“Truly elegant design incorporates top-notch functionality into a simple, uncluttered form.”— David Lewis: Bang and Olufsen’s chief designer
ที่มาของการเผาบทความนี้เกิดจากที่กระพ้มดันไปรับปากออกแบบเรือเหาะแบบ Zeppelin ให้ไอ้น้องชายสุดเลิฟเอาไปใช้ในมังก้าพีเรียดไซไฟที่มันเขียน ตามแบบที่ออกตอนแรกก็เป็น Zeppelin ใส่เกราะเลียนแบบมังก้าเรื่อง Bastard แล้วก็ต้องมาปวดตับเมื่อเจอคำถามว่ามันจะบรรทุกคนได้เท่าไร งานนี้ก็เลยต้องกลับมานั่งคำนวณนั่ง Sketch กันใหม่เพราะไอ้เกราะสวยๆของพวกเรือเหาะที่เขียนในมังก้ามันเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำให้ Zeppelin ลอยได้ ต่อให้ใช้ Aerogel เป็นโครงแล้วเอาแผ่นโลหะบางๆหุ้มสวยๆก็เหอะ นิทานเรื่องนี้ สอนให้รู้ว่า ริจะเขียนการ์ตูนจงยึดกับแฟนตาซีอย่าได้ไปริยุ่งกับความเป็นจริง เอ๊ะ มันยังไงกันละนั่น อ่า ไม่ใช่ ผมได้ค้นพบว่า การออกแบบใดๆ เมื่อคำนวณตามข้อเท็จจริงแล้ว สิ่งเหล่านั้นก็จะเป็นรูปร่างขึ้นมาเองต่างหาก แบบของ Zeppelin ที่ออกมานั้น เมื่อเริ่มการคำนวณ รูปร่างและส่วนประกอบต่างๆมันก็ออกแบบมาเองโดยไม่ต้องไปร่างแบบมัน เพราะ Form ของอุปกรณ์ เครื่องมือ หรือยานพาหนะใดๆ มันเกิดขึ้นเองตามลำดับฟังก์ชั่นที่เราคิดคำนึง และการออกแบบโครงภายนอกก่อนการใส่ฟังก์ชั่นลงไปก็จะนำไปสู่สภาพท้องผูกถาวรของการนำไปปฏิบัติ
ค้นประวัติของ Zeppelin กันก่อน[1]
ประวัติ เป็นจุดบ่งชี้ของ Function และ Form โดยเฉพาะถ้าจะออกแบบ Zeppelin สำหรับสงครามแล้วละก็ Zeppelin หรือภาษาไทยเรียกว่า พโยมยานนาวา เป็นยานบินประเภทมีโครงสร้างค้ำจุน ซึ่งคิดค้นขึ้นมาโดย Count Ferdinand von Zeppelin ในช่วงต้นศตวรรตที่ 20 ซึ่ง Count Zeppelin ได้ร่างแบบไว้ตั้งแต่ปี 1874 และลงรายละเอียดเสร็จสิ้นในปี 1894 เรือเหาะ Zeppelin ได้ถูกใช้ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 ในการทิ้งระเบิด และการสอดแนม หลักการของยานบินชนิด Zeppelin คือการสร้างโครงสร้างที่สามารถจุก๊าซที่เบากว่าอากาศได้และทำให้น้ำหนักรวมของโครงสร้างกับก๊าซที่บรรจุต่อปริมาตรของลำยาน น้อยกว่าอากาศ
ก๊าซที่บรรจุใน Zeppelin จะเอาอะไรใส่เข้าไปดี!?!?
