Table of Contents

وتمثل عمليات البحث والإنقاذ البحرية واحدة من أكثر البعثات احتياجا وحرجا التي يجري الاضطلاع بها في البحر، وتتوقف آلاف الأرواح كل عام على سرعة وموثوقية وسرعة سفن الإنقاذ التي تستجيب لمناطق الإنقاذ في جميع الأحوال الجوية وعبر البيئات البحرية المختلفة، وتشهد محركات الديزل في الماضي على مجموعة من الأساطيل التي تعمل في منطقة البحث السريع، مما يؤدي إلى زيادة القدرة على التحمل والنطاق، غير أن القطاع البحري يمر بتحولات الكهربائية.

فهم التكاثر الكهربائي في السياق البحري

إن الدفع الكهربائي للسفن ليس تجربة جديدة في المستقبل، بل هو تطور حديث في كثافة الطاقة البطارية، والإلكترونيات الكهربائية، والتصميم الآلي، مما جعلها بديلاً صالحاً لمحركات الاحتراق الداخلي التقليدية، وفي سياق سفن البحث والتطوير، يشمل الدافع الكهربائي عدة هياكل متميزة.

أنواع نظم التبريد الكهربائي

Battery-electric (BEV) vessels] rely entirely on stored electrical energy in rechargeable batpacks. They produce zero direct emissions during operation, operate with very low noise levels, and offer immediateaneous torque from electric motors. Range is limited by battery capacity, making BEV systems most suitable for short-range or harborcharging infrastructure missions.

Hybrid-electric vessels] combine a conventional diesel birth (or other combustion motor) with an electric motor and bat Bank. The vessel can operate in pure electric mode for low-speed, silence approaches, or shift to diesel-electric or diesel-direct mode for high-speed transitspeed fuel and extended range.

Fuel cell electric vessels] generate electricity through the electrochemical reaction of hydrogen (or other fuels) with oxygen, they offer zero-emission electric propulsion with significantly greater range than bat-only systems, provided hydrogen storage and refueling infrastructure exist. Fuel cells are silenceer than diesels and produce only water applications as a byprocentduct.

العناصر الرئيسية لنظام قيادة كهربائي

ويشمل نظام الدفع الكهربائي لسفن البحث والتطوير عادة مجموعة بطارية عالية القدرة من الليثيوم (التي غالبا ما تكون من طراز NMC أو من طراز LFP) ومحرك كهربائي (متزامنة دائمة مع ارتفاع الكفاءة وكثافة الطاقة)، وأجهزة توليد الطاقة، ونظام إدارة البطاريات من أجل السلامة والطول، ونظام لإدارة الطاقة يتحكم في منظومات الدفع المتحركة بين البطاريات.

الطلب الحرج على عمليات البحث والتطوير الحديثة

ولفهم سبب كسب الدفع الكهربائي للحركة، من الضروري دراسة متطلبات الأداء الفريدة للبحث والإنقاذ البحريين.

وقت السرعة والاستجابة

وعندما تكون الحياة على المحك، تُحسب كل دقيقة، ويجب أن تكون سفن البحث العلمي قادرة على الإسراع بسرعة من الراحة، وغالباً من الصفر إلى السرعة الكاملة في ثوان، وتُوصل السيارات الكهربائية أقصى درجات التسارع من الصفر إلى الصفر، مما يزيد سرعة محركات الديزل ذات القوة المعادلة، وهذه السمة قيمة بصفة خاصة أثناء الإطلاق من رصيف أو أثناء المناورات في المرافئ المحصورة.

Maneuverability in Confined or Rough Waters

وكثيراً ما تنطوي عمليات البحث عن المواد الخطرة على خطوط السواحل الصخرية، والقنوات الضيقة، والمصب الضحلية، أو حول الحطام، كما أن السيطرة على الحالات المنخفضة السرعة ضرورية لمعالجة الخسائر دون وقوع إصابات أو إلحاق المزيد من الضرر، كما أن الحركات الكهربائية، التي تقترن في كثير من الأحيان بمدافع الزموثي أو بوادر دفع، تتيح مراقبة سريعة متغيرة لا نهاية لها، وتقلب الاتجاه السريع.

دال - الانتظام والانتقال

ويمكن أن تستغرق بعثات البحث والإنقاذ ساعات عديدة، وأحيانا أياماً ممتدة، ويجب أن يكون لسفن الإنقاذ نطاق كاف للوصول إلى مكالمات الاستغاثة البعيدة والاستمرار في موقعها حسب الحاجة، وفي حين أن السفن الكهربية البترولية وحدها تواجه قيوداً على نطاقها، فإن التشكيلات الهجينة يمكنها أن توسع نطاق تحملها باستخدام مولد الديزل كموسّع للطاقات، وتوفر نظم خلايا الوقود مساراً واعداً لتحمل الطويل لعدم الانبعاثات.

الضغط البيئي والتنظيمي

وتزيد الدول الساحلية والهيئات الدولية من تشديد أنظمة الانبعاثات للعمليات البحرية، وفي المناطق الحساسة بيئياً مثل الشعاب المرجانية الكبرى وبحر البلطيق والمياه القطبية الشمالية، يتوقع أن تعمل سفن البحث والتطوير في المناطق الساحلية مع الحد الأدنى من التلوث، ويتفق الدفع الكهربائي مع هذه الولايات عن طريق إزالة انبعاثات العادم المحلية من ثاني أكسيد الكربون، والثديوكس، والسوكسيد، والجوهرات، بالإضافة إلى أن التشغيل الهادئ يقلل من الاضطرابات الصوتية في الحياة البحرية، وهو شاغل متزايد في التخطيط المكاني البحري.

How Electric Propulsion Addresss SAR requirements

أعمال التصادم والتصويب

ومن أكثر المزايا إلحاحا للمحركات الكهربائية توافر أقصى درجات الارتفاع بسرعة صفرية، مما يتيح لسفن الإنقاذ أن تتسارع من المرافئ المكتظة، أو أن تتجنب العقبات أو تؤدي دورا ضيقا بثقة، وفي نمط بحث يتطلب تغييرات سريعة متكررة وتسويات في الاتجاه، يؤدي الدفع الكهربائي إلى الحد من تضخم المشغل ويعزز السلامة، كما أن سلاسة واستمرارية إيصال الطاقة يحد من خطر حرق السفينة وتلفها.

عملية صامتة لنهج الإنقاذ

وفي كثير من سيناريوهات البحث عن السفن أو الأشخاص المكتئبين يمكن أن يقلل من الذعر وييسر الاتصالات، وتعمل السيارات الكهربائية على جزء من مستوى الضوضاء من محركات الديزل - التي تقل في كثير من الأحيان عن 60 نقطة من الوسم بالسرعة المنخفضة، كما أن هذا السرق الصوتي مفيد أيضا عند البحث عن الناجين في المياه، حيث أن الافتقار إلى الضجيج المحركي يؤدي إلى تحسين قدرة الإنقاذ على سماع الصراخ أو الإشارات المحمية.

خفض الانبعاثات في المناطق الحساسة بيئياً

وكثيرا ما تعمل سفن البحث عن السلع في المناطق الساحلية، والمستعمرات، والاحتياطيات البحرية الخاضعة لقواعد صارمة لحماية البيئة، وتنتج عن الدفع الكهربائي انبعاثات من العادم المباشر الصفري، وحتى عندما تنظر في الانبعاثات من أعلى المجرى من توليد الكهرباء، فإن الأثر الكلي لكربون دورة الحياة في سفينة كهربائية يمكن أن يكون أقل من مثيله في مكافئ الديزل، ولا سيما في المناطق التي توجد بها شبكة نظيفة، وهذه المنافع البيئية تدعم سمعة منظمات الإنقاذ بوصفها مضيفة للبحر.

انخفاض تكاليف الصيانة والتشغيل

أما السيارات الكهربائية فتتراوح أجزاؤها المتحركة بين محركات الاحتراق الداخلي - لا صومات أو صمامات أو حقن الوقود أو نظم العادم، ويترجم هذا التبسيط إلى انخفاض في احتياجات الصيانة وانخفاض تكاليف دورة الحياة، وحزمة البطاريات هي أكثر العناصر تكلفة، ولكن البطاريات الحديثة التي تستخدم الليثيوم - الأسهم يمكن أن تستمر 10-15 سنة مع إدارة حرارية سليمة.

التنفيذ العالمي الحقيقي ودراسات الحالات الإفرادية

الجمعية النرويجية للإنقاذ في البحر

وكانت النرويج، التي تحمل خط السواحل المبسط وحركة النقل البحري الثقيل، رائدة في سفن البحث السريع الكهربائي، وتعمل شركة ريدينغزسكابت على عدة زوارق إنقاذ مختلطة، بما في ذلك فئة طاقم الإنقاذ 158 " إريك باي " ، وهي تضم محركا للديزل يحتوي على 15 مترا مع نظام للحركة الكهربائية، مما يتيح لها العمل بهدوء ودون انبعاثات في لوحات منخفضة السرعة أثناء النهوج أو أثناء الارتقاء بالقرب من عرض كهربائي.

