داستان جرالد.آر. فورد؛ گران‌ترین ناو هواپیمابر جهان

کد خبر: ۸۳۱۶۳۹

تاریخ: ۰۲ اسفند ۱۴۰۴ - ۰۶:۵۶

به گزارش ایران اکونومیست؛ بزرگ‌ترین جهش تکنولوژیک در عرشه پروازی فورد، جایگزینی منجنیق‌های بخار با سیستم پرتاب الکترومغناطیسی یا EMALS است. در نیم‌قرن گذشته، ناوهای هواپیمابر برای به پرواز درآوردن هواپیماها، از پیستون‌های غول‌پیکری استفاده می‌کردند که با فشار بخار تولیدشده توسط رآکتور، هواپیما را در مسافتی کوتاه به‌سرعت تیک‌آف می‌رساندند ولی در جرالد فورد از تکنولوژی جدیدی برای پرتاب هواپیماها استفاده شده است.

غزال زیاری: ناو هواپیمابر یواس‌اس جرالد آر. فورد (USS Gerald R. Ford)، اولین کشتی از کلاس جدید ناوهای هواپیمابر نیروی دریایی آمریکاست که نقطه عطف مهمی در مهندسی دریایی و دکترین نبرد هوا دریا در قرن بیست و یکم به شمار می‌رود.

این شناور، نسبت به کلاس قبلی یعنی نیمیتز ارتقاهایی داشته و درواقع بازتعریف کامل زیرساخت‌های یک پایگاه هوایی متحرک در اقیانوس‌هاست. هدف از طراحی و ساخت ناو هواپیمابر کلاس فورد، پاسخگویی به چالش‌های نبردهای نوین، ازجمله نیاز به نرخ بالاتر پرواز، مدیریت توان الکتریکی عظیم برای سلاح‌های آینده و کاهش هزینه‌های عملیاتی از طریق اتوماسیون است.

تکامل طراحی سازه و معماری بدنه

فرم کلی بدنه ناو جرالد آر. فورد، همان فرم کلاس نیمیتز است؛ اما در جزئیات ساختاری تغییرات رادیکالی دارد که باعث ارتقای کارایی عملیاتی‌اش شده است. طول کلی این ناو ۳۳۷ متر و عرض عرشه پروازی‌اش۷۸ متر است که فضایی به وسعت تقریبی ۴.۵ هکتار را برای مانور هواپیماها فراهم می‌کند. ارتفاع آن از خط آب تا بالای دکل به بیش از ۷۶ متر می‌رسد که اندازه یک ساختمان ۲۰ طبقه است.

یکی از اصلی‌ترین تفاوت‌های بصری و عملکردی این ناو با ناوهای کلاس فورد، بازطراحی و جابجایی «جزیره» یا همان برج کنترل ناو است. در کلاس ناو جرالد فورد، جزیره نسبت به ناوهای نیمیتز کوچک‌تر شده و حدود ۴۲ متر به سمت عقب و یک متر به سمت لبه بیرونی ناو منتقل‌شده که فضای عرشه پروازی در جلوی جزیره را افزایش داده و بن‌بست‌های ترافیکی در حرکت هواپیماها را از بین برده است. بدین ترتیب هواپیماها می‌توانند بعد از فرود آمدن، بدون تداخل با مسیر پرتاب منجنیق‌ها، به‌سرعت به سمت نقاط سرویس‌دهی هدایت شوند.

بدنه ناو فورد از فولادهای پیشرفته با استحکام بالا ساخته‌شده که علاوه بر کاهش وزن کلی سازه، مقاومتش را در برابر تهدیدهای جنبشی و تنش‌های حرارتی افزایش می‌دهد. استفاده از مدل‌سازی سه‌بعدی پیشرفته این امکان را برای طراحان فراهم کرده که قبل از ریختن اولین قطعه فولاد، تمام جزئیات داخلی ازجمله لوله‌کشی‌ها و کابل‌کشی‌ها را بهینه‌سازی کنند؛ چیزی که یکی از نقاط ضعف ناوهای کلاس نیمیتز بود که به‌صورت دستی و با خطاهای احتمالی انجام می‌شد.

