داستان جرالد.آر. فورد؛ گران‌ترین ناو هواپیمابر جهان

غزل زیاری: ناو هواپیمابر یو اس اس جرالد آر.

این کشتی نسبت به کلاس قبلی، نیمیتز، ارتقا یافته است و در واقع یک بازتعریف کامل از زیرساخت یک پایگاه هوایی متحرک اقیانوس پیما است. طراحی و ساخت ناو هواپیمابر کلاس فورد برای مقابله با چالش‌های جنگ مدرن از جمله نیاز به نرخ پرواز بالاتر، مدیریت توان الکتریکی عظیم سلاح‌های آینده و کاهش هزینه‌های عملیاتی از طریق اتوماسیون در نظر گرفته شده است.

تکامل طراحی سازه و مهندسی بدنه

فرم کلی ساختار جرالد آر. فورد همان شکل کلاس نیمیتز است. اما در جزئیات ساختاری دستخوش تغییرات اساسی شده است که کارایی عملیاتی آن را بهبود بخشیده است. طول کل این کشتی 337 متر و عرض عرشه پرواز آن 78 متر است که مساحتی حدود 4.5 هکتار را برای مانور هواپیما فراهم می کند. ارتفاع آن از خط آب تا بالای دکل به بیش از 76 متر می رسد و به اندازه یک ساختمان 20 طبقه است.

یکی از تفاوت های ظاهری و عملکردی عمده این کشتی با کشتی های کلاس فورد، طراحی مجدد و جابجایی «جزیره» یا برج کنترل کشتی است. در کلاس جرالد فورد، جزیره کوچکتر از کشتی های نیمیتز است و حدود 42 متر به عقب و یک متر به لبه بیرونی کشتی منتقل شده است که باعث افزایش مساحت عرشه پرواز در مقابل جزیره و رفع ترافیک در تردد هواپیماها شده است. به این ترتیب می توان هواپیماها را پس از فرود، بدون تداخل در مسیر پرتاب منجنیق ها، به سرعت به سمت نقاط خدمات رسانی هدایت کرد.

بدنه کشتی فورد از فولاد پیشرفته و با استحکام بالا ساخته شده است که علاوه بر کاهش وزن کلی بدنه، مقاومت آن را در برابر تهدیدات جنبشی و تنش های حرارتی افزایش می دهد. استفاده از مدل‌سازی سه بعدی پیشرفته به طراحان این امکان را می‌دهد تا قبل از ریخته‌گری اولین قطعه فولادی، تمام جزئیات داخلی، از جمله لوله‌ها و کابل‌ها را بهینه کنند. یکی از نقاط ضعف کشتی های کلاس نیمیتز که به صورت دستی و با خطاهای احتمالی انجام شد چیست.

پیشرانه و انقلاب در تولید برق

قلب تپنده جرالد فورد دو راکتور هسته‌ای نسل جدید A1B هستند که برای حل یکی از بزرگترین چالش‌های پیش روی کلاس نیمیتز طراحی شده‌اند: محدودیت در تولید برق برای سیستم‌های دیجیتال و سلاح‌های آینده.

هر راکتور A1B قادر به تولید حدود 700 مگاوات توان حرارتی است که 25 درصد بیشتر از توان راکتورهای مورد استفاده در کشتی های نیمیتز است. البته تفاوت اصلی در راندمان تبدیل انرژی به برق است. سیستم توزیع برق کلاس فورد به گونه ای طراحی شده است که 300٪ (سه برابر) ظرفیت تولید برق بیشتر از کشتی های قدیمی داشته باشد. هر راکتور می‌تواند مستقیماً 104 مگاوات برق تولید کند که برای تأمین انرژی سیستم‌های پرتاب الکترومغناطیسی، رادارهای آرایه فازی و در آینده سلاح‌های لیزری و تفنگ‌های ریلی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بهبود و کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری راکتور

طراحی راکتور A1B بر اساس ساده سازی و اتوماسیون است. این سیستم نسبت به نسل قبل 50 درصد قطعات کمتری دارد و سیستم تولید بخار از کمتر از 200 سوپاپ و تنها 8 لوله در اندازه های مختلف استفاده می کند که سرعت تعمیر و نگهداری را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

این منجر به کاهش 50 درصدی تعداد کارگران در بخش راکتور و کاهش نیاز به مهندسان در بخش مهندسی به میزان دو سوم شد. در همین حال، راکتورهای فورد طوری طراحی شده اند که در طول عمر 50 ساله خود نیازی به سوخت گیری میانی نداشته باشند، که به تنهایی میلیاردها دلار در هزینه چرخه عمر کشتی صرفه جویی می کند.

