مقاله فناوری اختفا و سکوت شناورهای نظامی

بخشی از مقاله

چکیده

در نظر گرفتن ملاحظات امنیتی و پدافند غیر عامل در طراحی شناورهای نظامی بسیار حائز اهمیت است. نظر به اینکه حوزه ی دریا در جنگهای نظامی اهمیت ویژه ای دارد و با توجه به موقعیت استراتژیک جمهوری اسلامی ایران در منطقه و برخورداری از بیش از 3000 کیلومتر مرز آبی در شمال و جنوب و تهدیدهای گاه و بیگاه دولتهای بیگانه، مطالعهی پدافند غیر عامل امری ضروری به نظر میرسد.

استفاده از پدافند غیرعامل ریسک از دست رفتن نیروهای انسانی، منابع طبیعی و تجهیزات را کاهش می دهد. از مهمترین فاکتورهای امنیتی در طراحی شناورها که از جنگ جهانی دوم مورد توجه قرار گرفته است، بهره گیری از فناوری اختفا و سکوت شناورهای نظامی است که ملزم به در نظر گرفتن حوزههای گسترده ای از قبیل اختفای راداری، استتار بصری، سکوت مغناطیسی، اختفای آکوستیکی و مسائل بیولوژیکی است. در این مقاله به تحلیل حوزه های نام برده پرداخته شده است. هدف نهایی ارائه ی مقاله ی پیش رو مطالعه ی راه حلهای کاهش آسیب های ناشی از برخی از موارد فوق میباشد.

مقدمه

در ساخت شناورهای نظامی، اختفا برای جلوگیری از شناسایی شدن یکی از فاکتورهای مهم طراحی است. به منظور مخفی کردن شناورها از دید ناظران، استتار بصری اعمال میشود. به دلیل پیشرفت روزافزون صنایع مخابراتی، اختفای راداری شناورها مورد توجه قرار گرفته است. با پیشرفتهای اخیر در تکنولوژی حسگرهای مغناطیسی، تهدید مینهای دریایی برای شناورها دوچندان شده است و نیاز به پیشبینی و کاهش مشخصهی الکترومغناطیسی کشتیها به طور روزافزون احساس میشود.

هدف از ارائه ی مقاله ی حاضر برشمردن راهکارهایی از جمله کاهش حتی الامکان RCS شناورها، استفاده از مواد جدید در ساخت شناورها ی جنگی، استتار انطباقی و... و نشان دادن اهمیت و گستردگی موضوع در سطح جهانی و نهایتا طرح ایدهی توسعهی داکهای روبش مغناطیسی و اصلاح مغناطیسی داکهای حاضر است.

-1 حوزههای موثر در سکوت مغناطیسی

.1-1 رادار

برای برقراری ارتباط بین زیردریایی ها از طیف گسترده ای از امواج الکترومغناطیسی نظیر اشعه ایکس، گاما و فرابنفش که پرانرژیتر از نور مرئی هستند و همچنین امواج دارای طول موج بالا نظیر فروسرخ، رادار و امواج دارای فرکانس پایین - وی اِل اِف - استفاده میشود. در صورتی که هریک ازاین امواج با پالس کوتاه به سمتیک جسم فرستاده شده و با آن برخورد نماید، بخشی از انرژی موج ارسال شده از رادار به گیرنده ی آن بازگردانده میشود.

با اندازه گیری زمان سپری شده بین ارسال و دریافت انعکاس موج و با در دست داشتن سرعت موج، برد شئ با تقریب قابل اطمینانی تخمین زده می شود. اندازه ی هدف روی رادار با RCS تخمین زده شده و با نمایش داده میشود. کاهش هرچه بیشتر اندازه هدف روی نمایشگر رادار بیانگر دورتر بودن هدف بوده و از نظر طراحی مساعد میباشد. [2] دراغلب کشتی های تجاری و قایق های تفریحی از بازتابنده های دائمیکه سیگنالها را بطور مستقیم و قوی بازتاب میکنند، استفاده میشود.

