ארכימדס (אונייה, 1838)

אוניית הקיטור "ארכימדס" (באנגלית: SS Archimedes) הייתה האונייה הראשונה בעולם שהונעה על ידי מדחף. היא נבנתה ב-1838 בלונדון על ידי חברת The Ship Propeller ביוזמתו של פרנסיס פטיט סמית (אנ'), ממציא המדחף. קדמו לה כלי שיט מדחפיים נסיוניים, לרבות של סמית עצמו, אך אלו היו סירות או ספינות קטנות לשיט במים פנימיים או בקרבת החוף ולא אוניות ים. "ארכימדס" נבנתה במיוחד כדי להוכיח שמדחף מתאים להנעת כלי שיט גם בים הפתוח, וכי יעילות ההנעה המדחפית ויתרונותיה גדולים לאין שיעור יותר מאלו של משוטות (paddlewheels). ואומנם, "ארכימדס" הקיפה בהצלחה את האיים הבריטיים ואף חצתה את תעלת לאמנש לאירופה. הצלחתה של "ארכימדס" בישרה את הולדתה של אוניית הקיטור המסחרית, הן לנוסעים הן למשא, שתפשה בהדרגה את מקומה של אוניית המפרשים. כי זאת לדעת, שאוניית הקיטור המונעת במשוטות לא צלחה למסחר ימי אלא רק להובלה סדירה של נוסעים. זאת ועוד, "ארכימדס" השפיעה ישירות על צורת ההנעה של אונייה חדשנית ופורצת דרך אחרת, "גרייט בריטיין" של ברונל, אוניית הנוסעים המודרנית הראשונה, שתוכננה מלכתחילה כאוניית משוטות אך הוסבה לאוניית מדחף תוך כדי הבנייה. בעקבות הפלגות המבחן (sea trials) המוצלחות של "ארכימדס" החל גם הצי המלכותי הבריטי לבנות אוניות מדחף לצרכיו, שאחת הראשונות מביניהן – הסלופ "ראטלר" – הושקה ב-1843. עיקרון ההנעה על ידי מדחף מבוסס על פעולתו של בורג ארכימדס, אשר המצאתו מיוחסת לאיש המדע היווני ארכימדס מסירקוסאי (המאה ה-3 לפנה"ס). רק במאה ה-18, עם פיתוח מנוע הקיטור, נמצאה הדרך להנעה יעילה של המדחף, אך הניסיונות הראשונים לבנות כלי שיט מדחפי נכשלו. ספינת הקיטור המסחרית הראשונה, "קלרמונט" של רוברט פולטון, הונעה על ידי גלגלי משוטות וערכה את הפלגתה הראשונה ב-1807, ומאז והלאה היו המשוטות צורת ההנעה הסטנדרטית של ספינות ואוניות קיטור. בין השנים 1750–1830 נרשמו פטנטים רבים להנעה מדחפית על ידי ממציאים שונים, אך רק מעטים מהם נבחנו הלכה למעשה, ואלו שירדו משולחן השרטוט נמצאו בלתי יעילים מסיבה זו אחרת. ב-1836 שקדו בבריטניה שני ממציאים על מציאת פתרון מעשי להנעה מדחפית. פרנסיס פטיט סמית, חקלאי לפי מקצועו, שגילה עניין רב בנושא, רשם פטנט ב-31 במאי 1836 ובו הציע להתקין בורג ארכימדס בן שני לוליינים בקורות המילוּא האחוריות (deadwood) של האונייה, לפני לוח ההגה. יוהאן אריקסון (אנ'), מהנדס שוודי מוכשר, שעבד אז בבריטניה, רשם פטנט זמן מה לאחר מכן, ב-13 ביולי באותה שנה, לבורג ארכימדס שהותקן אחרי לוח ההגה. שניהם נחשבים אפוא לממציאי המדחף. בעזרת שותפו למיזם, הבנקאי הלונדוני רייט (Wright), בנה סמית דגם סירה עם מדחף מעץ, אותו השיט בבריכה באחוזתו בהֶנדוֹן (אנ'). אחר כך הוצג הדגם בגלריית אדלייד (Adelaide Gallery), מוזיאון למדע ברחוב אדלייד בלונדון, שם צפה בו סר ג'ון בארו (אנ'), המזכיר השני של האדמירליות (אנ'). בעקבות הניסויים המוצלחים עם דגם הסירה, ניגשו סמית ושותפיו לבנות סירה באורך 30 רגל (9.1 מ') ותפוסה של 6 טון, מצוידת במנוע קיטור חד-צילינדרי בן 6 כוחות סוס, שניתן לה השם "פרנסיס סמית". בסירה הותקן מדחף עץ בורגי בעל שני לוליינים שלמים פרי תכנונו של סמית, קוטרו 2 רגל ופסיעתו 2 רגל ו-5 אינץ', ומנובמבר 1836 עד ספטמבר 1837 ערכה הסירה הפלגות ניסוי בתעלת פדינגטון (אנ'). רצה המזל ובאחת ההפלגות, בפברואר 1837, נשבר מדחף העץ ומשני הלוליינים נותר אחד בלבד. להפתעת סמית, מהירות הסירה התגברה דווקא וביצועי המדחף היו טובים משקודם. בעקבות התגלית המקרית רשם סמית פטנט עדכני של המצאתו. באותו זמן ערך גם אריקסון את נסיונותיו. ב-1837 הוא בנה סירת קיטור מדחפית באורך 45 רגל (14 מ'), "פרנסיס בי. אוגדן" (Francis B. Ogden), שנקראה על שם פטרונו, הקונסול האמריקאי לליברפול. בקיץ 1837 הציג אריקסון את הסירה שלו בנהר תמזה לחברי האדמירליות הבריטית, ובהם הארכיטקט הראשי של הצי, סר ויליאם סיימונדס (Symonds) (אנ'). הפלגות המבחן שערך היו מוצלחות מאוד: הסירה הגיעה למהירות של 10 מייל לשעה (16 קמ"ש), ואף גררה סקונר בן 140 טונות במהירות של 7 מייל בשעה ואוניית דואר (Packet boat) אמריקאית במהירות של 4.5 מייל לשעה, אך סיימונדס ואנשיו לא גילו התלהבות רבה. האדמירליות הוסיפה להחזיק בדעה שהנעה מדחפית לא תהיה יעילה באוניות אוקיאניות, וסיימונדס אף סבר כי המדחף יקשה על היגוי האונייה מאחר שהותקן מאחורי לוח ההגה. בעקבות הביקורת והדחייה יצר אריקסון קשר עם הצי האמריקאי, בנה סירה מדחפית שנייה וגדולה יותר, "רוברט אף. סטוקטון" (Robert F. Stockton), והוביל אותה ב-1839 לארצות הברית; שם קנה לו שם כמתכנן אוניית המלחמה המדחפית הראשונה של הצי האמריקאי, סלופ התותחים "פרינסטון" (אנ'). בספטמבר 1837, אחרי הפלגות המבחן המוצלחות בתעלות ובנהר התמזה, הוציא סמית את סירת הקיטור המדחפית שלו לשיט בים הפתוח, דבר שלא נעשה על ידי איש לפניו. "פרנסיס סמית", שהותקן בה כעת מדחף בורגי חדש עם לוליין אחד, שטה מבלקוול (אנ') בלונדון, אל הית' (אנ') בקנט, עם עצירות ביניים ברמסגייט (אנ'), דובר ופולקסטון (אנ'). בהפלגתה חזרה ללונדון, ב-25 בחודש, ראו אותה מן החוף קציני הצי המלכותי, שהתרשמו מן האופן בו פילסה הספינה הקטנה את דרכה בים הסוער. הרשמים החיוביים הגיעו לאוזני הלורדים של האדמירליות, התענינותם בהנעה המדחפית התעוררה שוב, והם הציעו לסמית לבנות תחת פיקוחם כלי שיט גדול, בן 200 טון לפחות, כדי לבדוק שאומנם הטכנולוגיה החדשה מתאימה גם לאוניות-ים. סמית גייס שוב משקיעים, ויחד הקימו חברה חדשה שנקראה Ship Propeller Company. הם אף בחרו שם לכלי השיט העתידי, Propeller, אבל בסופו של דבר נבחר השם "ארכימדס", על שמו של הממציא היווני בן המאה השלישית לפנה"ס. "ארכימדס" נבנתה בלונדון ב-1838 על ידי הנרי וימסהרסט (אנ'). לדברי פרנסיס פטיט סמית עצמו, האונייה נבנתה מעץ אלון אנגלי, אך ברשוּמה מאוחרת יותר במרשם לויד'ס נכתב כי לפחות חלקים מן השדרית נבנו מאורן בלטי. אורך האונייה היה 125 רגל (38 מ'), רוחבה 22.5 רגל (6.9 מ'), והתפוסה 