Royal National Lifeboat Institution (RNLI) in the UK

وقد قامت الرابطة الوطنية للكهرباء، وهي إحدى أكبر منظمات العالم في منطقة الساحل، باستكشاف الدفع الكهربائي، وفي عام 2020، أطلقت مشروع " Eel " ، وهو قارب كهربائي كامل في الشاطئ مصمم لعمليات المرفأ والإسوار، ويستخدم الآن مجموعة من البطاريات ٦٠ كيلوواط، ومحرك كهربائي محرك ١٠٠ كيلوواط، ويحقق سرعة عالية تبلغ ٢٥ كيلوواطا، ومفهوما أوسع نطاقا من خطوط الدفع البحرية.

خفر السواحل الإيطالية وفرصها

وفي حين أن خفر السواحل الإيطالي لم يكن سفينة الهلال الأحمر، فقد نشر زوارق دورية مهجورة لاستخدامها في عدة بعثات، بما في ذلك البحث والإنقاذ، ويمكن لهذه القوارب أن تتحول إلى أسلوب كهربائي عند الاقتراب من المركبات الضعيفة أو عند القيام بدوريات في المناطق البحرية الحساسة، كما أن الخبرة المكتسبة من هذه المنصات تُبلغ الاحتياجات اللازمة للجيل القادم من سفن البحث والإنقاذ.

قوارب كهربائية أصغر للاستخدام في الشاطئ

وهناك عدد من الصانعين يقدمون الآن قوارب إنقاذ كهربائية خارج القفص، مثل مركبات الصواريخ المتراة من طراز 6-8 من شركات مثل X Shore وVta Mobility، وهذه القوارب تعتمدها بشكل متزايد شركات محلية، ونوادي إنقاذ الأرواح، وسلطات الموانئ من أجل الهلال الأحمر السريع، وهي خفيفة الوزن، وملفات مقطورة، ويمكن إعادة شحنها من طاقة شاطئية قياسية.

التحديات والحلول التقنية

كثافة الطاقة والحدود الراقصة

أما القيود الأولية على الدفع الكهربائي في سفن البحث في منطقة الساحل فهي كثافة الطاقة في البطاريات، إذ يحتوي وقود الديزل على نحو 000 12 و/كغ، بينما لا توفر بطارية حديثة لليثيوم سوى حوالي 250 و/كغ على مستوى الخلايا، وهذا التفاوت يعني أن سفينة صغيرة من طراز RS لا تزال تحمل بطارية كبيرة جدا لتحقيق نطاق مفيد، مما يزيد من وزنها وتكلفتها.

الهياكل الأساسية للنقل البحري

ولكي تكون سفن الإنقاذ الكهربائية النقية قادرة على البقاء، فإنها تحتاج إلى الوصول إلى البنية التحتية السريعة الشحن في موانئها الأصلية وربما في القواعد الأمامية، وقد يتطلب ذلك في المناطق النائية تركيب وصلات طاقة ساحلية عالية القدرة أو توليد الطاقة المتجددة في الموقع، كما أن توحيد أساطيل الشحن وبروتوكولات الاتصال مطلوب أيضا لضمان قابلية التشغيل المتبادل بين مختلف أنواع السفن والموانئ.

مضيقاً للطول والفضاء

فعب البطارية ثقيلة وتشغل حجما كبيرا، ففي قارب صغير من طراز RSAR، كل كيلوغرامات من أجل الأداء والاستقرار والحمولة، يقوم المهندسون بتصميم هياكل متكاملة تستخدم فيها البطاريات كجزء من الهيكل أو البنية الخارقة لتوفر الوزن، كما أن التقدم في المواد المركبة وحزم البطاريات النموذجية يسمح بوضع مرن، كما أن النظم الهجينة التي تقدم البطارية يمكن أن تستخدم بطارية أصغر من التصميمات الكهربائية البحتة، مما هي عليه.

سلامة البطاريات وإدارة الحرارة

وتطرح بطاريات الليثيوم أيون مخاطر على المدرج الحراري إذا أُصيبت بأضرار أو أُديرت بطريقة غير سليمة، وفي سفينة إنقاذ قد تتعرض لتأثيرات عنيفة، وللصدمات، وللتعريف على مياه البحر، تكون السلامة في المقام الأول، وتشتمل مجموعات البطاريات الحديثة على أجهزة مجهزة قوية، ونظم تبريد زائدة، ونظم متقدمة لإدارة البطاريات ترصد درجة الحرارة، والفولط، والحال، وتشمل أيضاً نظماً للتصنيع.

