برف مصنوعی

برف مصنوعي چگونه ساخته مي شود؟

برف مصنوعي ذره هاي كوچك يخ هستند كه براي افزايش مقدار برف در دسترس براي ورزش هاي زمستاني مانند اسكي يا اسنوبوردينگ استفاده مي شوند، توسط ماشيني توليد مي شود كه از يك تلمبه فشار قوي براي پخش كردن ابري از آب به داخل هواي سرد استفاده مي كند. قطره هاي كوچك آبي متعاقباً به شكل كريستال در مي آيند تا برف مصنوعي ايجاد شود. اولين ماشين هاي موفق از نظر تجاري در سال 1950 به وجود آمدند و پيشرفت هاي تكنولوژي، به طور ثابت معرفي شده اند. با افزايش تعداد ورزش هاي زمستاني، انتظار مي رود كه بازار برف مصنوعي رشد قابل توجهي نشان دهد.
تاريخچه برف مصنوعي
از سال 1952، زماني كه كت اسكيل از سوي رسورت گراس اينجر با مهارت هاي مهندسي آرت هانت پوشانده شده بود،‌ ديو ريچي و وين پيرس، صنعت اسكي به سازنده ي برف مصنوعي وابسته بود. گاهي اوقات تفنگ برفي يا لوله برفي ناميده مي شد، اين وسايل جالب و گران هم براي سطوح شيب دار داخل  سالن و هم براي خارج سالن استفاده مي شدند. در حالي كه گرم شدن زمين هنوز مورد بحث است، برخي تفريح گاه ها مانند پائولي پيكر در هندوستان به بازديدكنندگان اين نكته را نشان مي دهد كه لزومي ندارد به بارش برف طبيعي وابسته باشند. به هر حال، برخي ورزش هاي داخل سالن اصلاً برف ندارند وبه آن نيازي هم ندارند.
ماشين هايي كه برف مصنوعي توليد مي كنند براي تقليد از روشي طراحي شده اند كه برف طبيعي ساخته مي شود. در طبيعت، دانه هاي برف زماني شكل مي گيرند كه دما تا 32درجه فرانهايت يا (صفر درجه سانتيگراد) كاهش مي يابد. آب اتسمفري به صورت ذره هايي در هوا متراكم مي شود و به شكل كريستال در مي آيد. اين عمل دانه هاي بيروني توليد مي كند كه تنوعي از اندازه ها و شكل ها دارند.
در يك ماشين برفي، آب در ابتدا با ماده ي اتمي تركيب مي شود. سپس از طريق يك دهانه ي اتم ساز فشرده مي شود. اين آب را متلاشي مي كند تا به شكل ابر در آيد، كه با هواي فشرده تزريق مي شود تا حتي بيشتر متلاشي شود. زماني كه ماشيب برفي خارج مي شود،‌ابر در هسته ها به شكل كريستال در مي آيد و به ذره هاي يخي برف مانند ريز تبديل مي شود. بسته به كيفيت ماشين برفي، برف مصنوعي مي تواند به اندازه برف طبيعي خوب باشد.
اگرچه مدرك باستاني شناسي دال بر اين است كه در ابتدا انسان ها حدود 4000 سال قبل اسكي بازي كردند، تا اواسط قرن نوزدهم علاقه به اين فعاليت به عنوان ورزش شروع نشد. در سال 1883 اولين رقابت بين الملللي در نروژ برگزار شد. خيلي زود ورزش به بقيه اروپا و آمريكا منتشر شد. همانطور كه محبوبيت اسكي افزايش يافت بنابراين نياز به يك دستگاه كه مي توانست برف را بسازد، زماني كه به طور طبيعي برف در دسترس نبود احساس شد. اين نياز موجب ايجاد اولين ماشين سازنده ي برف مصنوعي شد.
يكي از اولين ماشين ها در اوايل سال هاي 1900 به ثبت رسيد. در حالي كه كاربردي بود، اين ماشين ناقص و نيز قابل اعتماد بود. بهبود ثابت در طراحي منجر به ايجاد ماشين هواي فشرده ي برف سازي در سال 1950 شد. اين ماشين با استفاده از هواي فشرده براي راندن آب از طريق دهانه عمل مي كند. دهانه آب را به قطره هاي ريز تبديل مي كرد، ‌كه متعاقباً به شكل كريستال در مي آمد. دستگاه پرس، كه بعد از اختراع آن نام گذاري شد، ‌به اندازه كافي مؤثر بود كه اكثر تفريحگاه هاي اسكي از آن استفاده كردند. به هر حال، اشكال هايي داشت، به طور قابل توجهي، دهانه مسدود مي شد و به مقدار بسيار زيادي از هواي فشرده نياز داشت. اجراي اين بسيار هزينه بر بود. به علاوه ماشين كاملا پر سر و صدا بود و برخي كه توليد مي شد، مرطوب تر و يخي تر بود. در طول سال هاي 1970، تنوع اختراع هاي جديد براي ماشين هاي عرضه شده كه كيفيت و روش توليد مصنوعي را بهبود بخشيد. يكي از بهبودها اضافه كردن پايه چرخان و پنكه بود. پنكه برف هاي تازه توليد شده دورتر از ماشين نسبت به فقط هواي فشرده به بيرون مي راند و پايه چرخان تغيير جهت برف فراهم مي كرد. اين امكان را فراهم ساخت كه مساحت بسيار بيشتري با يك ماشين مي پوشاند. بهبود ديگر معرفي ماشين با دريچه ي پنيكي بود. اين ماشين ها سودمند بودند كه اين امكان را فراهم مي كردند كه از آنها در كل مسير اسكي استفاده كنند. آنها نسبت به ماشين هاي هواي فشرده برتري داشتند زيرا آنها به طور قابل توجهي بي سر و صداتر بودند و اجراي آنها كمتر هزينه بر بود.
در سال 1975، عامل هسته سازي كه توسط استيو ليندو، ‌دانشجوي فارغ التحصيل در دانشگاه وينستون كشف شد. در حالي كه روش محافظت گياهان ازآسيب سرمايي را بررسي مي كرد، پروتئيني پيدا كرد كه مولكوله هاي  آب را جذب مي كرد و به آنها كمك مي كرد كه شكل كريستال در بيايند. خيلي زود فهميدند كه اين پروتئين يك ماده ي مفيد براي ساختن برف مصنوعي خواهد بود. بعداً براي ماده علامت تجاري گذاشتند و در حال حاضر تحت نام تجاري اسنومكس فروخته مي شود.
همانطور كه الكترونيك بهبود يافت، همچنين كنترل هاي ماشين هاي برف سازي مصنوعي بهبود پيدا كردند. كنترل هاي كامپيوتري اضافه شدند، مانند سنسورها كه مي توانستند به طور اتوماتيك الزامات برفي را مشخص نمايند. پنكه هاي با قدرت بالاتر هم اضافه شدند. ساير اختراعات متنوع ماشيني ايجاد كرد كه مي توانست برف بهتر و بيشتري توليد كند. امروزه تقريباً تمام تفريح گاه هاي اسكي از نوعي سيستم برف سازي مصنوعي به منظور بهبود شرايط اسكي و افزايش طول فصل اسكي استفاده مي كنند.
مواد خام
همانطور كه الكترونيك بهبود يافت،‌ همچنين كنترل هاي ماشين هاي برف سازي مصنوعي بهبود پيدا كردند. كنترل هاي كامپيوتري اضافه شدند، مانند سنسورها كه مي توانستند به طور اتوماتيك الزامات برفي را مشخص نمايند. پنكه هاي با قدرت بالاتر هم اضافه شدند. ساير اختراعات متنوع ماشين ايجاد كرد كه مي توانست برف بهتر و بيشتري توليد كند. امروزه، تقريباً تمام تفريح گاه هاي اسكي از نوع سيستم برف سازي مصنوعي به منظور بهبود شرايط اسكي و افزايش طول فصل اسكي استفاده مي كنند.
آب جزء تركيبي اوليه است كه براي توليد برف مصنوعي لازم است. زيرا منطقه هاي اسكي در كوهستان قرار دارند، كه به هر حال پيدا كردن يك منبع آب مناسب اغلب مشكل است. اگر رودخانه ها يا نهرها نزديك باشند، ممكن است مورد استفاده قرار گيرند. از جهات ديگر،‌ استخرها يا سدها در پايه كوه براي توليد ذخيره آبي ايجاد        مي شوند. سپس زماني كه نياز باشد آب به ماشين هاي برف سازي پمپاژ مي شود.
اضافه بر آب، هواي فشرده سازي و ماده ي هسته ساز هم براي توليد برف لازم هستند. هواي فشرده از طريق يك تلمبه به دست مي آيد. عامل هسته ساز يك پروتئين قابل تجربه زيست شناختي است، كه باعث مي شود مولكول هاي آب در دماي بالاتر از حد نرمال به شكل كريستال در آيند. از يك زنجيره غير رسمي باكتري به نام پسودوموناس سيرينگاني به دست مي آيد. به طور متوسطه، اين مواد مي تواند مقدار برف توليد شده توسط ماشين را تا 50% افزايش دهد. به دانه هاي برف سبك تر و خشك تر هم كمك مي كند.

طراحي
مهمترين بخش هر سيستم برف  سازي است كه لوله برف يا تفنگ برفي ناميده مي شود. تنوع طرح ها در دسترس هستند، كه اكثرا شامل عناصر رايج مانند كمپروسورها، تلمبه ها، پنكه ها و كنترل كننده ها هستند.
قطعه ي مركزي ماشين برف سازي مونتاژ پنكه است. اين بخش براي تبديل تركيب هوا/ آب به قطرهاي كوچك و ريز و بيرون فرستادن آب به روي سطح شيب دار مي باشد. شبيه به يك پنكه خانگي مفيد معمولي است. يك تيغه ي پروانه ي چرخان متصل به موتور با سرعت متغير دارد. روي تيغه ها پره هاي خميده هستند كه جريان هوا را به يك روش خطي هدايت مي كنند. پنكه با لوله استيل كشيده پوشانده مي شود كه به هر دو انتها باز مي شود. زماني كه تيغه هاي پنكه حركت مي كنند، هوا از يك طرف لوله كشيده مي شود. اين قسمت با توري براي جلوگيري از وارد شدن اشياي خارجي به مونتاژ پوشانده مي شود. مكانيزم هايي كه اجزاي اصلي برف را كنترل مي كنند،‌ درقسمت جلو يا قسمت انتهايي تخليه لوله ي پنكه قرار دارند. اين شامل بخش آب، تلمبه ي هواي فشرده و وسيله هسته ساز مي شود. وسيله ي هسته ساز شامل يك مخزن است كه با يك عامل هسته ساز پر شده است. آب از طريق اين مخزن پمپاژ مي شود و با پروتئين تركيب مي شود.
در طول پروسه ي برف سازي، مونتاژ پنكه به تكه هاي زيادي متصل مي شود. براي رسيدن به آب و هوا، شلنگ ها را به مونتاژ پنكه متصل مي شوند. اين شلنگ ها به يك سري كمپروسورها و تلمبه ها متصل هستند كه هوا را از طريق لوله ها به بالاي كوه منتقل مي شوند. براي افزايش پوشش برفي، مونتاژ پنكه روي يك جايگاه نوساني يا يوغ افزايش داده مي شود. بسته به طراحي قرار دادن يوغ مي تواند فقط به زمين بسته شود يا به يك برج بلند متصل شود. ممكن است اهرم ها به يوغ متصل شود، كه مي تواند زاويه كه برف از ماشين خارج مي شود تنظيم كند. جعبه كنترلي براي ماشين طبق معمول، در پايه ي يوغ قرار داده مي شود. اين شامل تغييرات به موارد عملي مانند جريان آب، چرخش پنكه و سرعت نوسان مي باشد. جعبه ي كنترلي ممكن است توسط كامپيوتر از راه دور عمل كند.
پروسه ي توليد
توليد برف مصنوعي به يك سري وسيله نياز دارد كه مي توانند آب و هوا را به بالاي كوه جابه جا كنند،‌ آنها را با ماده ي هسته ساز تركيب كنند و آنها را به هوا مانند قطره هاي كوچك پخش كنند. طبق معمول، سيستم در طول ماه هاي تابستان نصب مي شود و در شب بعد از اينكه سطوح شيبدار بسته مي شوند، عمل مي كنند.