237 טון. האונייה תוכננה על ידי מר פסקו (Pasco), שדריתה הונחה באביב 1838, והיא הושקה ב-18 באוקטובר. עלות הבנייה הייתה 10,500 ליש"ט. היא נבנתה על פי תבנית של סקונר, צרה וארוכה ובעלת קווי גוף קלאסיים, ארובתה ותרניה נוטים לאחור, ונחשבה בעיני בני התקופה לכלי שיט יפהפה. מאחר שההנעה המדחפית הציבה אתגרים טכניים לא מוכרים, התקשה סמית למצוא מנועים מתאימים לאונייה. בסופו של דבר הסכימה חברת ההנדסה המפורסמת J. and G. Rennie לתכנן ולבנות את המנועים, ואף הצטרפה כשותפה לחברה החדשה. שני המנועים שסיפקו האחים רֶנִי היו כל אחד בעלי שני צילינדרים בקוטר 37 אינץ' (97 ס"מ) ואורך מהלך 3 רגל (0.91 מ'), שפיתחו יחד הספק נומינלי של כ-80 כוחות סוס והספק אפקטיבי של כ-60 כוחות סוס. מהירות הסיבוב של המנועים הייתה 26 סיבובים לדקה, ותמסורת גלגלי שיניים סובבה את המדחף במהירות 140 סל"ד לערך. לחץ העבודה של הדודים היה 6 ליברות לאינץ' מרובע. המנועים הותקנו באונייה בתחילת 1839, חודשים אחדים אחרי השקתה. התנועה מהמנוע למדחף הועברה על ידי תמסורת של גלגלים ישרי-שיניים ופיניונים, הגדול שבהם עם שיניים עשויות עץ קשה (hornbeam). המדחף הבורגי היה עשוי מפח ברזל עבה, קוטרו 5 רגל ו-9 אינץ' (1.75 מ'), פסיעתו 8 רגל (2.4 מ') ולו לוליין אחד שלם של 360 מעלות באורך 5 רגל (1.5 מ'). חידוש נוסף שהגה סמית היה האפשרות לנתק את המדחף ולהרימו מעל פני המים כשהאונייה שטה במפרשים, כדי להקטין את הגרר שהוא יצר עם התקדמות האונייה. המדחף הותקן בתוך מסגרת (banjo) בקורות המילוּא בירכתיים (deadwood). לאחר ניתוק המדחף מגל ההינע שלו הוא הורם על ידי כנן או כננת לתוך פיר אטום בגוף האנייה. ההרמה ארכה כ-15 דקות. ב-2 במאי 1839 יצאה "ארכימדס" להפלגת הבכורה שלה מלונדון אל המעגנה הפתוחה Sheerness Approach בשפך התמזה. ב-15 בחודש יצאה לים, ושטה מגרייבסנד (אנ') אל פורטסמות במהירות מפתיעה של 10 קשרים. בפורטסמות התחרתה בהצלחה מול אחד מכלי השיט המהירים ביותר בשירות האדמירליות, ספינת המכס "וולקן" (HMCR Vulcan); קציני צי בכירים שצפו בתחרות התרשמו מאוד מיכולותיה של "ארכימדס". אחרי הפלגת המבחן הראשונה שבה "ארכימדס" ללונדון, ובעודה בדרך התפוצץ דוד הקיטור שלה, הרג את המכונאי השני ופצע כמה אחרים. האונייה הושבתה לחמישה חודשים לתיקונים במספנת וימסהרסט. עם שובה לשירות קיבל סמית הזמנה מהממשלה ההולנדית להביא את האונייה להולנד להדגמה. איתרע המזל, ובהפלגה לטקסל (אנ') נשבר גל הארכובה של "ארכימדס" והיא נאלצה לשוב לאנגליה לתיקונים. אלו בוצעו הפעם על ידי הפירמה Miller, Ravenhill & Co, וכללו גם את החלפת המדחף המקורי בעל הכריכה האחת והלוליין השלם במדחף בעל שתי כריכות וחצי לוליין ולו שני להבים מיוחדים. יתרונו של המדחף החדש היה בכך שפחתו במידה ניכרת הרעידות החזקות בירכתי האונייה. עם השלמת התיקונים תיאמה האדמירליות עם סמית את עריכתה של סדרת הפלגות מבחן חדשה בדובר. האדמירליות מינתה את קפטן אדוארד צ'פל (Chappell) לפקח על הפלגות המבחן ולדווח