تفاوت های اساسی در طراحی و پایداری سیستم های پرتاب، چگونه سرعت و عملیات عملیاتی را تغییر می دهد؟
تفاوتهای اساسی در طراحی و پایداری سیستمهای پرتاب، تأثیری مستقیم و چشمگیر بر سرعت انجام پروازها (Sortie Rate)، زمان پاسخدهی و آمادگی عملیاتی یک ناو هواپیمابر دارند.
منابع موجود، این تفاوتها را عمدتاً از طریق مقایسه سیستمهای پرتاب الکترومغناطیسی (EMALS) کلاس فورد ایالات متحده و سیستم پیشرفتهتر چین در ناو هواپیمابر فوجیان تحلیل میکنند.
در زیر، جزئیات مربوط به چگونگی تأثیرگذاری طراحی و پایداری بر سرعت و آمادگی عملیاتی آمده است:
۱. تفاوتهای طراحی زیربنایی و پایداری (Reliability)
طراحی سیستم پرتاب به طور مستقیم بر قابلیت اطمینان (Stability) سیستم و در نتیجه، بر آمادگی عملیاتی کلی کشتی تأثیر میگذارد:
- طراحی ایالات متحده (EMALS): سیستم EMALS در ناوهای کلاس فورد با یک طراحی ترکیبی بیش از حد پیچیده (Hybrid Design) شناخته میشود که نیروی الکترومغناطیسی را با ذخیرهسازی انرژی مکانیکی ترکیب میکند. همچنین، این سیستم دارای معماری توزیع برق سری (series-wired power distribution) است، به این معنی که یک نقطه شکست واحد میتواند کل سیستم را فلج کند.
- نتیجه پایداری پایین: این طراحی منجر به قابلیت اطمینان ضعیفی شده است. طبق یک گزارش در فوریه ۲۰۱۹، EMALS تنها در ۷۴۷ پرتاب، ۱۰ شکست حیاتی را تجربه کرده که بسیار پایینتر از میانگین زمان مورد نیاز بین شکستهای عملیاتی (۴٬۱۶۶ چرخه پرتاب) بوده است. در واقع، این سیستم تقریباً هر ۴۰۰ پرتاب دچار خرابی میشود، که ۱۰ برابر بدتر از الزام قراردادی است.
- طراحی چین (سیستم فوجیان): سیستم پرتاب الکترومغناطیسی در ناو فوجیان از سیستم قدرت یکپارچه جریان مستقیم با ولتاژ متوسط (MVDC) استفاده میکند. نوآوریهای کلیدی آن شامل استفاده از ابرخازنها (supercapacitors) برای ذخیرهسازی انرژی است که سیستم را کاملاً الکتریکی میکند.
- پیکربندی موازی: مهمتر از آن، سیستم فوجیان دارای پیکربندی موازی است: هر مسیر پرتاب، منبع تغذیه و ماژول ذخیرهسازی انرژی نسبتاً مستقل خود را دارد.
- نتیجه پایداری بالا: این رویکرد، نرخ شکست را به کمتر از ۰.۲٪ کاهش داده است، که یکهشتادم (۱/۸۰) نرخ شکست سیستم کلاس فورد ایالات متحده است.
۲. تغییر در سرعت انجام پرواز و زمان پاسخدهی (Sortie Rate & Response Time)
سیستمهای الکترومغناطیسی پیشرفته، به ویژه سیستم طراحیشده در چین، نرخ انجام پرواز و زمان پاسخدهی را به شدت بهبود میبخشند و این یک مزیت تعیینکننده است:
- زمان آمادهسازی (آمادگی عملیاتی):
- سیستمهای بخار: پرتابکنندههای بخار به ۳۰ تا ۶۰ دقیقه زمان نیاز دارند تا فشار بخار کافی را برای پرتاب ایجاد کنند، که در شرایط اضطراری میتواند یک تأخیر مرگبار باشد.
- سیستم الکترومغناطیسی چین: این سیستم میتواند در کمتر از ۱۵ دقیقه آماده شود و زمان پاسخدهی را تا ۷۵٪ کاهش میدهد.
- فاصله پرتاب (سرعت):
- سیستمهای بخار: پرتابکنندههای بخار برای شارژ مجدد بین هر پرتاب به ۳۰ تا ۶۰ ثانیه زمان نیاز دارند. پس از ۸ تا ۱۰ پرتاب متوالی، فشار بخار به شدت افت میکند و نیاز به مکثی ۳۰ دقیقهای یا بیشتر برای “جوشاندن مجدد آب” است، فرآیندی که سرعت کشتی را نیز کاهش میدهد.
