أنظمة الاتصالات بالغواصات

######################
أنظمة الاتصالات بالغواصات:
######################

تعتمد الغواصات في أدائها لمهامها بدرجة كبيرة على التخفي تحت سطح الماء، ولكنها تحتاج دائما إلى الاتصال بقواعدها بين وقت وآخر. وإذا استخدمت الغواصة أساليب الاتصال التقليدية لإرسال أو استقبال رسالة عاجلة، فإنه يتوجب عليها إما أن تظهر على السطح، أو أن تمد هوائيا من موقع مغمور. وفي أوقات الحرب، يشكل كلا الخيارين خطراً، إذ يمكن معرفة موقع أي مرسل بواسطة أجهزة تحديد الاتجاه الحديثة. وإضافة إلى ذلك، فإن أجهزة الرادار المحمولة جواً، لها القدرة على التقاط موقع الهوائي نفسه، بل حتى لو ظلت الغواصة تحت السطح، فستتمكن الطائرات المضادة للغواصات من تحديد موقعها. ولذلك، كان الاتصال بالغواصات خلال فترة غوصها يمثل مشكلة كبيرة، لأن أنظمة الاتصال التقليدية لا تناسب مثل هذه الظروف. واستدعت الزيادة في أعداد الغواصات التي تجوب البحار والمحيطات على مسافات كبيرة من مراكز قيادتها إلى تطوير وسائل اتصال مناسبة للسيطرة على هذه الغواصات، وتزويدها بالمعلومات، لتتمكن من تنفيذ مهامها بنجاح.

تستخدم الموجات الصوتية في الاتصال بين الغواصات بعضها ببعض، وبين الغواصات وسفن السطح، على عمق مناسب، ولمسافة تصل إلى عشرة كيلومترات. ولكن هذا النظام يتأثر كثيراً بالضوضاء المصاحبة للحركة في الماء. ويعد استخدام الموجات الكهرومغناطيسية هو الطريقة العملية الوحيدة لتحقيق الاتصال بالغواصات على مسافات بعيدة، كما هو الحال مع السفن البحرية الأخرى؛ ولكن هذه الموجات لا تخترق أعماق المياه إلا في حالة استخدام حيز معين من الترددات، وبعض قنوات الاتصال بالأقمار الصناعية العسكرية. وتتطلب وسائل الاتصال هذه أن تكون الغواصة قريبة من سطح المياه، مع مراعاة قيود السرعة والمناورة، وهو ما قد يؤدي إلى اكتشاف الغواصة وتعرضها للأسلحة المضادة.

عقب ذلك ظهرت إمكانية تحقيق الاتصال بالموجات اللاسلكية ذات الترددات شديدة الانخفاضLow Frequency ELF Extremely، التي يمكنها اختراق المياه لمسافات طويلة، بما يسمح بتحقيق الاتصال مع الغواصة، على أعماق كبيرة من السطح. وأخيراً، أمكن التوصل إلى أسلوب جديد يحقق الاتصال بالغواصات التي تتحرك بسرعة وعلى أعماق بعيدة من سطح الماء، إما باستخدام حيز الترددات UHF، أو باستخدام أشعة الليزر.

تستخدم الغواصات أجهزة لاسلكية تعمل في حيز الترددات العالية HF (يشغل هذا الحيز الترددات 3-30 ميجاهيرتز) أو الترددات العالية جدا (يشغل هذا الحيز الترددات 30-300 ميجاهيرتز). ويتميز هذا النوع من الاتصال بأنه يتحقق بين الغواصة، من جهة، وبين كل من مراكز القيادة الأرضية والسفن والطائرات، من جهة أخرى؛ ولكنه يستلزم اقتراب الغواصة من سطح الماء ما يعرضها للأعمال المضادة. وللتغلب على هذا النقص، تستخدم أجهزة لاسلكي تطلق من الغواصة إلى سطح الماء، ويتم التحكم في هذه الأجهزة بعد ابتعاد الغواصة بمسافة مناسبة، إما بواسطة جهاز تحكم عن بعد، أو ببرمجة الجهاز اللاسلكي ليحقق الاتصال المطلوب في توقيت معين، مع تزويد الجهاز بوحدة مسجل عليها الرسالة المطلوب إرسالها، ثم يدمر جهاز اللاسلكي تلقائيا، بعد تحقيق الاتصال، وهو أحد عيوب هذا النظام. وبهذا الأسلوب، يتحقق مدى اتصال مناسب، مع توفير حرية الحركة للغواصة، وعدم ظهورها قريباً من سطح الماء.

