مستقبل الرادار
ما قدرات الرادار العسكري الحديث؟ زرنا منشأة متطورة لإنتاج الرادار لمعرفة ذلك
بقلم: بن بيغز
كنا جالسين في قاعة اجتماعات في منشأة عالية التقنية في جزيرة وايت Isle of Wight، في حين يرسم أحد أبرز الخبراء البريطانيين في مجال تكنولوجيا الرادار صورة لما تفعله شركة بي إي إيه سيستمز في أحد أكثر مواقع تطوير وإنتاج الرادار تطوراً في العالم. لا شك في أنه يعرف مهنته جيداً، لكن عمله تعطّل وهو يشرح طريقه عبر المصفوفات ووحدات الإرسال والاستقبال TR units، والتعرف على الأهداف غير التعاونية لصحافي متواضع لم يدرس سوى قليل من المواد العلمية ضمن شهادة الثانوية العامة.
يُدخل مهندس الرادار مارتن ويدجيري Martin Widgery مستطيلاً كبيراً من لوحة الدوائر في إطار خشبي عبر الطاولة. إنها مغطاة برقائق دقيقة ملحومة بحجم الإبهام وتبدو مثل اللوحة الرئيسية Motherboard لحاسوب يعمل بنظام
ويندوز 95 Windows 95، والتي هي في عمره تقريباً. تعد وحدة ”العرض التوضيحي“ Demonstrator هذه نموذجاً أولياً لإثبات المفهوم الذي تعتمد عليه منظومة سامبسون الرادارية Sampson radar system الضخمة من شركة بي إي إيه سيستمز، والتي توجد عادة فوق المدمرات من النوع 45 Type 45 Destroyer التابعة للبحرية الملكية. يشير ويدجيري إلى أحد طرفي اللوحة، دعونا نسميها ”نهاية العمل“ Business end، ويخبرنا بأن كل قناة هي بحد ذاتها هوائي مشع ضمن آلاف الهوائيات الضئيلة التي يمكن توجيهها إلكترونياً، وليس ميكانيكياً. وهنا يشير إلى أجزاء أخرى من لوحة الاختبار Test board التي تمثل عنصراً أساسياً في أنظمة الرادار الحالية: توليد واستقبال إشارات الترددات الراديوية الفردية، ومضخم للطاقة، وسبل للتحكم في الطور والكسب لأغراض التوجيه.
أجهزة الرادار لقياس سرعة المركبات
يمكن للرادارات حالياً اكتشاف كرة للكريكيت وهي تطير ضمن هذا النطاق. تُعد هذه صورة أحادية البعد لقدرات الرادار الحديث. كان الرادار القديم يدور كل 2 إلى 15 ثانية، حسب مداه، ويُرى كل شيء على الشاشة بالطريقة نفسها. ينفذ الرادار الحديث ذلك في أجزاء من الثانية، فيتعرف على الأهداف بدقة شديدة عبر نطاقات أكبر بكثير، في مجال جوي راديوي أكثر ضجيجاً وبتفاصيل أكثر بلا حدود من الأجيال الماضية من تكنولوجيا الرادار. ومن حيث التصنيع، أصبحت تكنولوجيا الرادار نفسها أرخص وأسهل في الإنتاج، وقد اختُزلت التقنيات الأساسية بالفعل – مثل الوحدة التجريبية البالغ عمرها 30 سنة والتي عرضها علينا – إلى شيء بحجم عملة معدنية من فئة البنس تقريباً، مع استشعار فوائد هذا الحجم الأصغر داخل وخارج ساحة المعركة.
يمكن لأحدث أجيال الرادار أن ينفذ مهمات مذهلة باستخدام الموجات الميكروية، وليس موجات الراديو، وهو ما كان سيُذهل روبرت واتسون- وات وزملاؤه الرواد. يستطيع الرادار العسكري الحديث التمييز بسهولة بين الطائرات ذات الأجنحة الثابتة والطائرات ذات الأجنحة الدوارة - مثل النفاثات أو المروحيات. يشير ويدجيري إلى سلسلة من المرتفعات والمنخفضات المبهمة على لقطة شاشة على شاشة الرادار المساعدة، ويمر بإصبعه حول منطقة مزدحمة يقول إنها البدن المركزي لطائرة، ثم بقعتان تبدوان وكأنهما تدوران في دوائر – المروحة الرئيسية ومروحة الذيل لطائرة مروحية. لكن المشغل المدرّب أمام شاشة الرادار الحية قد يكون أدق من ذلك. يمكنه التأكد من الشكل الواضح للهدف، وتحديد عدد المحركات والشفرات الموجودة على الطائرة، وإحصاء عدد مراوح الطائرة المروحية وتحديد سرعة دورانها. إنها تلك التفاصيل التي، في سياق سيناريو ساحات القتال، تمكن المشغّل من تحديد النوع الدقيق للطائرة التي تظهر على شاشته قبل فترة طويلة من وصول الهدف إلى النطاق البصري.