ก๊าซที่ใช้บรรจุใน Zeppelin ที่ค้นๆดู ก็พบมีใช้อยู่สองชนิดคือไฮโดรเจน และ ฮีเลียม ฮีเลียมเป็นก๊าซที่ได้จากการขุดเจาะน้ำมัน โดยมันเกิดจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีภายใต้พื้นโลก ฮีเลียมนั้นเป็นก๊าซที่เบามาก และไม่คงอยู่ในบรรยากาศ แม้ว่ามันจะเป็นธาตุที่มีมากที่สุดเป็นอันดับสองของจักรวาลนี้ แต่ฮีเลียมส่วนใหญ่อยู่ในอวกาศ ในอากาศของโลก มีก๊าซฮีเลียมอยู่เพียง 5.2 ppm (ส่วนในล้านส่วน) และ การกลั่นอากาศเอาฮีเลียมไม่ใช่เรื่องง่ายแม้ในยุคปัจจุบันเพราะ ถ้าไม่มีประโยชน์การใช้งานออกซิเจน หรือไนโตรเจน มันก็ขาดทุนกันขิงๆ ในเมื่อเรือเหาะที่ผมออกแบบมา ถูกกำหนดให้เป็นโลกอดีตพันกว่าปีก่อนที่จะมีอุตสาหกรรมปิโตรเลียมเป็นล่ำเป็นสัน ตัวเลือกของก๊าซที่บรรจุก็เหลือเพียงก๊าซไฮโดรเจนที่สามารถสร้างได้โดยง่ายแค่การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า
แรงยกตัวของก๊าซ ไฮโดรเจนนั้นจะสูงกว่าฮีเลียมเล็กน้อย โดยก๊าซไฮโดรเจน 1 ลูกบากศ์เมตรสามารถยกน้ำหนักได้ 1.14 กิโลกรัมในขณะที่ก๊าซฮีเลียมยกน้ำหนักได้คือ 1.02 กิโลกรัม พโยมยานนาวาในประวัติศาสตร์จริงของฝั่งอเมริกาจะใช้ฮีเลียม เพราะก๊าซฮีเลียมเป็นก๊าซเฉื่อยไม่ติดไฟ แต่ของเยอร์มันจะใช้ไฮโดรเจนเพราะไม่สามารถหาก๊าซฮีเลียมได้โดยง่าย แต่ถึงจะว่าติดไฟได้ มันก็ไม่ง่ายเกินไปนัก ในสมัยสงครามโลกครั้งที่ 1 ฝ่ายพันธมิตรไม่สามารถยิง Zeppelin ของเยอร์มันให้ไหม้ได้ เพราะแม้กระสุนจะทะลุ แต่ด้วยความเร็วที่กระสุนทะลุผ่าน ความร้อนของกระสุน ไม่เพียงพอที่จะทำให้ไฮโดรเจนให้ติดไฟได้ จนกระทั้งฝ่ายสัมพันธมิตรคิดค้น กระสุนเพลิง (Incendary Ammunition) ขึ้นมา
วัสดุกักก๊าซไม่ให้รั่วก่อนยุคอุตสาหกรรมพลาสติก
ในยุคปัจจุบัน เรามีฟิล์มพลาสติกที่ใช้กักก๊าซ แต่อย่างที่ว่า เรือเหาะที่ผมออกแบบนี้จำเพาะต้องเป็นเรื่องในอดีตก่อนยุคจะมีพวกฟิล์ม PP PVC etc ฯลฯ จะไปมั่วเรื่องการผลิตฟิล์มพลาสติกในยุคพันกว่าปีก่อนมันก็เว่อร์เกิน ตรงนี้เมื่อค้นไปในประวัติการคิดค้นของ Zeppelin ก็พบว่าถุงเก็บก๊าซที่จะคุมไม่ให้ก๊าซรั่วไหล ในยุคแรก Zeppelin ถูกสร้างขึ้นด้วยเยื่อกระเพาะของวัวที่เรียกว่า Goldbeater’s Skin ซึ่งก็ตามชื่อของมัน เยื่อนี้มีความยืดหยุ่นสูงมาก การตีแผ่ทองให้เป็นแผ่นบางๆนั้นช่างทำทองจะเอาทองทีไปบนเยื่อกระเพาะเพื่อให้เยื่อนี้ช่วยคงรูปของแผ่นทองไว้ได้ เยื่อ Goldbeater’s Skin นี้ ใน Zeppelin ขนาดความยาว 200 เมตรอย่าง USS Shenandoah จะต้องใช้กระเพาะวัวถึง 300,000 ตัวเลยทีเดียว [2] (งานนี้ถ้าเขียนเป็นมังก้าออกมาจะโดน PETA รอยำอยู่หน้าบ้านไหมเนี่ย ข้อหา ฆ่าล้างเผ่าพันธุ์วัว??)
