زيردريايي‌ها از شگفت ‌انگيزترين اختراعات بشر هستند. طي صدها سال دريانوردان فقط مي‌توانستند روي عرشه کشتيها کار کنند. اختراع زيردريايي به انسان اجازه داد تا بتواند همچون موجودات دريايي براي مدت طولاني (ماهها و حتي سالها) در زير دريا زندگي کند. ما اختراع زيردرياييهاي پيشرفته را مديون مسابقه تسليحاتي جنگ سرد بين دو ابر قدرت شرق و غرب در قرن بيستم هستيم! دانشمندان براي ساخت و حرکت دادن زيردرياييها از چند قانون استفاده کردند. ما ابتدا به بررسي دو قانون مهم مي‌پردازيم:

      +   قانون ارشميدس
طبق قانون ارشميدس بر هر جسم (کمي يا کاملا) غوطه‌ور در سيال معادل وزن سيال جابجا شده نيرو وارد مي‌شود. همواره وزن جسم بطرف پائين و نيروي شناوري سيال بطرف بالا ظاهر مي‌شوند. هرگاه اين دو نيرو با هم برابر باشند (مانند کشتي روي دريا) جسم روي سيال شناور خواهد شد و اگر نيروي وزن بيشتر از نيروي شناوري سيال (مانند سنگ در آب) باشد، جسم کاملا در سيال فرو خواهد رفت. چگالي جسم به وزن بر حجم تعريف مي‌شود. هرگاه چگالي جسم از چگالي سيال (آب) بيشتر باشد، جسم در سيال فرو خواهد رفت.

      +   قانون بويل
طبق اين قانون در دماي ثابت ، حجم و فشار يک سيال رابطه عکس باهم دارند. يعني هرگاه فشار وارد بر سيال دوبرابر شود، حجم سيال نصف خواهد شد.
برهرجسم داخل سيال ، فشاري به تمام سطح جسم (متناسب با عمق سيال) بطور مساوي وارد مي‌شود. هرچه عمق سيال بيشتر باشد، فشار وارد بر جسم نيز بيشتر خواهد شد و طبق قانون بويل حجم آن بايد کم شود. براي مثال اگر بالون پر از هوايي را به عمق اقيانوس ببريم، فشار عمق آب باعث کم شدن حجم بالون و متراکم شدن هواي داخل بالون خواهد شد. و برعکس اگر بالون را رها سازيم تا به آسمان برود، چون فشار هوا در ارتفاع کمتر از سطح زمين است، حجم بالون افزايش خواهد يافت. بياييد اين قانون را درمورد خطرات غواصي در عمق بررسي کنيم:
هرچه غواص به عمق بيشتري برود، فشار وارد بر بدن و ريه‌هاي او افزايش مي‌يابد. اگر دماي آب را حدود 4 درجه سانتيگراد ثابت در نظر بگيريم، بايد حجم ريه‌هاي غواص کم شود. ولي حجم ريه‌ها کم نمي‌شود و درعوض براي خنثي کردن فشار عمق سيال ، ريه‌ها هواي بيشتري را جذب مي‌کنند تا فشار داخل ريه با محيط يکسان شود. در عمق 40 متري حجم هواي فشرده شده درون ريه به 4 برابر سطح آب افزايش مي‌يابد که اين موضوع مي‌تواند باعث پاره شدن رگ‌ها و رسوب نيتروژن در خون و خطر حمله قلبي براي غواص بوجود آورد. به همين دليل غواص ها نمي توانند براي مدت طولاني در عمق بيشتر از 30 متري شنا کنند.