الآفاق المستقبلية: الإنقاذ الكهربائي في المرحلة التالية من جيل

خلايا الوقود الهيدروجينية للزنزانة الموسعة

ويمكن أن توفر خلايا الوقود مساراً إلى الدفع الكهربائي الصفري باستخدام نطاق مماثل للديزل، كما أن تخزين الهيدروجين، إما الغاز المضغط (700 بار) أو السائل (20 كاف)، أكثر كثافة للطاقة من البطاريات، وإن كان أقل من الديزل، وقد أظهرت عدة مشاريع إيضاحية (مثلاً، فإن الخلية ذات الطاقة العالية الدفع " تغير البحار " في كاليفورنيا) قدرة على البقاء.

Solar and Wave Energy Integration

وفي حين أن الألواح الشمسية وحدها لا يمكنها أن تُشغل بالكامل سفينة تابعة لمؤسسة البحث العلمي، فإنها يمكن أن تُدمج في أعالي الثور أو في أبحار صلبة لتكملة شحن البطاريات أثناء البعثات الممتدة، كما أن محصولي الطاقة المموَّلة على هول أو على المولدات المطلوبة يمكن أن يسهموا أيضاً بكميات صغيرة ولكنها مفيدة من الطاقة، وهذه التكنولوجيات هي حالياً تجريبية، ولكن يمكن أن تمدد يوماً من دوام زوارق الكهرباء الجاهزة تعمل بعيداً من الشاطئ.

طائرات الإنقاذ الكهربائية المستقلة

وقد استخدمت بالفعل سفن سطحية غير مقطوعة وطائرات بدون طيار للبحث عن مواقع، والشحن الكهربائي هو الخيار الطبيعي لهذه المركبات المستقلة بسبب موثوقيتها، أو ضوضاءها المنخفضة، أو عدم وجود عتاد، وقد تشمل عمليات البحث عن مركبات صغيرة وسريعة لا يمكن نشرها من سفينة أم أو من الشاطئ إلى مناطق كبيرة بسرعة، أو عمليات الإنقاذ أو عمليات الإنقاذ الخفية، أو وسائل الإنقاذ النظيف.

نظم إدارة الطاقة الذكية

ويجري تطبيق الاستخبارات الفنية والتعلم الآلاتي للتنبؤ بالطلب على الطاقة استنادا إلى مرحلة البعثات، والطقس، وأنماط البحث، ويمكن لنظم إدارة الطاقة الذكية أن تستغل استخدام البطاريات والمولدات الكهربائية وأي مصادر إضافية للطاقة في الوقت الحقيقي، وأن تمدد فترة تحمل البعثة وتخفض استهلاك الوقود، وبالنسبة لسفن البحث عن الوقود الهجينة، يمكن لهذه النظم أن تكفل تحميل البطارية بالكامل قبل مرور عابر سريع للغاية، أو أن تعمل المولدات في ذروة.

الاستنتاج: مسار مستدام وفعال نحو الأمام

إن الدفع الكهربائي ليس مجرد اتجاه في الصناعة البحرية، بل هو تطور استراتيجي يعالج بصورة مباشرة الاحتياجات الأساسية لعمليات البحث والإنقاذ، وقدرة على التعجيل فورا، والمناورة بدقة، والعمل صامتا، وإنتاج الانبعاثات المحلية الصفرية، يعطي منظمات الإنقاذ أداة جديدة قوية لإنقاذ الأرواح، مع حماية البيئة البحرية، كما أن عمليات التنفيذ في العالم الحقيقي التي تقوم بها منظمات رائدة تابعة لمنطقة البحث والإنقاذ مثل جمعية الإنقاذ النرويجية، والشبكة الوطنية للإنقاذ قد أظهرت الأداء الكهربائي.

ولا تزال هناك تحديات قائمة، ولا سيما فيما يتعلق بكثافة الطاقة، وشحن الهياكل الأساسية، والتكاليف، غير أن التقدم السريع في تكنولوجيا البطاريات، وخلايا الوقود، وإدارة الطاقة الذكية، يغلقان الفجوة بصورة مطردة، ومن المرجح أن يشهد العقد القادم الجيل الأول من القوارب الكهربائية الشاملة، وسفن الإنقاذ البحرية المزودة بالوقود الهيدروجيني، والطائرات الآلية ذات القدرة على الإنقاذ، أما بالنسبة لمشغلين في الأسطول، فإن الرسالة واضحة:

For further reading on electric propulsion in SAR, see the RNLI’s electric lifeboat project, the Norwegian Sea Rescue Society’s hybrid fleet, and research papers from the