Niečo z histórie

Medzi najdokonalejšie a technicky najprepracovanejšie stroje súčasnosti patria určite ponorky. Ich história sa začala písať už za čias Alexandra Veľkého, ktorého vojaci použili zrejme ako prví na svete pri obliehaní Tirosu akúsi podvodnú komoru.

V dochovaných písomnostiach sa o tomto čine zmieňuje samotný Aristoteles, ktorý pôsobil ako Alexandrov učiteľ a vychovávateľ. Iná písomná zmienka o „lodi“ pohybujúcej sa po morskom dne pochádza z čínskych prameňov a je tak isto datovaná niekoľko storočí pred naším letopočtom.

 

Potom sa predchodcovia dnešných ponoriek na dlhší čas vytratili, aby sa znovu objavili v 16. storočí, keď anglický vynálezca William Bourne načrtol koncepciu lode operujúcej pod vodnou hladinou a využívajúcej na ponáranie a vynáranie tzv. balastné nádrže. Bola to však na nejaký čas iba teoretická úvaha. K zostrojeniu prvej skutočnej ponorky došlo až o niekoľko desaťročí neskôr. Zaslúžil sa o to holandský učenec Cornelius Drebb, ktorý postavil ponorný čln vyrobený z dreva. Poháňaný bol pomocou vesiel, ktoré boli prestrčené otvormi v bokoch plavidla. Do Drebbovej ponorky sa vošlo 20 ľudí a dokázala sa ponoriť až do hĺbky 20 metrov. Autor svoj vynález dokonca predviedol verejnosti a v Londýne s ním preplával pod vodou z Westminsteru do Greenwicha. Písali sa dvadsiate roky 17. storočia a Európou sa začínali šíriť prízraky tridsaťročnej vojny.

Cornelius Drebb predvádza obyvateľom Londýna svojvynález vo vodách Temže

Netrvalo dlho a vojenskí stratégovia si uvedomili, že podvodné plavidlo by mohli využiť na potápanie nepriateľských lodí. K prvému pokusu došlo na americkom kontinente počas boja za americkú nezávislosť od Veľkej Británie, keď sa ponorka Korytnačka skonštruovaná americkým inžinierom Davidom Bushnellom pokúsila neúspešne potopiť britskú vojnovú loď. Táto ponorka bola vybavená vrtákom, ktorým mala do dna lode navŕtať dieru a do nej pomocou háku upevniť nálož s výbušninou.

Prielom vo vývoji ponoriek zaznamenal americký inžinier Robert Fulton, ktorý roku 1798 zostrojil ponorku Nautilus. Toto podmorské plavidlo už malo moderný aerodynamický tvar, bolo vybavené pohonom pre pohyb na hladine aj pod vodou a malo horizontálne aj vertikálne kormidlo.

Ďalším úspechom konštruktérov a vynálezcov bol vývoj pohonných jednotiek ponoriek. Za revolučný krok k skutočne moderným ponorkám sa v tomto smere považuje ponorka Holland (okolo 1900), ktorú na hladine poháňal benzínový motor s vnútorným spaľovaním, zatiaľ čo pod hladinou sa o pohon staral elektrický motor s dobíjateľnou batériou.

Bushnellova Korytnačka v múzeu

Veľkého využitia sa ponorky dočkali od roku 1914. Jednak svet zachvátila prvá svetová vojna, počas ktorej sa ponorky zaradili medzi najobávanejšie a najničivejšie zbrane, a jednak sa začali používať na výskumné účely (práve v tomto roku bola na vodu spustená prvá výskumná ponorka). V čase prvého celosvetového vojnového konfliktu sa ponorky používali dokonca aj na prepravu pošty medzi Nemeckom a USA. Rovnako počas druhej svetovej vojny zaznamenali ponorky veľký pokrok v konštrukcii, ale najmä vo výzbroji a taktike nasadenia pri vojenských operáciách. V čase studenej vojny opäť tvorili dôležitú strategickú zbraň v rukách superveľmocí. S nástupom jadrového pohonu, vývojom balistických striel a modernými formami komunikácie došlo k poslednej veľkej prestavbe ponoriek do podoby, v akej ich poznáme dnes. V súčasnosti ich má vo výzbroji 33 krajín sveta.

