दृढ़ता की शक्ति

एनवॉय एयूवी। क्रेडिट: सेलुला रोबोटिक्स

एनवॉय एयूवी। क्रेडिट: सेलुला रोबोटिक्स

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“पैदल सेना युद्ध जीतती है। रसद व्यवस्था युद्ध जीतती है।”

प्रथम विश्व युद्ध के दौरान अमेरिकी सेना के जनरल जॉन पर्शिंग द्वारा कहे गए इस कथन की प्रासंगिकता आज भी उतनी ही है, क्योंकि हम स्वायत्त पनडुब्बी प्रणालियों के युग में आगे बढ़ रहे हैं। पाल युग से लेकर परमाणु युग तक, समुद्री शक्ति इस बात पर आधारित रही है कि सेनाएँ कितनी दूर और कितने समय तक आगे बढ़कर कार्य कर सकती हैं। परंपरागत रूप से रसद का अर्थ चालक दल और प्लेटफार्मों को ईंधन, भोजन और सामग्री से सुसज्जित रखना रहा है, लेकिन स्वायत्त पनडुब्बी अभियानों का रसद भार तेजी से एक मूलभूत आवश्यकता पर केंद्रित होता जा रहा है: ऊर्जा। ऊर्जा ही वह शक्ति है जो जहाज पर मौजूद प्रत्येक प्रणाली - प्रणोदन, नौवहन, संचार और स्वायत्तता - को शक्ति प्रदान करती है और अंततः निरंतर पनडुब्बी उपस्थिति बनाए रखने के लिए आवश्यक मिशन-महत्वपूर्ण सहनशक्ति को सक्षम बनाती है।

वर्षों से, जलमग्न ऊर्जा उत्पादन का प्रमुख आधार संग्रहित ऊर्जा रहा है। अपनी उच्च ऊर्जा घनत्व, विस्तारशीलता और परिपक्व विनिर्माण आधार के कारण, लिथियम आयन (Li-ion) बैटरियां रक्षा और वाणिज्यिक दोनों ग्राहकों के लिए जलमग्न प्रणालियों का मानक रही हैं। लेकिन हाइड्रोजन ईंधन सेल के रूप में ऑनबोर्ड ऊर्जा उत्पादन की बढ़ती लोकप्रियता के कारण Li-ion का यह प्रभुत्व अब कमजोर पड़ सकता है।

हालांकि हाइड्रोजन ईंधन सेल स्वायत्त जलमग्न संचालन के लिए एक अपेक्षाकृत नया आविष्कार है, लेकिन इनका उपयोग चालक दल वाली पनडुब्बियों द्वारा वर्षों से वायु-स्वतंत्र प्रणोदन (एआईपी; जिसे वायु-स्वतंत्र शक्ति भी कहा जाता है) प्रदान करने के लिए किया जाता रहा है। पारंपरिक डीजल-इलेक्ट्रिक पनडुब्बियों को समय-समय पर अपने डीजल इंजनों में ऑक्सीजन लेने के लिए जलमग्न होना पड़ता है, जो बदले में जनरेटर चलाते हैं और बैटरी को रिचार्ज करते हैं। लेकिन जलमग्न होने से पनडुब्बी सतह या हवाई प्लेटफार्मों द्वारा पता लगाए जाने के प्रति संवेदनशील हो जाती है जो ऊपर मंडरा रहे हो सकते हैं। ईंधन सेल इस समस्या का समाधान करते हैं, जिससे पनडुब्बी बिना दहन और वायुमंडलीय ऑक्सीजन के बिजली उत्पन्न कर सकती है। संग्रहित हाइड्रोजन और तरल ऑक्सीजन प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (पीईएम) ईंधन सेल को ऊर्जा प्रदान करते हैं, जिससे चुपचाप बिजली का उत्पादन होता है, और पानी और गर्मी उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होते हैं। इसका परिणाम है चुपके से, पूरी तरह से जलमग्न होकर बिजली उत्पादन, और दिनों के बजाय हफ्तों में मापी जाने वाली सहनशक्ति। वही विशेषताएं जो ईंधन सेल को पारंपरिक पनडुब्बियों के लिए आकर्षक बनाती हैं - शांत संचालन, उच्च दक्षता और विस्तारित जलमग्न सहनशक्ति - अब स्वायत्त जलमग्न वाहनों में उनके उपयोग को बढ़ावा दे रही हैं।

