مبدأ وتطبيق السونار

أولًا، ما هو السونار؟ السونار جهاز إلكتروني يستخدم الموجات الصوتية تحت الماء للكشف عن الأهداف تحت الماء وتحديد مواقعها والتواصل بشأنها. وهو الجهاز الأكثر استخدامًا وأهمية في مجال الصوتيات تحت الماء. يعود تاريخ تقنية السونار إلى مئة عام، حيث اخترعها لويس نيكسون من البحرية البريطانية عام 1906. كان أول سونار اخترعه جهاز استماع سلبي، استُخدم بشكل أساسي للكشف عن الجبال الجليدية. طُبقت هذه التقنية في ساحة المعركة خلال الحرب العالمية الأولى، حيث استُخدمت للكشف عن الغواصات المختبئة تحت الماء. في الوقت الحاضر، يُعد السونار التقنية الرئيسية التي تستخدمها القوات البحرية للمراقبة تحت الماء، حيث يُستخدم للكشف عن الأهداف تحت الماء وتصنيفها وتحديد مواقعها وتتبعها؛ وإجراء الاتصالات والملاحة تحت الماء، وضمان المناورة التكتيكية للسفن والطائرات والمروحيات المضادة للغواصات؛ واستخدام الأسلحة تحت الماء. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم تقنية السونار على نطاق واسع في توجيه الطوربيدات، وصمامات الألغام، فضلاً عن رصد الأسماك، واستكشاف النفط البحري، والملاحة البحرية، والعمليات تحت الماء، والمسوحات الهيدروغرافية، ومسح جيولوجيا قاع البحر وتضاريسه. ثانيًا، مبدأ عمل السونار: تُعد الموجات الصوتية وسيلة مهمة للمراقبة والقياس. وللمراقبة والقياس في الماء، تتميز الموجات الصوتية بخصائص فريدة. ويعود ذلك إلى قصر مسافات عمل طرق الكشف الأخرى، ومحدودية قدرة الضوء على اختراق الماء. فحتى في أنقى مياه البحر، لا يمكن رؤية الأجسام إلا على بُعد عشرات الأمتار؛ كما أن الموجات الكهرومغناطيسية في الماء تتلاشى بسرعة كبيرة، وكلما قصر طول الموجة زاد الفقد. وحتى عند استخدام موجات كهرومغناطيسية عالية الطاقة ومنخفضة التردد، فإنها لا تستطيع الانتقال إلا لعشرات الأمتار. في المقابل، يكون تلاشي الموجات الصوتية المنتشرة في الماء أقل بكثير. إذا انفجرت قنبلة تزن عدة كيلوغرامات في قناة بحرية عميقة، فسيظل بالإمكان استقبال الإشارة على مسافة تصل إلى 20,000 كيلومتر. كما يمكن للموجات الصوتية منخفضة التردد اختراق عدة كيلومترات من قاع البحر، والحصول على المعلومات من الطبقات الموجودة فيه. ولم يثبت حتى الآن أن القياسات والملاحظات تحت الماء أكثر فعالية من الموجات الصوتية. 3. بنية السونار وتصنيفه: يتكون جهاز السونار عمومًا من ثلاثة أجزاء: المصفوفة، والخزانة الإلكترونية، والمعدات المساعدة. تتألف المصفوفة من محولات طاقة صوتية تحت الماء مرتبة ومجمعة في شكل هندسي محدد، وعادةً ما يكون شكلها كرويًا أو أسطوانيًا أو مسطحًا أو خطيًا، ويمكن تقسيمها إلى مصفوفات استقبال، ومصفوفات إرسال، ومصفوفات إرسال واستقبال متكاملة. تحتوي الخزانات الإلكترونية عمومًا على أنظمة فرعية مثل الإرسال والاستقبال والعرض والتحكم. تشمل المعدات المساعدة معدات إمداد الطاقة، وكابلات التوصيل، وصناديق التوصيل