سيقوم مشروع هندسة المحيطات ببناء موطن تحت سطح البحر

مستقبل الإنسان يتشكل السكن في البحر في محجر مهجور على حدود ويلز وإنجلترا. وهناك، شرعت منظمة ديب لاستكشاف المحيطات في مسعى يمتد لسنوات لتمكين العلماء من العيش في قاع البحر على أعماق تصل إلى 200 متر لأسابيع، وأشهر، وربما حتى سنوات.

يقول كيرك كراك، قائد أداء الغواصين البشريين في ديب: “كانت قاعدة أكواريوس ريف في سانت كروا آخر موطن تم تركيبه في عام 1987، ولم يتم إنجاز الكثير خلال 40 عامًا تقريبًا”. “نحن نحاول جلب علوم وهندسة المحيطات إلى القرن الحادي والعشرين.”

تتضمن أجندة ديب معلمًا رئيسيًا هذا العام، وهو تطوير واختبار موطن معياري صغير يسمى فانجارد. سيكون هذا المأوى تحت الماء القابل للنقل والمضغوط، والقادر على استيعاب ما يصل إلى ثلاثة غواصين لفترات تصل إلى أسبوع أو نحو ذلك، بمثابة نقطة انطلاق لنظام موطن معياري أكثر استدامة – يُعرف باسم Sentinel – والذي من المقرر إطلاقه في عام 2027. ” ويقول كراك: “بحلول عام 2030، نأمل أن نرى وجودًا بشريًا دائمًا في المحيط”. أصبح كل هذا ممكنًا الآن بفضل أسلوب اللحام والطباعة ثلاثي الأبعاد المتقدم الذي يمكنه طباعة هذه الهياكل السكنية الكبيرة.

كيف سيفيد مثل هذا الوجود العلوم البحرية؟ يدير كراك الأرقام نيابةً عني: “مع الغوص الحالي على عمق 150 إلى 200 متر، يمكنك إنجاز 10 دقائق فقط من العمل، تليها 6 ساعات من تخفيف الضغط. بفضل موائلنا تحت الماء، سنكون قادرين على القيام بعمل سبع سنوات في 30 يومًا مع وقت أقصر لتخفيف الضغط. ويعيش أكثر من 90 في المائة من التنوع البيولوجي في المحيطات على عمق 200 متر وعلى الشواطئ، ولا نعرف سوى حوالي 20 في المائة منه. ويضيف أن فهم هذه النظم البيئية والبيئات الموجودة تحت سطح البحر يعد جزءًا مهمًا من لغز المناخ: فالمحيطات تمتص ما يقرب من ربع ثاني أكسيد الكربون الناتج عن النشاط البشري وحوالي 90 بالمائة من الحرارة الزائدة الناتجة عن النشاط البشري.

الحياة تحت الماء تحصل على الضوء الأخضر هذا العام

تتطلع شركة Deep إلى بناء بنية تحتية لدعم الحياة تحت الماء لا تتميز فقط بالموائل المعيارية ولكن أيضًا ببرامج تدريب للعلماء الذين سيستخدمونها. ينطوي السكن طويل الأمد تحت الماء على نوع متخصص من النشاط يسمى الغوص المشبع، وسمي بهذا الاسم لأن أنسجة الغواص تصبح مشبعة بالغازات، مثل النيتروجين أو الهيليوم. لقد تم استخدامه لعقود من الزمن في قطاعي النفط والغاز البحريين، ولكنه غير شائع في الغوص العلمي، باستثناء العدد الصغير نسبيًا من الباحثين المحظوظين الذين قضوا بعض الوقت في برج الدلو. يريد ديب أن يجعل من هذه الممارسة معيارًا للباحثين تحت سطح البحر.

الدرجة الأولى في هذا السلم هي فانجارد، وهي عبارة عن موطن تحت الماء قابل للنشر سريعًا على طراز الرحلات الاستكشافية بحجم حاوية شحن يمكن نقلها وتزويدها بواسطة سفينة وإيواء ثلاثة أشخاص على عمق حوالي 100 متر. ومن المقرر أن يتم اختباره في محجر خارج تشيبستو، ويلز، في الربع الأول من عام 2025.

سيكون موطن فانجارد، الذي يظهر هنا في عرض المصور، صغيرًا بما يكفي ليكون قابلاً للنقل ومع ذلك فهو قادر على دعم ثلاثة أشخاص على عمق أقصى يبلغ 100 متر.عميق

تتمثل الخطة في أن تكون قادرًا على نشر Vanguard أينما تكون هناك حاجة إليه لمدة أسبوع أو نحو ذلك. سيتمكن الغواصون من العمل لساعات في قاع البحر قبل أن يتقاعدوا في الوحدة لتناول الوجبات والراحة.

