تقنيات الأنظمة الكهروبصرية...أجيــال ومجالات متنوعة الاستخدام

[Танк "Тяжелая Густав]

الأنظمة الكهروبصرية Electro-optical Systems هي الأجهزة التي تستخدم البصريات والإلكترونيات في اكتشاف الأهداف وتوجيه الأسلحة، حيث تقوم بإنتاج أو التقاط الأشعة الكهرومغناطيسية فى حيزات الأشعة المرئية، والأشعة تحت الحمراء، وأشعة الميكروويف، والمدى الطيفي من 0.3 إلى 14 ميكرون هو الأكثر استخداماً من الناحية العملية في التطبيقات العسكرية، بسبب الظروف الجوية، وأنواع الأهداف المحتملة، ويوجد نوعان من التقنية في مجال الأنظمة الكهروبصرية الحديثة، وهما تقنية الرؤية الحرارية وتقنية الليزر، وكل منهما يكون عادة جزءاً من نظام معقد، مثل نظام إدارة النيران، أو اكتشاف الأهداف.


تاريخياً، شهدت الحرب العالمية الثانية بداية التطور الحقيقى للأجهزة الكهروبصرية، وبالرغم من أن الأجهزة البصرية التقليدية، مثل نظارات الميدان، ووسائل تحديد الاتجاه وقياس المسافة، كانت معروفة منذ زمن بعيد، إلا أنه وخلال أربعينيات القرن العشرين، تحققت طفرة فى أجهزة الكشف عن الأشعة تحت الحمراء، ثم تلا ذلك اكتشاف أشعة الليزر عام 1958، وأدى التطور الكبير في الأنظمة الكهروبصرية إلى جعل الأسلحة قادرة على العمل على مدى 24 ساعة، ويسمح الجيل الجديد من هذه الأنظمة للدبابات والمركبات المدرعة والطائرات العمودية بالرؤية أبعد من مدى مقذوفاتها، كما أمكن استخدام مواد صناعية بديلة لا تحتاج إلى تبريد، مما يساعد على انتشار مكثفات الصور الحرارية على نطاق واسع، ومن ناحية أخرى، فقد ساعد تقدم تقنيات الإخفاء والتمويه على تقليل فاعلية أنظمة كشف الأهداف، ولهذا، نشط استخدام المستشعرات الكهروبصرية، الضوئية والحرارية، لاكتشاف وتمييز الأهداف، مع تطوير أساليب وطرق المعالجة الرقمية للصور آليا، حتى أمكن إنتاج أنظمة متكاملة، تشمل وسائل الكشف والتتبع والتوجيه لأسلحة الهجوم الحديثة؛ سواء الأرضية، أو البحرية، أو الجوية.وأتاحت هذه المستشعرات الرؤية في الظلام، الأمر الذي يجعل حروب اليوم والمستقبل مختلفة تماماً عن حروب الماضي، حيث أصبحت المعارك الليلية امتداداً للمعارك النهارية.

ومع تزايد استخدام الأنظمة الكهروبصرية في ميادين القتال، تجرى التعديلات على الأسلحة المستخدمة حاليا لدمجها مع الأجيال الأحدث من هذه الأنظمة، وعلى سبيل المثال، بدأت الولايات المتحدة تحديث النظام الصاروخى المضاد للدروع "تو" TOW، المستخدم مع مركبات القتال طراز Bradely، وذلك بتزويده بأنظمة رؤية كهروبصرية، مما يساعد على إلتقاط الأهداف المعادية على مدى أبعد، ويزيد من احتمال الاصابة.
أنظمة تكثيف الصورة

هناك نوعان من أجهزة تكثيف الصورة، يعرفان بأجهزة الجيل الأول وأجهزة الجيل الثاني، وتوجد كذلك، تقنية الجيل الثالث وهي الأحدث. والأنظمة من الجيلين الأول والثاني لهما عدسات جامعة لامة موجهة نحو منطقة الهدف. وتستخدم أجهزة الجيل الأول أنابيب في ثلاث مجموعات، ومن أجل ذلك تعرف بأنها "أجهزة تكثيف الصورة على مراحل"، وتربط مراحل التكثيف هذه عن طريق حزم من الألياف البصرية، ويزداد التكثيف في كل مرحلة بواقع 50 ضعفاً، وهذه الأنظمة لها بعض العيوب، منها: أن وضوح الصورة غير كاف، وهي ثقيلة، وكبيرة الحجم إذا ما قورنت بأنظمة الجيل الثاني، ومع ذلك فقد تغلبت ميزة رخص ثمنها على عيوبها مجتمعة.