تعد طريقة الاتصال بالغواصات باستخدام حيز الترددات المنخفضة جداً، أكفأ الطرق لتحقيق القيادة والسيطرة على الغواصات من المحطات الساحلية، على الشواطئ، حيث يمكن لأجهزة الإرسال الساحلية، التي تستخدم هذه الترددات، أن تحقق الاتصال بالغواصات القريبة من سطح المياه لمسافات حتى 8000كم، دون أن تطفو الغواصة فوق السطح. ولكن يلزم أن تكون الغواصة قريبة من سطح الماء، مما قد يؤثر على حرية اختيار عمق حركة الغواصة. ولحل هذه المشكلة، يجرى الاتصال في توقيتات مناسبة، تكون فيها الغواصة بالقرب من سطح الماء، لاستقبال الإشارات التي ترسل إليها بطريقة رقمية. وتعاد عملية الإرسال عدة مرات لضمان استقبال الغواصة لها. ولكن، على الرغم من ذلك، ليس هناك ضمان لوصول الرسائل للغواصة.

من عيوب استخدام حيز الترددات VLF بطء إرسال الإشارات، والقصور في عدد الترددات المتاحة داخل هذا الحيز الضيق من الترددات، إضافة إلى أن محطات الإرسال، غالباً تكون كبيرة الحجم، وباهظة التكاليف، وتتطلب عدة سنوات لإقامتها. وتستقبل الغواصة الموجات بواسطة هوائي داخل الغواصة، يسمى "الهوائي الخلفي"، يتصل بأجهزة الاستقبال. ولزيادة كفاءة الاتصال بالغواصة في الأعماق، وباستخدام موجات VLF، يستخدم هوائي طاف على شمندورة وعلى مسافة كبيرة من الغواصة، مع إمكانية وجود أجهزة اتصال لاسلكية صغيرة الحجم داخل الشمندورة، لتحقيق الاتصال في حيز ترددات عالية HF. 

طوّر الاتصال بالغواصة وهي في الأعماق، باستخدام الموجات VLF. ومعظم محطات الإرسال التي تعمل في هذا الحيز تتمركز على الأرض، قريبا من السواحل؛ ولكن بعض مراكز القيادة الاستراتيجية المحمولة على طائرات، يدخل من ضمن مكوناتها، محطات إرسال تردد VLF، وتستخدم هوائي يتكون من سلك طويل يسحب خلف الطائرة، وجهاز إرسال قدرته من 100 إلى 200كيلووات.

وعلى الرغم من أن محطات الإرسال التي تعمل في حيز الترددات المنخفضة جدا، قادرة على نقل كم أكبر من المعلومات، مقارنة بالتي تعمل في حيز الترددات المنخفضة للغاية، إلا أنها لا زالت محددة الاستخدام. ويستخدم أسلوب تقطيع الموجة المستمرة لبناء الرسائل المتبادلة في هذا الحيز، مع استخدام الشفرة والرمز، ويمكن تزويد هذا النوع من الاتصالات بقدرات لمقاومة الإعاقة الإلكترونية، ولكن على حساب تخفيض معدل نقل البيانات.

