سرآمد تشریح کرد؛
انقلاب بی‌سرنشین ها در فناوری‌های دریایی
شناورهای هدایت‌پذیر؛ آینده‌نگری در دریانوردی ایران
گروه راهبردی- مرتضی فاخری - شهپادها یا شناورهای هدایت‌پذیر از دور به عنوان یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های دریایی در دهه‌های اخیر، نقش مهمی در تحول عملیات زیرآبی ایفا کرده‌اند. این سامانه‌ها، امکان انجام مأموریت‌های پیچیده در محیط‌های پرخطر و غیرقابل دسترس را بدون نیاز به حضور مستقیم انسان فراهم می‌سازند. توسعه این فناوری‌ها با بهره‌گیری از پیشرفت‌های نوین در حوزه‌های ناوبری اینرسی، ارتباطات زیرآبی، پردازش داده‌های محیطی و طراحی هیدرودینامیک، موجب شده است تا شهپادها به ابزارهای کلیدی در پایش زیست‌محیطی، نقشه‌برداری بستر دریا، بازرسی زیرساخت‌های دریایی و عملیات نظامی تبدیل شوند. شهپادهای خودران با قابلیت پیمایش مستقل و جمع‌آوری داده‌های دقیق از اعماق دریا، به‌ویژه در زمینه اقیانوس‌نگاری و مطالعات تغییرات اقلیمی، جایگزین مناسبی برای کشتی‌های تحقیقاتی پرهزینه و پرخطر محسوب می‌شوند.
به گزارش اقتصاد سرآمد، مرتضی فاخری، پژوهشگر ارشد علوم راهبردی در مطلبی اختصاصی برای این روزنامه، ضمن بررسی طبقه‌بندی شهپادهای(شناورهای هدایت‌پذیر از دور) موجود در سطح جهان به فناوری‌های کلیدی در طراحی و ساخت این ابزار هوشمند حوزه دریایی پرداخته است. نگارنده در این مطلب نقش شهپادها در دریانوردی و کشتیرانی نظامی و غیرنظامی را تحلیل کرده است. این مطلب را در ادامه می‌خوانید:
اهمیت راهبردی شهپادها در دریانوردی و کشتیرانی روزافزون است، به‌طوری که سازمان‌های بین‌المللی مانند سازمان بین‌المللی دریانوردی و آژانس بین‌المللی انرژی اتمی در حال تدوین استانداردهای مربوط به ایمنی، عملکرد و تعامل این سامانه‌ها با ناوگان‌های سنتی هستند. در حوزه نظامی، شهپادها به عنوان ابزارهای شناسایی مین‌های دریایی، جمع‌آوری اطلاعات تاکتیکی و پشتیبانی از عملیات زیرسطحی شناخته می‌شوند و در برخی کشورها به عنوان بخشی از دکترین دفاع دریایی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در کنار این کاربردها، چالش‌هایی نظیر محدودیت‌های ارتباطی در اعماق، دوام انرژی و مسائل حقوقی مرتبط با مالکیت داده‌ها و مسئولیت عملکرد نیز مطرح است که نیازمند پژوهش‌های بین‌رشته‌ای و همکاری‌های بین‌المللی برای رفع آن‌هاست. با توجه به ظرفیت‌های علمی و صنعتی ایران در حوزه فناوری‌های دریایی، توسعه بومی شهپادها می‌تواند نقش مهمی در ارتقای توانمندی‌های ملی در زمینه پایش محیط‌زیست دریایی، ایمنی کشتیرانی، و مدیریت منابع زیرآبی ایفا کند.
طبقه‌بندی شهپادها
شهپادها از منظر فنی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: شناورهای هدایت‌پذیر از سطح که تحت کنترل مستقیم اپراتور انسانی عمل می‌کنند، و شناورهای خودران زیرآبی که با بهره‌گیری از الگوریتم‌های ناوبری مستقل، مأموریت‌های خود را بدون نیاز به ارتباط مستمر با سطح انجام می‌دهند. ROVها معمولاً از طریق کابل‌های ارتباطی به کشتی مادر متصل بوده و برای عملیات‌هایی نظیر بازرسی زیرآبی، تعمیرات یا نمونه‌برداری در محیط‌های خطرناک به‌کار می‌روند. در مقابل، AUVها با استفاده از سامانه‌های ناوبری اینرسی، موقعیت‌یاب صوتی و حسگرهای محیطی، قادرند مسیرهای از پیش تعیین‌شده را طی کرده و داده‌های علمی یا عملیاتی را با دقت بالا جمع‌آوری کنند. طراحی هیدرودینامیک، مصرف بهینه انرژی و قابلیت تحمل فشارهای بالا از جمله ویژگی‌های کلیدی در ساخت این شناورهاست که امکان فعالیت در اعماق تا بیش از ۶۰۰۰متر را فراهم می‌سازد. همچنین استفاده از باتری‌های لیتیوم-یونی، سامانه‌های پردازش داده درون‌سازه‌ای و پوشش‌های ضدخوردگی، دوام عملیاتی شهپادها را در محیط‌های دریایی افزایش داده است.
در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های چشمگیر در حوزه هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و ارتباطات زیرآبی موجب شده است تا شهپادهای خودران به ابزارهای هوشمند و تطبیق‌پذیر تبدیل شوند که توانایی تصمیم‌گیری در شرایط متغیر محیطی را دارند. این تحول، امکان اجرای مأموریت‌های چندمرحله‌ای، شناسایی خودکار اهداف و تعامل با سایر سامانه‌های دریایی را فراهم کرده است. از سوی دیگر، چالش‌هایی نظیر محدودیت در پهنای باند ارتباطی زیرآب، خطاهای ناوبری ناشی از اختلالات مغناطیسی و نیاز به استانداردسازی بین‌المللی در زمینه ایمنی و عملکرد، همچنان به عنوان موانع توسعه فراگیر این فناوری مطرح‌اند. سازمان‌هایی مانندIEEE، ISO و IMO در حال تدوین چارچوب‌های فنی و حقوقی برای تضمین عملکرد ایمن و قابل‌اعتماد شهپادها در محیط‌های دریایی هستند. در این میان، همکاری‌های بین‌رشته‌ای میان مهندسی مکانیک، الکترونیک، علوم دریایی و حقوق بین‌الملل، نقش مهمی در رفع چالش‌ها و ارتقای قابلیت‌های عملیاتی این شناورها ایفا می‌کند.
فناوری‌های کلیدی در طراحی شهپاد
کاربردهای شهپاد در صنایع دریایی طیف وسیعی از مأموریت‌های علمی، صنعتی، نظامی و زیست‌محیطی را در بر می‌گیرد که هریک با بهره‌گیری از قابلیت‌های خاص این سامانه‌ها، به بهینه‌سازی عملیات زیرآبی و ارتقای ایمنی و دقت در داده‌برداری منجر شده‌اند. در حوزه اقیانوس‌نگاری، شهپادهای خودران با قابلیت پیمایش مستقل در اعماق دریا، امکان اندازه‌گیری پارامترهایی نظیر دما، شوری، جریان‌های زیرسطحی و غلظت مواد مغذی را فراهم می‌سازند که برای مدل‌سازی تغییرات اقلیمی و بررسی پدیده‌هایی مانند اسیدی‌شدن اقیانوس‌ها یا کاهش اکسیژن محلول حیاتی است. همچنین در مطالعات زمین‌شناسی دریایی، این شناورها با استفاده از سونار چندپرتویی و حسگرهای مغناطیسی، نقشه‌برداری دقیق از بستر دریا، شناسایی گسل‌ها و بررسی ساختارهای زیرسطحی را ممکن می‌سازند. در صنایع نفت و گاز، شهپادها نقش کلیدی در بازرسی خطوط لوله، پایش وضعیت سازه‌های زیرآبی و تشخیص نشتی ایفا می‌کنند که موجب کاهش هزینه‌های عملیاتی و افزایش ایمنی در محیط‌های پرریسک می‌شود.
در حوزه نظامی و امنیت دریایی، شهپادها به عنوان ابزارهای شناسایی مین‌های دریایی، جمع‌آوری اطلاعات تاکتیکی و پشتیبانی از عملیات زیرسطحی شناخته می‌شوند و در برخی کشورها به عنوان بخشی از دکترین دفاع دریایی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. توانایی این سامانه‌ها در نفوذ به مناطق غیرقابل دسترس، ثبت داده‌های محیطی در شرایط سخت و ارسال اطلاعات به مراکز فرماندهی، آن‌ها را به گزینه‌ای راهبردی در عملیات‌های مخفی و پایش مرزهای آبی تبدیل کرده است. در کنار این کاربردها، شهپادها در مأموریت‌های جست‌وجو و نجات نیز به‌کار می‌روند؛ از جمله در بررسی لاشه کشتی‌ها و هواپیماهای غرق‌شده که نمونه بارز آن استفاده ازAUVها در کشف لاشه هواپیمای پرواز MH370 مالزی است. همچنین در پایش زیست‌محیطی، این شناورها با اندازه‌گیری غلظت آلاینده‌ها، فلزات سنگین و مواد آلی در آب‌های ساحلی و اقیانوسی، نقش مهمی در ارزیابی سلامت اکوسیستم‌های دریایی و ارائه هشدارهای زودهنگام ایفا می‌کنند. این تنوع کاربردی نشان‌دهنده ظرفیت بالای شهپادها در پاسخگویی به نیازهای چندگانه علوم و صنایع دریایی است.
کاربردهای عملی شهپاد در صنایع دریایی
شهپادها در سال‌های اخیر به عنوان یکی از مؤلفه‌های راهبردی در تحول دریانوردی و کشتیرانی شناخته شده‌اند، به‌ویژه در زمینه‌هایی که نیازمند دقت بالا، ایمنی عملیاتی، و کاهش وابستگی به نیروی انسانی هستند. در عملیات کشتیرانی تجاری، استفاده از شهپادها برای پایش مسیرهای دریایی، بررسی وضعیت بنادر و شناسایی موانع زیرآبی، موجب افزایش بهره‌وری و کاهش ریسک تصادفات شده است. همچنین در مدیریت ترافیک دریایی، این سامانه‌ها با جمع‌آوری داده‌های محیطی و ارسال آن به مراکز کنترل ساحلی، نقش مهمی در بهینه‌سازی مسیرهای عبور و کاهش مصرف سوخت ایفا می‌کنند. در حوزه ایمنی کشتی‌ها، شهپادها قادرند وضعیت بدنه، پروانه‌ها، و سامانه‌های زیرآبی را بدون نیاز به غواص بررسی کرده و گزارش‌های دقیق برای تعمیرات پیشگیرانه ارائه دهند. این قابلیت‌ها به‌ویژه در کشتی‌های نفتکش، کانتینربر و شناورهای ویژه حمل مواد خطرناک، اهمیت مضاعفی دارند و با استانداردهای بین‌المللی نظیرSOLAS و MARPOL هم‌راستا هستند.
در حوزه دریانوردی نظامی، شهپادها به عنوان ابزارهای مکمل در عملیات‌های سطحی و زیرسطحی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. توانایی این سامانه‌ها در شناسایی مین‌های دریایی، بررسی مناطق مشکوک و جمع‌آوری اطلاعات تاکتیکی، موجب ارتقای توان عملیاتی نیروهای دریایی بدون به خطر انداختن جان پرسنل شده است. برخی کشورها از شهپادهای خودران برای گشت‌زنی در مناطق حساس دریایی، پایش مرزهای آبی و پشتیبانی از زیردریایی‌ها بهره می‌برند که این روند با توسعه سامانه‌های ارتباطی زیرآبی و هوش مصنوعی، به سمت خودمختاری بیشتر در حال حرکت است. همچنین در مأموریت‌های چندملیتی نظیر مقابله با قاچاق دریایی، آلودگی‌های نفتی و امداد و نجات، شهپادها به عنوان ابزارهای قابل‌اعتماد و سریع در شناسایی و واکنش اولیه شناخته می‌شوند. با توجه به الزامات کنوانسیون‌های بین‌المللی و نیاز به تعامل میان سامانه‌های خودکار و شناورهای سنتی، توسعه پروتکل‌های ارتباطی و استانداردهای عملکردی برای شهپادها در دستور کار نهادهایی مانندIMO و IALA قرار گرفته است. این روند نشان‌دهنده جایگاه فزاینده شهپادها در آینده دریانوردی هوشمند و ایمن است.
