ما هي أنظمة الاتصالات في الغواصات؟
مكونات أنظمة الاتصالات البحرية:
أنواع الترددات في اتصالات الغواصات:

يمكن لتكنولوجيا توزيع المفتاح الكمي أن تمكن الغواصات من التواصل بشكل آمن في العمق والسرعة، ولكي تحتفظ الغواصة بكامل مزاياها التكتيكية، يجب أن تظل مغمورة في الطبقة المختلطة التي يبلغ عمقها حوالي (60 إلى 100 متر) والتي تحتها لا تستطيع السونارات السطحية اكتشافها.



ما هي أنظمة الاتصالات في الغواصات؟



تتواصل الغواصات عبر أنظمة تردد لاسلكي متعددة ومكملة حيث تغطي تقريباً جميع ترددات الاتصالات العسكرية ولا يوجد نظام اتصالات واحد أو نطاق تردد يمكنه دعم جميع متطلبات الاتصالات تحت الماء حيث تتكون أنظمة الاتصالات البحرية على متن السفن من هوائيات (RF)، ومعدات غرف الراديو وكلا من أجهزة الإرسال أو الاستقبال (RF) ومجموعات النطاق الأساسي، كما تتطلب الغواصات مجموعة من الهوائيات لتوفير الاتصالات الضرورية والتنقل وتحديد الهوية وقدرات الصديق أو العدو (IFF).



تعتبر هوائيات الغواصات مقارنة بهوائيات السفن السطحية، فريدة من نوعها في التصميم والشكل والمواد والأداء نظراً لقيود مساحة الغواصة والوزن والظروف البيئية القاسية واعتبارات التخفي حيث يوفر (UHF SATCOM) معدل بيانات مرتفعاً نسبياً ولكنه يتطلب من الغواصة الكشف عن هوائي مثبت على صاري يمكن اكتشافه، ممّا يؤدي إلى تدهور السمة الأساسية لها أي التخفي، وعلى العكس من ذلك توفر اتصالات البث ذات التردد المنخفض للغاية (ELF وVLF) للغواصات درجة عالية من التخفي والمرونة في السرعة والعمق، ولكنها تتميز بمعدل بيانات منخفض وفريدة من نوعها في الغواصة ومن الشاطئ إلى الغواصة فقط.



تُجرى الاتصالات تحت الماء حاليًا أثناء الغمر باستخدام موجات الراديو (ELF أو VLF) لأنّ الترددات المنخفضة جداً أو المنخفضة للغاية فقط يمكنها اختراق الماء في تلك الأعماق، ومع ذلك فإنّ استخدام (ELF وVLF) يعرض عددًا من العيوب حيث يجب أن تكون مواقع الإرسال كبيرة جداً، ممّا يعني أنّ الغواصة يجب أن تسحب كبلات هوائي مرهقة، بالإضافة إلى أنّه يتعين عليها عادةً محاذاة اتجاه معين وتقليل السرعة للحصول على استقبال مثالي.



توفر ترددات (VLF وELF) نطاقاً ترددياً منخفضاً للغاية حيث تدعم (VLF) بضع مئات من البتات في الثانية بينما تحافظ (ELF) على بضع بتات فقط في الدقيقة، وهذا يمنع نقل البيانات المعقدة مثل الفيديو حيث يتمثل أحد الحلول المحتملة في إجراء اتصالات بصرية باستخدام الليزر وهو مفهوم كان موجوداً منذ الثمانينيات عندما أجريت تجارب لإثبات أنّه من الممكن الحفاظ على قناة بصرية بين غواصة ومنصة محمولة جواً.



تبحث مجموعة (Quantum Technologies) في (ITT Exelis) المتخصصة في تكنولوجيا الدفاع في اتخاذ هذه الخطوة إلى الأمام من خلال البحث في جدوى الاتصال البصري بالليزر بين غواصة وقمر صناعي أو منصة محمولة جواً ومؤمنة باستخدام المعلومات الكمية.



يتضمن العمل الذي تنفذه شركة (ITT Exelis) لصالح الحكومة الأمريكية بحثاً في مجموعة متنوعة من موضوعات المعلومات الكمية، بما في ذلك تطوير خوارزميات الكم وأجهزة الاستشعار الكمومية والحلول الجديدة لأنظمة الاتصالات الكمومية، وتتواصل الغواصات عبر أنظمة تردد لاسلكي متعددة ومكملة حيث تغطي تقريباً جميع ترددات الاتصالات العسكرية ولا يوجد نظام اتصالات واحد أو نطاق تردد يمكنه دعم جميع متطلبات الاتصالات تحت الماء.



مكونات أنظمة الاتصالات البحرية:


هوائيات (RF) ومعدات غرف الراديو.