سیستم پیشران و انقلاب در تولید توان الکتریکی

قلب تپنده ناو جرالد فورد، دو رآکتور هسته‌ای نسل جدید A۱B است که برای حل یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های کلاس نیمیتز طراحی‌شده‌اند: محدودیت در تولید انرژی الکتریکی برای سیستم‌های دیجیتال و تسلیحات آینده.

هر رآکتور A۱B قادر به تولید حدود ۷۰۰ مگاوات توان حرارتی هستند که درمجموع ۲۵% بیشتر از توان رآکتورهای مورداستفاده در ناوهای نیمیتز است. البته، تفاوت اصلی در راندمان تبدیل انرژی به برق است. سیستم توزیع برق کلاس فورد به‌گونه‌ای طراحی‌شده که ظرفیت تولید برقش ۳۰۰ درصد (سه برابر) بیشتر از ناوهای قدیمی باشد. هر رآکتور می‌تواند به‌طور مستقیم ۱۰۴ مگاوات برق تولید کند که برای تأمین انرژی سیستم‌های پرتاب الکترومغناطیسی، رادارهای آرایه فازی و در آینده، سلاح‌های لیزری و ریل‌گان‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد.

بهینه‌سازی و کاهش هزینه‌های نگهداری رآکتور

طراحی رآکتور A۱B بر پایه ساده‌سازی و اتوماسیون بنا شده. این سیستم نسبت به نسل قبلی، ۵۰% قطعات کمتری دارد و سیستم تولید بخار در آن از کمتر از ۲۰۰ شیر و تنها ۸ سایز مختلف لوله استفاده می‌کند که فرآیند تعمیر و نگهداری را به‌شدت سرعت می‌بخشد.

همین منجر به کاهش ۵۰ درصدی پرسنل بخش رآکتور و کاهش دو سومی نیاز به دیدبان‌های بخش مهندسی‌شده. درعین‌حال رآکتورهای فورد به‌گونه‌ای طراحی‌شده‌اند که در طول ۵۰ سال عمر خدماتی، نیازی به سوخت‌گیری مجدد میانی نداشته باشند که این موضوع به‌تنهایی میلیاردها دلار در هزینه‌های چرخه عمر ناو صرفه‌جویی می‌کند.

سیستم پرتاب الکترومغناطیسی هواپیما

بزرگ‌ترین جهش تکنولوژیک در عرشه پروازی فورد، جایگزینی منجنیق‌های بخار با سیستم پرتاب الکترومغناطیسی یا EMALS  است. در نیم‌قرن گذشته، ناوهای هواپیمابر برای به پرواز درآوردن هواپیماها، از پیستون‌های غول‌پیکری استفاده می‌کردند که با فشار بخار تولیدشده توسط رآکتور، هواپیما را در مسافتی کوتاه به‌سرعت تیک‌آف می‌رساندند. گرچه سیستم‌های بخار قابل‌اعتماد بودند، اما ضربه‌های ناگهانی و شدیدی به سازه هواپیما وارد می‌کردند، وزن زیادی داشتند و حجم زیادی از لوله‌کشی و مخازن آب شیرین را اشغال می‌کردند.

سیستم EMALS از یک موتور القایی خطی استفاده می‌کند که با استفاده از جریان‌های قدرتمند الکتریکی، یک شاتل فلزی را بر روی ریل‌های عرشه به حرکت درمی‌آورد. ازجمله برتری‌های این سیستم می‌توان به این موارد اشاره کرد:

۱- دقت در کنترل شتاب:  برخلاف بخار که فشار آن در لحظه شروع پرتاب به‌صورت انفجاری وارد می‌شود، EMALS می‌تواند شتاب را به‌صورت کاملاً نرم و یکنواخت در طول مسیر پرتاب تنظیم کند که این موضوع باعث کاهش فشار ساختاری بر بدنه هواپیما شده و عمر مفید جنگنده‌ها را افزایش می‌دهد.

۲- تطبیق‌پذیری وزن: منجنیق‌های بخار برای پرتاب اشیای خیلی سبک مثل پهپادهای شناسایی کوچک، یا خیلی سنگین محدودیت‌های فیزیکی زیادی داشتند ولی EMALS قادر است با تنظیم نرم‌افزاری ساده، از سبک‌ترین پرنده‌های بدون سرنشین تا سنگین‌ترین جنگنده‌های بمب‌افکن را با دقت بالا پرتاب کند.

