الهندسة والآليات > كيف تعمل الأشياء
ما هو السونار؟
تكلمنا في مقالات سابقة عن الاتصالات السلكية واللاسلكية وأنظمة تحديد المكان عن طريق نظام الملاحة العالمي" GPS".
أما اليوم، فسنتحدث عن أحد أنواع الاتصالات البحرية ألا وهو السونار.
ما هو السونار؟
السونار: هو اختصار لملاحة الصوت والمجال. وهنالك نوعان منه:
• السونار السلبي: وهو جهاز الاستماع الذي يحدد وجود وخصائص واتجاه مصادر الضوضاء البحرية، التي تشمل الضوضاء البيولوجية (الاتصالات الحيوانية) والأصوات البشرية (كضجيج سفينة، غواصة...).
يتضمن هذا النوع بشكل أساسي جهاز استقبال صوتي، لا يرسل أي صوت وبالتالي لا يُعَكِر صفو الحياة البحرية.
• السونار الفعال: وهو عبارة عن تقنية استخدام الصوت لتحديد مواقع الأجسام المغمورة نسبياً بما في ذلك الغواصات، الأسماك، الألغام، حطام السفن والطائرات.
ويتم ذلك بإرسال إشارة صوتية واستقبال صداها.
وتستخدم أنواع مختلفة من السونار الفعال في جميع محيطات العالم في السفن الخاصة، التجارية والعسكرية. فهذا النوع يحدد مواقع الكائنات عن طريق انعكاس الأمواج الصوتية، وهي وسيلة أساسية في عمليات البحث تحت الماء والملاحة.
سنتحدث بالتفصيل عن السونار الفعال كونه الأكثر استخداماً:
تعتمد طاقة خرج السونار الفعال على العمل المطلوب من النظام:
• طاقة الخرج العالية: تحتاج الأعمال مثل اكتشاف الأجسام أو قاع البحر على مسافات بعيدة لطاقة نقل عالية.
وتشمل سونارات الطاقة العالية كل من:
_ السونارات العسكرية المضادة للغواصات.
_ سونارات المسح الجانبي التجارية.
_ مسبار صدى المياه العميقة.
_ كاشف الأسماك.
• طاقة الخرج المنخفضة: أما إذا كانت السونارات مصممة لكشف الأجسام في المياه السطحية أو القريبة من المصدر، فإنها تستخدم طاقات خرج أقل.
يستخدم السونار الفعال مجموعة من الترددات تبعاً لعمل المعدات:
• الكشف عن الأجسام البعيدة: نستخدم هنا الترددات المنخفضة (أقل من 20 كيلو هرتز)، حيث تمتلك هذه الترددات مجالات أكبر في مياه البحر نظراً لانخفاض معدلات تخميد الصوت مع المسافة.
ولكن في المقابل، هذه الترددات غير مناسبة للكشف عن الأجسام الصغيرة.
• الكشف عن الأجسام القريبة: تعد الترددات العالية والعالية جداً (فوق 100 كيلو هرتز) مناسبة جداً للأجسام الصغيرة كالأسماك وقاع البحر، ولكنها تعاني من تخميد شديد حسب المسافة عن المصدر.
لذلك، تعد هذه الأنظمة عملية فقط في المياه الضحلة أو عند الكشف عن الأجسام القريبة من المصدر.
ومن هذا نجد أنَّ إحدى عيوب السونار هي انخفاض مستوى الصوت مع زيادة المسافة عن المصدر، حيث ينخفض الصوت بِشدة عند الانتقال بسبب فقدان الموجة الصوتية لطاقتها عند الانتشار.
يدعى الخرج المُستَقبل عند مسافة معينة بالمستوى الوارد الذي يحدد التأثير المحتمل على الأنواع.
آلية العمل:
يمكن اختصار عمل السونار كما يلي:
تتضمن كل سفينة: محول طاقة (هنا تكون طاقة صوتية) وكاشف.
تتحدد الأمواج فوق الصوتية بمساعدة المحول على شكل نبضات.
عندما تنعكس هذه النبضات الفوق صوتية من السطح فإنها ترتد منعكسة باتجاه السفينة، ويتم التقاطها بواسطة الكاشف.
وبما أنَّ الصوت ينتقل بسرعة ثابتة عبر الماء، يمكن أن نحسب المسافة من سطح الجسم الذي انعكست عنه النبضة فوق الصوتية باتجاه الكاشف.