أجهزة الإرسال أو الاستقبال (RF).


مجموعات النطاق الأساسي.


تتطلب الغواصات مجموعة من الهوائيات لتوفير الاتصالات الضرورية والملاحة وإمكانيات تحديد الهوية والصديق أو العدو (IFF).



تعتبر هوائيات الغواصات مقارنةً بهوائيات السفن السطحية فريدة من نوعها في التصميم والشكل والمواد والأداء نظراً لقيود مساحة الغواصة والوزن والظروف البيئية القاسية واعتبارات التخفي حيث يوفر (UHF SATCOM) معدل بيانات مرتفعاً نسبياً ولكنه يتطلب من الغواصة الكشف عن هوائي مثبت على الصاري يمكن اكتشافه، ممّا يؤدي إلى تدهور السمة الأساسية لها.



على العكس من ذلك، توفر اتصالات البث ذات التردد المنخفض للغاية (ELF وVLF) للغواصات درجة عالية من التخفي والمرونة في السرعة والعمق، ولكنّها تتميز بمعدل بيانات منخفض وفريدة من نوعها في الغواصة ومن الشاطئ إلى الغواصة فقط.



تستثمر البحرية الأمريكية في تقنيات جديدة ومثبتة سابقاً للتواصل مع الغواصات بسرعة وعمق لعمليات منسقة ضد الحرب المضادة للغواصات حيث تستخدم هذه التقنيات بشكل شائع إمّا الأسلاك الزائدة أو العوامات المقطوعة للاتصالات البحرية والتي تفرض قيوداً على قدرة الغواصة على المناورة والتخفي، وبالتالي تؤثر سلباً على قدرة الغواصة على إجراء عمليات (ASW) بالكامل حيث سيسمح الليزر المحمول جواً والذي يمكنه اختراق المياه الضحلة بالاتصالات تحت الماء دون قيود الأسلاك العائمة أو العوامات.



أنواع الترددات في اتصالات الغواصات:


تردد منخفض (ELF) للغاية (30 هرتز – 300 هرتز 10000 كم – 1000 كم طول موجي) هذا هو النطاق الوحيد الذي يمكنه اختراق مئات الأمتار تحت سطح المحيط حيث تنقل رسائل (ELF) باستخدام هوائي ضخم تم إنشاؤه بواسطة عدة أميال من الكابلات على الأبراج بالتزامن مع الأساس الصخري الأساسي، كما يستخدم هذا النطاق لإرسال رسائل قصيرة مشفرة بحروف صوتية مكتوبة (PLSO) إلى الغواصات المغمورة بعمق والتي تتعقب أسلاك الهوائي الطويلة.


الاتصال هو طريقة واحدة فقط، لذلك يتم استخدامه بشكل أساسي للإشارات التي تم ترتيبها مسبقاً أو لتوجيه الغواصة للاقتراب من السطح لإجراء اتصالات أسرع، وليس للعوامل البيئية تأثير قوي على تغيير الإشارة وبالتالي فهي موثوقة تماماً.


تردد منخفض جداً (VLF) حوالي (3 كيلوهرتز – 30 كيلوهرتز 100 كيلومتر – 10 كم) حيث يمكن لهذا النطاق أن يخترق عدة أمتار تحت مياه البحر ويمكن أن ينقل معلومات أكثر بكثير من (ELF)، لذلك فهو مفيد للاتصالات البحرية عندما لا تتمكن الغواصة من الظهور، ولكن يمكن أن تقترب إلى السطح، كما يمكن أن يتأثر بتدرجات الملوحة في المحيط ولكن هذه عادة لا تمثل مشاكل للغواصات القريبة من السطح.


هناك مصادر طبيعية لإشعاع (VLF) لا يتأثر بشدة بالتغيرات في الظروف البيئية وبالتالي فهو مفيد للاتصالات العالمية الموثوقة حيث يجب أن تكون هوائيات الإرسال كبيرة، لذلك فهي تستخدم بشكل أساسي للاتصالات أحادية الاتجاه من مراكز القيادة على الشاطئ إلى السفن السطحية والغواصات، كما يمكن استخدامه للبث إلى عدة أقمار صناعية دفعة واحدة والتي بدورها يمكن أن تنقل الرسائل إلى السطح.


تعمل أنظمة (VLF) التابعة للبحرية كدعم احتياطي لاستخدام الاتصالات العالمية أثناء الأعمال العدائية عندما قد تؤدي الانفجارات النووية إلى تعطيل الترددات العالية أو تدمير الأقمار الصناعية من خلال أعمال العدو حيث تُستخدم (VLF) أيضاً لإشارات ملاحة الطائرات والسفن ولإرسال الترددات القياسية وإشارات الوقت.