เยื่อเหล่านี้สามารถรีดเชื่อมด้วยกันได้เมื่อเปียกน้ำ ในการทำถุงก๊าซของ Zeppelin จะใช้เยื่อเหล่านี้ทบกัน 7 ชั้นเพื่อประกันไม่ให้เกิดการรั่วของก๊าซ Goldbeater’s Skin นี้บางมาก เยื่อจำนวน 1,000 ชิ้นจะมีความหนาเพียงแค่ 1 นิ้วเท่านั้น เรือเหาะ Zeppelin มีการออกแบบถุงก๊าซออกเป็นเซลล์แยกเป็นส่วนๆ ถ้าเกิดการรั่วไหล หรือถูกยิงรั่ว ถุงก๊าซอื่นๆก็จะยังประคองลำเรือให้ลอยอยู่ได้ [3] และเมื่อมันไม่ได้ติดไฟได้ง่ายๆแล้ว การจะทำ Zeppelin ติดเกราะแบบสมัยนิยมเหมือนมังก้าเรื่องอื่นๆก็เหมือนจะดูไม่เข้าท่า เพราะการติดเกราะ ก็คือการแบกภาระน้ำหนักดีๆนี่เอง แทนที่จะเอาเกราะมาติดแล้วบินต่ำๆแบกอะไรก็ไม่ได้มาก ยังงี้แล้วก็ไม่สู้ติดเกราะแค่ป้องกันคนแล้วอาศัยเพดานบินหนีพวกอาวุธยิงจากพื้น กับการทำถุงแยกส่วนเพื่อลดความเสี่ยงถุงรั่วเรือตกมันน่าจะดีกว่า
ขนาด ปริมาตร และระวางบรรทุก
น้ำหนักโครงสร้างของ Zeppelin นั้นเป็นไปตามพื้นผิว โดยดูได้จากโครงสร้างของ Graf Zeppelin และเพราะเหตุนี้เอง Zeppelin ยิ่งมีขนาดใหญ่เท่าไหร่ สัดส่วนปริมาตรก๊าซกับน้ำหนักโครงสร้างก็จะยิ่งสูง เป็นไปตามหลักคณิตศาสตร์ที่พื้นที่แปรผันตามมิติกำลังสอง แต่ปริมาตรเป็นมิติยกกำลัง ด้วยข้อเท็จจริงตรงนี้ ทำให้ Zeppelin ในยุคสงครามโลกนั้น จะมีความยาวอยู่ในช่วง 200 เมตร ไปจนถึงขีดสุดที่โครงสร้างโลหะ Duralumin (Aluminium-Magensium alloy) จะรับไหว สำหรับ Zeppelin ที่ผมออกแบบ จะมีความยาวเพียง 80 เมตร นั่นก็ทำให้ขนาดแรงยกของมันมีจำกัดเพียง 4 ตันเท่านั้น เมื่อหักลบน้ำหนักโครงสร้างกับถุงก๊าซแล้ว สำหรับ Graf Zeppelin ของเยอร์มัน มีขนาดความยาวทั้งสิ้น 236 เมตร และมีน้ำหนักยกถึง 60 ตัน หลังหักลบน้ำหนักโครงสร้างกับถุงก๊าซ และแม้จะถูก Request ให้ลดขนาดเพื่อจะเอาไปจอดบนเรือได้ (เรือสมัยก่อน ความยาว 60 – 80 เมตรนี่ก็เรียกว่าเต็มกลืนแล้ว) แต่มันก็คงไม่มีทางเป็นไปได้ เพราะลักษณะของ Zeppelin เป็นกระสวย เพื่อลดแรงเสียดทานอากาศ รูปทรงกระสวยจะมีปริมาตรต่อพื้นผิวน้อยกว่ารูปทรงกลม และถ้าจะคงลักษณะรูปทรงกระสวยไว้ ขนาดของ Zeppelin ที่เล็กกว่า 80 เมตร ก็คงไม่อาจบรรจุสรรพวุธใดๆอย่างมีนัยสำคัญทางการทหารได้เลย งานนี้เดี๋ยวก็ต้องไปโม้วิธีการสร้างเรือขนาดความยาว 100 เมตรด้วยไม้กันต่อ