Konštrukcia ponoriek

Rovnako ako na loď či iné teleso pôsobí na ponorku vo vode vztlaková sila. Na rozdiel od lode sa však u ponorky vyžaduje schopnosť kedykoľvek sa ponoriť alebo vynoriť. To je dôvod, pre ktorý sa musia výrobcovia ponoriek zaoberať jej celkovou hustotou. Aby sa ponorka dala dobre ovládať, musí mať jej hustota približne rovnakú hodnotu, ako je hustota vody. Potom to funguje ako s ľudským telom. Ak sa nadýchneme, dokážeme sa udržať na hladine vody, ale ak vydýchneme, začne naše telo vo vode klesať. Rozdiel je v tom, že hustota ponorky sa nemení dýchaním, ale pomocou balastných (vyrovnávacích) nádrží. Tie môžu byť naplnené vodou alebo vzduchom. Keď je v nich vzduch, je ponorka ľahká a pláva na hladine. Ak sa naplnia vodou, hmotnosť ponorky sa zvýši a ponorka sa začne potápať. Ak je množstvo vzduchu a vody v nádržiach vyvážené, ponorka sa dokáže v oceáne voľne vznášať. Pre prípad, že sa chce ponorka dostať z hĺbky na hladinu, sa na každej ponorke nachádza zásoba stlačeného vzduchu. Ten sa vpustí do balastných nádrží a vytlačí z nich vodu.

Nákres Fultonovej ponorky Nautilus

Aby sa ponorka mohla pod hladinou pohybovať ľubovoľným smerom, je vybavená chvostovým (vertikálnym) a hĺbkovým (horizontálnym) kormidlom. Pomocou chvostového kormidla môže meniť smer do strán (funguje to podobne ako pri veslovaní). Na zmenu sklonu (uhla ponorenia alebo vynorenia) sa používa hĺbkové kormidlo, ktoré vyzerá ako malé pohyblivé krídelká a nachádza sa spravidla v zadnej časti trupu ponorky.

Samotná ponorka musí byť zhotovená z veľmi pevného a odolného materiálu, pretože vo väčších hĺbkach je vystavená obrovským tlakom, ktoré by ju mohli spučiť ako konzervu. Najväčšia oficiálna operačná hĺbka moderných vojenských ponoriek dosahuje hodnotu okolo 600 metrov. Na výrobu ponoriek sa preto okrem ocele používa aj titán alebo rôzne odolné zliatiny a kompozitné materiály. Ešte väčšou odolnosťou sa môžu popýšiť špeciálne hlbokomorské ponorky a batyskafy, ktoré sa používajú najmä na vedecké účely. Tieto plavidlá dokážu bezpečne zostúpiť až do hĺbky niekoľko tisíc metrov, kde skúmajú okrem morskej fauny a flóry napr. podmorské vulkány či náleziská ropy a zemného plynu.

Prierez jedného z nasledovníkov Fultonovho Nautila

Pohon

Pri pohybe na hladine používajú ponorky často vznetové motory. Avšak pre činnosť spaľovacieho motora je potrebné dostatočné množstvo vzduchu. Ten je ale v ponorke potrebný najmä na vynáranie a samozrejme aj na dýchanie. Preto sa pre pohyb pod vodou používa elektrický pohon. Kým je ponorka na hladine a má zapnuté vznetové motory, poháňajú sa nimi aj generátory, ktoré dobíjajú batérie. Pod vodou sa zapnú elektrické motory, ktoré sú napájané týmito batériami, a roztáčajú lodnú skrutku. Okrem toho dodávajú batérie energiu aj do ďalších zariadení na palube. Keďže kapacita batérií je obmedzená, musí sa po nejakom čase ponorka vynoriť a zapnúť vznetové ponory. Tým je jej pobyt pod vodou časovo obmedzený. Aby mohli ponorky dobíjať batérie aj bez vynorenia na hladinu (t. j. načerpať vzduch potrebný pre chod spaľovacích motorov), začal sa používať vzduchový komín (šnorchel), pomocou ktorého sa dá čerpať vzduch aj pri plavbe v tzv. periskopovej hĺbke.

Prierez modernou britskou bojovou ponorkou

Revolučným krokom v tejto oblasti bolo zavedenie jadrového pohonu. Prvá jadrová ponorka bola symbolicky pomenovaná Nautilus a na vodu ju americká armáda spustila v roku 1955. Jadrové generátory nepotrebujú kyslík a ponorka môže zostať pod hladinou aj niekoľko mesiacov. Jadrový reaktor používaný na ponorke je v porovnaní s klasickým reaktorom menší a používa ako palivo vysoko obohatený urán, ktorý umožňuje získať veľký výkon aj z relatívne malého reaktora. Palivové články dokážu zabezpečiť úplný chod ponorky až na dobu 10 rokov. Pre núdzové prípady majú však aj jadrové ponorky na palube zabudované batérie.