تردد عالي (HF) حوالي (3 ميجا هرتز – 30 ميجا هرتز 100 متر – 10 متر) يستخدم سلاح البحرية هذا النطاق على نطاق واسع للاتصالات، كما أنّها تستخدم للرادار بعيد المدى أي عبر الأفق بسبب وضع الإرسال في السماء بالموجات فوق الصوتية حيث يمكن لإشعاع التردد العالي أن يسافر لمسافات كبيرة، وأحياناً إلى الجانب الآخر من الأرض، ونظراً لتعدد استخداماته ومنطقة التغطية الكبيرة حيث يعد هذا نطاقاً مزدحماً للغاية ويمكن للجيش استخدام عدد قليل من مناطق التردد المنتشرة في جميع أنحاء هذا النطاق.


تتطلب عمليات الإرسال الأكثر كفاءة هوائيات كبيرة إلى حد ما وبالتالي فهي مفيدة للغاية عندما تكون إحدى المحطات على الأقل على الشاطئ، وحجم الهوائي يحد من استخدامه على الطائرات ولا يمكن استخدامه للاتصالات الساتلية لأنّه ينعكس في الأيونوسفير حيث يتم الآن الاستيلاء على العديد من الاستخدامات السابقة لـ (HF) بواسطة البحرية بواسطة أنظمة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية.


ومع ذلك تستمر البحرية في استخدام التردد العالي لبعض الوقت في المستقبل، والعيب الأساسي لاستخدام الموجات الديكامترية (HF) هو أنّه شديد التأثر بالتغيرات في طبقة الأيونوسفير وبالتالي يجب أن تكون عدة ترددات متاحة للاستخدام.



إحدى المهام العاجلة التي حددتها البحرية في (From the Sea) هي مواصلة الدمج الكامل لشبكات (SSN) في فرق المهام الاستكشافية، ولكي تكون وحدات فعالة في مجموعة المهام البحرية ضمن عنصر أمامي مشترك (TFE) حيث يجب أن تكون الغواصات قابلة للتشغيل المتبادل مع كل من أنظمة الاتصالات البحرية والمشتركة، ويجب أن تكون الغواصات قادرة على تكييف القدرات على متنها لتحسين دعمها لقوة المهام المشتركة (JTF) وقادة المكونات البحرية.



يعد التنسيق بين الأصول المتعددة مثل الطائرات والسفن السطحية والغواصات أمراً بالغ الأهمية لحملة (ASW) فعالة، وإنّ تكامل الغواصات في جهد عام ضد الحرب المضادة للغواصات والذي يمكن القول بأنّه النظام الأكثر فعالية للبحث والتتبع في منطقة واسعة، وقد أعيق تقليدياً بسبب نقص أو قلة الاتصالات للغواصة أثناء العمق.



كانت اتصالات الغواصات تقتصر في السابق على تلك اللازمة لتوصيل معلومات دعم البعثة والحد الأدنى من القيادة والسيطرة التي كانت تتطلبها الغواصة في السابق، وتستمر البحرية في تنفيذ مبادئ (Network Centric Warfare) حيث تكون قدرة القوة الإجمالية أكبر من مساهمات المنصات الفردية من خلال شبكات أجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم في الأسلحة وأنظمة المعلومات.



مع استمرار الغواصات في إجراء مجموعة متنوعة من المهام لتشمل جمع المعلومات الاستخبارية والمؤشرات والتحذير (I & W) والحرب المضادة للغواصات والحرب المضادة للسطح والحرب الهجومية وحرب الألغام حيث يجب أن تكون جزءاً لا يتجزأ من الشبكة وأجهزة الاستشعار والمنصات.



ستتطلب مهام الغواصات المستقبلية ثورة في اتصالات الاتصالات ودعم النطاق الترددي حيث تتمثل الرؤية في السماح للغواصات بالاتصال دون قيود العمق والسرعة الحالية وبنطاق ترددي كافٍ لتعظيم فعالية البيانات والذكاء الذي تم جمعه بواسطة الغواصة بحيث يتحقق الاتصال في الوقت الفعلي والوصول إلى الخلف.



وقد بدأ تطوير هذه الاتصالات المتقدمة بالفعل بدمج الأنظمة القائمة على النطاق الضيق والتي تعتمد على معمارية (IP) يتبع ذلك تطوير هوائي معدل بيانات أعلى واتصالات قائمة على النطاق العريض وفي النهاية هوائي كيبل عائم يسمح بالاتصالات ثنائية الاتجاه في العمق والسرعة، وستكون إمكانات تبادل البيانات والاتصالات المغمورة عاملاً تمكينياً رئيسياً لاستخدام المركبات الموجودة على متن الطائرة وأجهزة الاستشعار والشبكات الموزعة من (UUVs).