قوة المثابرة

مركبة Envoy ذاتية القيادة. حقوق الصورة: Cellula Robotics

مركبة Envoy ذاتية القيادة. حقوق الصورة: Cellula Robotics

Previous Next

"المشاة ينتصرون في المعارك. والإمداد اللوجستي ينتصر في الحروب."

هذا الاقتباس، المنسوب إلى الجنرال جون بيرشينغ من الجيش الأمريكي في سياق العمليات الاستكشافية خلال الحرب العالمية الأولى، ينطبق تمامًا اليوم ونحن نخطو بثبات نحو عصر الأنظمة البحرية ذاتية التشغيل. فمنذ عصر السفن الشراعية وحتى العصر النووي، استندت القوة البحرية إلى مدى قدرة القوات على العمل في المياه العميقة ولمدة طويلة، وبينما كانت الخدمات اللوجستية تعني تقليديًا تزويد الطواقم والمنصات بالوقود والغذاء والمعدات، فإن عبء الخدمات اللوجستية للعمليات البحرية ذاتية التشغيل يتركز بشكل متزايد على متطلب أساسي واحد: الطاقة. فالطاقة هي التي تُشغّل كل نظام على متن السفينة - الدفع، والملاحة، والاتصالات، والتشغيل الذاتي - وهي التي تُمكّن في نهاية المطاف من تحقيق القدرة على التحمل اللازمة للحفاظ على وجود دائم تحت سطح البحر.

لسنوات طويلة، كان نموذج الطاقة المخزنة هو السائد في مجال الطاقة تحت الماء. وبفضل كثافة طاقتها العالية، وقابليتها للتوسع، وقاعدة تصنيعها المتطورة، ظلت بطاريات الليثيوم أيون المعيار لأنظمة الطاقة تحت الماء لدى كل من القطاعين الدفاعي والتجاري. إلا أن هيمنة الليثيوم أيون الطويلة الأمد قد تتلاشى مع تزايد استخدام إنتاج الطاقة على متن السفن، في شكل خلايا وقود الهيدروجين، بشكل مطرد.

على الرغم من حداثة تقنية خلايا وقود الهيدروجين في مجال العمليات المستقلة تحت الماء، إلا أنها تُستخدم منذ سنوات في الغواصات المأهولة لتوفير الدفع المستقل عن الهواء (AIP، أو الطاقة المستقلة عن الهواء). تضطر الغواصات التقليدية التي تعمل بالديزل والكهرباء إلى الغوص دوريًا لسحب الأكسجين إلى محركاتها، والتي بدورها تُشغل المولدات لإعادة شحن البطاريات. لكن الغوص يجعل الغواصة عرضة للكشف من قِبل المنصات السطحية أو الجوية التي قد تحوم في الأعلى. تحل خلايا الوقود هذه المشكلة بتمكين الغواصة من توليد الكهرباء دون احتراق ودون الحاجة إلى أكسجين جوي. يُغذي الهيدروجين المخزن والأكسجين السائل خلايا وقود غشاء تبادل البروتونات (PEM)، مما يُنتج الكهرباء بصمت، مع الماء والحرارة كمنتجات ثانوية. والنتيجة هي إنتاج طاقة خفي تحت الماء، وقدرة على التحمل تُقاس بالأسابيع بدلًا من الأيام. إن الخصائص نفسها التي تجعل خلايا الوقود جذابة للغواصات التقليدية - التشغيل الهادئ، والكفاءة العالية، والقدرة على التحمل تحت الماء لفترات طويلة - هي التي تدفع الآن إلى اعتمادها في المركبات المستقلة تحت الماء.