نقش شهپاد در دریانوردی و کشتیرانی نظامی و غیرنظامی
با وجود پیشرفت‌های چشمگیر در طراحی و کاربرد شهپادها، چالش‌ها و محدودیت‌های فنی، عملیاتی و حقوقی همچنان مانعی در مسیر بهره‌برداری گسترده و ایمن از این فناوری محسوب می‌شوند. یکی از مهم‌ترین چالش‌ها، محدودیت ارتباطی در محیط‌های زیرآبی است؛ به‌دلیل جذب شدید امواج الکترومغناطیسی در آب، ارتباط میان شهپاد و سطح معمولاً از طریق امواج صوتی با پهنای باند محدود و تأخیر بالا انجام می‌شود که بر کیفیت کنترل و انتقال داده تأثیر می‌گذارد. همچنین دوام انرژی در مأموریت‌های طولانی‌مدت زیرآبی یکی از دغدغه‌های اصلی است؛ باتری‌های لیتیوم-یونی رایج، علی‌رغم چگالی انرژی بالا، نیازمند مدیریت حرارتی دقیق و ایمنی بالا هستند. از سوی دیگر، خطاهای ناوبری ناشی از اختلالات مغناطیسی، جریان‌های غیرقابل پیش‌بینی و عدم‌دسترسی به سامانه‌های موقعیت‌یاب ماهواره‌ای در زیر آب، موجب کاهش دقت در مسیر‌یابی و اجرای مأموریت می‌شود. این مسائل نیازمند توسعه سامانه‌های ناوبری ترکیبی، الگوریتم‌های تصحیح مسیر و فناوری‌های ارتباطی نوین مانند ارتباط نوری زیرآبی یا شبکه‌های مش‌بیس صوتی هستند.در کنار چالش‌های فنی، مسائل حقوقی و استانداردسازی نیز از اهمیت بالایی برخوردارند. با گسترش استفاده از شهپادها در آب‌های بین‌المللی، موضوعاتی نظیر مالکیت داده‌های جمع‌آوری‌شده، مسئولیت در صورت بروز حادثه و تعامل با شناورهای سرنشین‌دار مطرح شده‌اند که نیازمند تدوین مقررات جامع و هماهنگ در سطح جهانی هستند. سازمان‌هایی مانند سازمان بین‌المللی دریانوردی، اتحادیه بین‌المللی مخابرات و سازمان بین‌المللی استاندارد در حال بررسی چارچوب‌های حقوقی و فنی برای تضمین عملکرد ایمن، قابل‌اعتماد و سازگار شهپادها با سایر سامانه‌های دریایی هستند. همچنین نگرانی‌هایی در زمینه امنیت سایبری، حفاظت از داده‌ها و امکان سوءاستفاده از شهپادها در مأموریت‌های غیرقانونی یا نظامی، موجب شده است تا توسعه پروتکل‌های رمزنگاری، احراز هویت و کنترل دسترسی در طراحی این سامانه‌ها مورد توجه ویژه قرار گیرد. رفع این چالش‌ها مستلزم همکاری بین‌رشته‌ای میان مهندسان، حقوقدانان، متخصصان امنیت اطلاعات و نهادهای سیاست‌گذار است تا مسیر بهره‌برداری مسئولانه و پایدار از شهپادها در محیط‌های دریایی هموار شود.
