Sejarah Keluli Dinding Kapal Selam

Disiar dalam Dewan Kosmik Januari 2011

Sejarah Keluli Dinding Kapal Selam

Muhammad Nuruddin Bashah

Bc Eng (Hons) UM

Sejak 2,000 tahun yang lampau, manusia telahpun cuba mencipta sejenis kenderaan atau ‘kapal’ yang akan membolehkan mereka bergerak di dalam lautan. Mengikut sejarah, percubaan pertama untuk menggunakan ‘kapal selam’ telahpun direkodkan pada kira-kira abad ke-4 Sebelum Masehi apabila Iskandar Zulkarnain atau Alexander The Great menaiki sejenis bekas yang berupa bekas kayu atau tong yang mempunyai tingkap diperbuat dari kaca ke dalam lautan. Barat menamakan alat ini sebagai Colimpha. Walaupun Umat Islam tidak percaya bahawa Alexander The Great dari Yunani itu adalah Raja Zulkarnain yang dinyatakan di dalam Al Quran (seorang yang beriman), namun ia jelas menunjukkan bahawa perisiwa manusia cuba menerokai laut ini cuba dikaitkan dengan dua Maharaja ini oleh para penulis epik atau sejarawan pada zaman mereka.

Menurut epik, kedua maharaja tersebut menyatakan mereka menerokai lautan menggunakan kelalang kaca besar yang berfungsi sebagai ruang yang kalis air tetapi telus cahaya serta memiliki satu hos panjang untuk menyalurkan udara ke dalamnya.

Ternyata kaca menjadi pilihan masyarakat silam untuk membuat badan kapal selam jika mereka ditakdirkan berjaya membina sebuah kapal selam. Namun kebenaran penciptaan ini masih dalam misteri kejuruteraan.

Kaum Melayu juga tidak mengalah dalam hal ini. Kisah yang sama juga tercatat di dalam Sulalatus Salatin ataupun Sejarah Melayu (dihikayatkan sebelum serangan Portugis di Melaka pada tahun 1511). Bagaimanapun orang yang turun ke dalam bekas kaca itu dikatakan sebagai Raja Suran, anak kepada Raja Iskandar Zulkarnain. Sebenarnya Raja Suran adalah Rajendra dari Chola di dalam bahasa Sanskrit yang juga membawa maksud Raja yang Agung. Raja dari Chola telah lama memiliki sejarah yang erat dengan Empayar Rom-Yunani silam. Semestinya sejarah ini bertembung dengan asal usul Melayu yang juga menerima pengaruh Tamadun India.

Petikan Sulalatus Salatin menyatakan begini,

Maka Raja Suran berfikir dalam hatinya, "Bahawa isi darat telah aku ketahuilah, dan segala isi laut bagaimana gerangan rupanya? Jika demikian, baik aku masuk ke dalam laut, supaya aku ketahui betapa halnya." Setelah baginda berfikir demikian, maka baginda pun menyuruh menghimpunkan segala pandai dan utus, maka dititahkan baginda berbuat sebuah peti kaca berkunci dan berpesawat dari dalam. Maka diperbuatlah oleh segala utus itu sebuah peti kaca seperti kehendak Raja Suran itu, dan diberinya berantai emas. Setelah sudah, maka dibawanyalah ke hadapan Raja Suran; maka baginda pun terlalulah sukacita melihat perbuatan peti itu, maka baginda pun memberi anugerah akan segala hakim dan utus itu, tiada terkira-kira banyaknya. Maka Raja Suran pun masuklah ke dalam peti itu, maka segala yang di luar semuanya habis kelihatan; maka dikuncikan baginda pintu peti itu dari dalam. Maka dihulurkan oranglah ke dalam laut, maka peti itu pun tenggelamlah, maka Raja Suran pun terus melihat dari dalam peti itu, pelbagai kekayaan Allah subhanahu wa taala dipandang baginda, ...........'

Hanya pada tahun 1620 M, barulah seorang jurutera dari Belanda yang berkhidmat dengan tentera laut British, Cornelius van Drebbel berjaya mencipta sejenis kapal yang diperbuat dari kayu dan disalut dengan kulit berminyak yang boleh dikategorikan sebagai sebuah kapal selam.