۳- بازیابی سریع: زمان شارژ مجدد سیستم‌های الکترومغناطیسی به‌مراتب کمتر از سیستم‌های بخار است؛ چون در سیستم‌های بخار باید منتظر تجمع فشار بخار ماند. همین موضوع، نرخ پرتاب متوالی در سیستم EMALS را به‌شدت بالا می‌برد.

۴- کاهش وزن و امضای حرارتی: حذف سیستم‌های حجیم بخار، منجر به کاهش وزن بخش‌های بالایی ناو می‌شود که این در پنهان‌کاری نسبی ناو مؤثر است.

نگهدارنده پیشرفته (AAG) و فرود هوشمند

همیشه خطرناک‌ترین بخش عملیات پروازی، فرآیند فرود بر روی ناو هواپیمابر است. در ناوهای کلاس نیمیتز، کابل‌های فولادی، به سیستم‌های هیدرولیکی عظیمی در زیر عرشه متصل هستند تا انرژی جنبشی هواپیما در هنگام فرود را گرفته و هواپیما با استفاده از یک قلاب به این کابل‌ها متصل می‌شود؛ اما در ناو جرالد فورد، این سیستم با نگهدارنده پیشرفته (Advanced Arresting Gear - AAG) که یک معماری توربو-الکتریک است، جایگزین شده.

در این سیستم برای توقف هواپیما، از موتورهای الکتریکی و سیستم‌های کنترل دیجیتال استفاده می‌شود و برخلاف سیستم‌های هیدرولیک قدیمی که واکنش یکسانی به تمام هواپیماها داشتند، AAG به‌صورت هوشمند و براساس وزن و سرعت هواپیمای در حال فرود، نیروی ترمز را تنظیم می‌کند.

این سیستم مجهز به قابلیت‌های خودعیب‌یابی است که نیاز به تعمیرات دوره‌ای سنگین را کاهش داده و ایمنی عملیات را در شرایط جوی مختلف تضمین می‌کند.

نرخ تولید سورتی (SGR): پتانسیل تهاجمی بی‌سابقه

معیار نهایی قدرت یک ناو هواپیمابر، تعداد سورتی‌های پروازی است که می‌تواند در یک بازه زمانی معین انجام دهد.

کلاس فورد با هدف افزایش ۲۵ تا ۳۳ درصدی کارایی نسبت به کلاس نیمیتز طراحی شده و در شرایطی که ناوهای نیمیتز به‌طور متوسط ۱۲۰ سورتی در روز انجام می‌دهند، ناو جرالد فورد برای انجام ۱۶۰ سورتی در روز در شرایط استاندارد و به مدت ۳۰ روز متوالی طراحی‌شده است.

این جهش عملیاتی حاصل ادغام چندین نوآوری است:

ایستگاه‌های سوخت‌گیری Pit-Stop: در ناو فورد، ۱۸ نقطه سوخت‌گیری و تسلیح مجدد بر روی عرشه تعبیه‌شده که شبیه پیت‌استاپ‌های مسابقات فرمول یک عمل می‌کنند. هواپیماها در این نقاط مستقرشده و تمام خدمات سوخت و مهمات را بدون جابجایی اضافی دریافت می‌کنند.

حذف گره‌های ترافیکی: با جابجایی جزیره به سمت عقب، فضای پارک و حرکت هواپیماها بهینه‌سازی شده و مسیر فرود، برخاست و تسلیح با هم تداخل ندارند.

کاهش آسانسورهای هواپیما: ناو کلاس نیمیتز ۴ آسانسور دارد ولی فورد با ۳ آسانسور، قدرتمندتر و سریع‌تر عمل می‌کند و به خاطر چیدمان بهتر، کارایی بالاتری در انتقال هواپیما از آشیانه به عرشه دارند.