◄   تاريخچه ساخت زيردرياييها
در زيردرياييهاي اوليه از نيروي دست براي حرکت دادن زير دريايي در اعماق کمک گرفته مي‌شد. در سال 1620 شخص بنام ون دربل اولين زيردريايي را ساخت که مي‌توانست در عمق 4.5 متري حرکت کند. حجم داخل اين زيردريايي بسيار کم بود، بطوريکه فقط يک نفر مي‌توانست داخل آن قرار گيرد و براي حرکت دادن آن در عمق به يک فرد بسيار نيرومند نياز بود تا بتواند پره‌هاي جلو و فوقاني را بچرخاند. درحدود سال 1770، ديود باشنل زيردريايي را طراحي کرد که مي‌توانست به کمک دست و پدالهاي پايي حرکت کند.
حدود 30 سال بعد روبرت فولتون ، زيردريايي ديگري ساخت که 3 نفر گنجايش داشت و براي اولين بار ، بالهايي براي تنظيم عمق در زيردريايي تعبيه شد. فولتون سپس تلاش کرد تا زيردريايي ديگري با موتور بخار بسازد. مشکل طراحي اين موتورها در آن بود که در زير آب اکسيژن نبود. بنابراين موتوري طراحي شد که ابتدا آب در سطح آب داخل مخزني با موتور ديزل (با سوخت گازوئيل) داغ و تبديل به بخار مي‌شد، سپس موتور خاموش مي‌شد و زيردريايي به داخل آب شيرجه مي‌زد و تا وقتي که بخار داخل مخزن سرد نشده بود، زيردريايي مي‌توانست با موتور بخار در عمق دريا حرکت کند.
در سال 1860 زيردريايي ديگري طراحي شد که بطور کامل زير آب نمي‌رفت و از طريق لوله‌اي که به سطح آب راه داشت، اکسيژن را براي سوخت موتور به داخل زيردريايي مکش مي‌کرد. در سال 1904 اولين زيردريايي که با موتور ديزل - الکتريکي کار مي‌کرد، در فرانسه ساخته شد. موتورهاي ديزل در سطح آب ، باطري‌هاي الکتريکي را شارژ مي‌کردند و سپس زيردريايي در آب فرو مي‌رفت. در اين هنگام موتور ديزل خاموش مي‌شد و موتور الکتريکي به کمک باطريهاي شارژ شده ، زيردريايي را حرکت مي‌داد.
 

◄   مشکل اين نوع زيردريايي
مشکل اين نوع زيردريايي در آنجا بود که اولا باطريها خيلي بزرگ و سنگين بودند و ثانيا پس از گذشت چندساعت زيردريايي مجبور بود به سطح آب بيايد تا موتور ديزل روشن شده و باطريها را دوباره شارژ کند. اسيد داخل باطريها هم در ترکيب با آب دريا ، بخار خطرناک و کشنده‌اي توليد مي‌کردند.

◄   زيردريايي با سوخت هسته‌اي
درسال 1954 اولين زيردريايي با سوخت هسته‌اي ساخته شد. از مزاياي اين زيردرياييها ، عدم نياز به هوا است. اين نوع زيردرياييها مي‌توانند به مدت طولاني (حتي سالها) زير دريا بمانند و فقط در صورت نياز به سطح آب بيايند و نيز با سرعت بالاي 50 کيلومتر در ساعت در زير و يا سطح دريا حرکت کنند. در اين موتورها ، حرارت راکتور از طريق لوله‌هاي آب به توربين بخار مي‌رسد و آنرا مي‌چرخاند. در نمونه زيردريايي شکل زير ، دو مدار گردش آب طراحي شده است.
در مدار اولي ، آب در اثر حرارت زياد (عمل شکافت هسته‌اي) راکتور ، به شدت داغ مي‌شود و با گردش آب در مدار اوليه محفظه تبديل هم داغ مي‌شود. سپس محفظه تبديل ،‌ آب مدار ثانويه را تبديل به بخار مي‌کند و آنرا سوي توربين بخار مي‌فرستد. بخار آب ، توربين را مي‌چرخاند تا نيروي محرکه و برق زيردريايي تأمين شود. سپس بخار آب در محفظه تراکم تبديل به آب مي‌شود و دوباره به محفظه تبديل بخار ارسال مي‌شود.

