Tichý podmořský pohon bez jediné pohyblivé součástky fascinoval konstruktéry od šedesátých let minulého století. Po zkušební lodi Yamato 1 nyní téma oživuje americká agentura DARPA programem PUMP, který má vyřešit hlavní materiálové bariéry.
Hlavní slabinou každé ponorky zůstává mechanický hluk hnacího ústrojí, převodovky a samotného lodního šroubu, jehož lopatky při vyšších otáčkách vyvolávají kavitaci. Americká obranná výzkumná agentura proto v roce 2023 spustila iniciativu tichého podmořského pohonu, na kterou navázal specializovaný výzkumný program DARPA PUMP zaměřený na magnetohydrodynamická čerpadla. Cílem je odstranit hřídele, ložiska i rotující vrtule a nahradit je čistě elektromagnetickým urychlováním mořské vody.
Myšlenka se proslavila v románu a filmu Hon na ponorku Rudý říjen, fyzikálně však stojí na dobře známé Lorentzově síle. Mořská voda obsahuje rozpuštěné soli a chová se jako slabý elektrický vodič. Pokud trubicí pod trupem protéká silný elektrický proud mezi protilehlými elektrodami kolmo na silné magnetické pole, působí na nabité ionty v kapalině síla, která vodu vytlačuje směrem k zádi. Podle zákona akce a reakce tak plavidlo získává dopředný tah bez hřídelů, převodovek a ložisek, což dramaticky snižuje přenos vibrací do trupu.
Japonská loď Yamato 1 a zkoušky v přístavu Kóbe
Nejslavnější praktickou zkoušku této koncepce uskutečnilo Japonsko na počátku devadesátých let. Konstruktéři ze společnosti Mitsubishi Heavy Industries postavili pro nadaci Ship and Ocean Foundation třicetimetrový experimentální katamarán Yamato 1 o výtlaku přibližně 185 tun. V červnu 1992 plavidlo úspěšně vyplulo na zkušební plavbu v přístavu Kóbe a prokázalo, že elektromagnetický pohon dokáže pohybovat skutečnou lodí na otevřeném moři.
Pohonná soustava lodi Yamato 1 využívala dva samostatné proudové kanály a supravodivé cívky ze slitiny niobu a titanu chlazené kapalným heliem, které vytvářely magnetické pole o indukci kolem 4 tesla. Plavidlo však dosáhlo maximální rychlosti pouhých 6,6 až 8 uzlů a celková účinnost pohonu nepřekročila zhruba 30 procent. Obrovská hmotnost kryogenního chlazení, vysoká spotřeba energie a skromný tah tehdy přesvědčily námořní velení, že technologie pro bojové nasazení ještě nedozrála. Loď po ukončení zkoušek zakotvila jako muzejní exponát v přístavu Kóbe.
Elektrolýza, bubliny a zkáza elektrod
Hlavní překážka se neskrývala jen v hmotnosti magnetů, ale přímo v elektrochemii slané vody. Průchod vysokého proudu mezi elektrodami spouští intenzivní elektrolýzu, při které se uvolňují plynné bubliny vodíku a chlóru. Tyto bubliny nejen narušují proudění a snižují tah, ale při výstupu za zádí vytvářejí slyšitelný šum a zřetelnou stopu, což popírá samotný smysl utajené plavby.
Současně dochází k prudké korozi a erozi samotných elektrod vystavených kombinaci silného proudu, agresivních iontů a vysokého tlaku vody. Podobně jako u elektromagnetických děl zvaných railgun, kde průchod megampérových impulsů rychle ničí vodicí kolejnice, narážel i podmořský pohon na omezenou životnost materiálů v extrémním prostředí.
Proč program DARPA PUMP otevírá novou kapitolu
Za posledních třicet let se však zásadně proměnila oblast vysokoteplotních supravodičů a průmyslové výroby kompaktních magnetů schopných generovat násobně silnější magnetická pole při menším objemu. S rostoucí magnetickou indukcí stoupá účinnost magnetohydrodynamického čerpadla a klesá potřeba extrémně ničivých elektrických proudů na elektrodách.
Americký program PUMP proto nesází na stavbu celé ponorky, ale na vývoj nových korozivzdorných materiálů pro elektrody a na detailní multifyzikální modelování kombinující hydrodynamiku, magnetismus a elektrochemii. Vědci hledají takové složení povrchů a tvarování kanálů, které omezí tvorbu plynových bublin a udrží stabilní proudění i při dlouhodobém zatížení. Pokud se podaří udržet životnost elektrod na úrovni vojenských požadavků, může tichý pohon bez pohyblivých částí najít uplatnění nejprve u bezosádkových podmořských prostředků pro průzkum a kladení min a později i jako pomocný tichý pohon velkých ponorek.