أحد أهم التطورات التي حققتها شركة بي إي إيه سيستمز هو ما يسمونه ”التعرف غير التعاوني على الأهداف“ Non-cooperative target recognition، أو ”تمييز الصواريخ الدفاعية الباليستية“. يحدث هذا عند إطلاق صاروخ انقسم إلى أجزاء متعددة، وربما زوّد بشراك خداعية ورؤوس حربية متعددة، إضافة إلى أجزاء من الحطام. يحتاج مشغل الرادار إلى التمييز بسهولة بين جميع الأجزاء الصغيرة التي قد تظهر في زاوية ضيقة على الشاشة، وتحديد ما يمثل تهديداً وما لا يشكل تهديداً من بينها، ومن ثم نقل جميع التفاصيل الحيوية إلى صناع القرار. وهذا يجب تنفيذه بسرعة. يمكن للصواريخ أن تنطلق بسرعة تبلغ عدة أضعاف سرعة الصوت، بحيث تكون فوق موقعك في غضون ثوانٍ. لا يمكن تحقيق ذلك إلا من خلال الإرسال بقوة وعرض نطاق ترددي متزايدين لتوليد صور رادارية ذات مَيْز أعلى.
”لا يزال يلزم أن تكون أجزاء معينة من الرادار مكونات مادية“
لكن ما التطور التكنولوجي القادم الذي يخطط له القائمون على أحدث تقنيات الرادار الحالية؟ بعد تصغير حجم الأجهزة، فإن الخطوة المنطقية التالية ليس تصغير حجمها أكثر، بل التخلص من أكبر قدر ممكن من الدوائر المادية ورقمنتها. بمعنى آخر، تحويلها إلى برمجيات حاسوبية. لا يزال يلزم أن تكون أجزاء معينة من الرادار مكونات مادية. فمثلاً، يمكن تقليص حجم مضخم الطاقة ولكن ليس رقمنته. ولكن يمكن تحويل الكثير من الدوائر الحساسة إلى رقمية وتحميلها على شبكة حاسوبية كبيرة. من بين الفوائد الرئيسية لوجود أجزاء كبيرة من نظام الرادار المعياري بتنسيق رقمي أنه إذا توجب ترقيتها، أو لزم إصلاح جزء معطل فيها، فمن الأسهل بكثير تغيير بعض أسطر التعليمات البرمجية ضمن برنامج حاسوبي، والذي يحمّل بعد ذلك إلى حيث تدعو الحاجة إليه، بدلاً من تغيير وجه الهوائي على متن سفينة حربية تمخر عباب البحر.
مبادئ الرادار 101
كيف تعمل منظومة الرادار الأساسية
1 الإرسال Transmission
يولّد جهاز الإرسال (المُرسل) Transmitter إشارة كهرومغناطيسية عالية الطاقة عبر مبدّل تناوبي Duplexer، الذي يسمح بإرسال واستقبال الإشارات بالتبادل.
2 الشعاع Beam
يبث هوائي الرادار الإشارة المرسلة ويركزها على شكل نبضات باتجاه المنطقة من الفضاء التي يوجد فيها الهدف.
3 الاعتراض Interception
إذا اعتُرض الشعاع من قبل الهدف، فإن جزءاً ضئيلاً جداً من الإشارة ينعكس مرة أخرى باتجاه الهوائي.
4 الاستقبال Reception
يضخّم جهاز الاستقبال (المُستقبل) Receiver أصداء الإشارة هذه، والتي تكون طاقتها أقل بكثير من إشارة الإرسال، بحيث يكون جاهزاً لمعالجة الإشارة وعرضها على الشاشة.
