كيف تستخدم الغواصات النووية الانشطار والتحليل الكهربائي للبقاء شهوراً تحت الماء

يفصّل تحليل فني للهندسة البحرية الحديثة بنى دعم الحياة الذاتي والتحكم البيئي والدفع التي تتيح للغواصات التي تعمل بالطاقة النووية العمل وهي مغمورة لشهور متواصلة دون الحاجة للطفو أو التزود بالوقود. ووفقاً لتقرير نشره كيف شيخ (Kaif Shaikh)، تحافظ هذه السفن الحربية المتخصصة على مهام قتالية تمتد لعدة أشهر تحت أعماق البحار من خلال إنتاج طاقتها الخاصة بالدفع والتيار الكهربائي وأكسجين التنفس والمياه الصالحة للشرب بشكل مستقل. وبخلاف غواصات الديزل والكهرباء التقليدية التي يجب أن تطفو أو تمد أنبوب التنفس (أنبوب السنوركل) لسحب الهواء الجوي لمحركات الاحتراق الداخلي، تعتمد غواصات الهجوم النووي وغواصات الصواريخ الباليستية على مفاعلات الانشطار النووي الموجودة على متنها. وتغير هذه القدرة التكنولوجية بشكل أساسي وضعية الدفاع البحري، مما يسمح بعمليات مستمرة في المياه العميقة حيث تقتصر مدة المهمة بشكل أساسي على سعة تخزين الأغذية والحدود النفسية للطاقم بدلاً من احتياطيات الطاقة أو الإمدادات الجوية.

## Key facts - تستخدم الغواصات النووية مفاعلات الماء المضغوط لتوليد بخار عالي الضغط، مما يشغل توربينات الدفع والمولدات دون الحاجة إلى الأكسجين الجوي. - تقوم محطات التحليل الكهربائي على متن الغواصة بفصل المياه المنقاة إلى غازي الهيدروجين والأكسجين لتوفير هواء قابل للتنفس بشكل مستمر للطاقم. - تحول أنظمة تحلية المياه عالية السعة مياه البحر المحيطة إلى مياه عذبة لاستهلاك الطاقم، والنظافة الشخصية، وتبريد دورة المفاعل. - تزيل أنظمة تنقية الهواء والمحارق المحفزة باستمرار ثاني أكسيد الكربون، وأول أكسيد الكربون، والملوثات الدقيقة من الغلاف الجوي الداخلي المغلق. - تقتصر مدة الانتشار تحت الماء بشكل شبه كامل على حدود تخزين الأغذية والتحمل النفسي البشري بدلاً من احتياطيات الوقود أو الماء.

## What happened يعتمد الإطار الهندسي الذي يتيح العمليات الممتدة تحت الماء على ثلاثة أنظمة مترابطة: توليد الطاقة، وتجديد الهواء، وتقطير المياه. وفي قلب السفينة يوجد مفاعل ماء مضغوط بحري مدمج. في هذا النظام، يولد الانشطار النووي داخل قلب المفاعل طاقة حرارية هائلة. وتنقل هذه الحرارة إلى دورة مياه تبريد أولية تحت ضغط عالٍ، مما يمنعها من الغليان. يمر الماء الأولي الساخن عبر مولد بخار، لينقل الحرارة إلى دورة مياه ثانوية. وتغلي هذه الدورة الثانوية لتحول الماء إلى بخار عالي الضغط يتمدد عبر التوربينات الرئيسية لتدوير عمود الدفع أو المنفث الهيدروليكي، بينما تنتج التوربينات المولدات المساعدة كل الطاقة الكهربائية للأنظمة الموجودة على متن السفينة.

ونظراً لأن الانشطار النووي لا يتضمن أي احتراق كيميائي، فإن المفاعل لا يستهلك الأكسجين ولا ينتج أي غازات عادمة. ويوفر قلب المفاعل الحديث وقود يورانيوم مخصب يكفي للعمل بشكل مستمر لعقود. وعلى متن السفن الحديثة مثل الغواصات الهجومية من فئة Virginia-class التابعة للبحرية الأمريكية، تم بناء قلب المفاعل ليدوم طوال العمر التشغيلي للغواصة البالغ 33 عاماً دون الحاجة لإعادة التزود بالوقود.

وللحفاظ على بيئة صالحة للسكن داخل الهيكل المضغوط والمغلق، تجدد الغواصة الهواء القابل للتنفس باستمرار. ويتم إنتاج الأكسجين من خلال وحدات التحليل الكهربائي للماء تحت ضغط عالٍ. حيث يُعرض الماء المقطر المولد على متن الغواصة لتيار كهربائي، مما يؤدي إلى تفكيك جزيئات الماء إلى أكسجين وهيدروجين. ويُضخ غاز الأكسجين مباشرة في شبكة التهوية الداخلية للسفينة، بينما يتم ضغط غاز الهيدروجين بأمان وتصريفه إلى المحيط.

وفي الوقت نفسه، يتم التخلص من ثاني أكسيد الكربون الناتج عن زفير الطاقم لمنع التسمم بغاز ثاني أكسيد الكربون. وتمرر الغواصات الهواء الداخلي عبر وحدات تنقية كيميائية — تستخدم عادة مادة أحادي إيثانول أمين السائلة أو مواد ماصة صلبة — لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون. وتعمل المحارق المحفزة المساعدة، في درجات حرارة مرتفعة فوق محفزات من المعادن النفيسة، على أكسدة الكميات الدقيقة من أول أكسيد الكربون، وغاز الهيدروجين الصادر من مصفوفات البطاريات، والأبخرة العضوية إلى ثاني أكسيد كربون وبخار ماء غير ضارين قبل إعادة تدوير الهواء.

ويكتمل نظام دعم الحياة بإنتاج المياه العذبة. حيث تنتج الغواصات عشرات الآلاف من غالونات المياه العذبة يومياً باستخدام مبخرات وميضية متعددة المراحل تعمل بحرارة دورة البخار الثانوية، إلى جانب وحدات ترشيح بالتناضح العكسي ذات الضغط العالي. ويتم تجريد مياه البحر من الأملاح والمعادن، مما ينتج مياه فائقة النقاء مطلوبة لشرب الإنسان والطهي، والنظافة الشخصية للطاقم، ودورات تبريد المفاعل الأولية، وأنظمة التحليل الكهربائي المولد للأكسجين.

## Why it matters تمنح القدرة على البقاء مغمورة باستمرار لعدة أشهر الغواصات النووية تخفياً عملياتياً ورافعة إستراتيجية لا مثيل لهما. ففي الحرب البحرية الحديثة، يعتمد الاستطلاع العسكري على الرادار، والتصوير البصري عبر الأقمار الصناعية، وأجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء، ومراقبة الإشارات الإلكترونية. بينما يتوجب على غواصات الديزل والكهرباء التقليدية، حتى تلك المزودة بأنظمة الدفع المستقل عن الهواء (AIP) مثل خلايا الوقود أو محركات ستيرلينغ، أن تطفو دورياً أو تعمل بالقرب من عمق منظار الأفق باستخدام أنبوب التنفس لشحن البطاريات على متنها. ويؤدي استخدام أنبوب التنفس إلى إحداث أثر مرئي على السطح، ويكشف عن صارية عاكسة للرادار، ويطلق بصمات حرارية يسهل رصدها بواسطة طائرات مكافحة الغواصات وسفن السطح.

وبالمقابل، يمكن للغواصة النووية أن تغوص فور مغادرتها الميناء وتبقى على عمق مئات الأمتار تحت سطح البحر طوال مدة مهمتها — والتي تستمر غالباً من 60 إلى 90 يوماً للغواصات الهجومية وحتى 100 يوم للدوريات الإستراتيجية للردع. وبسبب عدم حاجتها للطفو أو استخدام أنبوب التنفس، لا تقدم السفن النووية تقريباً أي مقطع عرضي بصري أو راداري أو حراري.

ويشكل هذا النمط العملياتي أساس الردع النووي العالمي. حيث تستغل غواصات الصواريخ الباليستية (SSBNs) هذا التخفي الدائم للاختباء في مناطق دوريات شاسعة بالمحيطات، مما يحافظ على قدرة توجيه ضربة نووية ثانية لا يمكن تدميرها. وفي الوقت نفسه، تستفيد غواصات الهجوم النووي (SSNs) من السرعات المستمرة تحت الماء التي تتجاوز 20 إلى 25 عقدة لمرافقة مجموعات حاملات الطائرات الضاربة، وتعقب غواصات الخصم، وإجراء جمع المعلومات الاستخبارية الخفية، وإطلاق صواريخ كروز دقيقة للهجوم الأرضي دون الكشف عن مواقعها.

## The background بدأ الدفع النووي للغواصات في 17 يناير 1955، عندما أرسلت أول سفينة تعمل بالطاقة النووية في العالم، USS Nautilus (SSN-571)، الرسالة اللاسلكية الشهيرة: "Underway on nuclear power." وقد غيّرت Nautilus، التي تم تطويرها تحت إشراف أدميرال البحرية الأمريكية Hyman G. Rickover، وجه الحرب البحرية من خلال الإبحار لآلاف الأميال وهي مغمورة بالكامل، مما توج بأول عبور تحت الماء عبر القطب الشمالي الجغرافي في أغسطس 1958.

وقبل إدخال المفاعلات النووية، كانت الغواصات في الأساس سفن سطحية قابلة للغوص المؤقت. وخلال الحربين العالميتين الأولى والثانية، اعتمدت الغواصات على بطاريات الرصاص الحمضية الكهربائية عندما تكون تحت الماء. وقد قيد ذلك السرعات تحت الماء ببضع عقود واقتصر التحمل تحت الماء على أقل من 48 ساعة قبل أن تُجبر السفينة على الطفو وتشغيل محركات الديزل لإعادة شحن البطاريات. كما سمح إدخال صارية التنفس من قبل Royal Netherlands Navy، والتي استخدمتها البحرية الألمانية Kriegsmarine لاحقاً على نطاق واسع، بشحن البطاريات عند عمق منظار الأفق، لكنه ترك السفن عرضة للرصد الراداري والبصري.

افتتحت Nautilus سباقاً بحرياً كبيراً خلال الحرب الباردة. وأنشأت الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي والمملكة المتحدة وفرنسا والصين أساطيل غواصات نووية مخصصة. وفي السنوات الأخيرة، دخلت الغواصات الهندية من فئة Arihant-class SSBNs المحلية الصنع الخدمة، بينما وضع اتفاق AUKUS الأمني الذي أبرم عام 2021 بين أستراليا والمملكة المتحدة والولايات المتحدة إطاراً لأستراليا للحصول على غواصات هجومية تعمل بالطاقة النووية ومسلحة بأسلحة تقليدية بحلول أواخر ثلاثينيات القرن الحالي.

وركزت الهندسة على مدى العقود الستة الماضية على سلامة المفاعل، وتقليل الضوضاء، وطول عمر قلب المفاعل. وتطلبت الغواصات النووية المبكرة عمليات صيانة معقدة في ترسانات بناء السفن كل بضع سنوات لتبديل وقود المفاعل المستنفد. وعلى النقيض من ذلك، تتميز غواصات فئة Columbia-class SSBNs التابعة للبحرية الأمريكية وغواصات فئة Dreadnought-class التابعة للبحرية الملكية البريطانية بمفاعلات مصممة لتعمل طوال عمر السفينة لأكثر من 30 عاماً دون الحاجة لعمليات صيانة لإعادة التزود بالوقود في منتصف عمرها التشغيلي.

## Reaction يرى الاستراتيجيون البحريون والمحللون العسكريون أنه بينما توفر المفاعلات النووية طاقة دفع وطاقة كهربائية لا حدود لها تقريباً، فإن التحمل البشري يظل القيد العملياتي النهائي. ويسلط خبراء الدفاع الضوء على أن عمليات الانتشار الطويلة في المساحات الضيقة دون التعرض لضوء الشمس الطبيعي تسبب إجهاداً بدنياً ونفسياً كبيراً لأفراد الطاقم. وتواصل السلطات الطبية البحرية البحث في جداول المناوبات والدعم النفسي وأنظمة الإضاءة للتخفيف من التعب واضطراب النوم خلال المهام التي تمتد لعدة أشهر تحت الماء.