Pada zaman tersebut, abad ke-17, teknik perleburan besi untuk dibentukkan kepada bentuk yang besar seperti kapal atau tong besar adalah sukar kerana teknik perleburan besi bloomeri tidak dapat menghasilkan bentuk yang besar seperti kapal. Manakala teknik penghasilan besi tuang (cast iron) secara pukal melalui dapur Cupola dan Blast Furnace pula hanya wujud di Eropah pada abad ke-18. Maka penggunaan kayu yang disalut dengan minyak adalah langkah yang paling ekonomi dan efektif pada zaman itu.

Kapal ciptaan Cornelius ini mempunyai sistem kuasa dorongan manusia yang menggunakan pengayuh yang berada di dalam kapal. Kayu pengayuh ini mampu digerakkan oleh jurukapal dari dalam kapal kerana mempunyai sistem penebat air yang diperbuat dari kulit yang anjal dan kenyal. Bekalan udara pula disampaikan kepada krew melalui saluran atau tiub khas yang bersambung dan terapung di atas permukaan air. Kapal ini berjaya bergerak di bawah permukaan air iaitu di Sungai Thames di England pada kedalaman kira-kira antara empat hingga lima meter selama beberapa jam.

Pada tahun 1775 barulah idea untuk menjadikan kapal selam sebagai medium yang boleh digunakan dalam operasi ketenteraan dibuktikan kepada dunia. Medium yang digunakan merupakan sejenis kapal yang mungkin mempunyai bentuk hampir sama dengan yang digunakan dalam epik Iskandar Zulkarnain, iaitu berupa sebuah tong kayu dengan tingkap kaca yang dikawal oleh hanya seorang pengendali. Kapal ini direka oleh David Bushnell dan dinamakan ‘Turtle’ atau Kura-kura. Ia dianggap sebagai kapal selam pertama yang boleh digerakkan secara bebas oleh seorang pengendali sahaja menggunakan kuasa kipas berbentuk skru.

Pada 1776 ketika Peperangan Kemerdekaan Amerika Syarikat, kapal Turtle telah berjaya bergerak dan merapati armada British yang sedang mengepung pelabuhan New York. Kapal Turtle membawa bahan letupan dan mengikut perancangan akan memasang bahan letupan tersebut pada kapal induk armada British, HMS Eagle melalui sistem pautan khas selepas menggerudi bahagian dinding luar kapal tersebut yang diperbuat dari kayu. Sistem pengaktif letupan adalah menggunakan peranti jangkamasa. Operasi ini dilaksanakan pada malam hari untuk mengelakkan pengawal di atas kapal dapat mengesan kehadirannya. Walaupun berjaya merapati kapal HMS Eagle, percubaan untuk menebuk lubang pautan telah gagal kerana gerudi yang dibawa tidak berfungsi disebabkan bahagian luaran dinding kapal mempunyai salutan tembaga. Salutan tembaga ini sebenarnya adalah sistem perlindungan yang diguna bagi mengelakkan kakisan dan pengaratan pada kayu dinding luaran kapal. Namun begitu kejayaan ciptaan Turtle cukup membuktikan kaum Yahudi Amerikalah yang pertama menemui cara berperang menggunakan kapal selam.

Dinding kapal selam Turtle

Pada abad ke 18, dua perkembangan yang dianggap kritikal kepada pembangunan kapal selam sebagai mediu ketenteraan berlaku. Ianya adalah pada tahun 1800 apabila Robert Fulton telah membina sebuah kapal selam yang dinamakan Nautilus. Ia merupakan kapal selam pertama dibina sepenuhnya menggunakan kerangka luar diperbuat daripada campuran logam sepenuhnya. Kapal ini berjaya dibina sepanjang proses Revolusi Perindustrian logam berlaku di Eropah. Selepas berhijrah ke Perancis, Robert Fulton (1765-1815), seorang jurutera Amerika dan pencipta kapal wap secara komersil pertama telah ditugaskan oleh Napoleon Bonaparte untuk membina Nautilus, kapal selam yang praktikal pertama dalam sejarah.