על תוצאותיהן. מאפריל עד מאי 1840 נבחנו יכולותיה של "ארכימדס" אל מול אוניות הדואר המהירות ביותר בשירות האדמירליות ששטו בקו דובר-קאלה: אוניות המשוטות "אריאל" (Ariel) (אנ'), "ביוור" (Beaver) (אנ'), "סוואלו" (Swallow) (אנ') ו"ויג'ן" (Widgeon) (אנ'). עיקר הדיון נגע לתחרות בין "ארכימדס" ל"ויג'ן", המהירה מבין אוניות הדואר, שגם הייתה דומה ל"ארכימדס" בגודלה ובהספק מנועיה. אומנם בים שקט הייתה "ויג'ן" מהירה מעט יותר מ"ארכימדס", אבל צ'פל הגיע למסקנה כי מאחר שהיחס בין הספק המנוע למשקל האונייה של "ארכימדס" היה נמוך יותר, הרי שהמדחף כאמצעי הנעה "שווה, אם לא עולה על גלגל המשוטות הרגיל". זאת ועוד, חסרונם של גלגלי המשוטות להנעת אוניות מלחמה היה גלוי וידוע; הם היו חשופים לאש אויב ותפסו מקום שיועד לתותחים, ועל כן הפחיתו מעוצמת מטח הדופן של האונייה. הדוח שמסר צ'פל לאדמירליות הוביל בסופו של דבר למעבר כל הצי המלחמתי להנעה מדחפית. ביולי 1840, אחרי הפלגות המבחן בדובר, ערכה "ארכימדס" הפלגה סביב האיים הבריטיים בהשתתפות קפטן צ'פל. היא נועדה לערוך בדיקות נוספות, אך גם איפשרה לבעלי אוניות, למהנדסים ולאנשי מדע בנמלים בהם עברה לבחון את שיטת ההנעה החדשה. "ארכימדס" השלימה הפלגה של 2,006 מייל (3,228 ק"מ) במהירות ממוצעת מעל 7 קשרים (11 קמ"ש), ובמהירות מקסימלית בתנאים אידיאליים של 10.9 קשרים (17.5 קמ"ש). אחרי הקפת האיים הבריטיים הפליגה "ארכימדס" מפלימות אל אופורטו בפורטוגל בזמן שיא של 68.5 שעות. האונייה ערכה לאחר מכן הפלגות גם לאנטוורפן, לאמסטרדם דרך תעלת נורד-הולנד (אנ') ולנמלים נוספים ביבשת, ועוררה עניין רב בכל מקום בו ביקרה. עם שובה של "ארכימדס" להולנד, הסכים סמית להחכיר את "ארכימדס" לכמה חודשים לחברת אוניות הקיטור "גרייט וסטרן", שהייתה בעיצומה של בניית אוניית קיטור הגדולה בעולם, "גרייט בריטיין" שתוכננה להיות אוניית משוטות. מתכנן האונייה, איזמבארד קינגדום ברונל, התרשם מאוד מאמצעי ההנעה החדש, החליט להסב את האונייה בבנייתה לאוניית מדחף, ולאחר ששכנע את שותפיו לחברה, הותקן ב"גרייט בריטיין" מדחף ארבעה להבים מדגם חדש שתכנן סמית. סמית ושותפיו לחברה חשבו מתחילה למכור את "ארכימדס" לצי המלכותי, אבל כשהדבר לא הסתייע, מכרה Ship Propeller Company את האונייה לשימוש מסחרי. על פי ההערכות הפסידה החברה כ-50,000 ליש"ט במיזם "ארכימדס", ולאחר זמן פורקה. הידיעות על המשך הקריירה של "ארכימדס" מקוטעות. האונייה עלתה על שרטון בביצ'י הד (אנ') ב-1840. ב-1845 נעלמה מרשומות האוניות של לויד'ס, אבל הופיעה מחדש ב-1847 לאחר שיפוץ. מנועיה ומכונותיה פורקו בתאריך לא ידוע בסנדרלנד, ואחר כך היא המשיכה להפליג כאוניית מפרשים. ב-1850 נרשמה בבעלות של חברת הספנות Elbe & Humber Steam Navigation Company, שהפעילה אוניות סוחר בין המבורג והאל. ב-1852 הותקנו בה חיבל ומפרשים חדשים, אבל היא נעלמה שוב מרשומות הלויד'ס שנה או שנתיים אחר כך. בתחילת נובמבר 1852 פרצה שריפה במחסן האחורי שלה בעודה מפליגה מהאל להמבורג. היא הגיעה להמבורג ב-9 בנובמבר כשהמחסן האחורי שלה מוצף מים. את הקריירה שלה סיימה בעשור של 1850–1860, בהפלגות סדירות בין צ'ילה ואוסטרליה. ב-20 באפריל 1857 התפרסמה ידיעה ב-Sydney Morning Herald כי בליל ה-17 בינואר באותה שנה אבדה "ארכימדס" בחופי Paumotu Islands או Low Islands, כ-400 מייל מזרחית-דרום-מזרחית לטהיטי, במהלך הפלגה מולפראיסו למלבורן, כנראה כתוצאה מטעות במפה. Burgh, N. P. (1869). A Practical Treatise on Modern Screw Propulsion. London, E. and F. N. Spon. Bourne, John (1852). A Treatise on the Screw Propeller With Various Suggestions For Improvements. London, Longman, Brown, Green & Longmans. Corlett, E.C.B., "The Screw Propeller and Merchant Shipping 1840-1865". In Robert Gardiner (editor), The Advent of Steam – The Merchant Steamship before 1900. London, Conway Maritime Press, 1993. Fincham, John (1851). A History of Naval Architecture: To Which Is Prefixed, an Introductory Dissertation on the Application of Mathematical Science to the Art of Naval Construction. London, Whittaker & Co. Fox, Stephen (2003). Transatlantic: Samuel Cunard, Isambard Brunel, and the Great Atlantic Steamships. HarperCollins. Herapath, John (1839). The Railway Magazine and Steam Navigation Journal. volume VI. London, James Wylde. Parker, H. and Bowen, Frank C. (1928). Mail and Passenger Steamships of the Nineteenth Century. London, Marston & Co. Smith, Edgar C. (1905). A Short history of Naval and Marine Engineering. Babcock & Wilcox Ltd. מדיה וקבצים בנושא ארכימדס בוויקישיתוף Fincham, pp. 339–341. ספינת קיטור (steamboat), להבדיל מאוניית קיטור (steamship), מתאימה לשיט במים פנימיים (תעלות, נהרות, אגמים) או בקרבת החוף, אך לא בים הפתוח. Smith, pp. 66–67. Fincham, pp. 339–344. Bourne, p. 27, 29. Bourne, p. 86; Fincham, p. 344. Bourne, pp. 89–91. Bourne, p. 87. Herapath, p. 456. Schaefer and Hedge, p. 191. Fincham, p. 346. הספק נומינלי (nominal horsepower) הוא ההספק התאורטי שמפתח מנוע קיטור כשהוא פועל בלחץ קיטור סטנדרטי של 7 ליברות לאינץ' מרובע ולא בלחץ הקיטור הממשי השורר בצילינדר שלו. פרמטר זה שימש לאומדן ההספק של מנועי הקיטור הראשונים בתחילת המאה ה-19. ההספק חושב על פי הנוסחה: 7 ליברות לאינץ' מרובע x שטח הבוכנה באינצ'ים מרובעים x מהירות הבוכנה הממוצעת ברגל לשנייה חלקי 33,000. Smith, p. 70. Preble, p. 146. Burgh, p. 11. Bourne, p. 85. Fox. p. 146. Fincham, pp. 346-348. Bourne, p. 86. Smith, pp. 71-71. Smith, p. 71. "Advertising". The Britannia and Trades' Advocate. 26 September 1850. "Shipping". The Morning Chronicle. No. 26799. London. 15 November 1852. Parker and Bowen 1928. p. 14. "Loss of the Archimedes". The Sydney Morning Herald. 20 April 1857.