علت اصلی استفاده از این بازتابندهها، بهتر دیدهشدن شناور روی نمایشگر رادار است کهاین امر در زمان جنگ خطری جدی برای آن محسوب میشود. در جانمایی بهتری که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد، از بازتابنده هایی که RCSهای متناوب بزرگی در نزدیکی شناورایجاد میکنند، استفاده میشود. [1] معمولا توصیه میشود که در موارد جنگی، کشتی از روبرو - سینه یا پاشنه - در مقابل دشمن قرار بگیرد، زیرا دراین حالت علاوه بر امکان بهتر تجدید تسلیحات، RCS شناور نیز به طرز چشمگیری کاهش مییابد

. همچنین هرگونه آسیب رسیدن به بدنهی شناور RCS آن را به شدت افزایش میدهد تا جایی که شناور قابل ردیابی شده و مورد هدف قرار میگیرد [2]، نکتهی بسیار مهمیکه تاکنون در طراحی شناورها از آن استفادهای نشده است. اختفای راداری بر پایه سه تکنیک بنیادی که تواماً بایکدیگر استفاده میشوند صورت میگیرد.
 
.1-1-1 از بین بردن انرژی رادار که خود بر مبنای دو روش پایه صورت میگیرد.

·    جذب شدن رادار در مادهای که آن را به فرم دیگری از انرژی مثل انرژی حرارتی تبدیل کند. [1]

·    به کمک ایجاد تداخل مخرب در امواج رادار.

در روش اول، ویژگی های خاص مادهی جاذب رادار""RAM منجر به کنش و واکنش هایی در میدان های الکتریکی و مغناطیسی ناشی از تابش رادار شده و باعث مصرف شدن انرژی رادار میشود.[1] مواد جاذب رادار معمولا از جنس فوم هستند و توسط متخصصان رنگ به بدنهی شناورها اعمال میشوند. [1] در روش دوم امواجی که تابیده شدهاند به دلیل بازتاب در فازهای مخالف از بین میروند. برای دستیابی به اختلاف فاز مطلوب ًٌَ، سطوح بازتابکنندهی امواج راداری در فاصلهی ُ / ٌ از طول موج تابیده شده نسبت به سطحی که موج به آن برخورد میکند، قرار داده میشوند.

.2-1-1 روسازه و کلیه ی سطوح خارجی بدنه ی شناورها می بایست به مواد دارای ضریب بازتابش راداری کم مثل پلاستیکها، کامپوزیتهای کربنی و پلاستیکهای تقویتشده با شیشه - GRP - آغشته گردند

.3-1-1 هندسهی کشتی نیزیکی از فاکتورهای اساسی میباشد. قسمتهای دووجهی و سهوجهی شناور و قسمتهایی از بدنه که دو یا سه صفحه با زاویه ی ًُ به یکدیگر برسند، باعث ارسال مستقیم و شدید انرژی راداری به رادارهای جستجوگر میشوند و به هرقیمتی که شده باید از طرح شناور حذف شوند.

از دیگر مسائل حائز اهمیت نیازمندی خود کشتی ها به رادارهاست که به نوبهی خود باعث بازتاب امواج میشوند. راه حل ارائه شده برایاین مورد قرار دادن دستگاه رادار پشت صفحات قابل جابجایی است

.2-1 ردیابی بصری

با وجوداین که چشم سنسوری قوی و مغز پردازندهای بسیار پیچیده برای سیگنالهای دریافتی محسوب میشوند، میتوان آنها را فریب داد. استتار متحیر کننده که با نام”Razzle-Dazzle” نیز شناخته می شود، بطور گسترده در جنگ جهانی اول و تا حدودی نیز در جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار گرفته است. در رنگآمیزیRazzle-Dazzle به جای اختفا، سعی بر سردرگم کردن دشمن بود، بگونهای که ناظر دشمن قادر به تشخیص سینه و پاشنهی شناور ازیکدیگر نباشد و همین عامل تخمین و تشخیص جهت دریانوردی شناور را مشکل میساخت.

در اوایل قرن بیستم میلادی، محققان پی بردند که به کمک رسم خطوط افقی و عمودی می توان خطای دید ایجاد کرد. ردیابی هدف بصورت های چشمی، حرارتی و یا راداری شدیدا به تضاد رنگها وابسته است. همانطور که استفاده از نقوش چندرنگ موجود در طبیعت اساس استتار میباشد، یکسان بودن رنگ شناور، هواپیما و غیره با پس زمینه، اساس پنهان نمودن این اجسام است. با توجه به قابلیت جذبکنندگی و فرافکنی دید افراد به کمک تضاد کلی رنگ ها که ناشی از عواملی چون گرد و غبار و ... می باشد، از دود و غبار حاصل از جنگ ها نیز بعنوان عاملی برای سختتر دیده شدن هدف استفاده میشود.

از دیگر روش ها می توان به معرفی رنگ های مایل به سرخ خاصی اشاره نمود که به هنگام طلوع و غروب آفتاب و سایر موقعیتهایی که نور محیط سریعا تغییر می کند، منجر به نامرئی شدن تقریبی شناور میشوند. استفاده از روش همسانسازی رنگ شناور و محیط زمینه نیز روشی موفق برای به خطا انداختن ناظر در آبهای ساحلی شناخته میشود.