लिथियम-आयन बैटरियों के विपरीत, जो सीमित मात्रा में विद्युत ऊर्जा संग्रहित करती हैं और मिशन के दौरान धीरे-धीरे समाप्त हो जाती हैं, ईंधन सेल तब तक बिजली उत्पन्न करते हैं जब तक अभिकारक उपलब्ध रहते हैं। हालांकि ये आमतौर पर केवल बैटरी आधारित समाधानों की तुलना में बड़े, अधिक जटिल और अधिक महंगे होते हैं, ईंधन सेल समान आकार और वजन वाली बैटरी प्रणाली की तुलना में कई गुना अधिक उपयोगी ऊर्जा प्रदान कर सकते हैं, और पानी के भीतर रहने की अवधि को घंटों या दिनों से बढ़ाकर हफ्तों या महीनों तक कर सकते हैं। उच्च ऊर्जा घनत्व के अलावा, ईंधन सेल निष्क्रियता की अवधि के दौरान स्वतः डिस्चार्ज नहीं होते हैं, जिससे आगे के क्षेत्रों में पूर्व-स्थापित प्रणालियों वाले मिशन संभव हो सकते हैं। और ऐसी प्रणालियों द्वारा प्रदान की जाने वाली उच्च सहनशक्ति एक स्वायत्त समुद्री उपस्थिति को बनाए रखने की कुल लागत को कम कर सकती है। उस उपस्थिति को बनाए रखने के लिए प्लेटफार्मों के एक बेड़े को रोटेशनल आधार पर संचालित करने की आवश्यकता होगी - तैनाती, गश्त, पुनर्प्राप्ति, ऑनबोर्ड ऊर्जा भंडारों की पुनःपूर्ति और रखरखाव करना। यदि वाहन लंबे समय तक स्टेशन पर रह सकते हैं, और उनकी ऊर्जा प्रणालियों को घंटों के बजाय मिनटों में पुनःपूर्ति किया जा सकता है, तो ऑपरेटरों को समान स्तर की निरंतरता और क्षेत्र कवरेज को बनाए रखने के लिए कम प्लेटफार्मों की आवश्यकता हो सकती है।

परंपरागत रूप से संचालित एयर-यूवी (AUV) के लिए ईंधन सेल के उपयोग से सहनशक्ति में काफी लाभ होता है, लेकिन एक ऐसे अपरंपरागत AUV के साथ इसका संयोजन, जिसका अनूठा डिज़ाइन पहले से ही विस्तारित रेंज और सहनशक्ति प्रदान करता है, एक महत्वपूर्ण उपलब्धि होगी। जनरल एटॉमिक्स ने G-Ray के साथ यही कर दिखाया है। G-Ray एक मिश्रित पंखों वाला पानी के भीतर चलने वाला ग्लाइडर है जो अपने उच्च लिफ्ट-टू-ड्रैग अनुपात और उत्प्लावन-चालित प्रणोदन के माध्यम से ऊर्जा खपत को न्यूनतम करता है। इसी वर्ष अप्रैल में नेवी लीग के सी-एयर-स्पेस सम्मेलन में हाल ही में अनावरण किया गया, G-Ray में एक हाइब्रिड बैटरी-हाइड्रोजन ईंधन सेल प्रणाली शामिल है जो महीनों तक विस्तारित सहनशक्ति और रेंज प्रदान करती है, और इससे भी अधिक समय तक चलने की क्षमता रखती है। संपीड़ित हाइड्रोजन को संग्रहित करने के बजाय, यह प्रणाली हाइड्रोजन उत्पन्न करने के लिए एक हल्के एल्यूमीनियम मिश्र धातु को पानी के साथ प्रतिक्रिया कराती है, जिसके परिणामस्वरूप एक अभिनव ऑन-डिमांड ऊर्जा प्रणाली बनती है जो सहनशक्ति की बाधा को संग्रहित ऊर्जा से हटाकर ऑनबोर्ड अभिकारक क्षमता पर केंद्रित करती है।

जनरल एटॉमिक्स का जी-रे। साभार: जनरल एटॉमिक्स

हाइड्रोजन ईंधन सेल अब केवल पानी के भीतर चलने वाले वाहनों तक ही सीमित नहीं हैं; वे निरंतर स्वायत्त संचालन का समर्थन करने वाले समुद्री अवसंरचना का हिस्सा बन रहे हैं। टेलेडाइन मरीन सबसी सुपरचार्जर (एसएससी) एक ईंधन सेल समुद्री तल ऊर्जा डिपो है जो सेंसर, इफेक्टर या वाहन डॉकिंग सिस्टम के लिए मौके पर ही बिजली उत्पादन को सक्षम बनाता है, जिससे स्वायत्त पनडुब्बी वाहन सतह पर लाए बिना रिचार्ज और पुनः तैनात हो सकते हैं। अवधारणात्मक रूप से, एक एसएससी एक फॉरवर्ड लॉजिस्टिक्स नोड की तरह कार्य करता है, जो निरंतर ऊर्जा प्रदान करता है जिससे एक क्षेत्रीय स्वायत्त पनडुब्बी बल स्टेशन पर बना रह सकता है। यह विचार पूरी तरह से नया नहीं है। लगभग एक दशक पहले, अमेरिकी नौसेना ने निरंतर पनडुब्बी रोधी युद्ध (एएसडब्ल्यू) और खुफिया, निगरानी और टोही (आईएसआर) अभियानों का समर्थन करने के लिए फॉरवर्ड-डिप्लॉयड एनर्जी एंड कम्युनिकेशन आउटपोस्ट (एफडीईसीओ) अवधारणा का प्रस्ताव रखा था।