آسانسورهای پیشرفته برای جابجایی مهمات

مشکل اصلی ناو کلاس نیمیتز در عملیات‌های جنگی، ضعف در انتقال سریع موشک‌ها و بمب‌ها از زرادخانه‌های زیرین به عرشه پروازی بود؛ اما این مشکل در ناو جرالد فورد با ۱۱ آسانسور تسلیحاتی پیشرفته (AWE) حل‌شده. این آسانسورها به‌جای کابل و سیم‌بکسل، از موتورهای القایی خطی (مشابه تکنولوژی قطارهای مگلو) استفاده می‌کنند و قادرند تا در هر دقیقه تا ۱۱ تن مهمات را جابجا کنند.مسیر حرکت این آسانسورها به نحوی است که مهمات مستقیماً به مناطق تسلیح منتقل‌شده و با مسیرهای حرکت پرسنل یا هواپیماها تداخل ندارند.

استفاده از درب‌های خودکار و سیستم‌های مهار مغناطیسی، نیاز به جابجایی دستی مهمات را کاهش داده و ایمنی خدمه را در برابر انفجارهای احتمالی ارتقا می‌دهد. بدین معنا که فرآیند مسلح کردن جنگنده‌ها از ساعت به دقیقه کاهش‌یافته است.

رادار باند دوگانه و سیستم‌های جنگی یکپارچه

ناو جرالد آر. فورد به پیشرفته‌ترین سامانه راداری جهان در میان ناوهای هواپیمابر مجهز است. رادار باند دوگانه (DBR) ترکیبی از دو سیستم راداری قدرتمند است که بر روی جزیره ناو نصب‌شده‌اند:

۱-باند: AN/SPY-۴S این باند، وظیفه جستجو و ردیابی اهداف در فواصل خیلی دور و ارتفاعات بالا را برعهده دارد.

۲- باند AN/SPY-۳X: یک رادار چندمنظوره برای جستجوی دقیق افق، شناسایی موشک‌های کروز ارتفاع پایین و هدایت موشک‌های پدافندی ناو

ادغام این دو رادار در یک سیستم مدیریتی واحد، نیاز به بیش از ۱۰ آنتن چرخشی و مجزا در ناوهای قدیمی را از بین برده. این سیستم راداری به همراه سامانه دفاع از خود کشتی (SSDS Mark ۲)، یک تصویر ۳۶۰ درجه و دقیق از میدان نبرد ارائه می‌دهد که قادر است کوچک‌ترین پهپادها و سریع‌ترین موشک‌های ضدکشتی را شناسایی و رهگیری کند.

بال هوایی و ظرفیت‌های تهاجمی

ناو جرالد فورد میزبان بال هوایی هشتم (CVW-۸) است که ترکیبی از مدرن‌ترین پرنده‌های نظامی جهان را در اختیار دارد. ظرفیت استاندارد ناو حمل ۷۵ فروند هواپیماست، اما در شرایط نبرد می‌تواند تا ۹۰ فروند را در خود جای دهد.

اجزای اصلی قدرت هوایی فورد عبارتند از:

F/A-۱۸E/F Super Hornet: چهار اسکادران تهاجمی (VFA-۳۱, VFA-۳۷, VFA-۸۷, VFA-۲۱۳) که ستون فقرات عملیات‌های ضربتی را تشکیل می‌دهند.

EA-۱۸G Growler: تنها پلتفرم جنگ الکترونیک هوابرد که قادر است رادارهای دشمن را مختل کرده و ارتباطات آن‌ها را فلج کند.

E-۲D Advanced Hawkeye: رادار پرنده و مرکز فرماندهی و کنترل که قادر است صدها هدف را به‌طور هم‌زمان ردیابی کرده و داده‌ها را به‌کل گروه ضربت منتقل کند.

MH-۶۰R/S Seahawk: بالگردهای تخصصی برای شکار زیردریایی‌ها و انجام عملیات‌های امداد و نجات در محیط‌های پرخطر.

اتوماسیون، کاهش پرسنل و کیفیت زندگی

یکی از بزرگ‌ترین موفقیت‌های مهندسی در کلاس فورد، کاهش نیاز به نیروی انسانی است. درحالی‌که ناوهای نیمیتز حدود ۵۵۰۰ تا ۶۰۰۰ نفر پرسنل دارند، ناو جرالد آر. فورد با حدود ۴۵۰۰ پرسنل (شامل خدمه کشتی، بال هوایی و ستاد فرماندهی) فعالیت می‌کند. این کاهش ۲۰ درصدی پرسنل از طریق اتوماسیون گسترده در بخش‌های رآکتور، آشپزخانه، آسانسورهای مهمات و سیستم‌های نظارتی حاصل شده است.