ويستخدم الجيل الثاني من هذه الأجهزة قناة الأنابيب المسطحة، التي تؤدي إلى تكثيف ضوئي أكبر بكثير من الجيل الذي قبله، ويمكن الحصول على صورة واضحة للغاية من مرحلة تقوية واحدة، ويكون طول أنبوب التكثيف أقصر وأقل وزناً من أمثاله في الأنظمة القديمة، التي تستخدم قناة الأنبوب للتقوية، وهذه الأنظمة تفرض نفسها بالنسبة إلى تطبيقات كثيرة، مثل نظارات الطيارين أو السائقين، للرؤية الليلية، وذلك لأنها صغيرة وخفيفة الوزن، ويمكن تثبيتها على الخوذة، كما أن استخدامها يصبح ضرورياً إذا ما استلزم الأمر تكوين صور دقيقة، وواضحة ليلاً، أو في ظروف الرؤية الضعيفة.
أما أجهزة تكثيف الصورة من الجيل الثالث، فهي أكثر قدرة من الجيل السابق بضعفين ونصف، وتم إنتاجها إثر توقف إنتاج أنظمة الجيل الثاني، والجيلان متشابهان في التصميم، إلا أن الجيل الثالث يستخدم مركب أرسنيد الجاليوم Gallium في صنع الصمام، حيث يصل معامل التقوية الضوئية إلى 500 ألف ضعف، ومن مميزات منتجات هذا الجيل: الحجم المناسب، وخفة الوزن مما يجعلها أكثر ملاءمة لتثبت على أغطية الرأس، إلا أن ثمنها كبير.

وكان هدف من يصنعون أجهزة تكثيف الصورة- وما زال- هو تخفيض وزنها، ولكن هذه الغاية لا تتحقق إلا إذا تم التوصل إلى تخفيضات مماثلة، في وزن وحجم الأجهزة الإلكترونية المستخدمة في تشغيل تلك الأنظمة، ولكن هناك حدوداً لتخفيض وزن وحجم الأنظمة الإلكترونية لا يمكن تخطيها حالياً، وما لم يطرأ تطور خارق في تقنية الإلكترونيات الدقيقة، فإنه لا يمكن توقع تقدم ملموس في هذا الإطار. وتتركز الآمال إذن في تقدم تقنيات المواد، وذلك باستنباط سبائك معدنية أقل وزناً، ومواد بلاستيكية فائقة الخفة، يمكن استخدامها في صنع هياكل أجهزة تكثيف الصورة، ولكن حتى في هذا المجال، يبدو أن العلماء وصلوا إلى نهاية المطاف، وتجدر الإشارة إلى أن الآمال كانت كبيرة بإمكانية استغلال المواد البلاستيكية في صنع الأجهزة البصرية، ولكن "شفافية" Transparency البلاستيك لم تصل بعد إلى المستوى المطلوب لهذا الاستخدام، ولعل السبب في ذلك عائد إلى الصفات الضوئية الضعيفة لمادة البلاستيك، وافتقارها إلى الصلابة، التي تحول دون خدشها إبّان الاستعمال، ومع ذلك، فالآمال معقودة على إمكانية التغلب على هذه المشاكل في وقت قريب.

