توقعات متزايدة: نظرة معمقة على المركبات تحت الماء

مركبة بوكسفيش ذاتية القيادة. حقوق الصورة: بوكسفيش روبوتيكس

عززت المركبات تحت الماء مكانتها، حيث أصبحت المنصات ذاتية التشغيل والمُدارة عن بُعد أدوات تشغيلية أساسية في تطبيقات المنصات البحرية، والدفاع، والتفتيش والصيانة، والاستكشاف، وعلوم البحار. ومع التطور السريع لصناعة ما تحت سطح البحر لمواكبة التوجهات العالمية، تبرز عدة سمات رئيسية لدى الشركات الرائدة في مجال المركبات، وهي: تعدد الاستخدامات، وسهولة الاستخدام، والرؤية الواضحة، والقدرة على التحمل، وبالطبع، الاستقلالية.

متعدد الاستخدامات

مع تولي المركبات تحت الماء المزيد من المسؤولية، هناك تحول ملحوظ بعيدًا عن المركبات المستقلة ذات المجال الواحد لصالح أساطيل من المنصات المستقلة، القابلة للنشر على السطح وفي الجو وتحت الأمواج.

قال تيري سلون، مؤسس ومالك ومدير شركة بلانيت أوشن وقسم الروبوتات التابع لها "إيكوساب روبوتيكس": "إن السمة الأكثر شيوعًا التي نلاحظها هي القدرة على العمل ضمن فرق متعددة المركبات ذاتية القيادة مع منصات أخرى". وقد عرضت "إيكوساب" أسطولًا متعدد الاستخدامات في مشروعها "أساطيل الروبوتات التكيفية" (SoAR) للفترة 2021-2023، والذي نسق مهمة مسح واستكشاف واسعة النطاق، صُممت ورُصدت ووُضعت في الوقت الفعلي بواسطة "محرك استقلالية" ذكي. وتألف أسطول "أساطيل الروبوتات التكيفية" من مركبات "إيكوساب" ذاتية القيادة تحت الماء، ومنصة "أوتو-هوفر 1" التابعة للمركز الوطني لعلوم المحيطات والقادرة على التحليق، ومركبة "ديسيبل" السطحية غير المأهولة "رياف-60" التابعة لشركة "سوناردين".

ecoSUB AUV. Cedit: ecoSUB

أشار دوان فوثرينغهام، رئيس مجموعة الأنظمة غير المأهولة في قسم تقنيات المهام بشركة HII، إلى أن حجم المركبات تحت الماء آخذ في التزايد. وأضاف: "يتجه العملاء من شراء مركبة أو اثنتين للتجربة إلى شراء أساطيل كاملة. ويشير هذا التحول إلى أن أنظمة الغواصات غير المأهولة تنتقل من مرحلة التجارب إلى الاستخدام التشغيلي المستدام، مع ما يصاحب ذلك من تدريب حقيقي، ودعم لوجستي، وتوقعات لدورة حياة التشغيل".

سهولة الاستخدام

تُعدّ تجربة المستخدم عاملاً بالغ الأهمية بالنسبة للعملاء الذين يبحثون عن مركبات تحت الماء. يجب أن تكون الأنظمة فعّالة وقابلة للتخصيص ومفيدة في نهاية المطاف للعمل المطلوب.

قال فوثرينغهام: "يرغب العملاء في أنظمة قادرة على التعامل مع عدم اليقين، والعمل باتصالات محدودة، والاندماج بسلاسة في القوات البحرية الأوسع التي تشمل السفن المأهولة والطائرات وغيرها من المنصات غير المأهولة. كما أنهم يبحثون عن تقليل عبء التشغيل على المشغلين".

"نشهد أيضاً طلباً قوياً على منصات أصغر حجماً وأكثر سهولة في النقل، لا تتطلب سفناً ضخمة أو عمليات لوجستية معقدة لنشرها"، هذا ما قالته فيرا برونزا، مديرة المبيعات والتسويق في شركة بوكسفيش روبوتيكس. وأضافت أن مزامنة البيانات بدقة بالغة الأهمية، إذ تستطيع المركبات الآلية تحت الماء التابعة للشركة مزامنة البيانات من جميع أجهزة الاستشعار والملاحة والتصوير.

"إلى جانب ذلك، يهتم العملاء كثيراً بالكفاءة وسهولة الاستخدام: مدى سرعة إعداد النظام، وعدد الأشخاص اللازمين لتشغيله، وكمية البيانات المفيدة التي يمكن جمعها في عملية نشر واحدة. كما أن المرونة مهمة أيضاً، بحيث يمكن تطوير الأنظمة مع تغير متطلبات المشروع."