◄   اجزاء زيردريايي و نحوه عملکرد
اجزاء بيروني زيردريايي شامل بدنه استوانه بيضي شکل با دو بال افقي در جلو و دو بال عمودي در عقب براي شيرجه رفتن به عمق و اوج گرفتن به سطح آب ، يک سکان براي حرکت به چپ و راست ، يک پروانه در دم بدنه براي توليد نيروي محرکه زيردريايي و يک بادبان براي ورود و خروج خدمه به سطح آب است. در ضمن يک آنتن راديويي براي تماس با زيردرياييها و کشتيهاي ديگر و يک پريسکوپ براي مشاهده سطح آب از زير دريا روي بادبان تعبيه شده است.
بدنه زيردريايي از دو پوسته (قشر) ساخته شده که مابين آنها خالي است. به اين فضاي خالي ، مخزن بالاست (سنگيني) مي‌گويند. روي قشر بيروني و بالاي بدنه ، دريچه‌اي براي خروج هوا (دريچه اصلي) و در پايين بدنه هم دريچه‌اي براي ورود و خروج آب به مخزن بالاست تعبيه شده است.
داخل زيردريايي هم مخزن گاز فشرده با دو دريچه خروج هوا به مخزن بالاست روي قشر دروني تعبيه شده است. وزن زيردريايي با مخزن بالاست خالي ، کمتر از نيروي شناوري آب درياست و بنابراين زيردريايي در اين حالت مانند کشتي روي سطح آب باقي خواهد ماند. براي فرو رفتن زيردريايي در آب ، دريچه خروج هوا (دريچه اصلي) و دريچه ورود آب را باز مي‌کنند تا آب دريا وارد مخزن بالاست شود. به اين ترتيب وزن زيردريايي بيشتر از نيروي شناوري مي‌شود و زيردريايي در آب فرو مي‌رود. براي بالا آمدن زيردريايي دريچه اصلي را مي‌بندند و دريچه گاز فشرده شده را باز مي‌کنند تا هوا وارد مخزن بالاست شود.
با ورود گاز به مخزن و خروج آب از دريچه‌هاي پائيني، وزن زيردريايي کم مي‌شود و نيروي شناوري آن را بطرف بالا مي‌برد. پروانه نصب‌شده در انتهاي دم زيردريايي با چرخش خود ، زيردريايي را به جلو و با چرخش برعکس به عقب هدايت مي‌کند. براي شيرجه رفتن بطرف پائين (درهنگام حرکت به جلو) انتهاي بالهاي جلو بطرف بالا و انتهاي بالهاي عقب بطرف پائين کج مي‌شوند و براي اوج گرفتن نيز انتهاي بالهاي جلو بطرف پائين و انتهاي بالهاي عقب زيردريايي بطرف بالا کج مي‌شوند تا (مانند پرواز هواپيما در هوا) مسير سيال عبوري (آب) از بالها براي حرکت به مسير دلخواه تغيير يابد و نيروي بالابر يا پائين‌بر توليد شود.
براي حرکت به چپ و راست نيز از سکان عقب کمک گرفته مي‌شود. مثل حرکت کشتي و هواپيما (درهنگام حرکت به جلو) با کج کردن سکان به چپ ، زيردريايي به چپ و با کج کردن سکان به راست ، زيردريايي بطرف راست خواهد چرخيد. پريسکوپ داخل زيردريايي هم از 2 اينه کج با زاويه 45 درجه ساخته شده تا خدمه بتوانند با چرخاندن آن ، کشتيهاي سطح آب را مشاهده کنند. از آنتن راديويي هم براي ارسال سيگنال به اطراف و برقراري ارتباط با ديگر زيردرياييها و کشتيهاي ديگر و نيز از فرستنده ديگري (رادار) براي تشخيص موانع سرراه زيردريايي کمک مي‌گيرند.