على عكس بطاريات الليثيوم أيون، التي تخزن كمية محدودة من الطاقة الكهربائية التي تُستنفد تدريجيًا أثناء المهمة، تُولّد خلايا الوقود الكهرباء طالما توفرت المواد المتفاعلة. ورغم أنها عمومًا أكبر حجمًا وأكثر تعقيدًا وأعلى تكلفة من حلول البطاريات فقط، إلا أن خلايا الوقود قادرة على توفير طاقة قابلة للاستخدام تفوق أضعاف الطاقة التي يوفرها نظام بطاريات مماثل في الحجم والوزن، كما يمكنها تمديد فترة البقاء تحت الماء من ساعات أو أيام إلى أسابيع، أو حتى أشهر. إضافةً إلى كثافة الطاقة العالية، لا تُفرغ خلايا الوقود شحنتها ذاتيًا خلال فترات الخمول، مما يُتيح تنفيذ مهام تتضمن أنظمة مُسبقة التمركز في المناطق الأمامية. كما أن القدرة العالية على التحمل التي توفرها هذه الأنظمة قد تُقلل التكلفة الإجمالية للحفاظ على وجود مستقل تحت الماء. ويتطلب الحفاظ على هذا الوجود تشغيل أسطول من المنصات بالتناوب - النشر، والدوريات، والاستعادة، وتجديد مخزون الطاقة على متنها، وإجراء الصيانة. إذا تمكنت المركبات من البقاء في مواقعها لفترات أطول، وأمكن تجديد أنظمة الطاقة الخاصة بها في دقائق بدلًا من ساعات، فقد يحتاج المشغلون إلى عدد أقل من المنصات للحفاظ على نفس مستوى الاستمرارية وتغطية المنطقة.

تُعدّ فوائد خلايا الوقود في تحسين قدرة التحمّل للمركبات الآلية تحت الماء ذات الدفع التقليدي كبيرة، ولكن دمجها مع مركبة آلية تحت الماء غير تقليدية، ذات تصميم فريد يوفر بالفعل مدى وقدرة تحمّل ممتدة، سيُمثّل إنجازًا هامًا. وقد حققت شركة جنرال أتوميكس هذا الإنجاز بالفعل مع مركبة G-Ray، وهي طائرة شراعية تحت الماء ذات جناح مُدمج، تُقلّل من استهلاك الطاقة بفضل نسبة الرفع إلى السحب العالية ونظام الدفع المُعتمد على الطفو. وقد كُشف النقاب مؤخرًا عن G-Ray في مؤتمر البحرية الأمريكية للبحرية الأمريكية (البحرية - الجو - الفضاء) في أبريل من هذا العام، وهي تتضمن نظامًا هجينًا لخلايا وقود الهيدروجين والبطاريات، مما يُتيح قدرة تحمّل ومدى مُمتدين لأشهر، مع إمكانية الوصول إلى فترات أطول. وبدلًا من تخزين الهيدروجين المضغوط، يُفاعل النظام سبيكة ألومنيوم خفيفة الوزن مع الماء لتوليد الهيدروجين، مما يُنتج نظام طاقة مبتكرًا عند الطلب، يُحوّل قيد قدرة التحمّل من الطاقة المُخزّنة إلى سعة المواد المُتفاعلة الموجودة على متن المركبة.

جي-راي من شركة جنرال أتوميكس. حقوق الصورة: جنرال أتوميكس

لم تعد خلايا وقود الهيدروجين مقتصرة على المركبات تحت الماء، بل أصبحت جزءًا من البنية التحتية تحت سطح البحر التي تدعم العمليات المستقلة المستمرة. يُعدّ شاحن تيليداين البحري الفائق تحت سطح البحر (SSC) مستودعًا للطاقة يعمل بخلايا الوقود في قاع البحر، مما يُمكّن من إنتاج الطاقة في الموقع لأجهزة الاستشعار، والمؤثرات، أو أنظمة إرساء المركبات، ما يسمح للمركبات الآلية تحت الماء (AUVs) بإعادة الشحن وإعادة الانتشار دون الحاجة إلى استعادتها على السطح. من الناحية النظرية، يعمل شاحن تيليداين البحري الفائق تحت سطح البحر (SSC) بشكل مشابه لعقدة لوجستية أمامية، حيث يوفر الطاقة المستدامة التي تسمح لقوة إقليمية مستقلة تحت سطح البحر بالبقاء في مواقعها. ليست هذه الفكرة جديدة تمامًا، فقبل نحو عقد من الزمان، اقترحت البحرية الأمريكية مفهوم مركز الطاقة والاتصالات الأمامي (FDECO) لدعم عمليات الحرب المضادة للغواصات (ASW) وعمليات الاستخبارات والمراقبة والاستطلاع (ISR) المستمرة.