Americká jadrová ponorka Typhoon, ktorá má vo výzbroji 24 medzikontinentálnych balistických rakiet, je považovaná za najdlhšiu jadrovú ponorku súčasnosti

Život na palube ponorky

Aby mohla na palube ponorky fungovať ľudská posádka, je potrebné zabezpečiť v prvom rade dostatok vzduchu na dýchanie. To ale nie je všetko. Pri vydýchnutí sa do okolia dostáva aj oxid uhličitý, ktorý je pre človeka ďalej nepoužiteľný a vo veľkom množstve dokonca toxický. Okrem toho sa pri dýchaní zvyšuje vlhkosť prostredia a pokiaľ by nebola priebežne odstraňovaná, začala by sa zrážať na stenách a zariadeniach ponorky. Pri bežnej prevádzke ponorky sa do „ovzdušia“ dostávajú aj rôzne nečistoty, pachy a prach.

Kyslík získava posádka buď z tlakových nádrží alebo z kyslíkového generátora. Je to zariadenie, ktoré dokáže produkovať kyslík vďaka elektrolýze vody. Moderné ponorky sú dokonca vybavené zariadením, ktoré monitoruje množstvo kyslíka vo vzduchu a automaticky ho reguluje.

Vzniknutý oxid uhličitý sa odstraňuje pomocou tzv. práčky vzduchu. Ide o chemickú likvidáciu tohto plynu pomocou nátronového vápna, čo je zmes hydroxidu sodného a hydroxidu vápenatého. Nadmerná vlhkosť sa na ponorke odstraňuje buď chemicky alebo odvlhčovačom vzduchu. Dym, prach a ďalšie nečistoty sa odstraňujú filtrovaním.

Na zabezpečenie chodu ponorky je potrebná aj úžitková a pitná voda. Veľké ponorky sú vybavené destilačnými zariadeniami, ktoré dokážu vyrábať zo slanej morskej vody pitnú. Morská voda sa v nich zohrieva tak dlho, kým sa úplne nevyparí. Tým sa z nej odstráni všetka soľ. Pary sa potom chladia a zrážajú v zbernej nádrži na pitnú vodu. Výrobná kapacita takéhoto zariadenia na modernej ponorke môže byť aj viac ako 100 000 litrov pitnej vody denne. Takto vyrobená voda sa používa na pitie, prípravu jedla či na osobnú hygienu posádky.

Okrem vody treba na palube ponorky zabezpečiť aj primeranú teplotu. V hlbinách oceánov sa pohybuje teplota vody zvyčajne okolo 4 °C. Kovová konštrukcia ponorky pri tepelnej výmene s okolím preto veľmi rýchlo stratí svoju teplotu. Aby sa na palube udržala príjemná teplota, vyhrieva sa vnútro ponorky energiou z jadrových reaktorov, motorov alebo v prípade núdze z batérií. Teplota udržiavaná na palube ponoriek dosahuje zvyčajne hodnotu okolo 22 °C, čo je porovnateľné s príjemnou izbovou teplotou, ktorú si užívame vo svojich domovoch počas vykurovacieho obdobia.

Orientácia a navigácia

Čo sa týka riadenia ponoriek, je podstatný rozdiel medzi ponorkami výskumnými a ponorkami vojenskými. Ponorky používané na výskum morského dna, podmorskej fauny a flóry či prehliadku vrakov lodí sú spravidla malé a majú pomerne veľké okná, cez ktoré si ich málopočetná posádka môže prezerať bezprostredné okolie ponorky. Okrem toho sú vybavené svetlami a pracujú na malom priestore. Ich práca nie je tajná a nemusia sa nijako skrývať či maskovať. Naproti tomu ponorky vojenské sú podstatne väčšie plavidlá, ktoré operujú na obrovskom priestore a vo veľkých hĺbkach, kde je úplná tma. Ich pohyb má byť utajený pred nepriateľom, preto sa orientujú a pohybujú pomocou špeciálnych zariadení.