تُعدّ المرونة عنصرًا أساسيًا في شركة VideoRay، التي تُولي أهمية قصوى للمركبات المعيارية. يقول ماركوس كولب، كبير مسؤولي التكنولوجيا في VideoRay، وهي شركة متخصصة في أنظمة الصوت والفيديو: "يرغب العملاء في الحصول على كل شيء. يريدون مركبات صغيرة الحجم وسهلة النقل، وفي الوقت نفسه فائقة القوة وقادرة على حمل حمولات ضخمة. وهنا تكمن روعة التكنولوجيا المعيارية، لأنها تُتيح لنا تلبية هذه المتطلبات على نطاق أوسع". وتُعتبر أحدث مركباتهم، Mission Specialist Wraith، امتدادًا لسلفها Mission Specialist Ally، إذ تُبشّر بمرونة مُحسّنة وقوة دفع أكبر.

رايث، أخصائي مهمات. حقوق الصورة: AeroVironment Inc/VideoRay

الرؤية

بينما يجب أن تكون المركبات تحت الماء فعّالة وسهلة الاستخدام، يجب أن تكون أيضاً فعّالة في مجال تخصصها - رؤية ما لا يستطيع البشر رؤيته. وأكد برونزا أن جودة التصوير العالية تأتي دائماً في مقدمة أولويات العملاء. وأضاف: "يُعدّ نظام الملاحة وتحديد المواقع الموثوق به أمراً بالغ الأهمية، لا سيما في عمليات المسح التي تتطلب تكراراً دورياً".

يشير تحسن جودة التصوير أيضًا إلى توجه متزايد نحو استخدام أدوات وأجهزة استشعار متطورة لتحسين الرؤية وعرض البيانات. يقول جوزيف سيجاتو، المدير التنفيذي للحسابات في شركة ديب تريكر: "نلاحظ أيضًا اهتمامًا متزايدًا بتقنية التصوير المساحي، حيث يرغب العملاء في إنشاء سحب نقاط ثلاثية الأبعاد عالية الدقة و/أو "توائم رقمية" للبنية التحتية تحت الماء لأغراض المراقبة طويلة الأمد. وأخيرًا، في البيئات ذات الرؤية المنخفضة، أصبح استخدام السونار متعدد الحزم ضرورة لا غنى عنها نظرًا لمحدودية الرؤية."

تَحمُّل

لا يتأثر أداء المركبة تحت الماء ووظائفها إلا بقدرة تحملها، حيث يسعى العملاء في مختلف القطاعات إلى نشرها لفترات أطول. ورغم أن هذا لا يعتمد حصراً على سعة البطارية - إذ تُعد إدارة الطاقة وتكوين المهمة من العوامل المهمة أيضاً - فإن بطاريات غواصات المياه تُشكل صناعةً قائمةً بذاتها تشهد نمواً سريعاً، وتُوازن بين كثافة الطاقة والسلامة والتصميم المعياري والامتثال للوائح التنظيمية.

أوضح سورين يوهانسن، الرئيس التنفيذي للعمليات ورئيس قسم التسويق في شركة SubCtech، أن العديد من بطاريات الأعماق البحرية تعتمد على بطاريات الليثيوم أيون (Li-ION)، التي توفر توازناً مثالياً بين كثافة الطاقة والوزن والحجم وأداء دورة الحياة. وأضاف: "بالنسبة للمركبات تحت الماء، تُترجم كثافة الطاقة العالية مباشرةً إلى زيادة مدة المهمة أو سعة الحمولة. كما توفر بطاريات الليثيوم أيون كفاءة عالية، وخصائص تفريغ مستقرة، وقابلية جيدة للتوسع عبر مختلف أحجام الأنظمة". وتعمل مركبة REVOLUTION التي يتم تشغيلها عن بُعد (ROV) من شركة Deep Trekker، ومركبات AUV وROV من شركة Boxfish، جميعها ببطاريات الليثيوم أيون.

تُعدّ وحدات SmartPowerBlocks الخاصة بشركة SubCtech من نوع Li-ION، حيث تجمع بين تصميم ميكانيكي معياري ووظائف متكاملة لإدارة البطارية ومراقبتها وسلامتها، ما يجعلها مثالية للتطبيقات تحت سطح البحر. يقول يوهانسن: "تتيح هذه الوحدات المعيارية للعملاء إمكانية زيادة السعة والجهد دون الحاجة إلى إعادة تصميم نظام الطاقة بالكامل". كما تتميز وحدات SmartPowerBlocks بقابليتها للتخصيص، حيث يمكن تعديل هندسة البطارية وسعتها ومستويات الجهد وواجهاتها لتتوافق مع قيود المركبة ومتطلبات المهمة. ويضيف: "يشمل ذلك تحسين عامل الشكل للمساحات الضيقة داخل الهيكل، ومفاهيم التكرار للتطبيقات بالغة الأهمية للسلامة، وملامح تفريغ مُخصصة، أو التكامل مع أنظمة الاتصالات والمراقبة الخاصة بالمركبة. كما نُكيّف الحلول لتناسب مختلف البيئات التنظيمية، سواءً لمنصات الدفاع أو المركبات العلمية أو أنظمة النفط والغاز الكهربائية بالكامل، مع الحفاظ على قاعدة تكنولوجية مشتركة ومؤهلة".