سیستم پرتاب الکترومغناطیسی هواپیما

بزرگترین جهش تکنولوژیکی در کابین فورد، جایگزینی منجنیق های بخار با سیستم پرتاب الکترومغناطیسی یا EMALS است. در نیم قرن گذشته، ناوهای هواپیمابر از پیستون‌های غول‌پیکر برای به حرکت درآوردن هواپیماها برای به پرواز درآوردن سرعت برخاست در فاصله‌ای کوتاه با فشار بخار تولید شده توسط راکتور استفاده کرده‌اند. اگرچه سیستم‌های بخار قابل اعتماد بودند، اما ضربه‌های ناگهانی و شدیدی به بدنه هواپیما وارد می‌کردند، سنگین بودند و مقادیر زیادی لوله‌کشی و مخازن آب شیرین را مصرف می‌کردند.

سیستم EMALS از یک موتور القایی خطی استفاده می کند که از جریان های الکتریکی قوی برای هدایت شاتل فلزی روی ریل های عرشه استفاده می کند. مزایای این سیستم عبارتند از:

1- دقت در کنترل شتاب: برخلاف بخاری که فشار آن در لحظه پرتاب به صورت انفجاری وارد می شود، EMALS می تواند شتاب را به صورت کاملاً صاف و یکنواخت در طول مسیر پرتاب تنظیم کند و استرس ساختاری بدنه را کاهش دهد و عمر مفید جنگنده ها را افزایش دهد.

2- تغییر وزن: منجنیق‌های بخار محدودیت‌های فیزیکی زیادی برای پرتاب اجسام بسیار سبک مانند پهپادهای شناسایی کوچک و یا بسیار سنگین داشتند، اما EMALS قادر است با اصلاح نرم‌افزاری ساده، از سبک‌ترین پهپادها تا سنگین‌ترین جنگنده‌های بمب‌افکن را با دقت بالا پرتاب کند.

3- بهبودی سریع: زمان شارژ مجدد سیستم های الکترومغناطیسی بسیار کمتر از سیستم های بخار است. زیرا در سیستم های بخار باید منتظر بمانید تا فشار بخار بالا بیاید. همین امر میزان پرتاب های متوالی در سیستم EMALS را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

4- کاهش وزن و امضای حرارتیحذف سیستم های بخار حجیم باعث کاهش وزن قسمت های بالایی کشتی می شود که در پنهان سازی نسبی کشتی موثر است.

تعمیر و نگهداری پیشرفته (آخ) و فرود هوشمند

خطرناک ترین قسمت عملیات پرواز همیشه فرود آمدن بر روی یک ناو هواپیمابر است. در کشتی‌های کلاس نیمیتز، کابل‌های فولادی به سیستم‌های هیدرولیک عظیم زیر عرشه متصل می‌شوند تا انرژی جنبشی هواپیما را در هنگام فرود جذب کنند و هواپیما با استفاده از یک قلاب به این کابل‌ها متصل می‌شود. اما در جرالد فورد، این سیستم با دنده مهار پیشرفته (AAG) که یک ساختار توربین-الکتریکی است، جایگزین شد.

در این سیستم از موتورهای الکتریکی و سیستم های کنترل دیجیتال برای توقف هواپیما استفاده می شود و برخلاف سیستم های هیدرولیک قدیمی که برای همه هواپیماها واکنش یکسانی داشتند، AAG به صورت هوشمند نیروی ترمز را بر اساس وزن و سرعت فرود هواپیما تنظیم می کند.

این سیستم مجهز به قابلیت‌های خود تشخیصی است که نیاز به تعمیر و نگهداری گسترده معمول را کاهش می‌دهد و ایمنی عملیاتی را در شرایط مختلف آب و هوایی تضمین می‌کند.

مرتب سازی نرخ تولید (sgr): قابلیت های تهاجمی بی سابقه

معیار نهایی قدرت یک ناو هواپیمابر تعداد سورتی است که می تواند در یک دوره زمانی معین انجام دهد.

کلاس فورد برای افزایش کارایی بین 25 تا 33 درصد در مقایسه با کلاس نیمیتز طراحی شده است و در حالی که نیمیتز به طور متوسط ​​120 سورتی پرواز در روز انجام می دهد، جرالد فورد برای انجام 160 سورتی پرواز در روز در شرایط استاندارد برای 30 روز متوالی طراحی شده است.