إحدى السمات الجديدة لـ Vanguard هي مرونتها غير العادية عندما يتعلق الأمر بالقوة. يوجد حاليًا ثلاثة خيارات: عند نشره بالقرب من الشاطئ، يمكن توصيله عن طريق الكابل بمركز توزيع بري باستخدام مصادر الطاقة المتجددة المحلية. بعيدًا في البحر، يمكن أن تستخدم الإمدادات من مزارع الطاقة المتجددة العائمة وخلايا الوقود التي من شأنها أن تغذي فانغارد عبر رابط سري، أو يمكن توفيرها عن طريق نظام تخزين الطاقة تحت الماء الذي يحتوي على بطاريات متعددة يمكن شحنها واسترجاعها، وإعادة نشرها عبر الكابلات البحرية.

سيتم وضع غازات التنفس في خزانات خارجية في قاع البحر وتحتوي على مزيج من الأكسجين والهيليوم يعتمد على العمق. في حالة الطوارئ، لن يتمكن الغواصون المشبعون من السباحة إلى السطح دون التعرض لحالة تهدد حياتهم من مرض تخفيف الضغط. لذا، فإن Vanguard، وكذلك Sentinel المستقبلي، سيكون لديهما أيضًا طاقة احتياطية كافية لتوفير 96 ساعة من دعم الحياة، في حجرة خارجية مجاورة في قاع البحر.

ستساعد البيانات التي تم جمعها من Vanguard هذا العام في تمهيد الطريق لـ Sentinel، والتي ستتكون من حجرات ذات أحجام وقدرات مختلفة. وستكون هذه القرون قادرة على ضبط الضغوط الداخلية المختلفة، بحيث يمكن للأقسام المختلفة أداء وظائف مختلفة. على سبيل المثال، يمكن أن تكون المختبرات عند ضغط الأعماق المحلي لتحليل العينات في بيئتها الطبيعية، ولكن إلى جانب تلك المعامل يمكن إنشاء غرفة ذات ضغط جوي واحد حيث يمكن للغواصات أن ترسو ويمكن للزوار مراقبة الموائل دون الحاجة إلى معادلة الضغط المحلي .

وكما يرى ديب، فإن التصميم النموذجي يتسع لستة أشخاص، لكل منهم غرفة نوم وحمام خاصين به. وسيكون لديه أيضًا مجموعة من المعدات العلمية بما في ذلك مختبرات رطبة كاملة لإجراء التحليلات الجينية، مما يوفر الأيام من خلال عدم الاضطرار إلى نقل العينات إلى مختبر علوي للتحليل.

يقول أحد مديري المشروع: “بحلول عام 2030، نأمل أن نرى وجودًا بشريًا دائمًا في المحيط”.

تم تصميم تكوين Sentinel للعمل لمدة شهر قبل الحاجة إلى إعادة الإمداد. سيتم رفع الغازات عبر وصلة سرية من العوامة السطحية، وسيتم إنزال الطعام والماء والإمدادات الأخرى أثناء تغييرات الطاقم المخطط لها كل 28 يومًا.

لكن الناس سيكونون قادرين على العيش في سينتينل لأشهر، إن لم يكن لسنوات. يقول كراك: “بمجرد أن تصبح مشبعًا، لا يهم إذا كنت هناك لمدة ستة أيام أو ست سنوات، ولكن معظم الناس سيبقون هناك لمدة 28 يومًا بسبب تغيرات الطاقم”.

حيث تلتقي الطباعة ثلاثية الأبعاد واللحام

إنها رؤية طموحة للغاية، وقد استنتج ديب أنه لا يمكن تحقيقها إلا من خلال تقنيات التصنيع المتقدمة. لقد توصلت شركة Deep Manufacturing Labs (DML)، ذراع التصنيع لشركة Deep، إلى نهج مبتكر لبناء هياكل الضغط لوحدات الموائل. إنها تستخدم الروبوتات للجمع بين تصنيع الإضافات المعدنية واللحام في عملية تُعرف باسم تصنيع إضافات القوس السلكي. باستخدام هذه الروبوتات، يتم بناء طبقات معدنية كما لو كانت في الطباعة ثلاثية الأبعاد، ولكن يتم دمج الطبقات معًا عن طريق اللحام باستخدام شعلة معدنية من الغاز الخامل.

في قاعدة عمليات ديب في مقلع سابق في تيدنهام، إنجلترا، تشمل الموارد غواصتين من طراز Triton 3300/3 MK II. يظهر واحد منهم هنا في رصيف “جزيرة” ديب العائم في المحجر. عميق

خلال جولة في DML، يقول هاري طومسون، قائد هندسة التصنيع المتقدمة، “نحن نجلس في منطقة رمادية بين اللحام والعملية المضافة، لذلك نحن نتبع قواعد اللحام، ولكن بالنسبة لأوعية الضغط نحن [also] اتبع عملية تخفيف الضغط التي تنطبق على مكون إضافي. نحن أيضًا نختبر جميع الأجزاء باختبارات غير مدمرة.