टेलेडाइन मरीन का सबसी सुपरचार्जर। क्रेडिट: टेलेडाइन मरीन

कुछ कंपनियों के लिए, सबसी हाइड्रोजन फ्यूल सेल पावर न केवल एक क्रांतिकारी उत्पाद विभेदक है, बल्कि एक उभरता हुआ बाजार अवसर भी है। इस वर्ष जून में, सेलुला रोबोटिक्स और इन्फिनिटी फ्यूल सेल एंड हाइड्रोजन इंक. ने नॉटीजेन का अनावरण किया, जो एक संयुक्त उद्यम है और विशेष रूप से समुद्री स्वायत्त प्रणालियों के लिए फ्यूल सेल पावर समाधान प्रदान करने पर केंद्रित है। विंडसर, कनेक्टिकट स्थित इन्फिनिटी एयरोस्पेस, रक्षा और समुद्री अनुप्रयोगों के लिए फ्यूल सेल सिस्टम विकसित करने वाली कंपनी है, जबकि ब्रिटिश कोलंबिया स्थित सेलुला अपने दीर्घकालिक स्वायत्त वाहन (एयूवी) परिवार के माध्यम से फ्यूल सेल के व्यावसायीकरण में अग्रणी रही है। सेलुला और इन्फिनिटी ने पहले भी फ्यूल सेल प्रौद्योगिकी पर साझेदारी की है; सेलुला के एनवॉय एलडी-एयूवी के हालिया परीक्षणों में, वाहन ने 385 घंटे की मिशन अवधि में 2000 किमी से अधिक की जलमग्न यात्रा पूरी की, जिसके दौरान इसने 4000 से अधिक ऊर्जा-खपत वाले मोड़ और युद्धाभ्यास किए। यह वाहन इन्फिनिटी के मिस्टिक 2000 एयूवी पावर सिस्टम द्वारा संचालित था, जो मूल रूप से एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए विकसित ईंधन सेल तकनीक का उपयोग करता है, जिसे बाद में समुद्री उपयोग के लिए अनुकूलित किया गया। नौटीजेन का निर्माण इस बढ़ते विश्वास को दर्शाता है कि ईंधन सेल ऊर्जा एक विशिष्ट सहायक तकनीक बने रहने के बजाय एक व्यवहार्य वाणिज्यिक बाजार में विकसित हो चुकी है।

NautiGEN, Cellula Robotics और Infinity Fuel Cell and Hydrogen Inc. का एक संयुक्त उद्यम है, जो समुद्री स्वायत्त प्रणालियों के लिए ईंधन सेल विद्युत समाधान प्रदान करने पर केंद्रित है। क्रेडिट: Cellula Robotics

स्वायत्त पनडुब्बी अभियानों की आधारशिला उनकी सहनशक्ति है। यह निर्धारित करती है कि कोई प्लेटफॉर्म कितने समय तक स्थिर रह सकता है और कितने बड़े क्षेत्र की वह प्रभावी ढंग से निगरानी या नियंत्रण कर सकता है। चाहे दुश्मन की पनडुब्बियों का पीछा करना हो, लंबी दूरी के समुद्री तल पर हमले करना हो, या किसी रणनीतिक चोकपॉइंट को अवरुद्ध करना हो, मिशन की सफलता सुनिश्चित करने के लिए स्वायत्त पनडुब्बी वाहनों (AUVs) को उच्च घनत्व वाली ऊर्जा की आवश्यकता होगी। हाइड्रोजन ईंधन सेल उन पनडुब्बी प्लेटफॉर्मों से एक बदलाव का प्रतिनिधित्व करते हैं जो विद्युत ऊर्जा को संग्रहित करते हैं, उन प्लेटफॉर्मों की ओर जो पूरे मिशन के दौरान विद्युत शक्ति उत्पन्न करने में सक्षम हैं। हालांकि वे पनडुब्बी अभियानों में लिथियम-आयन बैटरी का स्थान नहीं ले सकते हैं, ईंधन सेल को जी-रे जैसी हाइब्रिड पावर आर्किटेक्चर में एकीकृत किया जा सकता है, जिसमें ईंधन सेल उच्च-ऊर्जा, दीर्घकालिक आधारभूत शक्ति प्रदान करते हैं, और बैटरी पैंतरेबाज़ी, उत्प्लावन नियंत्रण, संचार और पेलोड संचालन के लिए विद्युत शक्ति के तीव्र विस्फोट प्रदान करती हैं। क्या ईंधन सेल व्यापक स्वायत्त समुद्री क्षेत्र के लिए प्रमुख ऊर्जा समाधान बनेंगे, यह अभी देखा जाना बाकी है, लेकिन वे एक विश्वसनीय, स्थायी पनडुब्बी बल की स्थापना और उसे बनाए रखने में तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए तैयार दिखाई देते हैं।