الدفاعات البرية والبحرية
سامبسون Sampson
رادار متعدد الوظائف
باعتبارها الكاشف الرئيسي للمدمرات من النوع 45، يُشار أحياناً إلى منظومة الرادار المهيبة هذه بـ”داليك“ Dalek، ويمكنها تتبع مئات الأهداف في وقت واحد، بما في ذلك الأجسام التي لا يزيد حجمها على كرة الغولف التي يتراوح بُعدها حتى الأفق، مع توفير تصحيح المسار في الهواء للصواريخ الموجهة.
أرتيزان Artisan
المراقبة البحرية
تُستخدم منظومة أرتيزان Artisan لتحديد الأهداف المتوسطة المدى على سفن البحرية الملكية، إضافة إلى إدارة الحركة الجوية على حاملات الطائرات الكبيرة، مثل سفينة القيادة كوين إليزابيث HMS Queen Elizabeth. يستطيع النظام اكتشاف أجسام بصغر كرة التنس، والتي تتحرك بسرعة تزيد على 2,000 ميل/ساعة من مسافة تزيد على 15 ميلاً.
كوماندر Commander
دفاع بري – جوي
يمكن نشر نظام الرادار التكتيكي بعيد المدى هذا وتحريكه بسرعة حول مناطق القتال من قبل وحدة عسكرية مدربة، كما يمكن التحكم فيه ومراقبته عن بُعد. وقد استُخدم في العراق وأفغانستان.
ما سبب صعوبة الرادار؟
كلمة ”رادار“ هي اختصار لعبارة ”كشف الراديو ونطاقه“ Radio detection and ranging، مما يجعلها تشبه إلى حد كبير التكنولوجيا التي تستخدمها محطات الإذاعة لبث برامجها لتستقبلها أنظمة الراديو المنزلية. لكن هناك فجوة مهمة بين هذين الاثنين: يستخدم الرادار التقليدي مُرسلاً لإرسال إشارات الموجات الميكروية التي تنعكس عن الهدف ويلتقطها المستقبل. يمكن حساب الطاقة المنعكسة إلى المستقبل باستخدام معادلة رادارية تأخذ بالاعتبار متغيرات مثل الطول الموجي للإرسال والمقطع العرضي للهدف – ولكن كل ذلك يتلخص في العامل المحدد نفسه: كمية الطاقة المستلمة من الهدف هي جزء صغير جداً من الطاقة اللازمة للإرسال. إذا أردت اكتشاف هدف صغير من مسافة بعيدة، ستحتاج إلى وضع قدر هائل من الطاقة في عملية الإرسال.
يمكن لمحطة إذاعية تجارية أن تستهلك 100 كيلووات من الطاقة، في حين يستطيع رادار عسكري بعيد المدى أن يرسل نبضات تعادل 20 أو 30 ضعف ذلك – مما يوصله بسهولة إلى نطاق الميغاوات.
جولة في محطة الإشارة
لا يُعد المبنى الذي يضم منشأة الرادار بشركة بي إي إيه سيستمز متاهة حرفياً، لكن يبدو أنه يضم أميالاً من الممرات المتعرجة والسلالم الممتدة على مستويات متعددة – وهو عدد كبير بما يكفي لأن تضل طريقك فيه. بالنظر إلى طبيعة العقود العسكرية التي أبرمتها الشركة، فإن الإجراءات الأمنية مشددة على نحو مفهوم، لذلك لم يكن بوسعنا التوجه إلى أي مكان دون مرافقة، ولا حتى إلى المرحاض. هناك قواعد صارمة تمنع التصوير الفوتوغرافي غير المصرح به في معظم المناطق الداخلية، وكانت بعض الأماكن محظورة تماماً علينا. تطلبت أجزاء أخرى من المبنى، مثل غرفة الاختبار، من الجميع وضع جميع أجهزتهم الإلكترونية في خزانة قبل أن يمكنهم الدخول. وبسبب الحذر المفرط، لم يرغب بعض الموظفين في الكشف عن هويتهم.