شاحن توربيني تحت سطح البحر من شركة تيليداين مارين. حقوق الصورة: تيليداين مارين

بالنسبة لبعض الشركات، لا يُمثل توليد الطاقة من خلايا وقود الهيدروجين تحت سطح البحر مجرد ميزة تنافسية ثورية، بل فرصة سوقية واعدة. في يونيو من هذا العام، كشفت شركتا Cellula Robotics وInfinity Fuel Cell and Hydrogen Inc. عن مشروع NautiGEN، وهو مشروع مشترك يركز حصريًا على توفير حلول طاقة خلايا الوقود للأنظمة البحرية ذاتية التشغيل. تُعد Infinity، ومقرها وندسور بولاية كونيتيكت، مطورًا لأنظمة خلايا الوقود لتطبيقات الفضاء والدفاع والبحرية، بينما تتصدر Cellula، ومقرها كولومبيا البريطانية، مجال تسويق خلايا الوقود من خلال عائلة مركباتها البحرية ذاتية التشغيل طويلة المدى (AUVs). سبق لشركتي Cellula وInfinity التعاون في مجال تكنولوجيا خلايا الوقود؛ ففي تجارب حديثة لمركبة Envoy LD-AUV التابعة لشركة Cellula، أكملت المركبة رحلة تحت الماء لمسافة تزيد عن 2000 كيلومتر خلال مهمة استمرت 385 ساعة، نفذت خلالها أكثر من 4000 مناورة ودوران استهلكت طاقة كبيرة. كانت المركبة تعمل بنظام الطاقة Mystic 2000 AUV من شركة Infinity، والذي يعتمد على تقنية خلايا الوقود التي طُوّرت في الأصل لتطبيقات الفضاء الجوي قبل تكييفها للاستخدام البحري. ويعكس إنشاء NautiGEN ثقة متزايدة بأن طاقة خلايا الوقود قد نضجت لتصبح سوقًا تجارية قابلة للتطبيق، بدلًا من أن تبقى مجرد تقنية متخصصة.

شركة NautiGEN هي مشروع مشترك بين شركتي Cellula Robotics و Infinity Fuel Cell and Hydrogen Inc.، وتركز على توفير حلول طاقة خلايا الوقود للأنظمة البحرية ذاتية التشغيل. (حقوق الصورة: Cellula Robotics)

تُعدّ القدرة على التحمّل حجر الزاوية في العمليات البحرية المستقلة. فهي تُحدّد مدة بقاء المنصة في موقعها وحجم المنطقة التي يُمكنها مراقبتها أو التأثير عليها بفعالية. وسواءً أكان الهدف هو تتبّع غواصات العدو، أو تنفيذ مهام ضربات قاع البحر بعيدة المدى، أو حصار نقطة اختناق استراتيجية، فإنّ المركبات البحرية المستقلة تحت الماء (AUVs) ستحتاج إلى طاقة عالية الكثافة على متنها لضمان نجاح المهمة. تُمثّل خلايا وقود الهيدروجين نقلة نوعية من المنصات تحت الماء التي تُخزّن الطاقة الكهربائية إلى منصات قادرة على توليد الطاقة الكهربائية طوال مدة المهمة. ورغم أنها قد لا تُحلّ محلّ بطاريات الليثيوم أيون في العمليات البحرية، إلا أنه يُمكن دمج خلايا الوقود في بنى طاقة هجينة مثل تلك الموجودة في مركبة G-Ray، حيث تُوفّر خلايا الوقود طاقة أساسية عالية الكثافة وطويلة الأمد، بينما تُزوّد البطاريات بدفعات سريعة من الطاقة الكهربائية للمناورة والتحكّم في الطفو والاتصالات وتشغيل الحمولة. يبقى أن نرى ما إذا كانت خلايا الوقود ستُصبح الحلّ الأمثل للطاقة في القطاع البحري المستقل الأوسع، ولكن يبدو أنها مُهيّأة للعب دور متزايد الأهمية في إنشاء ودعم قوة بحرية موثوقة ومستدامة.