أنظمة الكشف والتوجيه التليفزيونية:

إن الوسائل التليفزيونية للتصوير الضوئي هي أبسط أنواع التصوير؛ إذ تعتمد الكاميرا المستخدمة على الضوء المنعكس من الهدف، وبالتالي تتأثر دقة وكفاءة الصورة بمدى إضاءة الهدف، ومن المعروف أن شدة الإضاءة تضعف ملايين المرات في الليل المظلم، عنها في ضوء الشمس، وعلى الرغم من ذلك، فإن المستشعرات الضوئية، والكاميرا التليفزيونية الحساسة يمكنها تصوير الأهداف في الظلام الحالك، ويتجه التطور المنتظر في أنظمة الكشف التليفزيونية إلى استخدام تقنيات بناء الصور الحرارية، لإمكان العمل في ظروف الرؤية الصعبة التي تواجه الأنظمة التليفزيونية، مما يتطلب استخدام مستشعرات ضوئية بها آلات تصوير تليفزيونية - حرارية، ويُعد الصاروخ جو- أرض الأمريكى طراز "مافريك" Maverick أحد التطبيقات المتقدمة لاستخدام تقنيات التوجيه التليفزيونية، وكذلك الصاروخ LUZ-1 الموجود ضمن تسليح المقاتلات الاسرائيلية بمدى يصل حتى 80 كم، والقنبلة التليفزيونية GBU-15 التي تتواجد ضمن تسليح الطائرات F-4و F-16 بمدى يصل حتى 40 كم، ومن المنتظر التوسع في استخدام الطائرات الموجهة بدون طيار، للتحكم في مسار القنابل التليفزيونية المنزلقة لزيادة المدى؛ إذ تستخدم هذه الطائرات لنقل أوامر التحكم والتوجيه، وكذلك الصورة التليفزيونية، من وإلى محطة التحكم والتوجيه الأرضية، والقنابل الموجهة تليفزيونياً، التي يتم إطلاقها من الطائرات التقليدية، أو من منصات إطلاق أرضية، وفى حالة استخدام الطائرة الموجهة كقذيفة تدميرية، فإنها تزود بحمولة كبيرة من المواد شديدة الانفجار، وبآلة تصوير تليفزيونية تعطي الصورة المرئية في الوقت الحقيقي Real Time Image إلى الشخص الموجه في محطة التحكم الأرضية، ويُعد هذا الأسلوب مشابهاً إلى حد كبير للقنبلة التليفزيونية، مع وجود بعض الاختلافات في أسلوب الإطلاق، ومدى العمل.

تقنيات الأشعة تحت الحمراء:

يصدر عن جميع الأجسام إشعاعات حرارية يمكن اكتشافها وتصويرها بالمستشعرات الحرارية، مما يعطي صورة حرارية للجسم، بصرف النظر عن ظروف الإضاءة، والطقس. ومن الصعب تجنب الاستطلاع الحراري، لذلك، فإن كثيراً من الأهداف العسكرية، تُعد من الأهداف الجيدة، من وجهة نظر الأشعة تحت الحمراء، هذا مع إمكانية التمييز بين هذه الأهداف عن طريق البصمة الحرارية لها. وقد أدى استخدام خواص الإشعاع الذاتي الحراري للأجسام إلى إنتاج العديد من معدات الرؤية الليلية، والاستشعار الحراري؛ إذ تجمع أجهزة الكشف والتصوير الحراري؛ سواء الأرضية أو المحمولة جواً، الأشعة الحرارية الصادرة من الأجسام، وتحولها إلى صور على شريط، يمكن تحميضه وعرضه في الزمن الحقيقي، أو عرضه بعد ذلك، ويُعد هذا الاستخدام للأشعة تحت الحمراء من أهم التطبيقات العسكرية؛ إذ يتميز بالقدرة على اكتشاف الأهداف، وخاصة ليلاً. وبشكل عام، فإن مدى الكشف، ومجال الرؤية لنظم الكشف والتصوير الحراري محدودين في اتجاه مصدر الإشعاع.