چالش‌ها و محدودیت‌ها
در سطح جهانی، توسعه و بهره‌برداری از شهپادها به عنوان بخشی از راهبردهای نوین در علوم و صنایع دریایی، با سرعت قابل‌توجهی در حال گسترش است. کشورهای پیشرو مانند ایالات متحده، چین، ژاپن، آلمان و نروژ با سرمایه‌گذاری‌های گسترده در حوزه طراحی، ساخت و به‌کارگیری شهپادهای پیشرفته، توانسته‌اند سامانه‌هایی با قابلیت‌های بالا در زمینه ناوبری مستقل، جمع‌آوری داده‌های چندمنظوره و تعامل با سایر سامانه‌های دریایی ایجاد کنند. به عنوان نمونه، پروژهREMUS در آمریکا و سامانه‌هایBluefin Robotics از جمله شناخته‌شده‌ترین شهپادهای خودران هستند که در مأموریت‌های نظامی، زیست‌محیطی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. همچنین چین با توسعه سامانه‌هایAUV در مؤسسه اقیانوس‌شناسی چین‌جنوبی، توانسته است در زمینه نقشه‌برداری بستر دریا و پایش منابع معدنی زیرآبی به موفقیت‌های چشمگیری دست یابد. این روند جهانی نشان‌دهنده اهمیت راهبردی شهپادها در مدیریت پایدار دریاها، امنیت دریایی و توسعه فناوری‌های هوشمند زیرآبی است.
در ایران نیز با توجه به ظرفیت‌های علمی، دانشگاهی و صنعتی موجود، زمینه‌های مناسبی برای توسعه بومی شهپادها فراهم شده است. مراکز تحقیقاتی دریایی، دانشگاه‌های فنی و صنایع دفاعی کشور در سال‌های اخیر اقدام به طراحی و ساخت نمونه‌های اولیه شهپادهای کنترل‌پذیر و خودران کرده‌اند که در مأموریت‌هایی نظیر پایش محیط‌زیست دریایی، بررسی سازه‌های زیرآبی و شناسایی تهدیدات امنیتی مورد آزمایش قرار گرفته‌اند. با توجه به موقعیت ژئوپلیتیکی ایران در منطقه خلیج فارس، دریای عمان و دریای خزر، بهره‌برداری از شهپادها می‌تواند نقش مهمی در ارتقای توانمندی‌های ملی در زمینه پایش مرزهای آبی، مدیریت منابع دریایی و مقابله با مخاطرات زیست‌محیطی ایفا کند. همچنین همکاری‌های علمی با کشورهای منطقه و مشارکت در پروژه‌های بین‌المللی می‌تواند مسیر انتقال فناوری، استانداردسازی و توسعه زیرساخت‌های فنی را هموار سازد. دستیابی به شهپادهای پیشرفته نیازمند حمایت سیاست‌گذاران، سرمایه‌گذاری هدفمند و تربیت نیروی انسانی متخصص در حوزه‌های میان‌رشته‌ای مرتبط با علوم دریایی، مهندسی مکانیک، الکترونیک و هوش مصنوعی است.
وضعیت جهانی و نمونه‌های برجسته
با توجه به روندهای جهانی در توسعه فناوری‌های دریایی، آینده شهپادها به عنوان یکی از ارکان اصلی دریانوردی هوشمند و پایدار، با چشم‌اندازهای نوآورانه و تحول‌آفرین همراه است. پیش‌بینی می‌شود با ادغام سامانه‌های هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و ارتباطات کوانتومی، شهپادها به سطحی از خودمختاری برسند که بتوانند در مأموریت‌های چندمرحله‌ای، تصمیم‌گیری‌های تطبیقی و تعامل با سایر سامانه‌های دریایی را بدون نیاز به کنترل انسانی انجام دهند. این تحول، امکان اجرای عملیات‌های پیچیده در محیط‌های متغیر و پرریسک را فراهم می‌سازد و نقش شهپادها را از ابزارهای جمع‌آوری داده به عاملان فعال در مدیریت دریاها ارتقا می‌دهد. همچنین توسعه شبکه‌های ارتباطی زیرآبی، سامانه‌های ناوبری ترکیبی و فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر، زمینه‌ساز افزایش دوام عملیاتی و کاهش وابستگی به زیرساخت‌های سطحی خواهد بود. در این مسیر، استانداردسازی بین‌المللی، تدوین پروتکل‌های ایمنی و ایجاد چارچوب‌های حقوقی برای تعامل میان سامانه‌های خودکار و شناورهای سنتی، از الزامات اساسی برای بهره‌برداری مسئولانه و پایدار از شهپادها محسوب می‌شود.
