دور القمر في تعزيز الملاحة الذاتية للمركبات تحت الماء

الدور الحاسم لسونار في الملاحة الذاتية للمركبة تحت الماء

إن مركبات المياه الجوفية المستقلة ذاتياً قد حولت قدرتها على استكشاف ورصد وتشغيلها تحت الموجات، ومن الدراسات الاستقصائية العلمية في أعماق البحار إلى التفتيش على الهياكل الأساسية للطاقة في الخارج والاستطلاع العسكري، فإن هذه الأجهزة الآلية غير المجهزة تؤدي بعثات معقدة في بيئات لا يمكن فيها للبشر أن يغامروا بأمان، ولكن نجاح أي بعثة من بعثات الاتحاد الأفريقي في المحيط الأطلسي يتوقف على قدرة أساسية واحدة هي: التحديد والموثوقية للملاحة تحت سطح الماء.

Understanding Sonar Technology

ويستخدم السونار عن طريق نقل النبضات الصوتية - الأمواج الصوتية - عن طريق المياه وتحليل الأصدارات التي تعود بعد أن تعكس الأجسام أو قاع البحار، ويتوقف التأخير في الوقت بين النقل والاستقبال، إلى جانب السرعة المعروفة للصوت في المياه (حوالي 1500 متر/متر، وإن كان يختلف بدرجة الحرارة والملوحة والضغط) على نظام الاتحاد الأفريقي في حساب المسافة.

وتخضع أجهزة الصوت تحت الماء لقيود مادية فريدة، إذ تزيد الامتصاص الصوتي بالتواتر، وتحد من النطاق عند ارتفاع الترددات، ولكنها توفر حلا أفضل، وتخفض الترددات في السفر، وتتوفر تفاصيل عن أجهزة الإرسال، وبالتالي يجب على مصممي الصواريخ أن يحافظوا على توازنها، وحجمها، ووزنها، واستهلاكها من الطاقة، في حدود القدرة المحدودة على الدفع، بالإضافة إلى ذلك، تؤدي عمليات التكاثر عبر الاشارات المتعددة إلى تخفيف آثار الارتداد، حيث

أنواع القمر المستخدم في المركبات

وتتحمل المركبات الفضائية التابعة للاتحاد عادة نظما متعددة للسونار، وكل فئة منها على الوجه الأمثل للاضطلاع بمهمة محددة، وتشمل الفئات الأكثر شيوعا السونار النشط، والسونار السلبي، ومضاعفات الصوت، والسونار الجانبي، والسونار الاصطناعي، والسونار المستقبلي، ومن الضروري فهم اختلافاتها لتقدير مدى إسهامها في الملاحة.

Sonar

ويصدر السونار النشط نبضاً متحكماً ويستمع إلى صدى له، وهذا هو مجموعة العمل الخاصة بالكشف عن المياه الجوفية وتراوحها، ويستخدم الباحثون السوفيون الناشطون في تجنب العقبات، والكشف عن القاع، وتحديد الأهداف، كما أن أبسط شكل - أي نظام وحيد للمقاييس - يكشف عن عمق المركبة مباشرة تحت المركبة، كما أن وجوداً أكثر نشاطاً، مثل نظم التصوير الميكانيكي أو الشعاعي.

سونار سلبي

ولا يُصدر السونار السونار السوفيك أي صوت؛ بل يستمع إلى الإشارات الصوتية التي تنتجها مصادر أخرى مثل الثدييات البحرية، والسفن، والغواصات، أو النشاط الجيولوجي، كما أن الملاحة التي تقوم بها القوات المسلحة، والسونار السلبي، أقل شيوعاً لتحديد المواقع في الوقت الحقيقي، ولكن يمكن استخدامه في التوعية والتصنيف في الحالات المتعددة، وفي عمليات السمع السلبية، يسمح للمركبات بكشف عن مواقعها وتعقب دون الكشف عن بعضها البعض.