هدف از استتار بصری، به هم ریختن طرح کلی جسم بواسطه ی ادغام آن با محیط اطراف است، بطوریکه تشخیص یک سرباز روی زمین ویا کشتی در دریا را سختتر کند و در صورت رویت شدن و مورد هدف قرار گرفتن آن، احتمال صدمهدیدگی تا حد امکان کاهش یابد.

استفاده از خطوط افقی و عمودی به نوعی استتار انشعابی است که باعث به هم ریختن طرح کلی جسم میشود، بگونهای که مغز دیگر قادر به تشخیص هدف نیست و استفاده از آن خاصه در آبهای ساحلی و کرانههای قهوهای رنگ در مجاورت فلاتهای گسیخته خط ساحلی یا در حملات آبی-خاکی مفید واقع میشود.

تورهای خاصی نیز موجودند که به منظور اختفا در محدوده ی مرئی استفاده میشوند و به ادغام بصری شناور و پس زمینه میانجامند و عملا در محدودهی مادون قرمز کارایی چندانی ندارند. به همین دلیل تورهای جدید از الیافهای مصنوعی حاصل از ادغام کلروفیلهای A و B ساخته می شوند و با توجه به دارا بودن خواص ذاتی بسیار نزدیک به طیف گستردهای از پوششهای گیاهی طبیعی منجر به برفکی شدن تصویر دوربین دید در شب در محدوده ی مادون قرمز می شوند. در آبهای ساحلی، به هنگام استفاده از رنگ آمیزی dazzle اگر از تورهای مناسب و ساخته شده از الیافهای طبیعی مثل چوب و شاخ و برگ درختان استفاده شوند حتی ممکن است شناور اصلا دیده نشود.

روش های جدید رنگآمیزی که با نام روشهای »اکتیو« شناخته میشوند منجر به تغییر خودبخودی ظاهر کشتی در زمانهای مختلف و در نتیجه سردرگم شدن دشمن میشوند. استتار اکتیو یا انطباقی مجموعهای از تکنولوژیهای مرتبط با یکدیگر مثل استفاده از پانلهای با پوشش های دارای قابلیت تغییر رنگ و ظاهر، ویژگیهای بازتابشی و درخشش خود هستند که در نهایت موجب ادغام شناور با محیط اطراف خود میشوند

مطالعات دانشمندان روی استتار تطبیقی منجر به تولید سیستمهای استتار اُ»پتوالکترونیک«ی شده است که میتوانند رنگ خود را عوض کنند. [3]در این تکنولوژی با بهرهگیری از مواد "thermo-chromatic" قطعه به طور هوشمند محیط خود را شناسایی نموده و از آن تقلید میکند.

.3-1 مشخصات مغناطیسی

تفاوت نفوذپذیری مواد مغناطیسی مختلف باعث می شود که خطوط میدان به تمرکز و حضور در محیطهای دارای خاصیت مغناطیسی بیشتر، تمایل بیشتری داشته باشند. بدنهی تمام شناورهای فلزی از فلزات آلیاژی ساخته میشود و برای شکلدهی قسمتهای مختلف آنها را چکشکاری می کنند. به دلیل چکشکاری انجام شده در فرایند ساخت و حرکت کشتی در دریا، بدنهی کشتی به آهنربایی دائمی تبدیل میشود که میزان این مغناطش به جهت شناور در زمان ساخت و جهت دریانوردی آن بستگی دارد. در واقع یک کشتی ساخته شده از آهن را میتوان مجموعهای از رساناها دانست که میدان مغناطیسی زمین را قطع کرده و باعث القای میدان الکتریکی در مجموعه قطعات رسانای خود میشود. این رساناهای حامل جریان که خاصیت مغناطیسی مییابند روی فضای اطراف خود اثر میگذارند.

اگر کشتی چوبی و فقط دارای قاب های مسی باشد، میدان مغناطیسی زمین تاثیری روی آن نخواهد داشت و تنها در نواحی برجستهی مغناطیسی اعم از دو قطب و استوای مغناطیسی دچار تغییرات بسیار اندکی خواهد شد.