يبلغ مدى تشغيل كل ذراع من أذرع الروبوت 2.8 × 3.2 متر، لكن شركة DML عززت هذه المنطقة من خلال مفهوم يطلق عليه اسم Hexbot. يعتمد النظام على ستة أذرع آلية مبرمجة للعمل في انسجام تام لإنشاء هياكل سكنية يصل قطرها إلى 6.1 متر. التحدي الأكبر في إنشاء الهياكل هو إدارة الحرارة أثناء عملية الإضافة لمنع الأجزاء من التشوه أثناء إنشائها. ولهذا السبب، تعتمد DML على استخدام الفولاذ الذي يتحمل الحرارة وعلى معلمات العملية المحسنة بدقة شديدة.

التحديات الهندسية للسكن على المدى الطويل

وإلى جانب التصنيع، هناك تحديات أخرى تنفرد بها الأعمال الصعبة المتمثلة في إبقاء الناس سعداء وعلى قيد الحياة على عمق 200 متر تحت الماء. واحدة من أروع هذه تدور حول الهيليوم. بسبب تأثيره المخدر عند الضغط العالي، لا ينبغي أن يستنشق الإنسان النيتروجين على أعماق أقل من 60 مترا تقريبا. لذلك، على ارتفاع 200 متر، سيكون مزيج التنفس في الموطن 2% أكسجين و98% هيليوم. ولكن بسبب موصليته الحرارية العالية جدًا، “نحتاج إلى تسخين الهيليوم إلى 31-32 درجة مئوية للحصول على بيئة درجة حرارة داخلية عادية تتراوح بين 21-22 درجة مئوية”، كما يقول ريك جودارد، مدير الهندسة في شركة ديب. “وهذا يخلق جوا رطبا، وبالتالي تصبح المواد المسامية أرضا خصبة للعفن”.

هناك مجموعة من التحديات الأخرى المتعلقة بالمواد أيضًا. لا يمكن للمواد أن تنبعث منها غازات، ويجب أن تكون عازلة للصوت، وخفيفة الوزن، وسليمة من الناحية الهيكلية عند الضغوط العالية.

تعتبر أراضي اختبار ديب مقلعًا سابقًا في تيدنهام، إنجلترا، ويبلغ أقصى عمق له 80 مترًا. عميق

هناك أيضًا العديد من التحديات الكهربائية. يقول جودارد: “يقوم الهيليوم بتكسير بعض المكونات الكهربائية بدرجة عالية من اليقين”. “كان علينا أن نقوم بتفكيك الأجهزة إلى أجزاء، وتغيير الرقائق، والتغيير [printed circuit boards]وحتى تصميم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاصة بنا والتي لا تنبعث منها الغازات.

وسيتعين على النظام الكهربائي أيضًا أن يستوعب مزيجًا من الطاقة مع مصادر متنوعة مثل مزارع الطاقة الشمسية العائمة وخلايا الوقود على العوامات السطحية. تمثل أجهزة تخزين الطاقة تحديات كبيرة في الهندسة الكهربائية: حيث يتسرب الهيليوم إلى المكثفات ويمكن أن يدمرها عندما يحاول الهروب أثناء تخفيف الضغط. تتعرض البطاريات أيضًا لمشاكل عند الضغط العالي، لذا يجب وضعها خارج الموطن في أوعية ضغط ذات ضغط جوي واحد أو في كتل مملوءة بالنفط تمنع الضغط التفاضلي بالداخل.

هل من الممكن العيش في المحيط لعدة أشهر أو سنوات؟

عندما تحاول أن تصبح SpaceX للمحيط، فمن الطبيعي أن تتطاير الأسئلة حول جدوى مثل هذا الطموح. ما مدى احتمالية أن يتمكن ديب من المتابعة؟ هناك سلطة عليا واحدة على الأقل، وهي جون كلارك، مؤمنة. يقول كلارك، الذي كان كبير العلماء في وحدة الغوص التجريبي التابعة للبحرية الأمريكية: “لقد أذهلتني جودة الأساليب الهندسية والخبرة المطبقة على المشكلات المطروحة، وأنا متحمس لكيفية تطبيق برنامج DEEP للتكنولوجيا الجديدة”. “إنهم يتقدمون بشكل يفوق التوقعات… يسعدني أن أؤيد ديب في سعيهم لتوسيع احتضان البشرية للبحر.