Multibeam Sonar

وينقل الأسطوانات المتعددة الحزمة مروحا من الشعاعات الصوتية ذات الوعظ إلى مسار المركبة، وتغطي مقايضة واسعة النطاق من قاع البحر في صالة واحدة، وبقياس زوايا الوصول ومراحل السفر من صدى العودة، ينتج النظام خرائط قياسات قياسية ذات استبانة عالية الاستبانة.

سيدسكان سونار

إن سونار سيديسكان هو نظام مفتول أو مركب ينتج صوراً صوتية لقاع البحار عن طريق وضع صور مروحية على جانبي السيارة، ويخرج من موقع التصوير غير المنسوخ والملامح الخفية، والصخور، والحطام، وخطوط الأنابيب التي قد لا تظهر في قياسات الاستحمام وحدها.

Synthetic Aperture Sonar (SAS)

ويستخدم السونار الاصطناعي اقتراح مكتب مراقبة الأسلحة النووية لتجميع صورة صوتية أكبر بكثير من صفيفة الجسدية، وتحقيق حل دقيق غير عادي مستقل عن النطاق، ويمكن أن تنتج منظمة الدول الأمريكية صورا ذات تفاصيل قياسية على نطاق واسع، وتقارن الصور البصرية في الوضوح، وبالنسبة للملاحة، فإن الخرائط التي تستخدمها الهيئة العليا لمراجعة الحسابات تتطابق مع البيانات العملية التي سبقت جمعها في إطار نظام تقييم البيانات الجمركية (AS)

الصنار الأمامي المتجه إلى المستقبل

ويعرض السونار التطلعي نظرة آنية على عمود المياه والتضاريس قبل المركبة، على جانب من الأضواء على سيارة، وتصدر نظم القوات المسلحة لجمهورية صربسكا شعاعاً رأسياً أو أفقياً واسعاً، وتظهر صدى الصوت كصورة تتيح للمركبات التابعة للاتحاد الأفريقي اكتشاف العقبات التي تعترض سبيلها مثل مخارج الصخور، أو البنية التحتية المغمورة، أو نطاقات الحياة البحرية من الخيام إلى مئات من الآلات.

كيف سيُعزز (سونار) الملاحة

ويمكن إزالة الملاحة من أجل قاذفة صواريخ من طراز قاذفة البوتوغرافية إلى ثلاث مهام: تحديد المواقع (معرفة مكان وجودك)، ورسم الخرائط (معرفة ما حولك)، وتخطيط الطرق (الوقوف على المكان الذي سيمضي فيه لاحقا).

كشف العيوب والتبديد

إن أكثر الفوائد المباشرة لكشف السونار هو اكتشاف العقبات، إذ يمسح السونار التطلعي مسار المركبة ويحدد جدران الخطر - الصخور، أو الحطام، أو خطوط الرعي، أو غيرها من الهياكل تحت المياه، وعندما يكتشف وجود عقبة، يمكن لنظام مراقبة الزورق أن يوقف الحركة الأمامية، أو يضبط مسارا بديلا، أو يصعد إلى ارتفاع آمن، وهذه القدرة الاسترجاعية مهمة بصفة خاصة في بيئة غير معروفة أو دينامية، مثل المنصات.

الملاحة البرية المعانة (تان)

ويستخدم الملاحة المدعومة بالمنطقة قياسات الأعماق التي تستخدمها السونار لتطابق مع ملامح قاع البحر التي لاحظها الاتحاد الأفريقي في ضوء نموذج الارتفاع الرقمي الذي سبق تحميله، ومن خلال ربط الأعماق المقيسة على طول مسار المركبة بالخريطة، يمكن لمرشح الملاحة أن يصحح المعالم العائمة التي يتراكمها نظام الملاحة غير المباشر.

التمركز المحلي والرسم الخرائطي في الوقت نفسه

وتسمح الخوارزميات القائمة على أساس سونار للحركة الشعبية لتحرير السودان بإنشاء خريطة لبيئة غير معروفة مع القيام في الوقت نفسه بتقييم موقعها داخل تلك الخريطة، وباستخدام الملامح المستمدة من صور الفول السوداني أو SAS - مثل الحواف الصخرية، أو أجزاء الأنابيب، أو حطامات الأشعة فوق البنفسجية - يمكن أن يعيد تحديد المناطق التي سبق زيارتها وأن يتراكم فيها.

التمركز في المناطق الواقعة تحت سطح الماء والتعيين في المواقع

وفيما وراء التضاريس والمعالم، يتيح السونار تحديد موقع مباشر عن طريق المنارات الصوتية، ويستخدم نظام خط الأساس الطويل (LBL) ونظام خط الأساس القصير أجهزة مرسلة ثابتة على قاع البحر أو على سفينة دعم، ويحتفظ مكتب مراقبة السفن بسجلات السفر على متن السفن ويتخذ تدابير لفرز مواقعها، وعلى الرغم من أن هذه النظم غير متاحة دائماً - فهي تتطلب نشر نظام مدمج للشبكة.

التكامل مع أجهزة الاستشعار الأخرى للملاحة

ولا يعمل السائل المائي في عزلة، إذ يُستخدم نظام ملاحة قوي من طراز " ساو في " (DVU) و " DVL " وأجهزة استشعار الضغط (معمقة) ويُستخدم أحياناً جهازاً مغنماً أو مسمّى للثدي الصوتي (ADCP) ويُقدِّم بيانات عالية الجودة عن التكتلات العمودية على مر الزمن.

ومن الاعتبارات الهامة، معدل تحديث السونار المحدود مقارنة بالمستشعرات غير الدقيقة، حيث يستكمل جهاز الاتحاد الدولي للملاحين بمئات الهرتز، وهو جهاز DVL في 1-10 Hz، بينما لا يمكن أن تصل التصويبات القائمة على السونار إلا مرة واحدة كل بضع ثوان (لكشف العقبات) أو دقائق (لإغلاق حلقات نظام SLAM) ويجب على مرشح الملاحة أن يتعامل مع هذه القياسات المتناظرة وأن يستوعب نطاق قياس الأسونار، الذي لا يكتنفه، والذي يتباين.

طلبات سونار في بعثات حفظ السلام

ويتيح تنوع السونار طائفة واسعة من تطبيقات البيوت، وكلها تغذي طرائق مختلفة للسونار.

الاستكشاف في أعماق البحار

ويعتمد علماء الأوقيانوغرافية على مركبات البوتوغرافية ذات السونار المتعدد الأطراف والجانبي على خريطة الجبال البحرية غير المرسمة والزبال والحقول الحرارية المائية، ويكشف قياس الأعماق والصور المتخلفة عن الارتداد عن العمليات الجيولوجية والموائل البيولوجية، كما أن قدرة القمر على العمل في أعماق تتجاوز ٠٠٠ ٦ متر - حيث لا يصل الضوء أبدا - مما يجعله الأداة الرئيسية لرسم الكابلات البحرية المحمية.

الرصد البيئي

ويمكن للمركبات ذات الصبغة المجهزة بسونار أن تتعقب التغيرات في النظم الإيكولوجية البحرية، فعلى سبيل المثال، تكشف صور السونار الجانبية عن المروج البحرية والغابات الكلبية، بينما ترصد الدراسات الاستقصائية المتعددة الأطراف نقل الرواسب وتآكلها، وتساعد أيضاً على قياس كمية توزيع مدارس الأسماك والثدييات البحرية عن طريق الكشف عن طبقات التشت الصوتية، وتوفر الدراسات الاستقصائية المتكررة عن تغير المناخ ذات التكوينات الزمنية الثابتة.