زمان عنصر مهمی در میزان اکتساب و اثرات میدان القایی فوق است. هرچه شناور مدت بیشتری در یک جهت دریانوردی کند، بار مغناطیسی بیشتری پیدا می کند و همین امر منجر به کاهش سرعت می شود. باید توجه داشت که علیرغم حرکت کشتی ها با سرعت زیاد، میزان مغناطیس القایی در قسمت های مختلف مسیر به دلیل متفاوت بودن شدت میدان موجود، آرام یا ناآرام بودن دریا که بر سرعت حرکت شناور اثر میگذارد و حتی گرمی و سردی هوا، متفاوت است. بنابراین انتظار میرود با حرکت کشتی بعنوان یک آهنربای بزرگ در میدان مغناطیسی زمین اعوجاج ایجاد شود. کشتی ها را می توان قطعات آهنی بزرگی در نظر گرفت که میدان مغناطیسی ضعیف زمین روی آنها تاثیر میگذارد و اعواجهای مغناطیسی قوی و غیر عادی در آنها ایجاد میکند که خود باعثایجاد پتانسیل کافی برای رهاسازی ماشه و انفجار مین های مغناطیسی می شود.

در طراحی های امروزی، اعوجاج مغناطیسی کشتی های جنگی تا حدی کاهش داده شده که مین های مغناطیسی قادر به یافتن آن ها نباشند. یکی از روش های بکار گرفته شده در این طرح ها مغناطیسه کردن بدنه ی کشتی در خلاف جهت میدان مغناطیسی زمین است، که منجر به از بین رفتن تاثیر شناور ها روی مینها میشود. مغناطش معکوس با تعبیه آهنرباهای الکتریکی تعبیه شده در بدنه ی شناور حاصل میشود.

استفاده از مصالح غیرمغناطیسی مثل فایبرگلاس و پلاستیک های تقویت شده با شیشه - GRP - نیز یکی از روشهای اختفای مغناطیسی، علی الخصوص برای شناورهای مین روب، است. [1] روبش مغناطیسی شناور را تا حدودی از خطر مینهای مغناطیسی محفوظ نگه می دارد و فرایندی ساده برای کاهش یا حذف میدان های مغناطیسی ناخواسته می باشد. زمانی که یک کشتی در نزدیکی یک مین و یا اژدر قرار می گیرد، میدان مغناطیسی آن منجر به فعال سازی مکانیزم آتش و در نتیجه بروز انفجار خواهد شد، و به همین دلیل استفاده از تاسیسات الکتریکی »دیگوسینگ« برای شناورها راه حلی معقول است.

.1-3-1 روش دیگوسینگ

دیگوسینگ بدنهی شناورهای جنگی برای اولین بار توسط دانشمند بریتانیایی Cmdr.Goodeve که در پی یافتن راهی برای مقابله با مینهای مغناطیسی بود، مطرح شد. بطور خلاصه هدف از دیگوسینگ کاهش میدان مغناطیسی استاتیکی شناورها است. باید در نظر داشت که چون فرایند ساخت کشتی در میدان مغناطیسی زمین انجام میگیرد، شناور همواره تاحدودی خاصیت مغناطیسی دائمی خواهد داشت که میزان آن به شدت میدان مغناطیسی زمین در محل ساخت کشتی، تنشهای ایجاد شده در فرایند ساخت، جهت کشتی در زمان ساخت و مصالح استفاده شده در ساخت آن وابسته است.

میدان مغناطیسی القایی که نتیجهی حرکت کشتی در میدان مغناطیسی زمین است به جهت حرکت کشتی و شدت میدان مغناطیسی زمین وابسته است. مولفههای میدان القایی عبارتند از:

-    طولی - متاثر از - Pitch, Heading, Latitude

-    عرضی - متاثر از - Roll, Heading, Latitude

-    عمودی - متاثر از - Roll, Pitch, Latitude

اختفای مغناطیسی کامل شناور به معنای جبران کامل هر یک از مولفههای فوق است. یک روش تقریبا پیچیده به منظور جبران میدان مغناطیسی کشتی، سیمپیچی کردن بدنهی آن به تناسب مولفههای میدان القایی با سه دسته کویل الکترومغناطیسی - در راستای محورهای طولی، عرضی و عمودی - حامل جریان زیاد الکتریکی و عبور دادن برق DC از آنهاست. به کمکاین جریان مستقیم میتوان میدانی مغناطیسی در خلاف جهت میدان مغناطیسی کشتیایجاد نمود و شناور را از نظر مغناطیسی مخفی کرد. لازم به ذکر است که همهی کشتیها نمیتوانند به این کویلها مجهز شوند، زیرا شناورهای کوچک جای کافی برای کویلها ندارند. استفاده از این کویلها در شناور Queen Elizabeth، 86 تن به جرم کشتی افزود!