أنظمة التصوير الحراري:

يمكن تمييز طريقتين أساسيتين لعمل أجهزة الرؤية الحرارية هما: الطريقة الإيجابية Active، والطريقة السلبية Passive، وفى الطريقة الإيجابية، يستخدم باعث يقوم بإضاءة الهدف، فترتد الأشعة من الهدف إلى نظام استشعار حراري. ومن عيوب هذه الطريقة أنه يمكن كشف مصدر الإشعاع، وبالتالى، تدميره، أما الطريقة السلبية، فتعتمد أساساً على الإشعاع الذاتى للأهداف، حيث يتم تجميع الأشعة وتركيزها على أنظمة كشف تمكن من الحصول على صورة للهدف. وتعتمد تقنية التصوير الحرارى بالطريقة السلبية على الأشعة الحرارية الطبيعية، المنبعثة من الأجسام، ففى ميدان القتال، تكون درجة حرارة الأهداف أكبر من درجة حرارة الخلفية، خاصة أثناء الليل، مما يسهل كشفها وتمييزها عن بعد، باستخدام الكواشف، ويتم التصوير الحراري للأهداف بواسطة جهاز يشتمل على عدسة مغلفة بمادة مثل الجيرمانيوم، وكاشف Detector ونظام تبريد للكاشف، مع عرض الصور على شاشة، حيث يقوم هذا النوع من التصوير بتحويل الصورة الحرارية إلى صورة مرئية مناظرة بدقة تامة، وتستخدم فى ذلك أفلام ذات حساسية عالية لدرجات الحرارة المختلفة، ولا تتطابق ألوان الصورة مع الألوان الطبيعية، ولكن تتطابق مع تباين درجات الحرارة، فالصورة الحرارية الناتجة تظهر كأنها صورة تليفزيونية تشير فيها الأجزاء الداكنة إلى درجات حرارة منخفضة، والأجزاء الفاتحة إلى درجات حرارة عالية، ويتم تمييز الأهداف عن طريق البقع المضيئة فى الصورة التى تشير إلى أجزاء ساخنة مثل غرف محركات المعدات، أو مواسير العادم الخاصة بها، أو الأفراد نتيجة لحرارة الجسم البشرى الطبيعية، وهناك أهداف أخرى يمكن تمييزها عن طريق سرعتها، أو طبيعة حركتها، ولقد طُور البحث بالأشعة تحت الحمراء أصلاً للصواريخ المزودة برؤوس باحثة عن الحرارة، إلاّ أنه أصبح في السنوات الأخيرة شائعاً في أنظمة الرؤية الليلية من أنواع مختلفة؛ نتيجة الفوارق بين درجات حرارة الهدف، ودرجات حرارة الخلفية المحيطة به، فالأجسام جميعها، التي تفوق حرارتها حرارة محيطها، تصدر حرارة بدرجة معينة، ويختلف طول موجة الإشعاع الحراري التي تصدر من هدف لآخر، فبمقدار ما يكون الهدف أكثر سخونة، يكون طول الموجة أقصر .

إن التقنيات المستعملة في التصوير الحراري هي أيضاً متطورة على عدة مستويات، فالأجهزة التي تستخدم عدداً كبيراً من العناصر الكاشفة، تحقق مستويات رؤية حرارية مناسبة لهذه النظم، ومن هذه الأنظمة نظام الرؤية الليلية من نوع TOGS المزودة به الدبابة البريطانية CHALLENGER- 1 . ومن أهم نظم التصوير الحراري من الجيل الثاني نظام SYNERGY الذي بدأ انتاجه في عام 1992، وأدخلت الشركات الفرنسية هذه التقنية في أجهزتها للتصوير الحراري CATHERINE ، و SYLVI، وSOPHIE، فجهاز "كاترين" اعتمد للاكتشاف الطويل المدى، ولمراقبة النيران في مركبات القتال المدرعة، وفي أنظمة الصواريخ أرض- جو، واستعمل جهاز "سيلفي" في نظارات القيادة، وركب في الدبابة LECLERC ، أمّا جهاز "صوفي" الخفيف الوزن، المخصص أساساً لاستعمال المشاة، فقد جهزت به المركبات المدرعة الخفيفة، مثل AMX-10RC أو ALVIS SCORPION ، وشرع الجيش الأمريكي في تطوير الجيل الثاني من أجهزة الرؤية عن بعد العاملة بالأشعة تحت الحمراء Forward Looking Infra Red :FLIR؛ لتحقيق أداء متطور بأقل تكاليف، ويضم هذا البرنامج عائلة من أنظمة المسح العاملة على نطاق (8-12) ميكرون، والمستخدمة في نظام SADA-II، وتطبق تقنية هذا الجيل في مناظير عدة، مثل أنظمة التصوير الحراري في الدبابة ABRAMS M1-A2 ، وفي الطائرة العمودية AH-64 APACHI وغيرهما.