تحت الماء، وأجهزة إعادة الإرسال، وأجهزة الرفع، والتدوير، والميل، والسحب، والجر، والرفع، والرمي، وغيرها من الأجهزة المتوافقة مع نظام التحكم في إرسال مصفوفة السونار، بالإضافة إلى غطاء السونار، وما إلى ذلك. يُعدّ المحوّل جهازًا مهمًا في السونار، فهو جهاز لتحويل الطاقة الصوتية إلى أشكال أخرى من الطاقة مثل الطاقة الميكانيكية، والطاقة الكهربائية، والطاقة المغناطيسية. وله غرضان: الأول هو إرسال الموجات الصوتية تحت الماء، ويُسمى "محوّل الإرسال"، وهو يُعادل مكبر صوت في الهواء؛ والآخر هو استقبال الموجات الصوتية تحت الماء، ويُسمى "محوّل الاستقبال"، وهو يُعادل ميكروفونًا هوائيًا. في الاستخدام الفعلي، غالبًا ما تُستخدم المحوّلات لإرسال واستقبال الموجات الصوتية في الوقت نفسه، وتُسمى المحوّلات المُخصصة للاستقبال "الميكروفونات المائية". يعتمد مبدأ عمل المحوّل على استخدام التأثير الكهروإجهادي أو التأثير المغناطيسي الانضغاطي لبعض المواد للتمدد تحت تأثير مجال كهربائي أو مغناطيسي. يمكن تصنيف أجهزة السونار إلى أنواع مختلفة وفقًا لطرق عملها، وأهدافها، واستخداماتها التكتيكية، وطرق تركيبها، وخصائصها التقنية. على سبيل المثال، يمكن تقسيمها إلى سونار نشط وسونار سلبي وفقًا لطريقة عملها؛ ووفقًا لهدفها، يمكن تقسيمها إلى سونار السفن السطحية، وسونار الغواصات، وسونار الطائرات، والسونار المحمول، وسونار السواحل. السونار النشط: تعني تقنية السونار النشط أن جهاز السونار يُصدر موجات صوتية بشكل فعال "لإضاءة" الهدف، ثم يستقبل الصدى المنعكس من الهدف في الماء لتحديد خصائصه. تستخدم معظمها نظام النبضات، بينما يستخدم بعضها نظام الموجات المستمرة. وقد تطورت هذه التقنية من جهاز بسيط لكشف الصدى، حيث تُرسل موجات فوق صوتية بشكل فعال، ثم تستقبل الصدى وتقيسه لإجراء الحسابات. يُعدّ هذا النظام مناسبًا للكشف عن الجبال الجليدية والشعاب المرجانية وحطام السفن وأعماق البحار وتجمعات الأسماك والألغام والغواصات المخفية ذات المحركات المغلقة. السونار السلبي: تعني تقنية السونار السلبي أن السونار يستقبل بشكل سلبي الضوضاء المنبعثة من الأهداف تحت الماء، مثل السفن، والإشارات الصادرة عن المعدات الصوتية تحت الماء لتحديد اتجاه الهدف. وقد تطور هذا النظام من ميكروفون مائي بسيط. يستمع السونار السلبي إلى الضوضاء الصادرة من الهدف ويحدد موقعه وخصائص معينة له. وهو مناسب بشكل خاص للغواصات التي لا تستطيع إصدار أصوات لكشف نفسها، ولكنها ترغب في رصد أنشطة سفن العدو. تركيب السونار وتطبيقاته: تقليديًا، كان الموقع الرئيسي لتركيب السونار في الغواصات هو في المقدمة. ونظرًا لأن الغواصات الحديثة تعتمد بشكل كبير على تأثير الكشف الذي يوفره السونار السلبي، فإن هذا الجهاز اللاسلكي الضخم لا يزيد فقط من قطر الغواصة، بل كان في الأصل في هذا الموقع. كما كان على أنابيب الطوربيدات الموجودة في الأعلى أن تتنازل عن مواقعها وتتراجع إلى الجوانب.