ونظراً لعدم قدرة الترددات VLF على الاختراق لأعماق بعيدة، فقد ظهرت أهمية استخدام حيز الترددات المنخفضة للغاية Extremely Low Frequency (ELF) (يشغل هذا الحيز الترددات 3-30 هيرتز) في الاتصال بالغواصات، وهو حيز ترددي بالغ الأهمية للقوات البحرية للدول العظمي، التي تستخدم أسطولا من الغواصات الاستراتيجية، التي تكلف بمهام في أعماق المياه الدولية، وبعيداً جداً عن مياهها الإقليمية؛ ذلك أن هذا الحيز، هو الوحيد، الذي يمكن من خلاله تحقيق الاتصال بالغواصات، وهي غاطسة لأعماق بعيدة. وتتميز هذه الترددات بالقدرة على اختراق المياه لأعماق تصل إلى مئات الأقدام، ومن ثم، يمكن إرسال الأوامر من المراكز الأرضية إلى الغواصات، دون اضطرارها للظهور فوق السطح، أو بالقرب منه. ولم يبدأ العمل بهذا النظام إلا في منتصف ثمانينيات القرن العشرين. وفى هذا النظام، ترسل الإشارات عبر هوائيات ضخمة على الساحل، وتنتشر الموجات عبر طبقة التروبوسفير Troposphere (طبقة التروبوسفير هي الطبقة الأولى من طبقات الغلاف الجوى وأقربها إلى الأرض، ترتفع حوالي 8كم عند القطبين و18كم عند خط الاستواء وهي أكثف الطبقات، وتحتوي على 90% من كتلة غلاف الأرض الجوي) إلى محطات الاستقبال بالغواصات، على أعماق بعيدة. ونظراً للمعدل شديد البطيء في إرسال المعلومات بهذه الترددات، فإن هذا الأسلوب يستخدم أساسا لاستدعاء الغواصات، أو لإصدار أوامر الإنذار، أو لتنبيه الغواصة بوجود رسائل مطلوب استقبالها بواسطة القنوات العادية. وبهذا، تستطيع الغواصة تجنب العمل بالقرب من سطح المياه، إلا في حالة الاستدعاء لاستقبال الرسائل الطويلة.

واستخدام الموجات ELF يتطلب تصميم نظام إرسال عالي الكفاءة، يستخدم هوائيات كبيرة، تغذى بواسطة مرسلات ضخمة، تقام في أماكن محصنة، وتمتد هذه الهوائيات عشرات الأميال؛ ولكن الأنظمة الأرضية الحالية، التي محطاتها على الشواطئ، معرضة، غالباً، لأعمال التدمير، كما أنها تتأثر بالموجات الصادرة عن النبضة الكهرومغناطيسية الناجمة عن الانفجار النووي؛ ولذلك، فان هذه الأنظمة الأرضية تعمل بكفاءة أثناء أوقات السلم فقط.

وكنتيجة لدرجة التوصيل الكهربي العالية لمياه البحار، فإن قدرة الإشارات الكهرومغناطيسية، تضمحل بسرعة أثناء انتشارها رأسيا داخل المياه، وتصبح الغواصة في حماية من الاكتشاف بواسطة وسائل الاستشعار الكهرومغناطيسية المعروفة؛ ولكن في المقابل، فإنه لا يمكن الاتصال بالغواصات وهي في عمق عملها، بوسائل الاتصال اللاسلكية التقليدية.

وتتوقف درجة الاضمحلال للموجات الكهرومغناطيسية، أثناء اختراقها لسطح الماء، علي تردد هذه الموجات؛ فكلما انخفض التردد، توغلت الإشارة داخل الماء إلي عمق أكبر. ولكي تستقبل الغواصة إشارات ناتجة من أجهزة الاتصال التقليدية، يجب أن تطفو فوق السطح، أو علي الأقل، يبرز هوائي الاتصال فوق سطح المياه، وتبطئ الغواصة من سرعتها، حتى تتبادل الرسائل مع الطرف الآخر. وهذه الإجراءات تفقد الغواصة أهم مميزاتها، وهي الخفاء، وتعرضها للاكتشاف والتدمير بواسطة العدو؛ ولكن الترددات الواقعة في حيز الترددات المنخفضة للغاية يمكن استقبالها بواسطة الغواصات وهي على عمق يبلغ حتى 100 قدم، ولذلك تعد الوسيلة الأهم لإرسال الرسائل إلى أسطول الغواصات الاستراتيجية.