Tulisan tangan Robert Fulton

90 tahun kemudian, iaitu pada 1890, John P Holland telah membina sebuah kapal selam yang pergerakannya dijana oleh sebuah enjin. Apabila berada di atas pemukaan, sebuah enjin kereta digunakan bagi menjana kuasa gerakan kapal selamnya, manakala ketika penyelaman dilakukan, kuasa dari sebuah motor elektrik pula diguna pakai. Kombinasi ini kemudiannya merintis kepada pembuatan dan penciptaan kapal selam jarak jauh pertama di dunia dan membawa kapal selam ke dalam era yang lebih moden serta digunakan secara meluas sebagai salah satu medium bersenjata dalam peperangan maritim.

Sebuah kapal selam bagi tujuan peperangan maritim kini mempunyai rekabentuk fizikal yang lebih tirus. Bentuk ini agak berbeza dengan kapal selam terdahulu seperti yang digunakan pada Perang Dunia Pertama dan Kedua yang banyak mengekalkan sifat-sifat seperti sebuah kapal permukaan biasa .

Situasi ini berlaku disebabkan hampir 90% masa operasi yang dilaksanakan oleh kapal selam era Perang Dunia dihabiskan lebih banyak di permukaan berbanding menyelam ke bawah permukaan air. Apabila ia menyelam, kelajuan kapal adalah pada tahap yang rendah iaitu kira-kira 10knots sejam. Kapal dahulu hanya menyelam apabila menghampiri musuh untuk tujuan melancar torpedo.

Reka bentuk kapal selam mula berubah menjelang tamatnya Perang Dunia Kedua apabila teknologi berkaitan kapal selam serta sistem anti-kapal selam menjadi lebih canggih dan memaksa kapal selam menghabiskan masa lebih lama di dalam air. Rekabentuk mula meletakkan kepentingan untuk mendapatkan badan kapal selam yang lebih lancar pergerakannya di dalam air, kurang geseran dan juga bunyi. Di sini perkembangan teknologi bendalir berkembang pesat. Selain itu, sesetengah kapal selam mempunyai bahagian dinding luaran yang disalut dengan dengan plat khas yang diperbuat dari getah atau bahan anjal yang menyerap bunyi atau ‘plat anechoic’.

Contoh dinding anechoic.

Tujuan plat anechoic adalah untuk menyerap bunyi sonar aktif lalu mengurangkan kekuatan pantulan atau memberikan pantulan yang tidak tepat kepada sistem hidrofon musuh. Ia juga menyerap bunyi yang dihasilkan oleh enjin kapal selam itu sendiri dan menghadkan gelombang bunyi yang terhasil lalu menyukar atau menghadkan bunyi yang boleh didengar oleh kapal selam musuh yang menggunakan sistem sonar pasif untuk mengesan kedudukan kapal-kapal lain.

Plat getah yang dengan permukaan berlubang-lubang ini mula digunakan oleh kapal selam Jerman pada tahun 1944. Pada tahun 1970, pihak Soviet Union mula menggunakan sistem plat sama kepada kapal-kapal selamnya dan ini memberikan kesukaran kepada pihak lain untuk mengenalpasti tanda akuistik kapal selam-kapal selam Soviet Union. Melihat kepada keberkesanan sistem tersebut, pada tahun 1988, tentera laut Amerika Syarikat mula memasang plat tersebut pada kapal selam mereka. Teknologi sistem ini dikatakan terus melalui proses evolusinya dengan pelbagai rekabentuk pada permukaan plat serta bahan-bahan yang digunakan untuk menghasilkan plat juga berbeza mengikut tahap kedalaman kapal selam berfungsi.

Jubin atau plat Anechoic pada dinding luar kapal Triumph.

Ketika era Perang Dunia, kapal selam lazimnya mempunyai dua dinding utama dengan beberapa bahagian dinding luar diperbuat dari bahan logam yang lebih ringan untuk mendapatkan kesan rintangan paling minima di dalam air. Dinding kedua pula diperbuat dari logam yang lebih kukuh untuk bertahan dari tekanan di dalam air yang kuat. Pihak Jerman kemudiannya mencipta kapal selam yang mempunyai dua dinding tetapi keseluruhan dinding luaran menutup terus bahagian dinding dalaman yang lebih kukuh. Era pasca Perang Dunia menyaksikan pihak negara-negara Eropah Barat membina kapal selam dengan hanya satu dinding utama, namun pihak Soviet Union membina kapal selam mereka dengan menggunakan konsep kapal Jerman yang menggunakan dua dinding berasingan.

Bahagian dinding utama kapal selam diperbuat dari keluli yang amat kuat, mampu bertahan dari tekanan bawah permukaan laut pada kedalaman tertentu.

Kapal selam era Perang Dunia Pertama menggunakan sistem dinding yang diperbuat dari keluli karbon dengan kemampuan ketahanan menyelam sedalam 100 meter. Ketika Perang Dunia Kedua, kebanyakan kapal selam diperbuat dari bahan keluli aloi yang berkekuatan lebih tinggi dan mampu bertahan hingga pada kedalaman 200 meter.

Hari ini sistem keluli aloi berkekuatan tinggi yang merupakan campuran beberapa jenis logam terus digunakan bagi membina dinding utama kapal selam dengan kemampuan selaman kebanyakan kapal selam adalah antara 250 hingga 400 meter.

Untuk mendapatkan kapal selam yang berkemampuan menyelam pada kedalaman yang lebih jauh, beberapa kapal selam telah dibina menggunakan bahan titanium sejak tahun 1959. Pihak Soviet Union telah membina sejenis kapal selam tempurnya, iaitu kapal K-278 Kosomolets yang mampu beroperasi sehingga pada kedalaman 1000 meter.

Sifat titanium yang tahan tekanan tinggi air laut dan tidak bersifat magnetik (keluli HCP yang hanya memiliki ketelapan magnetik 1.00005) amat penting bagi menjadikan kapal tersebut bersifat kalis radar dan radio. Ini adalah antara dua sebab utama kenapa mereka membina kapal dengan aloi titanium. Sifat mesra bio (biocompatible) titanium juga mengelakkan masalah kakisan akibat tidak balas mikrobiologi (Microbiologically Induced /Influenced Corrosion). Ia juga tahan kakisan akibat klorida air masin.

Namun, sifat keras yang melampau dan tidak mulur menyebabkan ia mudah rapuh setelah melakukan selaman berulang kali. Selain itu, kos titanium yang tinggi menyebabkan kapal tersebut tidak lagi dibina. Struktur HCP (Hexagonal Close Packed) titanium pula mengakibatkan kekuatan alah yang rendah berbanding keluli karbon. Kelemahan lain adalah titanium terlalu mahal berbanding keluli karbon, malah kos penyelenggaraan dan pembinaan menggunakan aloi titanium juga amat tinggi kerana setiap cantuman plat titanium perlu menggunakan kimpalan teknik gas nadir.

Jika dikaji daripada spesifikasi keluli yang digunakan untuk membina kapal selam hari ini, HY80 adalah nama bagi spesifikasi tersebut. Ia juga dikenali dengan nama MIL S-16216. Ia akan dikeraskan (harden) dan dibajakan (tempering) sehingga mencapai kekuatan alah (yield strength) 80 ksi (550Mpa) dan disebabkan itulah ia disebut HY80. Jika ia dibaja sehingga mencapai kekuatan alah 100 ksi (690 Mpa) ia disebut HY 100. Selepas dibaja, ia memiliki struktur martensit.

Keluli HY-80, HY-100, dan HY-130 adalah keluarga keluli "High Yield" atau "HY" dan dicipta dan dibangunkan pada pertengahan 1950-an dan 1960 khusus untuk kapal diRaja dan pembuatan kapal selam pasca Perang Dunia Kedua. Keluli ini telah digunakan dengan jayanya selama bertahun-tahun, di samping merealisasikan penjimatan kos yang ketara dan peningkatan kecekapan dengan penghapusan keperluan pra-pemanasan sebelum kimpalan. Keluli ini adalah berkarbon rendah untuk mencapai sifat kebolehkimpalan dan diperkuat dengan mendakan kumprum. Struktur mikro bagi HSLA-80 (atau HY 80) juga memiliki sedikit ‘ferit acicular’ atau poligonal manakala mikrostruktur bagi HSLA-100 memiliki sedikit struktur bainitik.

American Alloy Steel telah mengumumkan spesifikasi kimia baru bagi keluli plat tentera HY80 dan plat keluli HY100 untuk digunakan dalam pembuatan kapal angkatan laut, pembaikan angkatan laut, aplikasi baju besi,dan kapal selam seperti berikut.

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ni	As	Cu	Sb	Sn	Ti	V	Fe
Minimum	0.12	0.15	0.10	-	-	0.1	0.2	2.0
maksimum	0.18	0.35	0.40	0.015	0.008	0.6	3.25	0.025	0.25	0.025	0.025	0.03	0.02	0.03	Sehingga 100%

Boleh dikatakan HY-80 adalah keluli aloi rendah yang mengandungi unsur nikel, molibdenum dan kromium. Ia memiliki ciri kebolehkimpalan yang baik, kekuatan alah yang tinggi serta titik lemah yang rendah.

Jika kapal biasa, keluli yang selalunya digunakan adalah keluli jenis ASTM A36 serta keluli tahan karat austenit. Keluli ini sesuai untuk dikimpal menggunakan elektrod rendah hidrogen jenis E-10018 atau E-11018. Elektrod perlu dipanaskan sedikit sebelum digunakan untuk menghapuskan lembapan dan mengelakkan kehadiran unsur hidrogen yang banyak daripada atmosfera. Selepas dikimpal, ia seharusnya di sepuh lindap (annealing) untuk mengurangkan tekanan dan tegasan dalaman terutamanya bagi dinding setebal 2.5 inci .

Data lain berkenaan keluli ini adalah seperti berikut;

Ketumpatan (lb / cu. in.) 0.28, titik lebur (Deg F) 2595 (1424 C), kekonduksian haba 264, modulus keelekstikan regangan 29.

Penggunaan keluli jenis HY-80 baja untuk kapal selam telah berjaya mengurangkan masalah keretakan kakisan tekanan (stress corrosion cracking (S.C.C)) sepanjang 15 tahun yang lalu. Tetapi, jika keluli berkekuatan alah sehingga 150 ksi digunakan (HY 150) , masalah kakisan (karatan) ini pasti berlaku dengan mudah.

Sejak Amerika Syarikat mencipta kapal selam Seawolf yang amat canggih pada tahun 1989, kapal selam AS mulai menggunakan HY 100 berbanding jenis lama HY 80.

Terdapat persoalan mengapa keluli karbon HY 140 tidak digunakan sedangkan ia memiliki kekuatan alah melebihi HY 80 dan HY 100? Keluli yang berkekuatan terikan (higher tensile) lebih tinggi selalunya memiliki kekuatan alah yang tinggi akan tetapi akan semakin rapuh dan kurang ciri-ciri elastik. Kekurangan ciri elastik (kemuluran) akan mengurangkan kemampuan keluli ini untuk belayar dalam lautan bersuhu rendah. Dari sudut ekonomi, keluli HY-140 menyebabkan kos pembinaan badan kapal selam AS meningkat kepada $60-$70 bilion.

Selagi mana penggunaan kapal selam diperluaskan, selagi itulah kajian berkenaan isu keluli badan kapal selam akan dilakukan memandangkan kos pembinaan dinding adalah melebihi 50% daripada keseluruhan kos kapal selam. Semakin dalam daya selaman, semakin lama tempoh selaman, semakin banyak bahan letupan dan senjata yang dibawa, semakin rancaklah para metalurgi mencari penyelesaian kesesuaian keluli yang akan digunakan bagi setiap aplikasi berbeza.

Muhammad Nuruddin Bashah