این جهش عملیاتی نتیجه ادغام چندین نوآوری است:

• پمپ بنزین ها پیت استاپ: در قایق فورد، 18 نقطه سوخت گیری و تجهیز مجدد روی عرشه نصب شده است که مانند پیت استاپ در مسابقات فرمول 1 عمل می کنند. هواپیماها در این نقاط مستقر هستند و کلیه خدمات سوخت و مهمات را بدون جابجایی اضافی دریافت می کنند.
• حذف گره های ترافیکیبا جابجایی جزیره به عقب، پارکینگ هواپیما و مناطق حرکت هواپیما بهبود می یابد و مسیرهای فرود، برخاست و تسلیح با یکدیگر تداخلی ندارند.
• کاهش آسانسور هواپیما: کشتی کلاس نیمیتز دارای 4 آسانسور است در حالی که فورد با 3 آسانسور قوی تر و سریعتر است و به دلیل چیدمان بهتر کارایی بالاتری در انتقال هواپیما از آشیانه به عرشه دارند.

آسانسورهای پیشرفته برای حمل مهمات

مشکل اصلی ناو کلاس نیمیتز در عملیات های رزمی، ضعف در انتقال سریع موشک ها و بمب ها از زرادخانه های زیر به عرشه پرواز بود. اما این مشکل در کشتی جرالد فورد مجهز به 11 آسانسور سلاح پیشرفته (AWE) حل شد. این بالابرها به جای کابل و سیم بکسل از موتورهای القایی خطی (مشابه تکنولوژی قطار Maglow) استفاده می کنند و قادرند تا 11 تن مهمات را در دقیقه حمل کنند. مسیر حرکت این آسانسورها به گونه ای است که مهمات مستقیماً به مناطق تسلیحاتی منتقل می شود و خللی در مسیر حرکت افراد یا هواپیماها ایجاد نمی کند.

استفاده از درب های اتوماتیک و سیستم های مهار مغناطیسی نیاز به جابجایی دستی مهمات را کاهش می دهد و ایمنی خدمه را در برابر انفجارهای احتمالی بهبود می بخشد. این بدان معناست که روند تسلیح جنگنده ها از ساعت به دقیقه کاهش یافته است.

رادار دو بانده سیستم های رزمی یکپارچه

ناو جرالد آر فورد مجهز به پیشرفته ترین سیستم رادار جهان در میان ناوهای هواپیمابر است. رادار دو باند (DBR) ترکیبی از دو سیستم راداری قدرتمند نصب شده در جزیره Nav است:

1- گروه: AN/SPY-4S این باند وظیفه جست و جو و ردیابی اهداف در مسافت های طولانی و در ارتفاعات بالا را بر عهده دارد.

2- باند AN/SPY-3X: رادار چند منظوره برای اسکن دقیق افق، تشخیص موشک کروز در ارتفاع پایین و هدایت موشک ضد کشتی

ادغام این دو رادار در یک سیستم مدیریتی واحد، نیاز به بیش از 10 آنتن دوار جداگانه در کشتی های قدیمی را از بین برد. این سیستم راداری در ترکیب با سیستم دفاع شخصی کشتی (SSDS Mark 2) تصویر 360 درجه دقیقی از میدان نبرد ارائه می دهد و قادر است کوچکترین پهپادها و سریعترین موشک های ضد کشتی را شناسایی و رهگیری کند.

بال هوایی و قابلیت های تهاجمی آن

USS Gerald Ford خانه هشتمین بال هوایی (CVW-8) است که برخی از پیشرفته ترین هواپیماهای نظامی جهان را در خود جای داده است. ظرفیت استاندارد این ناو 75 هواپیما است، اما در شرایط نبرد می تواند تا 90 هواپیما را در خود جای دهد.

اجزای اصلی نیروی هوایی فورد عبارتند از:

• F/A-18E/F سوپر هورنت: چهار اسکادران حمله (VFA-31، VFA-37، VFA-87، VFA-213) ستون فقرات عملیات ضربتی را تشکیل می دهند.
• EA-18G Growler: تنها سکوی جنگ الکترونیک هوابرد که قادر است رادارهای دشمن را از کار بیاندازد و ارتباطات آن را فلج کند.
• E-2D Advanced Hawkeye: رادار پرنده و مرکز فرماندهی و کنترل که قادر است صدها هدف را به طور همزمان ردیابی کند و داده ها را به کل گروه عملیاتی مخابره کند.
• MH-60R/S Seahawk: هلیکوپترهای تخصصی شکار زیردریایی و انجام عملیات نجات در محیط های بسیار خطرناک.

