الأنظمة المعقدة للمدمرات وكيفية تكاملها في أحواض بناء السفن

تعد المدمرات من بين أكثر السفن الحربية تطوراً من الناحية التكنولوجية على الإطلاق. فمهمتها ليست مجرد „الكثير من القوة النارية“، بل هي عملية موازنة مستمرة: مجموعة كبيرة خلال المسيرة الاقتصادية, سرعة قصوى عالية للطفرة, أدنى مستوى ضوضاء ممكن لصيد الغواصات ودمج أجهزة الاستشعار والأسلحة وإمدادات الطاقة وتكنولوجيا المعلومات في نظام شامل واحد صالح للإبحار. وهنا بالتحديد تبرز قوة أحواض بناء السفن الحديثة: حيث يتعين عليها الجمع بين المتطلبات المتضاربة في بنية شاملة فعالة وقابلة للصيانة و(قبل كل شيء) آمنة.

الأنظمة المعقدة للمدمرات وكيفية تكاملها في أحواض بناء السفن

المدمرات الحديثة ليست „سفناً كبيرة“ بالمعنى التقليدي، بل هي أنظمة أسلحة متكاملة للغاية. وينتج أداؤها عن تفاعل العديد من الأنظمة الفرعية - وإحدى أكثر المسائل تحدياً هي نظام الدفع. وذلك لأن المدمرة يجب أن توفر مدى وكفاءة في المسيرات الطويلة، ولكن يجب أن تكون قادرة أيضاً على التسارع بسرعة كبيرة إذا لزم الأمر. وفي الوقت نفسه، فإن البصمة الصوتية أمر بالغ الأهمية: فكلما كان صوت المحركات أعلى، كان من الأسهل تحديد موقع السفينة - وكلما كان من الصعب اكتشاف غواصة معادية حتى، لأن أنظمة السونار „تسمع“ ما يحدث في الماء.

لذلك تواجه أحواض بناء السفن والعملاء تضارباً نموذجياً في الأهداف: فمحركات الديزل مثالية لتحقيق مدى طويل بسرعات منخفضة أو متوسطة، حيث تعمل بكفاءة. من ناحية أخرى، تتيح التوربينات الغازية سرعات قصوى عالية وانطلاقات سريعة، ولكنها تستهلك وقوداً أكثر بكثير. هناك أيضاً تحديات في التصميم: تتميز محركات الديزل والتوربينات بنطاقات سرعة مختلفة ونطاقات اهتزاز وضوضاء مختلفة وتتطلب أنظمة إمداد ومراقبة خاصة بها. هذا هو بالضبط السبب في اعتماد المدمرات الحديثة على مفاهيم القيادة المدمجة التي توفر وضع التشغيل المناسب حسب الحالة.

مفاهيم القيادة: CODOG وCODAG وCODLAG في الاستخدام اليومي في حوض بناء السفن

المبدأ الأساسي الراسخ هو مفهوم CODOG („الجمع بين الديزل أو الغاز“). هنا، تحمل المدمرة محركات ديزل للإبحار وتوربينات غازية للسفر بسرعة عالية. وتكمن الميزة في التوزيع الواضح للمهام: في ملفات القيادة العادية، توفر محركات الديزل مزايا المدى واستهلاك الوقود. ومع ذلك، إذا كانت هناك حاجة إلى الانطلاق السريع - على سبيل المثال للوصول إلى موقع ما، أو مواجهة تهديد أو تعزيز حراسة - تتولى التوربينات المسؤولية. إن الفصل الميكانيكي أمر بالغ الأهمية هنا: نظراً لأن محركات الديزل والتوربينات تعمل بسرعات مختلفة جداً، فإن علبة التروس تفصل المحرك غير المطلوب بحيث لا يعمل على العمود سوى „الديزل أو الغاز“. وهذا يقلل من التعارضات في النظام، ولكنه يزيد من الطلب على علبة التروس والقوابض ونظام التحكم المرتبط بها.