على الرغم من هذه القيود، حصلنا على مستوى مذهل من الوصول إلى المنشأة، بدءاً من منطقة الإنتاج. إنها في الواقع مستودع كبير له سقف مرتفع للسماح بتجميع الرادارات الضخمة لشركة بي إي إيه سيستمز، والتي يعمل عليها عشرات المهندسين الميكانيكيين. تدوّر مصفوفة ”كوماندر“ المهيبة دورياً على وحدة دورانها في النهاية البعيدة، بجوار رادار سامبسون المطلي حديثاً. وبالقرب من الرواق الذي كنا نقف فيه، رأينا رجلاً يرتدي معطفاً أبيض وقفازات وهو يضع شيئاً بعناية على حامل رادار معدني كبير. ربما كان يشحّم البراغي الفولاذية حول محيطها فحسب، لكن هذه المهمة التي تبدو بسيطة كانت أكثر تقنية مما تراه العين.
أخذنا جولة قصيرة حول محيط ورشة العمل إلى واحدة من أروع الأماكن في المنشأة بأسرها: غرفة الاختبار الكاتمة للصدى Anechoic. يزيد طول هذه الغرفة على عرضها لاستيعاب أكبر رادار في ترسانة شركة بي إي إيه سيستمز لاختبارات المدى القريب. غطيّت الجدران والسقف بمسامير من رغاوي ألياف الكربون لمنع أي أصداء كهرومغناطيسية من الانعكاس عن الأسطح المسطحة. وقد أدى ذلك أيضاً إلى كتم صوت محادثتنا، بمجرد أن صدرت الكلمات عن أفواهنا تقريباً. لم تكن غرفة الانتظار الصغيرة المجاورة أكبر بكثير من سقيفة حديقة، لكن الصدى فيها كان أكبر من هذه الغرفة الضخمة، مما مثّل تجربة سريالية جداً.
بقايا مميتة
على الرغم من أن شركة بي إي إيه سيستمز لم تشغل منشأة كاوز Cowes facility إلا على مدى العقود القليلة الماضية، إلا أن التاريخ الدفاعي للموقع يعود إلى أوائل القرن العشرين. أنشئ مطار مدني في عام 1915، والذي استولى عليه المكتب الحربي لاختبار الطائرات البرمائية في الحرب العالمية الثانية. قرب نهاية الحرب، تمركزت البحرية الكندية في الموقع استعداداً للهبوط في يوم الإنزال D-Day، وكانت لديهم خطة في حالة شن النازيون غزواً ناجحاً للجزيرة: فقد فخخوا الموقع بألغام الأنابيب Pipe mines. وعندما غادر الكنديون، دمروا جميع وثائقهم الحساسة، بما في ذلك المخطط الذي يوضح موقع جميع القنابل المدفونة. ومنذ إغلاق المطار في خمسينات القرن العشرين، عُثر على معظم ألغام الأنابيب ومن ثم إبطال مفعولها وإزالتها.
من الشاطئ إلى الورشةكيف يجري بناء واختبار وصيانة الرادارات العسكرية بشركة بي إي إيه سيستمز؟
1 الورشة Workshop
يصنع العديد من مكونات منظومة الرادار خارج الموقع، لكنها تجمّع في منشأة كاوز. وهناك، يختبر المهندسون الميكانيكيون الأجزاء المتحركة على وحدات دوران ثابتة.
2 غرفة اختبار رادار سامبسون Sampson Test Room
أعدت غرفة صغيرة لاختبار رادار سامبسون الذي سيثبت في النهاية على المدمرات من النوع 45، مع ترتيب الحواسيب في مواقع مماثلة لمواضعها في المحطات الموجودة في غرفة التحكم. وهي منطقة يحظر فيها التصوير الفوتوغرافي.
3 مرفق اختبار المدى القريب Near-Field Test Facility
تُستخدم غرفة كبيرة كاتمة للصدى لمعايرة الرادار الكبير، مع أبواب ضخمة مزدوجة المدخل للسماح بالوصول إلى رادار سامبسون البالغ وزنه 6 أطنان. يسمح مسار نصف دائري ضخم لمسبار بالتحرك في قوس بزاوية 270 درجة حول الرادار، مما يجعل الغرفة تشبه إلى حد كبير موجّه الثقب الأسود من فيلم الخيال العلمي المرعب بعنوان ”أفق الحدث“ Event Horizon، والذي عرض في عام 1997.
4 المبنى 30 Building 30
يمكن الوصول إلى الغرفة الكاتمة للصدى عبر هذا المبنى، والذي يستخدم لبناء وتركيب وحدات مصفوفة الرادار، إضافة إلى تجميع وصيانة رادار سامبسون، قبل نقله إلى منشأة اختبار المدى القريب على منصات حوامة Hover pads.