- سیستم الکترومغناطیسی چین: این سیستم که توسط بانکهای خازنی کارآمد تغذیه میشود، بدون توجه به ترتیب پرتاب، یک فاصله ثابت ۴۵ ثانیهای را حفظ میکند و یک ریتم سریع و قابل پیشبینی را تضمین میکند.
- نرخ پروازدهی (Sortie Rate):
- ناوهای کلاس نیمیتز (با استفاده از بخار) به طور متوسط حدود ۱۰ پرواز در ساعت انجام میدهند.
- ناو فوجیان نرخ ۱۲.۵ پرواز در ساعت را نشان داده است. این تفاوت اجازه میدهد تا ناوهای چینی بتوانند سازندهای ضربتی کاملتر یا شبکههای دفاع هوایی ناوگان را در بازه زمانی مشابهی مونتاژ کنند، که در جنگ مدرن اهمیت حیاتی دارد.
۳. تأثیر طراحی بر عملیات و نگهداری (تعمیرپذیری و استمرار عملیات)
تفاوتهای طراحی در معماری قدرت، تأثیر عمیقی بر توانایی کشتی برای حفظ پرتابها در حین خرابیها دارد:
- سیستم EMALS کلاس فورد (عیب طراحی): EMALS با شبکه برق کشتی یکپارچه است. این یکپارچگی باعث میشود که خدمه تعمیر و نگهداری نتوانند سیستم را به راحتی در حین عملیات پرواز برای تعمیرات سریع ایزوله کنند.
- توقف عملیات: یک نقص در یک کاتاپولت، نیازمند توقف تمام عملیات پرواز است. فرآیند ایزوله کردن الکتریکی تجهیزات زمانبر است؛ خاموش کردن ژنراتور-موتورهای EMALS به تنهایی ۱.۵ ساعت طول میکشد. این امر یک آسیبپذیری حیاتی ایجاد میکند: کشتی ممکن است به دلیل فقدان منابع قدرت مستقل برای هر چهار کاتاپولت، در یک لحظه تعیینکننده نتواند هواپیما پرتاب کند.
- سیستم فوجیان (مزیت طراحی): به دلیل پیکربندی موازی، اگر یکی از کاتاپولتها دچار نقص شود، میتوان آن را تنها در ۰.۸ ثانیه ایزوله کرد بدون اینکه بر عملکرد سایر کاتاپولتها تأثیر بگذارد.
به طور خلاصه، طراحی ضعیف EMALS (شبکه سری و پیچیدگی هیبریدی) منجر به قابلیت اطمینان پایین و کاهش شدید آمادگی عملیاتی در هنگام خرابی میشود.
در مقابل، سیستم فوجیان (شبکه MVDC و پیکربندی موازی با ابرخازنها) زمان پاسخدهی کوتاهتر، فاصله پرتاب سریعتر و حفظ استمرار عملیات در هنگام نقص فنی را ارائه میدهد، که به طور بنیادی کارایی رزمی را از طریق افزایش نرخ پرتابدهی افزایش میدهد.
این پیشرفت، چین را از یک دنبالهرو تکنولوژیکی به یک رهبر در این حوزه کلیدی تبدیل کرده است.
تشبیه برای درک بهتر:
اگر یک سیستم پرتاب را به یک پمپ آب (سیستم بخار) یا یک ژنراتور برق (سیستم الکترومغناطیسی) تشبیه کنیم، سیستم قدیمی بخار مانند پمپ آبی است که برای رسیدن به فشار مورد نظر نیاز به زمان طولانی دارد، پس از هر بار استفاده کمی مکث میکند، و پس از استفاده زیاد باید «آب جوش بیاورد» (مکث طولانی برای شارژ مجدد).
سیستم EMALS کلاس فورد، مانند یک شبکه برق شهری است که همه کاتاپولتها به یک خط اصلی وصل هستند؛ اگر یکی از ترانسفورماتورها بسوزد، برق کل محله قطع میشود و تعمیر آن به کندی پیش میرود .
اما سیستم فوجیان مانند مجموعهای از ژنراتورهای مستقل است که هر کدام دارای ذخیرهساز انرژی سریع خود هستند (ابرخازنها) و اگر یکی از آنها خراب شود، میتوان آن را فوراً از شبکه جدا کرد (۰.۸ ثانیه) بدون اینکه خللی در کارکرد بقیه ایجاد شود.
این استقلال، مستقیماً به آمادگی عملیاتی پایدارتر و سرعت بیشتر در میدان نبرد منجر میشود.
عالی بود و لذتبخش