Underwater Glider นวัตกรรมยานยนต์ใต้น้ำไร้คนขับเพื่อการสำรวจมหาสมุทร

Underwater Glider หรือเครื่องร่อนใต้น้ำ เป็นยานยนต์ใต้น้ำไร้คนขับ (Autonomous Underwater Vehicle - AUV) ประเภทหนึ่งที่มีความโดดเด่นในการขับเคลื่อนด้วยระบบ variable-buoyancy propulsion หรือการปรับเปลี่ยนแรงลอยตัว แทนที่จะใช้ใบพัดหรือเครื่องผลักดันแบบดั้งเดิม

หลักการทำงานของเครื่องร่อนใต้น้ำจะคล้ายกับทุ่นลอยแบบโปรไฟล์ (profiling float) แต่สิ่งที่ทำให้แตกต่างคือการติดตั้ง hydrofoils (ปีกใต้น้ำ) ซึ่งช่วยให้เครื่องร่อนสามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้ในขณะที่กำลังดำดิ่งลงสู่ก้นมหาสมุทร เมื่อถึงระดับความลึกที่กำหนด เครื่องร่อนจะเปลี่ยนสถานะเป็นแรงลอยตัวบวก (positive buoyancy) เพื่อพุ่งตัวขึ้นสู่ผิวน้ำและเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในเวลาเดียวกัน เกิดเป็นรูปแบบการเคลื่อนที่แบบฟันปลา (sawtooth profile) ซึ่งช่วยให้เก็บข้อมูลได้ครอบคลุมพื้นที่กว้างขวาง

ประวัติความเป็นมา

แนวคิดของเครื่องร่อนใต้น้ำถูกสำรวจครั้งแรกในช่วงต้นทศวรรษ 1960 โดยมีต้นแบบเป็นยานส่งตัวนักดำน้ำที่ชื่อว่า Concept Whisper และมีการจดสิทธิบัตร Hydroglider โดย Ewan Fallon ในปี 1960 ซึ่งบรรยายถึงรูปแบบการร่อนแบบฟันปลาและระบบขับเคลื่อนด้วยแรงลอยตัว

ในปี 1989 Henry Stommel และ Doug Webb ได้นำเสนอแนวคิดเครื่องร่อนที่ชื่อว่า Slocum (ตั้งชื่อตาม Joshua Slocum ผู้ล่องเรือรอบโลกเป็นคนแรก) โดยเสนอให้ใช้พลังงานจากความแตกต่างของอุณหภูมิ (thermal gradient) ระหว่างน้ำลึกและน้ำผิวหน้า เพื่อให้เครื่องร่อนสามารถเดินทางได้รอบโลกโดยมีข้อจำกัดเพียงแค่พลังงานแบตเตอรี่สำหรับระบบสื่อสารและเซ็นเซอร์เท่านั้น

ต่อมาในปี 2003 ได้มีการสาธิตการทำงานของ Slocum Thermal และมีการพัฒนาเครื่องร่อนแบบใช้แบตเตอรี่ เช่น University of Washington Seaglider และ Scripps Institution of Oceanography Spray ซึ่งสามารถเดินทางข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกได้สำเร็จ

รายละเอียดการทำงานและคุณสมบัติ

เครื่องร่อนใต้น้ำมักจะติดตั้งเซ็นเซอร์เพื่อวัดค่าต่างๆ เช่น อุณหภูมิ, ความนำไฟฟ้า (เพื่อคำนวณค่าความเค็ม), กระแสน้ำ, การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์, การสะท้อนแสงแบบ optical backscatter และความลึกของพื้นมหาสมุทร

การนำทางใช้ระบบ GPS เมื่อขึ้นสู่ผิวน้ำ, เซ็นเซอร์วัดความดัน, เซ็นเซอร์วัดความเอียง และเข็มทิศแม่เหล็ก การควบคุมระดับความเอียง (pitch) ทำได้โดยการเคลื่อนย้ายน้ำหนักถ่วงภายใน (internal ballast) เช่น ชุดแบตเตอรี่ และการเลี้ยวทำได้โดยใช้หางเสือ (rudder) หรือการปรับสมดุลการเอียง (roll) ของตัวเครื่อง

ความสามารถในการดำน้ำลึก

เครื่องร่อนแต่ละรุ่นมีความสามารถในการทนแรงดันที่แตกต่างกัน ดังนี้:

รุ่นของเครื่องร่อน	ความลึกสูงสุด (เมตร)
Slocum (รุ่นมาตรฐาน)	200 - 1,000
Spray	1,500
Seaglider	1,000
SeaExplorer	700
Slocum Thermal	1,200
Deep Glider (Seaglider variant)	6,000

ประเภทพิเศษ Liberdade Class Flying Wings

ในปี 2004 กองทัพเรือสหรัฐฯ ได้พัฒนาเครื่องร่อนขนาดใหญ่ที่สุดในโลก รุ่น Liberdade class flying wing ซึ่งใช้รูปทรงตัวเครื่องแบบปีกผสม (blended wing body) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพทางไฮโดรไดนามิก โดยเริ่มแรกออกแบบมาเพื่อติดตามเรือดำน้ำดีเซล-ไฟฟ้าในเขตน่านน้ำชายฝั่งอย่างเงียบเชียบ โดยสามารถปฏิบัติภารกิจได้นานถึง 6 เดือน ต่อมาได้มีการพัฒนารุ่น ZRay เพื่อใช้ในการติดตามและระบุตัวตนของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเล