وتشكل الدراسات الاستقصائية الهيدروغرافية العمود الفقري للملاحة الآمنة والتشييد البحري والرصد البيئي، وهي تنتج خرائط مفصلة لقاع البحار ترشد السفن عبر القنوات الضحلة وتساعد المهندسين على تصميم الهياكل الأساسية في البحار، وتتيح للعلماء تتبع التغيرات في الموائل البحرية، ومع ذلك، فإن العديد من مناطق المسح الحرجة لا تزال غير مرسمة، فالتيارات القوية، والغطاء الجليدي، أو وجود صفائف من المياه التقليدية التي تحولت إلى

لماذا تختفي الأساليب التقليدية في المناطق الصعبة

وتعتمد الدراسات الهيدروغرافية التقليدية عادة على السفن السطحية المجهزة بسونار متعدد الأطراف أو جانبي، وتتجمع البخار على طول خطوط مخططة مسبقا بينما تمسح السونار قاع البحار، ويسير هذا النهج جيدا في المياه المفتوحة والضحلية التي يمكن أن تدور فيها السفينة بمأمون، وتنشأ مشاكل عندما تكون منطقة المسح تحت الجليد، في مياه عميقة للغاية تتجاوز حدود مساحات الأنهار المجهزة.

فالاحتمالات الفرعية والغطاسات المأهولة توفر بديلا للتفتيش عن قرب، ولكنها محدودة بسبب التسامح العميق، وطول المدة، واعتبارات السلامة، ولا يمكن للخصوم أن يعمل ما يتجاوز عشرات الآلات دون جداول زمنية معقدة لتخفيف الضغط، بل إن أكثر المناطق احتكاكا على الإنسان لها حدود صارمة من القاعدة إلى آخر، وتتطلب سفن دعم كبيرة.

مزايا استخدام الروبوتات تحت الماء

إمكانية الوصول

ويمكن للآليات الموجودة تحت الماء أن تصل إلى أماكن غير محدودة فعلياً للمنصات المأهولة، حيث لا يمكن للمركبات ذات المياه الجوفية ذاتياً أن تغطس بصورة روتينية إلى 000 3 متر أو أكثر، كما أن بعض المركبات الآلية ذات المستوى البحثي تُقيَّم بـ 000 6 متر - يُستقصى منها أكثر من 98 في المائة من قاع البحر في العالم، كما أن المركبات التي تعمل عن بعد (ROVs) قادرة على التحكم في أي سطح السفينة.

الدقة ونوعية البيانات

كما أن أجهزة الاستشعار المجهزة بالآليات الحديثة تحت الماء تتنافس أو تتجاوز تلك المستخدمة على السفن السطحية، كما أن أجهزة الصدى المتعددة الحزم والأوعية الاصطناعية والليدار والكاميرات والمغنطومترات تدمج بصورة روتينية في أجهزة الأنابيب المتحركة والمتحركة من طراز ROV، لأن هذه الأجهزة الآلية تطير بالقرب من قاع البحر، التي لا تتجاوز 10 إلى 50 متراً، تنتج قرارات دقيقة تقاس في حدودها في المائة.

التكلفة - الأثر

وفي حين أن الاستثمار الأولي في نظام آلي تحت الماء كبير، فإن الوفورات الطويلة الأجل كبيرة، ويمكن أن تغطي منطقة واحدة من طراز قاذفة من السفن في يوم واحد منطقة قد تأخذ نظاما متعدد الأطراف مركبا على متن السفن عدة أيام، لا سيما في المياه العميقة حيث يجب أن تبطئ السفينة وتدير عدة مرات، وتخفض آلية الدراسة الاستقصائية الحاجة إلى طاقم كبير، وزمن مكلف، وسفن دعم عمليات الريح المتكررة.

السلامة

إن أفضل ميزة للآليات الموجودة تحت الماء هي قدرتها على القضاء على المخاطر البشرية في أشد البيئات، ولا يوجد خطر الإصابة بمرض الكساد أو التشابك أو الهجمات المفترسة، وفي المناطق القطبية، يمكن للآليات أن تعمل تحت الجليد دون تعريض الأفراد لخطر الانفصال أو لقاءات الدببة القطبية، وفي المناطق التي تشهد تيارا قويا أو حركة مرور شبه بحرية، يمكن استعادة الروبوتات بسرعة دون تعريض حياة البشر للخطر.

المرونة التشغيلية

ويمكن نشر الروبوتات تحت الماء من مجموعة واسعة من السفن، بما في ذلك القوارب الصغيرة، أو سفن البحث، أو حتى من الشاطئ عن طريق نظام إطلاق واسترجاع، مما يتيح لفرق المسح أن تحشد بسرعة وتكيف مع تغير احتياجات الطقس أو البعثات، ويمكن إعادة برمجة مركبات الاتحاد الأفريقي في الميدان لتعديل خطوط المسح أو التحقيق في سمة من سمات الاهتمام، ويمكن للسفن أن تقوم بمسح أدوات وأجهزة استشعار بين المصابيحات، مما يتيح منصة واحدة لأداء المظلات.

أنواع الروبوتات تحت الماء المستخدمة في الهيدروغرافيا

المركبات العاملة عن بعد

ويخضع هؤلاء الأشخاص للآليات التي تخضع للرقابة في الوقت الحقيقي من سفينة سطحية، ويوفر هذا النوع من الرواسب الطاقة والاتصالات ذات النطاق الترددي العالي، ويتيح لهم تغذية فيديو حية والتلاعب الدقيق، وفي مجال الهيدروغرافيا، يقوم هؤلاء الأشخاص بعمليات تفتيش مفصلة للهياكل المعقدة - مثل مسطحات السفن، وخطوط الأنابيب تحت الماء، والمنابر الخارجية - حيث توجد احتياجات تجريبية للشحن حول العقبات، وتعديل التركيز على المقياس المثالي لحجم.

مركبات تحت الماء المستقلة

ويعمل مكتب مراقبة المحيطات بصورة مستقلة، في أعقاب دورة سابقة للبرمجة، دون تدخل بشري مباشر، ويحمل البطاريات المتحركة ونظم الملاحة وتخزين البيانات، ويضع مكتب مراقبة المحيطات في إطار دراسة استقصائية نمطا منهجيا من خطوط التداخل، ويجمع البيانات المتعلقة باللوغاريت، وعلم الأعماق، والبيانات الأوقيانوغرافية، ويحتفظ بعد انتهاء البعثة بحجم الاسترداد، كما أن أجهزة الاستطلاع تعمل على مسح غير مأمون لحجم المركبات.

منصات الهجينة والمنبرات العالمية

فبعد الاختلاف الكلاسيكي بين البيوت والمركبات، ظهرت عدة منابر مهجنة ومتخصصة، حيث يستخدم الغزلان تحت الماء الدافع إلى الازدهار في السفر لمسافات طويلة مع استهلاك منخفض جدا من الطاقة، وفي حين أنهما أبطأ من المركبات ذات المدار الثابت بالنسبة للأرض، فإنهما يمكن أن يظلا في البحر لأسابيع أو أشهر، مما يجعلهما مثاليين للرصد الأوقيانوغرافية بدلا من وضع خرائط ذات استبان ذات القدرة العالية على الاستبان.

نظم الأسلحة الصغيرة والمنظومات التعاونية

وهناك مجال متسارع للبحث يتمثل في استخدام عدة روبوتات متعاونة - أو أذرع - لمسح مناطق كبيرة بمزيد من الكفاءة، وفي نهج حزامي، يتم نشر عدة مركبات صغيرة من طراز قاذفة، وكل منها يخصص جزءا من شبكة المسح، ويتواصل بسمعة لتنسيق تحركاتها وتفادي التداخل، وفي حين أن أحد الروبوتات ينهي منطقة التطهير، فإنه يمكن إعادة توجيهه لمساعدة الآخرين.

التطبيقات الرئيسية في البيئات العسيرة إلى المحيط الأطلسي

  • Polar and ice-covered waters:] Under-ice AUVs have mapped the underside of Arctic sea ice and charted seafloor features beneath Antarctic ice shelves. Theseroids navigate under fish ice for hundreds of kilometers, surfacing only in open leads or predetermined openings to relay data.
  • Deep-sea mineral exploration:] AUVs equipped with magnetometers and multibeam sonar are used to map hydrothermal vent fields and manganese nodule beds in water depths of 3,000 to 6,000 meters. Robots can cover these vast, remote areas without the hazards of deep-sea manned submersibles.
  • Wreck and obstruction mapping:] ROVs provide high-resolution imagery and sonar scans of shipwrecks, downed aircraft, and other hazards. Projects such as the mapping of ] The Titanic] rely heavily on ROVs for centimeter- documentation.
  • Offshore energy infrastructure:] Routine inspections of subsea pipelines, risers, and wind turbine foundations are increasingly performed by AUVs and ROVs. Theseroids detect corrosion, scour, and debris without stop production or putting divers at risk.
  • Environmental monitoring:] Underwaterroid parameters, track sediment falles from dredging operations, and monitor the health of coral reefs and seagras beds in areas where divers cannot safely tread.

التحديات والابتكارات الجارية

وعلى الرغم من مزاياها الكثيرة، يواجه الروبوتات تحت الماء عدة عقبات تقنية تحد من فعاليتها، وتشمل أهم التحديات محدودية حياة البطاريات، والصعوبات في الاتصالات تحت سطح الماء، والحاجة إلى الملاحة المستقلة القوية، وحجم البيانات التي تولدها أجهزة الاستشعار الحديثة.

البطارية وإدارة الطاقة

وتشكل هذه الفرضية عائقاً رئيسياً أمام المركبات ذات الدفعات العالية، إذ يمكن أن تعمل معظم المركبات ذات الطاقة الكهربائية البطارية لمدة تتراوح بين 8 و 24 ساعة في سرعة المسح، ثم يجب أن تتجه إلى الارتفاع في حجمها في عمليات التبديل أو التبريد، وهذا يعني أن هناك دورات متكررة لاسترداد الوقود تستهلك وقت السفينة، ولا تزال تكنولوجيا البطاريات الكثيومية تتحسن، ولكن كثافة الطاقة اللازمة لإجراء دراسات استقصائية طويلة الأجل حقاً ().

الاتصالات تحت سطح الماء

فالتواصل الصوتي هو الطريقة الوحيدة القابلة للتطبيق لنقل البيانات عن طريق المياه على مسافات كبيرة، ولكنه بطيء للغاية في الألف قطعة في الثانية، ويعاني من تدخل متعدد التعاطف وقيود النطاق، مما يجعل نقل البيانات ذات النطاق العالي في الوقت الحقيقي أمراً مستحيلاً بالنسبة لمركبات الاتحاد الأفريقي، ونتيجة لذلك، فإن معظم المركبات تخزن البيانات داخلياً وسطحياً في ملفات نقل عبر النطاق الترددي أو الساتلي أو الرابط الخلوي.

الملاحة الذاتية واتخاذ القرارات

وتعتمد مركبات الإيزوت بشدة على نظم الملاحة غير الداخلية، وسجلات سرعة دوبلر، والوضع الصوتي (مثل صفائف خط الأساس الطويلة أو صفائف خطوط الأساس فوق البستنة) وفي المياه العميقة أو تحت الجليد، يمكن لهذه النظم أن تنجرف بمرور الوقت، مما يتطلب إجراء إصلاحات في النظام العالمي لتحديد المواقع على السطح، وفي الحالات التي يكون فيها الترجيح للحصول على النظام العالمي لتحديد المواقع مستحيلاً بالنسبة لمعظم البعثة، فإن تراكم الأخطاء في الجسم.

تجهيز البيانات وتخزينها

ويمكن أن تولد دراسة استقصائية واحدة عن المركبات الفضائية البوليفية تيرابايت من بيانات السونار والصور، وقد زاد التخزين على متنها بفضل محركات الدولة الصلبة، ولكن الاختناقات لا تزال خط الأنابيب المعالجة، ويجب أن تُنظَّف البيانات الخام وتصححها لتغيُّرات الصوت، وأن تدمج مع بيانات الملاحة، وتتحول إلى منتجات خرائطية قابلة للاستخدام، وكثيرا ما تستغرق هذه الخطوة أسابيع من التجهيز اليدوي.

أجهزة التكتل والتآزر

وعلى الرغم من أن [تقنية الحزام تنطوي على وعد كبير، فإنها تستحدث تحديات كبيرة في مجال التنسيق والاتصالات، ويجب أن تكون الشبكات الصوتية بين الآليات المتعددة قوية ومتسامحة مع الأخطاء، ويجب أن يكون بوسع كل آلي أن يتقاسم موقعه ومركزه والنتائج مع الآخرين دون أن يشبعوا النطاق الترددي المحدود.() وقد تقتصر أحدث هذه الوسائل على أعداد صغيرة (في حدود عشر مركبات) وأن تعمل في شبكات صغيرة.

التوقعات المستقبلية

وسيشهد العقد القادم أن الروبوتات تحت الماء تصبح أكثر قدرة واستقلالية، ويمكن أن تمتد تحسينات البطارية إلى أسابيع، وأن يدمج بيانات متأخرة في الوقت الحقيقي تُعتمد بواسطة السواتل، ويسمح للمشغلين القائمين على الشاطئ برصد الدراسات الاستقصائية من أي مكان في العالم وتعديل خطط البعثات بسرعة، وسيمكن الاستخبارات الاستخبارية الآلية من اتخاذ قرارات معقدة - مثل تحديد فتحة هوائية واعدة أو احتمال حدوث مخاطر ملاحة بالنسبة للإنسان.

وعلاوة على ذلك، تتطور الأطر التنظيمية لاستيعاب العمليات الروتينية للآليات تحت الماء في المياه الوطنية، ويجري تكييف المعايير الدولية لنوعية البيانات بحيث تشمل البيانات التي يُجمع فيها آليون، ومع استمرار انخفاض التكاليف، ستعتمد المكاتب الهيدروغرافية الأصغر والشركات الخاصة التي تقوم بالمسح هذه التكنولوجيات، مما يؤدي إلى تحسن كبير في التغطية الأرضية العالمية لقاع البحار، وتعتمد المبادرات من قبيل مشروع مؤسسة نيبون - مؤسسة التعاون التقني في مجال قاع البحار لعام 2030 اعتمادا كبيرا على بيانات مكتب مراقبة المحيطات في سد الثغرات العديدة.

خاتمة

وقد انتقلت الآلات تحت الماء من الأدوات التجريبية إلى أفرع العمل التنفيذية في مجال المسح الهيدروغرافي، وهي توفر إمكانية الوصول إلى أكثر المناطق صعوبة للوصول إلى المياه العميقة، تحت الجليد، وحول المخاطر التي تُوفِّر في الوقت نفسه بيانات غير مسبوقة، كما أن كل من هذه الأجهزة ذات القدرة على إحداث تحولات فريدة: أجهزة التفتيش التفاعلية، والمركبات ذات الصلة، من أجل رسم خرائط مستقلة واسعة النطاق، والتحسينات الجارية في مجال تكنولوجيا البطاريات، والتحكم في المياه، والتحكم في المياه، والتحكم في سلامة الملاحة، والاتصالات.