الأنواع العسكرية للسونار
تستخدم القوات العسكرية الأنواع التالية من السونار الفعال:
1- سونارات التردد المنخفض(LF):
هي السونارات التي تصدر الصوت بتردد أقل من (1000 هرتز)، وهي مصممة لتوفير الحماية ضمن مستوى قريب، مثل فريق الطائرات المُكلَف بِمهام تبعد عدة أميال (200 ميل) عن السفن، وهذا ممكن بسبب الانتشار الواسع للترددات المنخفضة.
إنَّ خرج السونارات منخفضة التردد مماثل لخرج أجهزة السونار ذات التردد المتوسط ولكن مع الفرق بأنَّ الصوت يذهب ابعد بسبب الانتشار الكبير لمياه البحر، كما أنَّ الترددات المنخفضة تتطلب مصفوفات نقل كبيرة بالإضافة لعملها في السفن الكبيرة.
ومن أمثلة السونار ذو التردد المنخفض:
السونار ذو المصفوفة المترابطة والخاص بالمراقبة في الولايات المتحدة الأميركية (SURTASS LFA).
السونار 2087 المُستخدم من قبل البحرية البريطانية.
2- سونارات التردد المتوسط (MF):
هي السونارات التي تصدر أصواتاً بترددات بين (1000-10000) هرتز.
تُمثِل هذه السونارات مقياس متدرج ما بين المجال المكتشف وحجم مصفوفة الإرسال.
تقسم سونارات التردد المتوسط إلى قسمين تبعاً لمجال الترددات الذي تعمل ضمنه:
• المجال الترددي (1000-3000) هرتز:
تستطيع أجهزة السونار ضمن هذا المجال القيام بالكشف ضمن مجالات كبيرة باستخدام طاقة خرج مرتفعة، ويحدد حجم محول الطاقة استخدام هذه الأنظمة على السفن الحربية الكبيرة.
كما أنها مُصَممة لتوفير الحماية لفريق المهام الصغيرة ضمن منطقة تبعد عشرات الأميال.
ومن الأمثلة على هذه الأنظمة:
سلسلة أجهزة السونار المُرَكَبة على السفن الحربية الأميركية الكبيرة (SQS-53).
• المجال الترددي (3000-10000) هرتز:
تكون مصفوفات السونار ضمن هذا المجال أصغر وذات طاقة خرج أقل مع إمكانية تركيبها على السفن الصغيرة، لذلك فقد تم تصميم هذه الأنظمة للحماية الذاتية للسفن ولأميال قليلة.
ومن هذه السونارات:
نظام (SQS-56) وأنظمة Spherion المُركبة على السفن الحربية الأسترالية.
3- سونارات التردد المرتفع (HF):
تعمل هذه السونارات ضمن مجال ترددات (30000-500000(هرتز أو (30-500) كيلو هرتز.
تتمتع هذه الأنظمة بتركيز أكبر بسبب التردد الكبير ولكن على حساب مجال العمل، حيث تكون الأجهزة فعالة لمسافات قصيرة بسبب التخميد السريع للأصوات ذات الترددات العالية في مياه البحر.
تستخدم سونارات التردد المرتفع من قبل البحرية الملكية الأسترالية للكشف عن الألغام، عمليات البحث في قاع البحر وللمسح الهيدروغرافي.
الاستخدام المدني لأجهزة السونار:
تتشابه خصائص السونارات المدنية إلى حد كبير مع السونارات العسكرية ذات التردد المرتفع. وتشمل:
أجهزة السونار التجارية، الأجهزة المدنية المُصَممة لاكتشاف قاع البحر (مسبار الصدى)، مسح قاع البحر، البحث عن الأجسام الغارقة (سونارات المسح الجانبي) وتحديد مواقع السمك (كاشفات السمك).
المصدر:
وهكذا نرى أهمية السونار في البحث عن الأجسام الغارقة في قاع البحار والسفن التائهة في المحيطات، وتعد تطبيقاته للأغراض العسكرية من أبرز عوامل انتشاره وتطوره إلى هذا المستوى المتقدم.
سنترككم مع هذا المقطع الذي يبين آلية عمل السونار:
ولكن يبقى السؤال هل ستتطور الاتصالات البحرية لتصل إلى مستوى الاتصالات الفضائية والأقمار الصناعية؟ وهل سنشاهد في المستقبل محطات استقبال في قاع البحار؟!
المصدر: