Met 'n groep Universiteit Stellenbosch-studente aan boord het Suid-Afrika se poolnavorsingskip, die SA Agulhas II, teruggekeer vanaf haar jaarlikse SCALE-wintervaart na die Suidelike Oseaan. Vier ingenieurstudente en 'n groep aardwetenskapstudente en navorsers van ander instansies was onder die passasiers. Die ingenieurstudente het die vaartuig self ondersoek, en hoe passasiers aan boord die reis deur die ysige waters ervaar het.

Armand van Zuydam van Oos-Londen, Nicole Taylor van Stellenbosch, Martinique Engelbrecht van Concordia in die Noord-Kaap en Jesslyn Bossau van Windhoek in Namibië is meestersgraadstudente. Hulle is deel van die klank- en vibrasienavorsingsgroep van die US se Departement Meganiese en Megatroniese Ingenieurswese,

Gedurende hul drie weke aan boord kon hulle behoorlik die yslandskap van die Antarktiese streek bewonder, leer by navorsers van verskillende nasionaliteite en die professionaliteit en diens van die SA Agulhas II-bemanning ervaar.

Martinique Engelbrecht, 'n lid van die Maties Vrouekrieketspan, het haar droom bewaarheid om in die Suidelike Oseaan te kon krieket speel – al was dit met sneeuballe eerder as krieketballe. Nicole Taylor het gereeld aan haar oupa, Constant McLachlan, gedink wat op sy dag na die poolstreek gereis het om konstruksiewerk by Suid-Afrikaanse basisse in Antarktika en navorsingseilande te doen.

“Ek't gewonder of hy dalk miskien dieselfde opgewondenheid ervaar het toe hy ook die eerste keer die ys of swemmende pikkewyne gesien het," vertel Taylor.

“Die golwe se krag het my nogal klein laat voel," sê Jesslyn Bossau, wat verras was oor die verskillende temperamente van die oseaan, die immer veranderende yslandskap en die besonderse sonsondergange.

Hul tyd op die skip het die vier ingenieurstudente kans gegee om eerstehands die skommelinge en vibrasies van die SA Agulhas II te ervaar - en selfs ook sommer seesiek te word ook! As deel van hul nagraadse studies bestudeer hulle die wyse waarop die SA Agulhas II reageer op die slag van golwe terwyl dit deur rowwe seetoestande en deur ys na die poolstreke vaar.

“Ons het grootskaalse metings uitgevoer met behulp van versnellingsmeters wat op die skip geplaas is, en ondersoek onder watter toestande die vaartuig sogenaamde branderklappe ervaar wanneer dit deur oor of deur 'n golf beweeg en dan terugval in die water. Ons het daaglikse opnames gedoen om agter te kom wat die mate van ongemak is wat passasiers as gevolg daarvan ervaar, en of hulle dalk seesiek was," verduidelik Armand van Zuydam. "Met 'n akoestiese pop wat ons Mike noem, het ons ook die geluide wat binne in kajuite ervaar word gemeet."

Die studente se werk is deel van 'n moniteringsprojek wat reeds sedert 2012 strek, toe die skip nuutgebou was en haar eerste ystoetse in die Baltiese See onderneem het. Die Universiteit Stellenbosch is sedert die begin van die projek daarby betrokke, en gaan daarmee voort in samewerking met die Universiteit van Aalto in Finland. Die navorsing word befonds deur die Suid-Afrikaanse Nasionale Antarktiese Program van die Suid-Afrikaanse Nasionale Navorsingstigting en die Akademie van Finland.

Prof Annie Bekker, direkteur van die klank- en vibrasienavorsingsgroep van die US se Departement Meganiese en Megatroniese Ingenieurswese, sê die SA Agulhas II is tans die enigste poolnavorsingskip wat in sulke fyn besonderhede gemonitor word. Sy hoop dat hul navorsing sal kan verseker dat stelsels ontwikkel kan word waarmee beter gemonitor en voorspel kan word hoe skepe en hul passasiers verskillende toestande sal hanteer.

 Data wat oor die afgelope sewe jaar ingesamel is, is beskikbaar aan enigiemand wat dit wil gebruik. Inligting wat sover oor die SA Agulhas II ingesamel is, is heelwat meer omvattend, gedetailleerd en oor 'n langer periode verkry in vergelyking met soortgelyke kommersiële data wat tans beskikbaar is.

"Die SA Agulhas II was die eerste vaartuig in haar klas wat gebou is nadat 'n nuwe stel internasionale SOLAS-reëls in 2009 ingestel is om die veiligheid en gerief van passasierskepe te verseker. Daarom is die kennis wat ons oor haar ontwerp insamel, van groot operasionele waarde as dit kom by die beplanning en bedryf van verdere polêre vaartuie wat ander lande moontlik in diens wil neem," het prof Bekker geskryf in 'n onlangse artikel waarvan sy die hoofskrywer was, in die vaktydskrif Ship Technology Research.

"Die Departement van Omgewingsake en die Suid-Afrikaanse Nasionale Antarktiese Program (SANAP) ondersteun die projek. Kajuitspasie word aan ons studente verskaf, en bemanning help hulle waar nodig. Hierdie ondersteuning is van onskatbare waarde vir die sukses van die projek," voeg prof Bekker by.

Haar navorsingsgroep het die afgelope paar jaar reeds aspekte gemeet soos die druk van die ys op die skip se struktuur, en die gevolglike invloed op die skip se romp- en aandryfstelsel. Hulle het ook die vlakke van onderwatergeraas gemeet, vibrasies en geraas wat beweging deur ys tot gevolg het, en wat deur mense aangevoel kan word, asook meganiese eienskappe van pakys.

“Ons het al in die proses 'n baie meer volledige prentjie gekry van die toestande wat die SA Agulhas II regtig uitdaag," vertel prof Bekker.

Sy reken die vaartuig is meesterlik ontwerp om ystoestande te hanteer. Die romp is so sterk soos kan kom, en is goed beskerm teen moontlike skade.

“Ons sien wel dat die aandryfstelsel baie naby aan sy maksimumontwerplimiet funksioneer. Dit sal 'n prioriteit wees om intydse monitering te kan verskaf wat die bemanning betyds kan bedag maak wanneer toestande gevaarlik raak," reken sy.

Volgens haar span se data spandeer die skip net sowat 15% van die tyd gedurende 'n gemiddelde Antarktiese vaart werklik in ystoestande. Die grootste deel van haar tyd word in die Suidelike Oseaan spandeer, 'n gebied wat bekend is vir storms en hoë golwe.

Die vaartuig is ontwerp om in ysige omstandighede gebruik te kan word. Volgens Bekker is dit daarom belangrik om te ondersoek watter invloed hierdie ontwerp het op hoe goed sy vaar in oop water en golwe. Uit data tans tot beskikking van die US-span blyk dit dat die skeepsromp die meeste buig weens rowwe seetoestande.

“Juis daarom was die SCALE-winterreis van soveel waarde vir ons span. Vir die passasiers is dit nie lekker om in hul beddens rond te rol of etenstyd op hul stoele rond te skuif weg van hul tafels af wanneer seekondisies en weerstoestande rof is nie. Dit was egter die ideale toestande waarbinne my studente kon bestudeer hoe die skip en die passasiers daarop reageer," merk Bekker op.

Menslike 'digitale' tweeling

As deel van haar meestersgraadstudies is Nicole Taylor besig om 'n “digitale tweeling" vir passasiers aan boord van 'n poolnavorsingskip soos die SA Agulhas II te skep. Dit vang digitaal vas hoe dit is om 'n passasier aan boord van 'n poolskip soos die SA Agulhas II-navorsingskip te wees. So 'n virtuele eweknie gee weer hoe iemand spesifieke toestande aan boord van 'n skip sou ervaar. Daarmee kan voorspel word of iemand byvoorbeeld maklik seesiek sal raak, sal wakker word weens die slaankrag van branders, of steeds met hul werk sal kan voortgaan in onstuimige toestande.

"Skeepskapteins sal die inligting wat mens danksy 'n digitale tweeling insamel kan gebruik om taktiese, strategiese en operasionele besluite te neem oor die veiligheid en produktiwiteit van hul passasiers en bemanning. Byvoorbeeld, 'n kaptein wat besef dat sy of haar passasiers erge ongemak ervaar, sou kon besluit om byvoorbeeld die oriëntasie van 'n skip teenoor aankomende golwe te verander," verduidelik Taylor.

Branderklappe

Die ervaring het Namibiër Jesslyn Bossau kans gegee om vir die eerste keer ooit 'n verskynsel te ondersoek wat sy al die afgelope jaar bloot teoreties ken: 'n branderklap (“wave slamming"). Dis wat gebeur as 'n skip terugval in die water nadat dit deur of oor 'n golf beweeg.

Bossau het metings gedoen om te bepaal hoe die skip versnel, wanneer dit deur golwe getref word en hoe die impak daarvan deur die struktuur van die vaartuig “gevoel" word.

"Ek gebruik seinverwerkingstegnieke om te kyk hoe die versnelling van die skip op sekere tye ooreenstem met die wyse en intensiteit waarop 'branderklappe' voorkom," verduidelik sy.

Skaalmodel van die skip

Armand van Zuydam bou 'n skaalmodel van die SA Agulhas II. Dit sal uiteindelik getoets word in 'n spesiale watergevulde tenk by die US Departement Meganiese en Megatroniese Ingenieurswese op Stellenbosch. Golwe kan daarin kunsmatig geskep word.

Sy skaalmodel en spesifieke rekenaarprogrammatuur wat ontwikkel word, sal gebruik word om te simuleer hoe die skip sal reageer wanneer dit deur verskillende groottes golwe beweeg en verskillende vragladings dra.

"'n Vaartuig kan die see hard tref as haar boeg oor 'n hoë deining kom. So 'n branderklap is baie ongerieflik vir passasiers en bemanningslede aan boord," verduidelik Van Zuydam.

Wiskundige modelle

Die ervaring was wêrelde verwyderd van Concordia naby Springbok in die Noord-Kaap waar Martinique Engelbrecht grootgeword het. Sy ontwikkel wiskundige modelle wat sou kon voorspel hoe gemaklik mense aan boord van 'n skip is, en watter invloed verskillende groottes golwe en weerstoestande het op hul vermoë om met hul gewone bedrywighede voort te gaan.

"Sulke modelle kan saam met opsporing- en voorspellingsalgoritmes gebruik word om 'n 'digitale tweeling' te skep sodat mens kan agterkom hoe die lewe op 'n skip vir passasiers is, en hoe hulle die vibrasies en bewegings wat deel is daarvan ervaar," verduidelik Engelbrecht, wat glo dat die navorsing Suid-Afrika kan help om 'n impak op die internasionale mariene bedryf te hê.

• ​Kliek hier om meer uit te vind oor die US aardwetenskappestudente se ervaring.