Pri pohybe na hladine sa určuje presná poloha ponorky pomocou prijímača globálneho pozičného systému (GPS). Pod hladinou však tento systém nepracuje, preto sa používa inerciálny navigačný systém (IGS), ktorý určuje polohu ponorky bez priameho zameriavania – počítač vypočíta polohu ponorky presným meraním prejdenej vzdialenosti od pôvodného miesta a smeru. IGS sa udržiava stále vo vodorovnej polohe a je zameraný pevne určeným smerom pomocou gyroskopov bez ohľadu na polohu ponorky. Na začiatku plavby sa do prístrojov zadajú údaje o jej presnej polohe. Prístroj na meranie zrýchlenia premeriava pohyby vo všetkých smeroch, počítač preráta prejdenú vzdialenosť a smer a tak určí momentálnu polohu plavidla. Tento systém je však spoľahlivý iba niekoľko dní, pretože potom sa začnú prejavovať nahromadené chyby. Na každej modernej ponorke sa nachádzajú aspoň dva systémy IGS, ktoré pracujú nezávisle od seba. Aby sa nahromadené chyby korigovali, priebežne sa dopĺňajú údaje o polohe ponorky pomocou GPS, sonarov, radarov, vysielačiek a družíc (vtedy sa musí ponorka aspoň na chvíľu dostať na hladinu). Družice vysielajú správy o ich obežnej dráhe a časové signály riadené atómovými hodinami. Ponorka má vlastné hodiny, podľa ktorých sa vypočíta doba prenosu správy a zo známej rýchlosti šírenia rádiového signálu sa určí vzdialenosť ponorky od družice. Výpočtom vzdialenosti od štyroch rôznych družíc systému GPS sa potom určí presná poloha ponorky.

Odpálenie balistickej rakety Trident z ponorky

Pri vyhľadávaní cieľov, ako aj pri určovaní hĺbky vody pod ponorkou, používajú ponorky sonar. Rozlišujeme dva druhy sonarov: aktívny a pasívny. Aktívny sonar vysiela do okolia zvukové, prípadne ultrazvukové vlny. Zvuk sa vo vode šíri veľmi dobre. Ak sa odrazí od nejakej prekážky, sonar ho opäť zachytí a zo známej rýchlosti zvuku a času, za ktorý sa vrátil odrazený signál, prístroje rýchlo vypočítajú vzdialenosť objektu, od ktorého sa signál odrazil. Pasívny sonar iba zachytáva zvuky prichádzajúce z okolia. Vojenské ponorky ho používajú v prípade, keď nechcú nepriateľovi prezradiť svoju polohu. Občas sa však stane, že sa dve ponorky zrazia a dôjde ku katastrofe. Zatiaľ poslednou väčšou nehodou tohto druhu bola zrážka britskej a francúzskej ponorky, ku ktorej došlo v Atlantiku začiatkom februára 2009. Obe ponorky boli vybavené jadrovými zbraňami. Zrážka sa našťastie odohrala pri malej rýchlosti pohybu oboch plavidiel a nedošlo k žiadnej ujme na zdraví členov posádok ani na zariadení ponoriek.

Niekoľko zaujímavostí na záver

● Nápadom zostrojiť podmorské plavidlo sa zaoberal aj najväčší renesančný mysliteľ Leonardo da Vinci. Jeho nápady však zostali iba v jeho fantázii a na niekoľkých nákresoch, ktoré sa dochovali.

● Počas prvej svetovej vojny prišla britská admiralita s nápadom zaradiť do výzbroje „parné“ ponorky. Tie boli na hladine poháňané dvomi parnými turbínami. Pri plavbe na hladine používali dva komíny, ktoré sa museli pri ponore zasunúť do vnútra ponorky. Kým však stihli kotly vychladnúť, bolo vnútri ponorky neznesiteľné teplo. Takýchto ponoriek bolo vyrobených jedenásť a prakticky všetky postihol tragický koniec.

● V júni 1944 sa spojenci zmocnili nepoškodenej nemeckej ponorky a na jej palube našli dôležité prístroje, ale najmä šifrovacie knihy, čo pomohlo konečnej porážke nemeckého ponorkového loďstva.

● Prvá jadrová ponorka Nautilus sa pýši aj tým, že sa v roku 1958 ako prvá ponorka dostala k severnému pólu a úspešne ho podplávala pod ľadom.