نشر وحدة بطاريات لعميل في قطاع النفط والغاز. حقوق الصورة: SubCtech

ثورة ديب تريكر ROV. الائتمان: ديب تريكر

تعتمد منصة بطاريات SeaPower من Kraken Robotics على تقنية أيونات الليثيوم، حيث تُدمج خلايا البطاريات والإلكترونيات في مصفوفة من بوليمر السيليكون، وتعمل حتى عمق 6000 متر. تتميز المنصة ببنية مقاومة للضغط، مما يُغني عن الحاجة إلى أغلفة ضغط صلبة أو تعويض الزيت، كما أنها مصممة وفق تصميم معياري يسمح بتكييف الجهد والحجم والطاقة وفقًا لاحتياجات المشروع. يقول باتريك بارانهوس، نائب رئيس أنظمة البطاريات: "نشهد زيادة ملحوظة في الطلب على بطاريات SeaPower، لا سيما في التطبيقات الدفاعية والمركبات البحرية غير المأهولة فائقة الضخامة (XLUUVs)، حيث تُعدّ القدرة على التحمل والموثوقية والسلامة عناصر بالغة الأهمية لنجاح المهمة. ويعكس هذا النمو تحولًا أوسع نحو منصات تحت سطح البحر ذات مدى أطول وقدرة أعلى، تعمل في بيئات بالغة التعقيد."

بطارية SeaPower من شركة Kraken Robotics. حقوق الصورة: Kraken Robotics.

مركبة ريموس تحت الماء غير المأهولة . حقوق الصورة: HII. في شركة HII، توفر مركبة ريموس تحت الماء غير المأهولة (UUV) بنية طاقة معيارية، مما يسمح للمركبة بحمل حزمة بطاريات واحدة أو اثنتين أو ثلاث، مع إمكانية تعديل مدة التشغيل حسب السرعة والحمولة وظروف التشغيل. وبينما تُعد بطاريات الليثيوم أيون الأكثر شيوعًا، تُعد البطاريات القلوية خيارًا متاحًا أيضًا لبعض المهام المتخصصة. كما أن مركبات ecoSUB تحت الماء ذاتية التشغيل (AUVs) مزودة بشكل قياسي ببطاريات ليثيوم أيون قابلة لإعادة الشحن، ولكن يمكن أيضًا استخدام البطاريات القلوية.

تولت شركة VideoRay مسؤولية تلبية احتياجاتها من البطاريات. يقول كولب: "كنا نتردد بين بطاريات هيدريد النيكل المعدني لسهولة شحنها، وبطاريات الليثيوم أيون التي يصعب شحنها. لذا قمنا بتطوير بطارياتنا الخاصة لأننا لم نجد أي شركة أخرى تصنعها". ويضيف: "بطارياتنا، كجميع وحداتنا، مزودة بوحدة تحكم مدمجة. تحتوي على عقدة قادرة على التواصل لطلب المعلومات. والأهم من ذلك، أنها تُخرج طاقة منظمة بجهد اسمي 48 فولت، ثم ينخفض الجهد إلى جهد القطع في بطاريات الليثيوم".

استقلال

أصبحت الأنظمة ذاتية التشغيل مطلبًا متزايدًا، إن لم يكن شرطًا أساسيًا، في صناعة ما تحت سطح البحر وخارجها، لتمكين إنجاز العمل بسرعة أكبر وعلى مدى فترة أطول مقارنةً بالتشغيل البشري. ببساطة، يُمكن جمع ومعالجة وعرض المزيد من البيانات. في تطبيقات المنصات البحرية والاستكشاف والدفاع، تُقلل الأنظمة ذاتية التشغيل من مستوى المخاطر عن طريق الحد من المواقف الخطرة أو المتطرفة. وأكد فوثرينغهام على أهمية قدرة المركبات تحت الماء على العمل ذاتيًا حتى بعد انتهاء التجارب البحرية. وأضاف: "من المتوقع أن تعمل الأنظمة ذاتية التشغيل في ظروف العالم الحقيقي، وليس فقط في سيناريوهات مُتحكم بها".

تتطور المركبات تحت الماء من أدوات متخصصة إلى أصول روتينية متصلة بالشبكة، وفقًا لاحتياجات المشاريع ومتطلبات العملاء. وبينما تبرز تعددية الاستخدامات وسهولة الاستخدام والرؤية والقدرة على التحمل والاستقلالية كاتجاهات شائعة لمركبات الجيل القادم، فإنها تُشير أيضًا إلى إمكانيات لا حدود لها على ما يبدو لا تزال تنتظرنا.