تقنيات أشعة الليزر:

إن كلمة ليزر Laser هي الحروف الأولى لعبارة بالإنجليزية ترجمتها: "أداة تكبير إشعاع الترددات ضمن حيز الضوء" أي أنها منبع ضوئي من نوع خاص، أو أنها جهاز لتحويل الطاقة تدخل إليه أنواع مختلفة منها لتخرج في صورة إشعاع ضوئي متجانس Coherent له تردد واحد، ويكون الشعاع ضيقاً جداً، على هيئة حزمة متوازنة تقريباً من الأشعة، وجهاز الليزر هو مصدر للأشعة تحت الحمراء، أو الضوئية، أو فوق البنفسجية، ومع التحكم التام في مصادر الإشعاع يمكن الحصول على شعاع متجانس ينتشر في اتجاه محدد، ويجب أن يتوفر في المادة المستخدمة لتوليد شعاع الليزر عدد من الخصائص مثل: وجود مستويات طاقة عالية ذات زمن بقاء طويل، بحيث لا يتم الإشعاع إلا في لحظة محددة، ويلزم لذلك وجود مرآة عاكسة وأخرى نصف عاكسة في طرفي المادة المشعة، كما يلزم وجود مصدر للطاقة لتزويد المادة بها.

ونظراً للتطور التكنولوجي الذي حدث في استخدام الحيز الحراري والضوئي، فقد أمكن استخدام الليزر في تطبيقات عسكرية عديدة، لإمكانية تحقيق درجة تمييز عالية، مع انخفاض نسبي في توهين الموجات بالغلاف الجوي، بالمقارنة بالموجات الملليمترية، وقد شهدت الحروب الحديثة العديد من استخدامات أشعة الليزر، سواء لإضاءة الأهداف لتوجيه المقذوفات نحوها، أو لقياس مسافة هذه الأهداف وتمييزها، واستخدمت أشعة الليزر في العمليات لتحسين دقة إصابة وسائل النيران لأهدافها، وساعدت أجهزة الليزر المحمولة جواً في الطائرات العمودية الهجومية، وفي القاذفات لإضاءة الأغراض الأرضية المطلوب إصابتها بالمقذوفات دقيقة التوجيه والتي يطلق عليها اسم "الذكية"، سواء كانت قنابل أو صواريخ، ولا تكمن خطورة أشعة الليزر في قدرتها التدميرية، وصعوبة مقاومتها، بل في أنها تستطيع أن تشل فعالية وسائل الرؤية المختلفة، سواء بالعين المجردة، أو بالأجهزة البصرية وأجهزة التكثيف الضوئي، فالليزر قادر على تعطيل أو تدمير أي جزء بصري حساس، ومن ذلك العين البشرية بالطبع، وبذلك فإن الليزر الذي يستخدم في أغراض التوجيه والكشف يمكنه أيضا شل بصر الخصم، وقد لا يصبح شعاع الليزر هو مصدر الخطورة الوحيد في ساحة القتال مستقبلاً، فأشعة الجزئيات وأسلحة موجات الراديو قد تصبح قادرة على شل المستشعرات وأجهزة القيادة والسيطرة والاتصالات، وربما تدمير المركبات وتعمية الأفراد، ويمكن تجنب وإعاقة وخداع أو تدمير الأسلحة الموجهة بالليزر التي تهدد كافة المركبات والطائرات، وإن كانت جميع الإجراءات التي تستخدم لهذه الأغراض تعتمد على معرفة خواص ومصدر وطبيعة أشعة الليزر المستخدمة، ويتكون نظام التوجيه الليزري من جهاز يستخدم لإضاءة الهدف، ويكون على شكل نظارة ميدان، حيث يرى المستخدم