وفي الوقت نفسه، يشير اقتصاديو الدفاع إلى العوائق المالية والصناعية الهائلة أمام تشغيل أساطيل الغواصات النووية. إذ يتطلب بناء السفن النووية وصيانتها وإخراجها من الخدمة في النهاية أحواض بناء سفن متخصصة، وأطقم فنية مدربة تدريباً عالياً، وبنية تحتية صارمة للسلامة النووية. ونتيجة لذلك، تختار العديد من القوات البحرية غواصات الديزل والكهرباء غير النووية أو غواصات AIP، والتي تعمل بهدوء شديد في المياه الساحلية الضحلة بتكلفة أقل بكثير. ومع ذلك، تؤكد القوى البحرية الكبرى أن الدفع النووي يظل لا غنى عنه للمهام طويلة المدى في أعماق المحيطات والتي تتطلب سرعة عالية واستمراراً دائماً تحت الماء.

## What we don't know yet على الرغم من المعرفة العامة بمبادئ الهندسة النووية العامة، تظل مقاييس الأداء الفني المحددة لمفاعلات الغواصات العسكرية سرية للغاية. وتعتبر التفاصيل المتعلقة بمستويات تخصيب اليورانيوم — والتي تتراوح من اليورانيوم منخفض التخصيب بنحو 5% إلى 20% في التصاميم الفرنسية إلى اليورانيوم عالي التخصيب الذي يتجاوز 90% في المفاعلات الأمريكية والبريطانية — أسرار دولة محاطة بحراسة مشددة.

بالإضافة إلى ذلك، فإن البيانات الدقيقة المتعلقة بآليات التخفي الصوتي، مثل دورات التبريد بالتداول الطبيعي التي تلغي ضوضاء المضخات عند السرعات المنخفضة، ومضخات المحامل المغناطيسية، والطلاءات المطاطية المانعة للانعكاس على الهيكل، غير متاحة للجمهور. كما تترك التقارير الرسمية الحدود العملياتية القصوى لمنظفات الهواء في حالات الطوارئ غير معلنة، بالإضافة إلى معدلات التآكل الدقيقة لخلايا التحليل الكهربائي عالية الضغط، والآثار الصحية طويلة المدى للملوثات الجوية الدقيقة على أفراد الطاقم خلال عمليات الانتشار المطولة.

## What to watch - **AUKUS Implementation Milestones:** متابعة تقدم تحديثات أحواض بناء السفن، وبرامج التدريب النووي، والأطر التنظيمية مع استعداد أستراليا لاستلام غواصات أمريكية من فئة Virginia-class تمهيداً للتطوير المشترك لمنصة SSN-AUKUS. - **Dreadnought and Columbia Class Sea Trials:** مراقبة البناء والتجارب البحرية الأولية لغواصات فئة Dreadnought-class التابعة للبحرية الملكية البريطانية وفئة Columbia-class SSBNs التابعة للبحرية الأمريكية مع استعدادها لتولي مهام الردع الإستراتيجية. - **Natural Circulation Reactor Adoption:** مراقبة ما إذا كانت تصاميم الغواصات القادمة ستنتقل بالكامل إلى دورات المفاعلات ذات التداول الطبيعي لتقليل البصمات الصوتية أثناء التشغيل الهادئ بالسرعات المنخفضة. - **Uncrewed Underwater Vehicle Integration:** متابعة التجارب التي تتضمن مركبات ذات إزاحة كبيرة تعمل ذاتياً تحت الماء ويتم إطلاقها من أنابيب صواريخ الغواصات، مما يوسع قدرات الاستطلاع مع إبقاء الغواصة المضيفة خفية. - **Crew Life-Support Enhancements:** تقييم التطورات في الإضاءة التي تحاكي الساعة البيولوجية، وعلم التغذية، وتنقية الهواء الداخلي بهدف تمديد قدرة التحمل العملياتي البشري إلى ما بعد مدَد الانتشار الحالية. - **AIP versus Nuclear Cost Comparisons:** متابعة قرارات الشراء التي تتخذها القوى البحرية المتوسطة التي توازن بين المفاضلات بين غواصات الديزل المتقدمة المزودة بنظام AIP والدفع النووي.

يعتمد هذا التقرير الإخباري على التحليل الفني والتقارير التي أعدها Kaif Shaikh بشأن المبادئ العملياتية، وأنظمة الطاقة، وآليات التحكم البيئي للغواصات التي تعمل بالطاقة النووية.