وهناك إصدار أكثر تقدماً هو CODAG („الجمع بين الديزل والغاز“). على عكس CODOG، يمكن أن يوفر الديزل والتوربينات الطاقة معًا إذا تطلب الملف الشخصي ذلك. من الناحية العملية، يمثل ذلك تحدياً لأن قوى كلا النظامين يجب أن تكون متوازنة عبر هياكل نقل معقدة. وبدلاً من ذلك، هناك تصميمات تقوم فيها محركات الديزل بتشغيل أعمدة تقليدية، بينما يعمل التوربين الغازي أيضاً عبر محرك نفاث مائي. تكمن الميزة التقنية في مستويات أداء أكثر مرونة: يمكن للسفينة أن تصبح أسرع دون التحول فوراً إلى وضع محرك التوربينات البحتة التي تعمل بالتوربينات التي تستهلك وقوداً مكثفاً. ومع ذلك، في الوقت نفسه، يزداد التعقيد وتكاليف التكامل والحاجة إلى المراقبة - لأنه يجب التحكم في العديد من حالات التشغيل بأمان، حتى أثناء تغيرات الحمولة وفي البحار الشديدة.

إن نظام CODLAG („الجمع بين الديزل والكهرباء والغاز“) مثير للاهتمام بشكل خاص بالنسبة للمدمرات المصممة بشكل أكبر للصيد تحت الماء أو بشكل عام للتشغيل منخفض الضوضاء. هنا، تعمل محركات الديزل بشكل أساسي على تشغيل المولدات التي توفر الطاقة الكهربائية أثناء الإبحار. تزوّد هذه الطاقة المحركات الكهربائية التي تدفع الأعمدة. الميزة الحاسمة هي أنه يمكن تشغيل المحركات الكهربائية - المصممة بشكل صحيح وفصلها - بهدوء شديد، مما يقلل من البصمة الصوتية. بالنسبة للرحلات الهادئة بشكل خاص، يمكن إيقاف تشغيل محركات الديزل بينما تقوم البطاريات بتشغيل المحركات الكهربائية. من ناحية أخرى، إذا كانت السرعة العالية مطلوبة، يتم تشغيل توربينات الغاز أيضاً. يؤدي ذلك إلى إنشاء نظام قيادة يمكن تحسينه لتحقيق التوفير أو انخفاض الضوضاء أو أقصى قدر من الأداء، حسب الحالة.

من وجهة نظر حوض بناء السفن، لا تنتهي المهمة باختيار المبدأ. تتطلب المحركات المعقدة مثل CODAG وCODLAG أنظمة تحكم ومراقبة متقدمة تنسق الأحمال ودرجات الحرارة والاهتزازات والسرعات وحالات التبديل في الوقت الفعلي. والهدف ليس فقط الأداء، ولكن أيضًا الكفاءة وعمر الخدمة: يمكن أن تؤدي تغييرات الأحمال الموقوتة بشكل غير صحيح أو ظروف الاهتزاز غير المواتية أو أوضاع التشغيل دون المستوى الأمثل إلى زيادة التآكل وتفاقم التوقيع وتقليل التوافر. هذا هو السبب في اعتبار الدفع وتوليد الطاقة والتوزيع الكهربائي والأتمتة كنظام كامل - وهذا النظام الكامل بالتحديد هو الذي يجب دمجه واختباره وتوثيقه بشكل صحيح أثناء عملية بناء السفينة.

الأبعاد، ومتطلبات المساحة والاحتياطات التكنولوجية للمدمرات الحديثة

تبدأ إزاحة المدمرات بحوالي 4,000 طن، ولكن هذا هو الحد الأدنى فقط. واعتماداً على المهمة، والمعدات والمتطلبات الوطنية، يمكن أن تصل حمولة الوحدات الحديثة إلى 15,000 طن. تتراوح الأطوال النموذجية بين 100 و165 متر تقريباً. هذا النطاق في الحجم ليس غاية في حد ذاته: فهو ينشأ من الحاجة إلى استيعاب عدد كبير من الأنظمة وفي نفس الوقت ضمان الاستقرار والصلاحية للإبحار والاحتياطي للتحديث.