الهدف، ويكون حامل الجهاز على الأرض، أو محمول جواً، وقد يوضع الجهاز في طائرة صغيرة موجهة بدون طيار، أما وحدة التوجيه فتتكون من مجموعة بصرية لتكون صورة للهدف من الأشعة المنعكسة منه على قرص مكون من عدد من الكواشف بحيث يمكن معرفة زوايا انحراف مسار السلاح الموجه عن الهدف، وبمعرفة هذه الزوايا يتم إنتاج إشارات تصحيح لتحريك الأجنحة والزعانف، وفي حالة التوجيه الايجابي يكون ليزر إضاءة الهدف محمولاً في طائرة أو على الأرض، ويمكن تركيب رأس التوجيه على أي قنبلة أو صاروخ، وتتكون هذه الرأس من باحث ليزري ووحدة توجيه، والرأس الباحث يتكون من مصفوفة من الكواشف، وتلسكوب لتوليد صورة الهدف المضاء بالليزر على الكواشف، ويمكن توليد إشارة خطأ تتناسب مع انحراف مسار الصاروخ عن اتجاه الهدف، أما وحدة التوجيه فهى المسؤولة عن تحويل إشارات الخطأ بصفة مستمرة إلى إشارات تحريك تستخدم في تغيير اتجاه زعانف التوجيه، وتغير بالتالي مسار المقذوف الموجه، ويمكن تركيب وحدة التوجيه على القنابل والصواريخ، وهناك سلسلة واسعة من القنابل الموجهة ليزرياً، تتحسن باستمرار، وقد تكون الريادة في هذا المجال لفئة قنابل Paveway الأمريكية، التي اتخذت عدة أشكال على ضوء التحسينات المتلاحقة وسجلت سبقاً مع طراز Paveway III، الذي يتوفر بخمسة نماذج، باعتماد أجنحة واسعة لتسهيل عملية الإطلاق من مستويات منخفضة، كما صممت السلسلة كلها، لتغطية أوسع نطاق ممكن من سيناريوهات التدخل، حسب الأوزان وطبيعة الاختراق والمدى، ووزن الرأس الحربية لهذه القنابل يتراوح بين 327 و 2132 كجم، وبينما يحتوى النموذج GBU-27/B على أجنحة قابلة للطي، من أجل تسهيل الحمل الداخلي، فإن النموذج من الوزن الخفيف طراز GBU-22/B أثبت عن قدرات عملياتية ممتازة، من خلال الرأس الحربية MK-82، ويمكن اعتبار أن أكثرية النماذج المطروحة، قابلة للملاءمة مع المقاتلات الحديثة، مثل Typhoon وRafale و F-22 و F-35.

وتستخدم أجهزة إضاءة الأهداف بالليزر لتوجيه ذخائر المدفعية، والصواريخ جو-أرض، وقنابل الطائرات، حيث تتوجه هذه المقذوفات ذاتياً على الاشعاع المنعكس من الهدف الذي يتم إضاءته بواسطة جهاز الإضاءة، وتكون الإضاءة غالباً بإرسال نبض مكود، بحيث يتوجه كل مقذوف نحو الهدف المخصص له، ومن الصواريخ الموجهة بأشعة الليزر الصاروخ Hellfire، الذي تحمله الطائرة العمودية الأمريكية أباتشي AH-64، أما في التوجيه النصف إيجابي للصواريخ، فيضاء الهدف بالليزر ويستقبل المستشعر الموجود بالرأس الباحثة للصاروخ الأشعة المرتدة من الهدف، ويماثل هذا التوجيه، التوجيه الراداري النصف إيجابي.

http://www.nationshield.ae/home/det...أجيــال-ومجالات-متنوعة-الاستخدام#.Vc-Bvvmqqko