أنظمة استشعار متعددة على سفن حربية أصغر حجماً

في عدد كانون الأول/يناير 2019 من مجلّة «بروسيدينغز» Proceedings الخاصة بـ «المعهد البحري الأميركي» US Naval Institute، كتبَ النقيب المتقاعد آرثر أتش. باربر Arthur H. Barber III، الذي خدم في «البحرية الأميركية»، مقالةً تحت عنوان «إعادة تصميم الأسطول» دعا فيها إلى تطوير أسطولٍ يشتمل على عددٍ أكبر من السفن الأصغر حجماً. وتوقَّع أن تكون الخسائر في أي قتالٍ ضدّ أعداءٍ مجهَّزين بأسلحة متقدّمة موجَّهة فائقة الدقّة وبعيدة المدى هائلة وأوصى بتخفيض حجم السفن كي لا تضرّ الخسائر الفردية بالقدرة الإجمالية للأسطول.
وتعتمد القوات البحرية على أنظمة استشعار متعدّدة - مدعومة بقواعد بيانات – لإدراك الوعي المحيط إضافةً إلى وظائف حسّاسة في القتال على غرار رصد وتصنيف وتعريف وتحديد هويّة الهدف، وتوجيه السلاح ونَشْر الإجراءات المضادة.
إنّ المستشعرات المتعدّدة ضرورية لأنّ ما من مستشعرٍ واحد أو نوع وحيد من تكنولوجيا الاستشعار قادر على كشف كلّ ما يحتاجه القائد، سواء كان قائداً لأسطول أو لسفينة واحدة، لكي يستعلم عن جميع الكيانات التي يتشارك فيها الأسطول أو السفينة البيئة ذاتها. ومن أجل بناء وعي محيط وافٍ، وجبَ رصد جميع تلك الكيانات وتصنيفها وتعريفها وتحديد هويّتها واستجلاء معلوماتٍ أساسية عنها، على غرار المدى، والاتجاه، ومنهاج العمل والسرعة، التي يتعيّن قياسها أو احتسابها كي يصبح من الممكن اتّخاذ التحرُّك الفعّال ضدّها عند الضرورة.
 

تستخدم الأنظمة المتعدّدة المستشعرات أيضاً مكامن قوة كلّ مستشعر للتعويض عن مكامن ضعف المستشعرات الأخرى. فعلى سبيل المثال، تُعتبر أنظمة «إجراءات الدعم الإلكترونية» ESM فعّالة لرصد وتحديد موقع أجهزة البث في طيف «التردُّد الراديوي» RF، وطالما كانت بصماتها والمنصّات المرتبطة بها مختزنة في قاعدة البيانات، فإنّ ذلك يكون مُجدياً لتحديد هويّة مصدر الإشارات. واعتماداً على الطول الموجي الذي تبثّ عليه، يمكن أن توفِّر إشارات التردُّد الراديوي المُعتَرَضَة رصداً مبكراً على مدى بعيد. ومع ذلك، فإنّ جهاز البث غير المعرَّف يترك درجة عالية من عدم اليقين حول طبيعة المصدر، في حين أنّ التهديد الذي يعتمد تحكُّماً بالانبعاثات EMCON لن يظهر لأنظمة ESM على الإطلاق.
في المقابل، فإنّ الرادار لا يتطلّب من الهدف أن يبث طاقة لكي يرصده، بل كلّ ما يحتاجه هو أن يعكس ذلك الهدف جزءاً من الطاقة التي يرسلها الرادار فيلتقطها ويستبين وجود ذلك الهدف وعلى أي بُعدٍ يقع. كما يمكن للمعلومات حول كمية الطاقة المرتدّة انعكاساً عن الهدف وتوزيعه المكاني، أن يوفّر معلومات مفيدة حول حجم وشكل الهدف، في حين أنّ التغيُّرات في التردُّدات الدوبلرية أو النبضية Doppler يمكن استخدامها لحساب السرعة التي يتحرّك بها الهدف. كما أنّ الرادار جيدٌ جداً في اختراق العوائق على غرار الظلام والرذاذ والضباب والدخان. ومع ذلك، فإنّ الإرسال عبر الرادار يمكن أن يكشف وجود وموقع وهويّة أية سفينة أو قوة أمام عدو حسن التجهيز، لذا يتعيّن استخدام هذا الإرسال بعناية.
 

لطالما كان توسيع أُفق الرادار كي تتمكّن السفن من رصد التهديدات على أمداء أبعد، هو التوجُّه الذي ينشد تحقيقه خبراء التكنولوجيا البحرية. ومن بين الحلول المنتشرة على نطاقٍ واسع هو وضع المستشعر على متن طائرة تُقلِع من سفينة، لكن هناك أيضاً حاجة لوضع مستشعرات ذوات أمداء محسَّنة على متن السفن بحدّ ذاتها. وفي مطلع كانون الأول/يناير، أوردت صحيفة «ساوث تشاينا مورنينغ بوست» South China Morning Post (SCMP) أنّ الصين تُطوِّر راداراً «في ما يتعّدى الأفق» Over-The-Horizon (OTH) صُمِّم لتمكين البحرية الصينية من رصد تهديداتٍ داهمة آتية من سفن وطائرات وصواريخ العدو في وقتٍ أبكرٍ بكثير ممّا تسمح به التكنولوجيا الحالية. وذَكَرت الصحيفة أنّ رادار OTH- المُشار إليه كمجموعةٍ واحدة - يمكن أن يساعد البحرية على المواظبة بمراقبة مساحةٍ تبلغ حجم الهند.
ولم يتم الإفصاح عن أية تفاصيل تقنية، لكنّ رادارات OTH توفّر بشكلٍ عام أمداء رصدٍ تصل إلى مئات بل إلى آلاف الأميال وتستخدم تردُّدات أخفض بكثير/أطوال موجيّة أطول من معظم الرادارات، وهذا يعني هوائيات كبيرة جداً – وتربط قصة صحيفة SCMP الخاصة بالرادار الجديد لحاملات الطائرات الصينية. وتتضمّن بعض الأنظمة تشكيلات رادارية متعدّدة أجهزة الإرسال والتلقِّي ذات المواقع الموزَّعة Multi-static، وهذا يعني أنّ هوائيات الإرسال والتلقِّي تكون في أماكن مختلفة.
أمّا التقنية الأكثر استخداماً فهي «الموجات المرتدّة في ما يتعدّى الأُفق» Over-The-Horizon-Backscatter (OTH-B) التي تشتمل على راداراتٍ تعمل بحيّز تردُّدٍ عالٍ HF (موجة قصيرة) بين 3 و 30 ميغاهيرتز وإشاراتٍ مرتدّة عن طبقة «الأيُونسفير» في الغلاف الجوّي، وهي طبقة من الجزيئات المشحونة في أعالي الغلاف الجوّي (على الرغم من أنّها تُدعَى موجات قصيرة، فإنّ هذا الحيّز من طيف التردُّد الراديوي يملك أطوالاً موجيّة هي أطول بكثير من تلك التي تستخدمها معظم الرادارات). وتنطلق الإشارة من الرادار، وتنعكس عن طبقة «الأيُونسفير» في زاويةٍ تجعلها تنطلق فوق الأُفق ومن ثمّ ترتدّ بانعكاساتٍ عن الهدف في مسرى عودتها.
وثمة نوع آخر من رادار OTH يستخدم حتى تردُّداتٍ أخفض/أطوالٍ موجيّة أطول هو نوع «موجة سطحية» surface wave type الذي يتَّبِع خطوط الأرض، ليوفّر أطول أمداء فوق البحر. والتردُّدات المنخفضة تعني استبانةٍ أدنى، لكنّ المعالجة المتقدِّمة للإشارة وأنماط الرادار المزدوج (الإرسال والتلقِّي في مكانَين) يمكن أن يزيد من حدّة هذه الاستبانة بشكلٍ كبير.
 

تذكر التقارير أنّ اليابان والولايات المتحدة تعملان على بديلٍ لرادار نظام «آيجيس» Aegisعلى متن المدمرِّات للحرب المضادة للجوّيات يهدف إلى تمكينها من التصدّي لأسلحةٍ جديدة، من بينها الصواريخ الفائقة لسرعة الصوت، التي تُطوِّرها حالياً كلٌّ من روسيا والصين. وأعقبَ ذلك إعلاناً في تموز/يوليو العام 2018 بأنّ الولايات المتحدة كانت تُخطِّط لاعتماد شرائح «نيترايد الغاليوم» gallium nitride (GaN) اليابانية التي تصنعها شركة «ميتسوبيشي إلكتريك» Mitsubishi Electric في الرادارات التي يستخدمها نظام Aegis. وهذا من شأنه أن يتضمّن تحديثاتٍ تطال رادارLockheed Martin SPY-1 و«رادار الدفاع الجوّي والصاروخي» Raytheon SPY-6 (AMDR) الجديد. ويمكن أن يُشكِّل رادار الصفيف المُمَرحَل غير الدوّار الجديد هذا تكملةً لرادارSPY-6 وربّما بديلاً لرادارSPQ-9B، الذي جرى تطويره على نحو أمثل لتأمين الدفاع ضدّ تهديداتٍ محلِّقة على علو منخفض.
كما أنّ وحدات الإرسال/التلقِّي ذات شرائح «نيترايد الغاليوم» GaN هي في صميم الرادارHensoldt TRS-4D العامل بالحيّز C (تسميته لدى «الناتو» حيّز G) التي ستجهّز به الشركة الدفعة الثانية من فرقيطات K-130 لصالح البحرية الألمانية. والطلب الذي أُعلِنَ عنه في منتصف شهر شباط/فبراير هو اشتقاق للرادار الدوّار TRS-4D Rotator الذي يجمع معاً المسح الإلكتروني والميكانيكي، ويبيّت هوائي صفيف المسح الإلكتروني النشط AESA داخل قبّة دوّارة، إضافةً إلى نظام «التعرُّف على الصديق أو العدو» MSSR 2000 (IFF) من صنع شركة «هنسولدت» Hensoldt. وقد طلب «المكتب الفدرالي للتكنولوجيا الدفاعية والمشتريات» BAAINBw الألماني سبعةً من كلِّ نظامٍ على أن يجري تسليمها بحلول العام 2022. 
وصُمِّم الرادار لاستخدامه في العمليات المضادة للجوّيات والمضادة لسفن السطح، في حين أنّ توليفة المسح الميكانيكي والإلكتروني، على حدّ قول شركة Hensoldt تسمح برصد الأهداف وتعقّبها بسرعةٍ كبيرة. وتضيف الشركة أنّ الحساسية المتزايدة لتكنولوجيا AESA الأساسية تُمكِّنها من رصد أهداف صغيرة ومناوِرة على نحو أكثر دقّة والتثبُّت من هويّتها بشكلٍ أسرع، ما يمنح طاقم السفينة مزيداً من الوقت للاستجابة تصدّياً للتهديدات.
وبحسب توماس مولر Thomas Müller، الرئيس التنفيذي لشركة Hensoldt: «مع رادار TRS-4D، ستُمنَح الفرقيطات نظامَ رادارٍ قوياً جداً أثبتَ بالفعل قدراته، خصوصاً في البيئة الصعبة للمياه الساحلية».
ويُستَخدم رادارTRS-4D بالفعل على متن الفرقاطة F125 الجديدة، في تصميمٍ غير دوّار مع أربعة صفائف مستوية ثابتة، على حدّ قول الشركة.
وصُمِّم نظام التعرُّف إلى الصديق أو العدو MSSR 2000 IFF لكي يمتثل لجميع معايير IFF، بما في ذلك النمط الأحدث Mode S/Mode5.
اختارت البحرية الإسرائيلية رادار ELM-2248 MF-STAR AESA العامل بالحيّز S من صنع شركة IAI/ELTA لتجهيز سفنها الجديدة Saar 6، كما نُقِلَ عن هذه الشركة في شباط/فبراير. وتوفّر الصفائف المتوازية الأربعة لرادار MF-STAR تغطية على مدار 360 درجة في الاتجاه، وصُمِّم الرادار لتكوين صورة للوضع عالية الجودة ودعماً للسلاح في ظل ظروف صعبة. ويوظَّف الرادار تقنيات متعدّدة الأشعة ونبضات دوبلرية Doppler فضلاً عن «الإجراءات الإلكترونية المضادة المضادة» ECCM المتطوَّرة لرصد أهداف ذات مقطع عَرَضِي راداري RCS منخفض وسط بيئاتٍ معقّدة متَّسِمة بالتشويش، على حدّ زعم الشركة.
 

غالباً ما لا يُقدِّم الرادار المعلومات الكافية حول الهدف للقيام بتعريفٍ واثقٍ لهويّته، لذا ثمة مستشعرات أخرى، على الأخص المستشعرات التصويرية، تُستخدم لدعم الرادار. فإلى جانب القدرة على اغتنام الضوء المرئي وتلك الأقسام من طيف الأشعة تحت الحمراء IR التي تخترق الغلاف الجوّي، وعلى الأخص حيّزات الأشعة القريبة من الأشعة تحت الحمراء، والأخرى القصيرة، والمتوسطة، والطويلة الموجة، فإنّ مستجدّات التطوير الأكثر أهمية في السنوات الأخيرة شملت مستشعرات «بصرية إلكترونية/أشعة تحت الحمراء» EO/IR العالية التعريف والرقممة. فالأولى تستحدث تصويراً عالي الاستبانة جداً يمكنه أن يحدِّد أدقّ التفاصيل، في حين أنّ الثانية تفتح مجالاً واسعاً من الفرص أمام المعالجة الكمبيوترية والتحسينات الأخرى لاستخلاص معلوماتٍ أكثر فعالية من الاستشعار التصويري وقد أحدثت تقدُّماً كبيراً في قدرة القوات البحرية على مشاركتها.
وتتميّز جميع السفن الحربية الحديثة باشتمالها على أنظمة EO/IR، تلك التي يدمج بعضها العديد من المستشعرات في بُريج قابل للتوجيه مقاوِم لعوامل الأحوال الجوّية يُشكِّل جزءاً من الإلمام بالوضع المحيط للسفينة، وأنظمة الملاحة وإدارة الرمي.
ومن أحدث تلك الأنظمةiSea-25HD من شركة «كونتروب» Controp، وهو العضو الأحدث في عائلة iSea من صنع الشركة. وصُمِّم نظام iSea-25 الذي أطلِق في «معرض يورونافال 2018» Euronaval 2018 في تشرين الأول/أكتوبر من العام الماضي، لمهام البحث والإنقاذ ومراقبة الحدود، وإنفاذ القانون، وحماية المناطق الاقتصادية الحصرية EEZ، ومحاربة القرصنة، والعمليات الخاصة. وقد صُمِّم نظام المستشعر المركَّب على بُريج لكي يُدمَج في «مراكن الأسلحة المُشغَّلة من بُعد» RWS، فضلاً عن الاستخدام على متن سفن حربية، وهو كما تقول الشركة يشتمل على نظام استقرار متقدِّم جرى تصميمه لتوفير استشعارٍ مستقرٍّ ومتواصلٍ وغير منقطع عند خط النظر في أعتى أحوال البحر. ويتضمّن النظامُ آليات تعويض رقمية وميكانيكية، عملت الشركة على تطويرها لتحسين دقّة التهديف.
ويحتوي البرج على كاميرا تصوير حراري عالية الأداء مع راصد متوسط الموجة (3-5 مايكرون) ذي عدسة تزويم متواصل، وكاميرا تلفازية نهارية شديدة الحساسية، إلى جانب «قائس مسافات ليزري» LRF آمن للعين. ومن بين المزايا الإضافية المتاحة بفضل برمجيات النظام، المعالجة المتقدِّمة للصور والخوارزميات المحسِّنة للفيديو.
ومن بين التحدّيات الماثلة مع جميع هذه المستشعرات، الإدماج، سواء من ناحية الاصطفاف معاً في تسديدها على الأهداف وكذلك من جهة وضعها جميعاً داخل حيّز محدود متوافر على متن المنشآت العلوية للسفينة. ويتحوَّل مُصنِّعو السفن إلى مفهوم السارية المدمجة حيث تكون السارية والمستشعرات والمعدّات المتصلة ضمن وحدة متكاملة يقوم حوض بناء السفن بتركيبها، ويزيل السارية من أمام المسار الحَرِج للبناء، ما يُخفِّض المخاطر المنطوية على اختبارات وقبول السفينة.
 

ثمة تطوير موازٍ يتمثَّل في الاستخدام المتنامي للمستشعرات خارج متن السفينة، بعضها في منطادٍ مربوط بحبل مشدود على متن السفينة وبعضها الآخر على متن عربات جوّية غير آهلة، وعربات سطح وأخرى تحتمائية، إنّما تُعيد صوغ تصاميم السفينة الحربية. فقد طوّرت شركة «بي أم تي ديفنس سيرفيسيز» BMT Defence Services، على سبيل المثال، هذه الفكرة من خلال مفهوم سفينة الدورية الشاطئية Securitor (OPV).
وتوسِّع السفينة من أُفق استشعارها واتصالاتها مع منطادٍ مرتبط بها بسلك بأبعاد 7.25 أمتار  x 4.7 أمتار يحمل هوائياً ومستشعراً عاملاً بالأشعة تحت الحمراء في حزمةٍ يبلغ وزنها 68 كيلوغراماً تشتمل على مصدر طاقة قادر على تشغيلها لمدّة 24 ساعة، فيما يبقى السلك لنقل البيانات عبر أليافٍ بصرية. ونشر المنطاد في أعلى سارية السفينة أو منشآتها العلوية يتطلّب مساحةً خالية من العوائق وذراع مناولة.