5 مرفق اختبار الدمج الراداري Radar Integration Test Facility
قبل تركيبه على سفن البحرية الملكية المعنية، يرفع الرادار إلى أبراج الاختبار بالخارج، ويوصّل بالحواسيب في غرفة اختبار رادار سامبسون ومن ثم إخضاعه للعديد من الاختبارات.
ومضات على الشاشة
يخبرنا مارتن ويدجيري، القائد التقني البحري المستقبلي لقطاع الخدمات البحرية بشركة بي إي إيه سيستمز، إلى أين تتجه تكنولوجيا الرادار لاحقاً ما الذي يمكن للرادار الحديث أن يفعله ولا تستطيع الأجيال القديمة من الرادارات فعله؟
يمكن للرادار الحديث تحديد المكان الذي سيبحث فيه لاحقاً – ثانية بثانية، ومللي ثانية بمللي ثانية- وما سيفعله لتغطية مساحة البحث التي يحتاج لتغطيتها، مع الاحتفاظ بمزيد من المعلومات حول أي شيء يمثل أهمية أو تهديداً خاصاً. قد يعني ذلك في كثير من الأحيان اتخاذ قرار بصرف المزيد من الوقت والطاقة لتمحيص هدف ذي أولوية عالية من أجل التعرف عليه بالتفصيل، وتحديد ما إن كان يشكل تهديداً، وتوفير معلومات تتبع عالية الجودة لدعم اعتراضه. هذا هو مجال عملنا طوال 30 سنة – لقد تجاوزت تلك الرادارات إمكانات الجيل السابق تدريجياً.
لماذا نحتاج إلى رادار أفضل؟
إن الشيء الأساسي الذي يدفع الحاجة إلى الانتقال من الجيل الحالي إلى المستقبلي أكثر من أي شيء آخر هو ظهور تهديدات أسرع وأصغر، بما في ذلك الصواريخ الباليستية وتلك الأسرع من الصوت. تتطلب سرعات الاقتراب المتزايدة اكتشافاً مبكراً عبر نطاق أكبر، مما يتطلب بدوره زيادة في قوة الرادار. وكذلك يتعين على الرادار الآن معالجة مجموعة واسعة من التهديدات، بما في ذلك الدرونات والمركبات السطحية، التي لم يكن عليه التعامل معها سابقاً، وغالباً في بيئات شديدة الفوضى حيث قد يكون من الصعوبة بمكان فصل هذه الأهداف عن الارتدادات الطبيعية، سواء كانت متحركة أم غير ذلك.
هناك الآن أيضاً حاجة أكبر بكثير إلى العمل في بيئات غامضة، مع زيادة احتمال الالتباس مع الأهداف المحايدة، مما يتطلب دقة أكبر في قياسات الرادار للمساعدة على تحديد الهوية.
ما المزيد الذي يمكن أن يفعله الرادار في المستقبل؟
تبذل الآن جهود كثيرة لضم جميع المنصات التي لدينا في أسطول، وربما بعض أجهزة الرادار الأرضية في المنطقة التي تعمل فيها، وربط كل تلك المعلومات ودمجها للحصول على صورة مشتركة محسّنة توزع عبر القوة الأوسع. لدينا مجسات وأسلحة فردية، ولدينا على متن السفينة نظام قتالي يجمع كل ذلك معاً. وهناك طبقة من الاتصالات المشتركة بين السفن التابعة لدول حلف الناتو عموماً. إنه تكامل عبر الأنظمة الأساسية، مما يمكن السفن التابعة لمجموعة من شركات النقل، مثلاً، من مشاركة المعلومات على مستوى أدنى مما تفعل الآن. ما نحن فيه الآن هو أن طائرة من طراز تايفون Typhoon قد تكتشف تهديداً، وتصدر تحذيراً، فتتوجه السفينة للبحث عنه، ثم تجده وتهاجمه.
في المستقبل القريب، ستوفر الشبكات المعززة من المجسات وآلات التصوير للطائرة القدرة على رؤية هدف ما، ربما حتى فوق الأفق من منظور السفينة، وأن تتمكن السفينة من إطلاق النار عليه بناء على المعلومات الواردة من الطائرة فقط. هذا هو الهدف الذي نتجه إليه.
