سازوکار این زیردریایی کاملا متفاوت از بقیه بود: در این زیردریایی برای اینکه توربین بخار بچرخد باید لوله‌های آب، حرارت راکتور را به توربین می‌رساندند. این زیردریایی دو مدار گردش آب داشت: در مدار اول؛ حرارت زیاد راکتور، آب را داغ داغ می‌کرد. این آب داغ در مدار اولیه به حرکت می‌افتاد تا محفظه تبدیل هم داغ شود. حالا محفظه تبدیل آن‌قدر داغ شده که می‌تواند آب مدار ثانویه را هم بخار کند و این بخار را به توربین بخار ببرد. همین بخار باعث چرخش توربین می‌شد و برق زیردریایی را به‌وجود می‌آورد. بخار سپس به آب تبدیل می‌شد و دوباره به محفظه تبدیل بخار می‌رفت و این چرخه تکرار می‌شد.

مراد سلیمی