يمكن تحقيق الاتصال بالغواصات على المستوى الاستراتيجي باستخدام أشعة الليزر، حيث ترسل الإشارات بمعدل سريع خلال منظومة الاتصال بالليزر عبر الأقمار الصناعية. وتستخدم هذه المنظومة لاستكمال أنظمة القيادة والسيطرة والاتصال بالغواصات المستخدمة حاليا، مثل طائرات إعادة الإرسال والمحطات الأرضية. وتتميز إشارة شعاع الليزر بالقدرة على اختراق المياه، والسرعة العالية في إرسال المعلومات، ما يجعلها ذات أهمية خاصة لشبكة القيادة والتحكم في الغواصات. وتسبب مياه البحار اضمحلالاً للأشعة الكهرومغناطيسية، يزداد بزيادة العمق، ولكن باستخدام أشعة الليزر، فيمكن تحقيق الاتصال، مهما كانت سرعة الغواصة أو عمقها؛ ولكن أنظمة الليزر لها متطلبات خاصة لقدرة الإرسال ونظام إرسال القمر الصناعي المستخدم، واستخدام المرشحات Filters والتغلب على أشعة الشمس، التي قد تسبب التداخل أثناء الاستقبال. ويتميز جهاز استقبال أشعة الليزر بالقدرة على استقبال أو إرسال حيز ضيق من الترددات، للتغلب على الشوشرة الناجمة عن أشعة الشمس، إضافة إلى القدرة على استقبال الإشارة من جميع الجهات للتغلب على مشكلة بعثرة الإشارة داخل طبقة الغلاف الجوى، أو بعد اختراقها للمياه.

######################
نظام TACAMO:
######################

يمكن استخدام النظام الطائر "تاكامو" Take Charge and Move Out: TACAMO، الذي يعمل في حيز الترددات VLF أو ELF ، ويُحمل على الطائرة E-6A للاتصال بالغواصات. ويتكون النظام أساسا من مركز التحكم وأجهزة الإرسال والاستقبال، التي تعمل على عدد من حيزات التردد VLF-HF-UHF. وتستقبل الإشارات المرسلة من المحطات الأرضية الموجودة على الساحل، وأيضاً، من مراكز القيادة والسيطرة المحمولة جوا. ومع تطوير برنامج الصواريخ النووية متعددة الرؤوس "ترايدنت" Trident، الذي يتطلب توفر الحماية والسيطرة المستمرة للغواصات التي تحمله، زاد الاهتمام بنظام "تاكامو"، وضرورة تطويره، ورفع كفاءته، لتحقيق الاتصالات المستمرة، وتأمينها، لتأكيد القدرة على الاحتمال في ظروف التهديدات النووية، مع اتساع مسرح العمليات.

ويمثل استخدام الطائرة E-6A الجيل الخامس لنظام "تاكامو"، حيث تتوافر فيه الأنظمة الهندسية، ومطالب التصميم الملائمة، التي تؤمن درجة مقبولة من الاستمرار، ذي الكفاءة العالية، للغواصات المغمورة في مناطق  شاسعة؛ ولذلك، تدهن الطائرة بمادة خاصة لتقليل بصمتها الحرارية والرادارية، مع تقسية مكوناتها لتقاوم النبضة الكهرومغناطيسية.

######################
نظام Sub HDR:
######################

طورت شركة أمريكية نظام اتصالات بالغواصات عبر الأقمار الصناعية، متعدد الموجات، ذا قدرة عالية لنقل البيانات، وأطلق عليه اسم Submarine High Data Rate: Sub HDR. وهذا الحل يؤمن اتصالات ذات نطاق ترددي واسع للغواصات، ويملأ فراغاً أساسياً في القدرات، من خلال تمكين الأفراد في الغواصات من الاشتراك في عمليات الحرب الشبكية. وتربط تكنولوجيا هذا النظام الغواصات بخدمة البث العالمي Global Broadcast Service ومجموعة الأقمار الصناعية "ميلستار" Milstar ونظام الاتصالات عبر الأقمار الصناعية العسكرية، ما يسمح للبحارة إرسال والتقاط المعلومات الأساسية في إطار المهمة، وذلك من خلال رفع سارية فوق سطح البحر عندما تكون الغواصة غائصة. ويرسل النظام المعطيات والبيانات على نطاق موجي عريض، ويستطيع الولوج إلى شبكة الإنترنت، ونقل الرسائل، والصوت، والصور، والندوات الفيديوية عن بعد.