بالإضافة إلى نظام الدفع، تحمل المدمرة كميات كبيرة من الأسلحة وأنظمة الاستشعار. وتشمل هذه، على سبيل المثال، أنظمة الإطلاق العمودية (VLS) مع مخازنها، والرادارات ذات الاستهلاك العالي للطاقة، وأجهزة الاستشعار الإضافية، وأنظمة الاتصالات وغيرها من الأنظمة النشطة. هناك أيضاً مساحة للطائرات: تتطلب حظائر طائرات الهليكوبتر ومساحات سطح السفينة مساحة ووزناً وتعزيزات هيكلية. في الوقت نفسه، يجب أن يتوفر للطاقم مساحة كافية للمعيشة ومناطق عمل ومناطق أمان كافية. هناك أيضاً مناطق تخزين للطعام وقطع الغيار ومواد التشحيم وموارد التشغيل - وبالطبع سعات الوقود التي تجعل من الممكن تنفيذ المهمة في المقام الأول.

حتى التغييرات الصغيرة في المتطلبات يمكن أن يكون لها تأثير كبير على التصميم والتخطيط. على سبيل المثال، إذا طلب العميل نطاقاً أكبر أو أجهزة استشعار إضافية أو طائرات أكبر، فإن ذلك لا يؤدي فقط إلى نمو المكونات الفردية، بل غالباً ما تنمو البنية التحتية الداعمة أيضاً: متطلبات طاقة أكبر، وتبريد أقوى، ومسارات كبلات إضافية، وغرف تبديل أكبر، وتدريع أقوى، وغالباً ما تكون مفاهيم جديدة للسلامة والتكرار. هذا هو بالضبط السبب الذي يجعل أحواض بناء السفن ومكاتب التصميم تخطط في الاحتياطيات التكنولوجية منذ البداية. ويرجع ذلك إلى أن الأنظمة تصبح أكثر تعقيداً خلال دورة حياتها: حيث تنمو أنظمة الاتصالات وأجهزة الاستشعار، ويزداد نطاق البرمجيات ويزداد عدد الواجهات. وبدون احتياطيات، فإن أي تحديث سيكون مكلفاً ومحفوفاً بالمخاطر ويستغرق وقتاً طويلاً.

التصميم المعياري والتكامل والتكرار والسرية

المدمرات ليست معقدة فحسب، بل حساسة بشكل خاص أيضاً. تخضع العديد من المكونات للوائح السرية، وهذا ينطبق على كل من التكنولوجيا نفسها وطريقة دمجها. تواجه أحواض بناء السفن هذا التحدي بأساليب بناء معيارية وإنتاج منظم للغاية. يتم تصنيع أقسام كبيرة مسبقة الصنع، حيث يتم بالفعل وضع مسارات الكابلات والأنابيب والبنية التحتية للإمداد. يؤدي ذلك إلى إنشاء „بنية أساسية“ في مرحلة مبكرة، يمكن أن توضع عليها وحدات الأسلحة وأجهزة الاستشعار والتوجيه في وقت لاحق.

في مرحلة التكامل، يلي ذلك ما يجعل من المدمرات شبكة نظام حقيقية: تكامل خلايا نظام VLS، ومحطات الأسلحة، وصواري الاستشعار، وعقد الاتصالات، وقبل كل شيء، غرف التحكم. التكرار مهم هنا. فالوحدات الحديثة لها وظائف مركزية ليس مرة واحدة فقط، بل عدة مرات. وينطبق هذا بشكل خاص على القيادة والتحكم: يمكن أن يفشل مركز قيادة واحد في المعركة، لذلك يجب الحفاظ على قدرة القيادة والتحكم من خلال أنظمة إضافية مستقلة. بالنسبة لحوض بناء السفن، يعني ذلك غرفاً إضافية، وكابلات إضافية، وخطوط طاقة وتبريد إضافية - وفصلاً ثابتاً للأنظمة بحيث لا يؤثر الضرر على كل شيء في نفس الوقت.