 نصب سيستم
توليد برف مصنوعي به يك سيسم كلي براي نصب كردن روي سطح شيب دار كوه نياز دارد. اين سيستم شامل يك سري لوله هاي آب، كابل هاي الكتريكي،‌ تلمبه ها و كمپرسورها به علاوه ي ماشين هاي برف ساز مي باشد. در ابتدا، طرح هايي كه طرح كلي سيستم را نشان مي دهند، كشيده مي شوند. بعد لوله هاي آب و كابل ها در مسير شيار طولاني كل سطح شيب دار قرار داده مي شوند. شيارها بايد به طور قابل توجهي عميق كنده شوند تا آب در طول ماه هاي زمستاني يخ نزند. در نقاط مختلف در طول خط آبي، سوپاپ ها و شلنگ هايي براي آوردن آب به سطح نصب مي شوند. بسته هاي علف خشك اطراف آنها براي محافظت قرار داده مي شوند.
تركيب كردن آب با ساير اجزاي تركيبي
توليد برف معمولا در شب انجام مي شود و به كنترل مداوم نياز دارد. معمولا فقط زماني انجام مي شود كه بيرون 28 درجه ي فارنهايت (20/2- درجه سانتي گراد) يا پايين تر است. تعداد زيادي ماشين هاي برفي خطوط آبي تمام مسير تا بالاي سطح شيب دار متصل مي شوند. زماني كه ماشين ها روشن مي شوند، پروسه ي برف سازي شروع مي شود. ابتدا آب به بالاي كوه به ماشين هاي مختلف پمپاژ مي شود. بسته به نوع ماشين، آب ممكن است با ماده ي هسته ساز قبل از پمپاژ با زماني كه اولين بار وارد ماشين مي شود، تركيب شود.
ايجاد برف
بعد آب با هواي فشرده تركيب مي شود و از طريق يك پنكه با قدرت بالا پمپاژ مي شود. پنكه مي تواند تركيب را تقريباً 60 فوت (3/18 سانتي متر) به هوا پخش كند. زماني كه از ماشين رها مي شود، آب به شكل كريستال در مي آيد و برف شكل مي گيرد. برفي كه بر روي هم جمع مي شود تپه ي بزرگي هستند كه به عنوان بالن ها شناخته شده اند. در اين نقطه برف ممكن است تجزيه شود و ماشين ها براي توليد بهترين كيفيت برف تنظيم مي شوند. زماني كه كپه اي از برف مصنوعي به طور قابل توجهي زياد است، ماشين برف سازي خاموش مي شود. در مطلوب ترين اجرا، يك ماشين برفي مي تواند به اندازه كافي برف براي پوشاندن يك اكر تقريبا در دو ساعت توليد كند. بعد اين امكان فراهم مي شود كه بالن، به مدت سه روز تنظيم يا خشك شوند. اين امكان خشك شدن زيادي آب را فراهم مي كند و به توليد برف نرم تر كمك مي كند.

جابه جايي برف
بعد از مرحله ي خشك كردن،‌ كپه برف براي آراستن آماده است. با استفاده از يك پاروي مخصوص، برف روي سطح اسكي صاف مي شود. در حالي كه جابجا مي شود، توسط يك وسيله كشت فرستاده مي شود. اين برف را به سمت بالا تكان مي دهد، كه آن را براي اسكي مناسب مي سازد.
كنترل كيفيت
توليد برف مصنوعي كه به اندازه برف طبيعي خوب يا بهتر از آن است، به ارزيابي هاي كنترل كيفيت قابل توجهي نياز دارد. پيش از توليد، ماده ي هسته ساز براي اطمينان از اين مسئله بررسي مي شود كه خصوصيات مناسب را به وجود آورده است. در حالي كه برف ساخته مي شود، براي كيفيت كريستال، ظاهر و مرطوب بودن بررسي مي شود. نسبت هوا/ آب ممكن است براي بهبود كيفيت برف تنظيم شود. اگر برف داراي بالاترين كيفيت است، مدت طولاني تري خواهد ماند، شكلش را بهتر حفظ خواهد ماند و براي آراستن راحت تر خواهد بود.
آينده این صنعت
نواقص تكنولوژي برف سازي مصنوعي جديد بهبودهايي در آينده را پيشنهاد مي كنند. اخيراً، سر و صدايي كه توسط اين ماشين ها ايجاد مي شود يك مشكل است. در حالي كه تلاش كرده اند كه سر و صدا را كاهش دهند، ماشين هاي بعدي ممكن است بتوانند برف در دماي بالاي 28 درجه فارنهايت (2/2- درجه سانتي گراد) توليد كنند. اين ماشين ها همچنين ممكن است برف با كيفيت بالاتر در زمان كمتر توليد كنند.