التفتيش على الهياكل الأساسية تحت سطح الماء

وتحتاج خطوط أنابيب النفط والغاز، وكابلات الاتصالات السلكية واللاسلكية، ومؤسسات توربين الرياح البحرية، والكابلات الكهربائية الفرعية إلى تفتيش دوري، ويمكن للسفن التي تحمل بيانات عالية الاستبانة من طراز FLS وسونار الواجهة أن تحدد رسوماً للأضرار، ومواصفات مكشوفة، وندوب للطيور، بينما تقدم دائرة السلامة صوراً مفصلة للتآكل أو التشويه البيولوجي، ودقة الملاحة حاسمة لإعادة النظر في نفس الأصول المصورة بعد سنة؛

العمليات العسكرية وعمليات الدفاع

وتنشر النافيس شاحنات مصفحة لأغراض التدابير المضادة للألغام، وكشف الغواصات، وجمع المعلومات الاستخبارية، وفي MCM، تستخدم الأطراف ذات الاستبانة العالية والجهاز SAS لكشف وتصنيف الألغام في قاع البحار، ويمكن للسونار السلبي على المركبات ذات المقاييس الصوتية أن يرصد التوقيعات الصوتية للغواصات أو السفن السطحية، ويجب أن تكون الملاحة سرية، بحيث تتجنب المركبات التابعة للاتحاد الأفريقي الانبعاثات الفعلية عند الإمكان وتعتمد على تحديث المركبات الخارجية

البحث والانتعاش

وبعد وقوع حوادث مثل حوادث تحطم الطائرات أو المعدات المفقودة، تقوم قوات الشرطة بالبحث عن مناطق واسعة من قاع البحار، وتوفر شركة سيسكان سونار تغطية واسعة لاكتشاف حقول الحطام، بينما تقوم شركة سونار متعددة الحزم برسم خرائط لقياس الأعماق في منطقة التفتيش، وعندما يكون الهدف هو، يمكن إجراء تفتيش على نطاق أعلى من مستوى الاستبانة، كما أن القدرة على الملاحة بصورة موثوقة على مسافات طويلة في ظروف منخفضة الاحتمال.

علم المحيطات تحت سطح الماء

ويستخدم علماء المحفوظات مركبات البورصة لمسح مجاري السفن والمستوطنات المغمورة، ويضع سديسكان وسونار متعدد الحزم خرائط مفصلة للمواقع الأثرية دون إزعاجها، ويمكن لسونار أن يخترق المياه الاضطرابات التي تفشل فيها الكاميرات، ويكشف عن الهياكل المدفونة تحت الرواسب، ويتيح الملاحة الدقيقة للصور الضوئية وإعادة البناء 3D إمكانية إعادة النظر في المواقع الجغرافية، مما يتيح إجراء دراسات متعددة السنوات للتطور.

التحديات والحدود

وعلى الرغم من قوتها، فإن سونار يطرح عدة تحديات يتعين على مهندسي البيوت أن يتصدوا لها، فالضوضاء الصوتية من محركات القاذفات والمضخات والإلكترونيات التابعة للاتحاد الأفريقي يمكن أن تحجب صدى النسيج الدقيق للمنتجين السونارين واستخدام المحركات الهادئة تخفف من ذلك، وتخلق التأملات المتعددة في المياه الضحلية أهدافاً زائفة يجب أن تُختلّها في الصب في الصبّ.

إن استهلاك الطاقة يشكل قيداً ثابتاً، فالسبار النشط يتطلب طاقة كبيرة للبث، وبطاريات هجرة شبكات التردد العالي أسرع، ويجب على المركبات البورصة أن توازن مدة البعثة مع حمولة أجهزة الاستشعار، بالإضافة إلى تحميل البيانات السونارية كمحاسبة، لا سيما بالنسبة لنظام SAS، وأجهزة الصرف الصحي ذات الوقت الحقيقي، التي تستهلك الطاقة وتولد الحرارة.

أما فيما يتعلق برسم خرائط المياه العميقة، فإن السونار المنخفض التردد يمكن أن يغطي الكثير من الكيلومترات المربعة في الساعة، ولكنه قد يفوت أشياء صغيرة، وعلى العكس من ذلك، فإن السونار ذو التردد العالي يقدم تفاصيل جيدة ولكن تغطية محدودة، ويستخدم مسحا نموذجيا للأسونار متعدد الأسونار: تكاثر قياس الأعماق، وتواترا جانبيا للصور الواسعة النطاق، وتزامنا مع ذلك.