کاهش تعداد خدمه به معنای فضای بیشتر برای هر ملوان و بهبود کیفیت زندگی، شامل این موارد است:

خوابگاه‌های ارگونومیک: چیدمان تخت‌های طبقاتی در گروه‌های کوچک‌تر تا هر ملوان فضای شخصی بیشتری داشته باشد.

سالن‌های ورزشی و رفاهی: مجهزترین باشگاه‌های بدنسازی دریایی و فضاهای استراحت با دسترسی به اینترنت داخلی و سیستم‌های سرگرمی برای حفظ روحیه خدمه در مأموریت‌ها

تسهیلات پزشکی پیشرفته: بیمارستان روی برد ناو فورد فراتر از یک کلینیک ساده و شامل اتاق‌های عمل مجهز، واحد مراقبت‌های ویژه (ICU)، کلینیک دندانپزشکی، آزمایشگاه پاتولوژی و حتی بانک خون اختصاصی با ظرفیت ۵۰۰۰ واحد خون است. وجود دو دستگاه تولید اکسیژن مجزا و سیستم‌های تصفیه هوای پیشرفته، این ناو را به یک مرکز درمانی خودکفا در اقیانوس تبدیل کرده است.

تحلیل اقتصادی و هزینه‌های چرخه عمر

پروژه جرالد آر. فورد با هزینه ساخت حدود ۱۳.۳ میلیارد دلار برای اولین فروند، گران‌ترین سرمایه‌گذاری نظامی تاریخ در حوزه دریایی است. با در نظر داشتن هزینه ۴.۷ میلیارد دلاری تحقیق و توسعه (R&D) برای کل کلاس، مجموع هزینه‌های این برنامه رقم خیره‌کننده‌ای است.

البته تحلیلگران اقتصادی نیروی دریایی معتقدند که این هزینه‌های اولیه در طول عمر ۵۰ ساله ناو جبران خواهد شد.

به دلیل کاهش تعداد خدمه، هر ناو کلاس فورد در طول عمرش، حدود ۴ میلیارد دلار در هزینه‌های پرسنلی و عملیاتی صرفه‌جویی می‌کند. درعین‌حال، بهره‌گیری از سیستم‌های الکتریکی پیشرفته، نیاز به تعمیرات فیزیکی سنگین که در سیستم‌های بخار و هیدرولیک رایج بود را از بین برده و زمان حضور ناو در اسکله برای تعمیرات را کاهش می دهد. این به معنی روزهای عملیاتی بیشتر در طول عمر ناو است که ارزش راهبردی آن را بالا می‌برد.

نتیجه‌گیری و چشم‌انداز آینده

ناو یواس‌اس جرالد آر. فورد با عبور از محدودیت‌های فیزیکی بخار و هیدرولیک، وارد عصر دیجیتال و مغناطیس شده و توانایی تولید برق عظیم این ناو، راه را برای نصب سلاح‌های لیزری نسل جدید که قادرند با هزینه‌ ناچیزی (هر شلیک یک دلار) پهپادها و موشک‌های مهاجم را منهدم کنند، هموار کرده است.

ناو فورد داستانی از گذار تکنولوژی‌های قرن بیستم به قرن بیست و یکم است و گرچه هزینه‌ها و تأخیرهای اولیه‌اش انتقادات زیادی را به همراه داشته، ولی حالا به نظر می‌رسد که سیستم‌های پیچیده آن ازجمله EMALS و AAG کاملاً قابل‌اتکا هستند. در ۵۰ سال آینده، این ناو و برادرانش (جان اف. کندی، انترپرایز و دوریس میلر) ستون فقرات قدرت دریایی خواهند بود و با تکامل پهپادهای رزمی و سیستم‌های هوش مصنوعی، به‌عنوان مغز متفکر یک شبکه دریایی وارد عمل خواهند شد.