المجال الرئيسي الآخر هو التدريع الكهرومغناطيسي. حيث تعمل أجهزة الاستشعار وأنظمة الاتصالات بمستويات طاقة عالية، وتقوم العديد من الأنظمة بالإرسال والاستقبال بالتوازي، ويجب حماية الإلكترونيات الحساسة من التداخل. ويحرص المهندسون على ألا تكون المثبتات الميكانيكية متماسكة من الناحية الهيكلية فحسب، بل يجب أن تكون نظيفة من الاهتزازات والكهرومغناطيسية. لا سيما مع وجود عدد كبير من الهوائيات والأنظمة الفرعية للرادار وخطوط البيانات، وهذه مهمة تكامل لا يمكن القيام بها بشكل جانبي، بل تتطلب برنامج تخطيط واختبار منفصل.

نظام إدارة المعارك، وتكنولوجيا الاستشعار والاستجابة الآلية

من أجل أن تكون المدمرة فعالة في حالات الطوارئ، يجب أن تتلاقى أجهزة الاستشعار والأسلحة في شبكة مركزية: نظام إدارة القتال. هذا هو المكان الذي يتم فيه دمج بيانات أجهزة الاستشعار، وتصنيف الأهداف، و- اعتماداً على السيناريو - يتم إعداد تسلسلات القتال أو تشغيلها تلقائياً. تتطلب التهديدات الحديثة على وجه الخصوص أوقات رد فعل قصيرة للغاية. هذا هو السبب في أن القدرة على أتمتة العمليات جزئياً ليست „أمراً لطيفاً“، ولكنها ضرورية للغاية في بعض المواقف.

ومن الأمثلة على ذلك القاذفات البحرية: الصواريخ الموجهة التي تطير على بعد أمتار قليلة - وأحياناً متر أو مترين فقط - فوق سطح الماء. وبسبب انحناء الأرض وتظليل الأمواج، غالباً ما يتم اكتشاف هذه الأهداف في وقت متأخر جداً. ثم لا يكون هناك سوى ثوانٍ فقط للرد. وغالباً ما يكون البشر غير قادرين على الاكتشاف واتخاذ القرار وإطلاق النار بسرعة كافية خلال هذا الوقت. من ناحية أخرى، يمكن لشبكة الكمبيوتر التعرف على الأنماط وحساب أولويات الأهداف والتحكم في أنظمة الدفاع من أجل تحقيق سرعة رد الفعل المطلوبة. ولهذا السبب تحديداً يجب تصميم خطوط البيانات والواجهات ومنطق النظام منذ البداية بحيث تكون قوية وزائدة عن الحاجة وقابلة للاختبار تحت الحمل.

الاختبار والتشغيل التجريبي وإدارة المشروع في ظل أحمال واقعية

يتبع التكامل المرحلة التي يتم فيها تحويل العديد من الأنظمة الفرعية إلى سفينة تشغيلية: بدء التشغيل والفحص والاختبار. لا يتم النظر في الأنظمة بشكل فردي فقط، ولكن أيضاً مجتمعة. يجب أن تعمل إمدادات الطاقة والتبريد والاتصالات وأجهزة الاستشعار والدفع والأتمتة بثبات في ظل ظروف تحميل واقعية. وفي الوقت نفسه، تتعرض أحواض بناء السفن لضغوط للحفاظ على السرية والعمل بالتنسيق الوثيق مع العملاء. وهذا يتطلب إدارة دقيقة للمشروع، ومعالم واضحة وإجراءات اختبار محددة ووثائق كاملة.

فقط عندما تتفاعل الأنظمة بشكل موثوق، وتعمل التكرارات وتتحقق قيم الأداء حتى في ظل السيناريوهات الصعبة، تعتبر المدمرة جاهزة للعمل حقاً. هنا بالتحديد يتضح لماذا يعتبر التكامل في حوض بناء السفن مجال خبرة في حد ذاته: لا يتعلق الأمر فقط „بالتركيب“، بل بالتكامل المتحكم فيه لشبكة أنظمة حساسة ومعقدة للغاية وحساسة وحساسة من حيث السلامة.