เหิรฟ้า หา เพดานบิน [4]
Zeppelin ปรกติจะมีเพดานบินอยู่ในช่วง 2 – 300 เมตร แต่เพดานบินของ Zeppelin สามารถควบคุมได้สูงถึง 2 กิโลเมตรจากพื้นดิน Zeppelin ควบคุมเพดานบินโดยการปล่อยน้ำหนักถ่วงทิ้ง กับการค่อยๆระบายก๊าซออกจากถุงเก็บก๊าซ ความถ่วงจำเพาะของอากาศจะลดลงประมาณ 9% ทุกๆ 1000 เมตร และน้ำหนักยกต่อกิโลกรัมก๊าซ เช่นไฮโดรเจน ที่มีแรงยก 1.14 กิโลกรัมต่อลูกบากศ์เมตร ที่ระดับน้ำทะเล ก็จะเหลือเพียง 1.03 กิโลกรัมต่อลูกบากศ์เมตร
Zeppelin เคลื่อนที่ด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายใน ในกรณีมังก้าที่ผมออกแบบให้ก็จะเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในเช่นกัน จุดสำคัญที่น่าสนใจของ Zeppelin ของเยอร์มัน คือการใช้เชื้อเพลิงที่เรียกว่า Blau Gas[5] ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงก๊าซซึ่งมีความถ่วงจำเพาะใกล้เคียงกับอากาศ ในกรณีเชื้อเพลิงน้ำมัน ถ้าใช้ไปน้ำหนักจะน้อยลงและต้องปล่อยก๊าซจากถุงก๊าซเพื่อชดเชยแรงยกเพื่อรักษาเพดานบิน แต่เพราะ Zeppelin ใช้เชื้อเพลิงที่มีน้ำหนักใกล้เคียงกับอากาศ จึงไม่ต้องมีการชดเชยด้วยการปล่อยก๊าซ และสามารถบินต่อเนื่องได้โดยยังรักษาเพดานบินไว้คงเดิม แน่นอน ผมก็ย่อมจะโม้ใช้ตามนี้
แบบร่างขณะกำลังบิน
สำหรับ Zeppelin ที่ผมออกแบบ ผมพยายามทำให้มันเป็นโครงและใช้วัสดุผ้าคลุมแต่ง ซึ่งจะทำให้สามารถปรับเปลี่ยนรูปลักษณ์ของตัว Zeppelin ภายนอกได้โดยง่าย อย่างในรูปร่างก็คือแต่งเป็นทรงตัวปลา แต่จะออกแบบเป็นอย่างอื่นยังไงก็คงแล้วแต่ศิลปินละ แค่มานั่งออกแบบไป คำนวณให้มันดูเป็นไปได้ไป นี่มันก็เหนื่อยเกินเหตุทั้งคนออกแบบและคนที่ต้องมาวาดกันพอ และดังนั้นก็คงไม่ถึงขนาดไปนั่งออกแบบเครื่องยนต์และการส่งกำลังทดให้มันเวิ่นเว้อไปกว่านี้แล้ว ก็จึงขอจบมันดื้อๆเสียตรงนี้เลยก็แล้วกัน
อ้างอิง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น