● V roku 1960 oboplávala americká atómová ponorka Triton Zem pod vodou, pričom sledovala trasu, po ktorej sa začiatkom 16. storočia pohyboval so svojou výpravou Ferdinand Magellan. Plavba Tritonu bola dlhá 66 786 km a trvala 12 týždňov.

● Bolo zaznamenaných niekoľko prípadov záhadných zmiznutí ponoriek. Medzi prvé prípady sa zaradila izraelská ponorka Dakar, ktorá v roku 1968 zmizla bez stopy vo vodách Stredozemného mora.

● Ešte v tom istom roku sa stratila moderná americká útočná ponorka Scorpion. Jej pozostatky však boli objavené po 145 dňoch pátrania. Zvyšky ponorky vyfotografoval batyskaf Trieste v hĺbke okolo 2 500 metrov.

● V 90. rokoch 20. storočia bola prvýkrát v histórii zadržaná moderná ponorka, ktorú používala kolumbijská mafia na prepravu drog. Neskôr sa začali v Kolumbii vyrábať miniponorky s cieľom využívať ich na podobné nelegálne účely. Niektoré krajiny preto spustili oficiálny program na vyhľadávanie a zadržiavanie takýchto plavidiel. Medzi posledné úspechy mexických námorných síl patrí zadržanie malej ponorky plnej kokaínu, ku ktorému došlo v júli 2008 vo vodách Tichého oceánu.

● Najmodernejšia americká ponorka triedy Virginia nemá žiadny periskop a orientuje sa len pomocou sústavy sonarov a moderného elektronického systému.

● V súčasnosti sa snažia niektoré krajiny nájsť spôsob, ako vyrobiť lacné ponorky určené na ničenie lodí. Ich hlavným konštrukčným prvkom sa má stať betón. Betónové ponorky by na svoju obeť číhali na morskom dne a v správnom okamihu by ju zasiahli supermodernou raketovou strelou. Možno nikoho neprekvapí, že prím hrá v tomto smere taká námorná veľmoc, ako je Rusko.

Schéma ruskej betónovej ponorky (v hornej časti obrázka vidíme jej veľkosť v porovnaní s konvenčnou vojenskou ponorkou)

● V roku 1995 sa do Guinessovej knihy rekordov zapísala aj ruská ponorka K – 44, ktorá vystrelila „dopravnú“ raketu Vlna. Tá dopravila v priebehu 20 minút modul s vedeckou aparatúrou a poštou z oblasti Barentsovho mora na Kamčatku. Táto akcia bola označená ako najrýchlejšie doručenie poštovej zásielky na svete.

● Pre prípad nehôd vojenských ponoriek a ich následné vyhľadávanie a záchranu iniciovala americká vláda vývoj a výrobu špeciálnej záchrannej hlbinnej ponorky schopnej dostať sa do hĺbky 1 100 metrov a vziať na palubu až 24 stroskotancov.

● Medzi najväčšie námorné katastrofy v dejinách sa zapísali havárie ruských atómových ponoriek Komsomolec (1989) a Kursk (2000), pri ktorých prišlo spolu o život 159 námorníkov. V prvom prípade vznikol požiar na palube najmodernejšej ruskej ponorky s dvojitým titánovým plášťom, ktorá mala dosiahnuť až neuveriteľnú operačnú hĺbku 1 000 metrov. V prípade atómovej ponorky Kursk došlo k neočakávanému výbuchu v prednej časti plavidla a jeho následnému potopeniu vo vodách Barentsovho mora.

● Súčasné vojenské ponorky sú vybavené modernými a veľmi účinnými zbraňami. Z paluby ponorky je možné vypúšťať balistické rakety s jadrovými hlavicami.

● Do výbavy ruských ponoriek triedy Oscar II patrí v súčasnosti aj torpédo Škval, ktoré dosahuje rýchlosť až 100 m/s. Za túto rýchlosť vďačí jednak svojmu raketovému motoru, a jednak javu superkavitácie. Ten spočíva v tom, že povrch torpéda je počas pohybu ofukovaný plynom, ktorý okolo neho vytvára akýsi plášť s minimálnym odporom.

● V súčasnosti je asi najznámejšou ponorkou sveta americká miniponorka Alvin, ktorá sa používa na vedecké účely. Dokáže sa dostať do hĺbky 4 500 metrov. Do tejto hĺbky sa ponára dve a pol hodiny. Alvin sa preslávil najmä svojou účasťou na prieskume vraku Titanicu.

Ľubomír Konrád