اتوماسیون، کاهش کارکنان و کیفیت زندگی

یکی از بزرگترین دستاوردهای مهندسی فورد کاهش نیروی انسانی مورد نیاز است. در حالی که کشتی های نیمیتز حدود 5500 تا 6000 پرسنل دارند، جرالد آر. فورد تقریباً 4500 پرسنل (شامل خدمه کشتی، بال هوایی و کارکنان فرماندهی) دارد. این کاهش 20 درصدی در پرسنل از طریق اتوماسیون گسترده در راکتور، گالی، آسانسورهای مهمات و سیستم های نظارت به دست آمد.

کاهش تعداد خدمه به معنای فضای بیشتر برای هر ملوان و بهبود کیفیت زندگی است، از جمله:

• خوابگاه های راحت: قرار دادن تخت های دوطبقه به گروه های کوچکتر تا هر ملوان فضای شخصی بیشتری داشته باشد.
• سالن های ورزشی و اجتماعی: مجهزترین سالن ها و سالن های ورزشی نیروی دریایی با دسترسی به اینترنت و سیستم های سرگرمی داخلی برای حفظ روحیه خدمه در طول ماموریت.
• امکانات پزشکی پیشرفته: بیمارستان روی کشتی فورد چیزی بیش از یک کلینیک ساده است و شامل اتاق‌های عمل مجهز، بخش مراقبت‌های ویژه (ICU)، کلینیک دندان‌پزشکی، آزمایشگاه پاتولوژی و حتی بانک خون اختصاصی با ظرفیت 5000 واحد خون است. وجود دو دستگاه مجزای تولید اکسیژن و سیستم های پیشرفته تصفیه هوا، این کشتی را به یک مرکز درمانی خودکفا در اقیانوس تبدیل کرده است.

تحلیل اقتصادی و هزینه های چرخه عمر

پروژه جرالد آر با هزینه ای در حدود 13.3 میلیارد دلار، اولین هواپیمای فورد گران ترین سرمایه گذاری نظامی در حوزه دریایی در تاریخ است. با در نظر گرفتن 4.7 میلیارد دلار اختصاص یافته به تحقیق و توسعه (R&D) برای کل کلاس، هزینه کل این برنامه سرسام آور است.

به طور طبیعی، تحلیلگران اقتصادی نیروی دریایی معتقدند که این هزینه های اولیه در طول عمر 50 ساله کشتی جبران خواهد شد.

با توجه به کاهش تعداد خدمه، هر ناو هواپیمابر کلاس فورد تقریباً 4 میلیارد دلار در هزینه های پرسنل و عملیاتی در طول عمر خود صرفه جویی می کند. در عین حال، استفاده از سیستم‌های الکتریکی پیشرفته نیاز به تعمیرات فیزیکی سنگین را که در سیستم‌های بخار و هیدرولیک رایج بود را از بین می‌برد و زمان صرف کشتی در اسکله برای تعمیرات را کاهش می‌دهد. این به معنای روزهای عملیاتی بیشتر در طول عمر کشتی است که ارزش استراتژیک آن را افزایش می دهد.

نتیجه گیری و چشم انداز آینده

USS Gerald R. با فراتر رفتن از محدودیت های فیزیکی بخار و هیدرولیک، فورد وارد عصر دیجیتال و مغناطیسی شد و توانایی این کشتی در تولید الکتریسیته عظیم، راه را برای نصب نسل جدید سلاح های لیزری با قابلیت انهدام پهپادها و موشک های تهاجمی با کسری از هزینه (هر شلیک 1 دلار) هموار کرد.

کشتی فورد داستان انتقال فناوری ها از قرن بیستم به قرن بیست و یکم است و اگرچه هزینه ها و تاخیرهای اولیه آن انتقادات زیادی را برانگیخت، اما سیستم های پیچیده آن از جمله EMALS و AAG اکنون کاملاً قابل اعتماد به نظر می رسد. در 50 سال آینده، این ناو و برادرانش (جان اف کندی، اینترپرایز و دوریس میلر) ستون فقرات قدرت دریایی خواهند بود و با توسعه هواپیماهای بدون سرنشین و سیستم های جنگی هوش مصنوعی مغز شبکه دریایی خواهد بود.