التطورات المستقبلية في مجال تكنولوجيا القمر

ومستقبل الملاحة الصوتية ذات الأشعة فوق البنفسجية مشرق، مدفوعاً بتقدم في تجهيز الإشارات، والاستخبارات الاصطناعية، والتقليل من أجهزة الاستشعار إلى أدنى حد.

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

والتعلم العميق هو تفسير السونار الثوري، ويمكن للشبكات العصبية الثورية أن تصنف تلقائياً الأشياء في الصخور التي تشوه الصور الجانبية من الألغام التي تنجم عن الأنابيب والتي تتنافس بدقة مع محللين بشريين، كما أن التعلّم من أجل تعزيز القدرة على ضبط البارامترات السونارية التكيّفية: يمكن لأي من الاتحاد الأفريقي أن يضبط فترة النبض أو التواتر أو يكسب في الوقت الحقيقي للكشف عن مختلف الظروف السائدة في الظروف المتغيرة.

Synthetic Aperture Sonar Advances

SAS resolution is approaching that of optical cameras, and new algorithms reduce motion estimation errors that historically degraded image quality. Inertial — Inertial —aided SAS processing, where the DVL and IMU provide micron-scale motion estimates between pings, is now standard. Future SAS systems may be small enough for compact AUVs, opening high-resolution mapping to smaller processing platforms already

صنع القرار والتخطيط للمسار

فإمتلاك السونار مع منظمة العفو الدولية يسمح لمركبات الشرطة الاتحادية باتخاذ قرارات حاسمة في البعثات دون تدخل بشري، مثلاً إذا اكتشف السونار ارتفاعاً مفاجئاً في قاع البحر، يمكن لدائرة الشرطة الاتحادية أن تعدل من حيث استقلالها ارتفاعها وتعيد مسارها لتجنب الاصطدام، وإذا اكتشفت سمة واعدة في الصور الجانبية، يمكن للسيارة أن تقرر إبطاء إجراء دراسة استقصائية أعلى عن المعايير المحاسبية الدولية للقطاع العام وإجراء هذه الدراسة الاستقصائية.

التدريج والكفاءة في استخدام الطاقة

وتتقلص مواد الترجمات الإلكترونية الجديدة من حزم السونار مع الحفاظ على الأداء، وتسمح السونار الصغير ذو القوى المنخفضة بحجم صندوق الحذاء للقيام ببعثات ذات مغزى، ويمكن لهذه المركبات ذات المحتوى المتناهي الصغر أن تُحبط وتتواصل بسمعة، وتتقاسم بيانات السونار لبناء خريطة جماعية.

الاتصالات الصوتية الحقيقية

ولا يزال الاتصال تحت سطح الماء يمثل عقبة، ولكن التقدم المحرز في النماذج الصوتية يتيح للمراقبين أن يرسلوا صوراً مكرّسة أو بيانات ملاحية مستمدة إلى بوابة سطحية، مما يتيح الإشراف عن بعد ويتيح لمركبات متعددة من طراز سواتل رصد الأرض التنسيق دون ركوب الأمواج، وستستخدم النظم المستقبلية شبكات سمعية مدركة تكيف الترددات ومعدل البيانات مع ظروف القنوات، وتزيد من خلال الإنتاج إلى أقصى حد.

وفي الختام، فإن السونار هو أعين وآذان المركبات ذاتياً تحت الماء، مما يوفر الأساس الحسي للملاحة الآمنة والدقيقة في أحد أكثر البيئات تحدياً في الأرض، ومن مجرد التعمق في التصوير الاصطناعي المتطور، وتكنولوجيا السونار، يمكن أجهزة المراقبة من استكشاف، وخرائط، وتفتيش العالم تحت الماء، ويدفع التكامل مع الملاحة غير المباشرة، ومؤسسة AI، إلى زيادة حدود ما يمكن لهذه المركبات أن تحققه من تنمية مستقلة.