در سطح سیاست‌گذاری و راهبردهای ملی، توصیه می‌شود که کشورها با سرمایه‌گذاری هدفمند در حوزه‌های تحقیقاتی، تربیت نیروی انسانی متخصص و ایجاد زیرساخت‌های آزمایشگاهی و صنعتی، زمینه توسعه بومی شهپادها را فراهم سازند. در ایران، با توجه به موقعیت ژئوپلیتیکی و تنوع زیست‌محیطی دریایی، بهره‌برداری از شهپادها می‌تواند نقش مهمی در پایش منابع طبیعی، مقابله با مخاطرات زیست‌محیطی و ارتقای امنیت دریایی ایفا کند. همچنین مشارکت در پروژه‌های بین‌المللی، تبادل فناوری با کشورهای پیشرو و تدوین اسناد راهبردی ملی در زمینه فناوری‌های دریایی، می‌تواند مسیر توسعه پایدار و رقابت‌پذیر شهپادها را هموار سازد. بطورکلی، تلفیق دانش میان‌رشته‌ای در حوزه‌های مهندسی، علوم دریایی، حقوق بین‌الملل و سیاست‌گذاری عمومی، شرط لازم برای شکل‌گیری زیست‌بوم نوآوری در زمینه شهپادها و تحقق چشم‌انداز دریانوردی هوشمند در دهه‌های آینده خواهد بود.
جمع‌بندی یافته‌ها و تأکید بر اهمیت راهبردی شهپادها
بررسی‌های انجام‌شده نشان می‌دهد که شهپادها با بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته در حوزه‌های ناوبری، ارتباطات زیرآبی، پردازش داده و هوش مصنوعی، توانسته‌اند جایگاه ویژه‌ای در مأموریت‌های علمی، صنعتی، نظامی و زیست‌محیطی به‌دست آورند. این سامانه‌ها با کاهش وابستگی به نیروی انسانی، افزایش ایمنی در محیط‌های پرریسک و ارتقای دقت در داده‌برداری، به ابزارهایی حیاتی در مدیریت پایدار دریاها و اقیانوس‌ها تبدیل شده‌اند. همچنین نقش شهپادها در دریانوردی هوشمند، کشتیرانی ایمن و پایش منابع زیرآبی، نشان‌دهنده ظرفیت بالای این فناوری در پاسخگویی به چالش‌های پیچیده قرن بیست‌و‌یکم است. روندهای جهانی حاکی از آن است که شهپادها در آینده نه‌تنها به عنوان ابزارهای جمع‌آوری داده، بلکه به عنوان عاملان تصمیم‌گیر و خودمختار در مدیریت عملیات دریایی ایفای نقش خواهند کرد.
در این راستا، توسعه بومی شهپادها در کشورهایی با ظرفیت‌های علمی و صنعتی مانند ایران، می‌تواند نقش مهمی در ارتقای توانمندی‌های ملی در حوزه‌های راهبردی ایفا کند. بهره‌برداری از این سامانه‌ها در پایش مرزهای آبی، مدیریت منابع دریایی و مقابله با مخاطرات زیست‌محیطی، نه‌تنها موجب افزایش امنیت و بهره‌وری در حوزه دریانوردی می‌شود، بلکه زمینه‌ساز مشارکت فعال در پروژه‌های بین‌المللی و تبادل فناوری با کشورهای پیشرو خواهد بود. تحقق این چشم‌انداز نیازمند تدوین سیاست‌های راهبردی، سرمایه‌گذاری هدفمند، تربیت نیروی انسانی متخصص و ایجاد زیرساخت‌های فناورانه در حوزه‌های میان‌رشته‌ای مرتبط با علوم دریایی، مهندسی مکانیک، الکترونیک و هوش مصنوعی است. در مجموع، تلفیق دانش فنی با رویکردهای حقوقی، زیست‌محیطی و سیاست‌گذاری عمومی، شرط لازم برای بهره‌برداری مسئولانه و پایدار از شهپادها در خدمت توسعه دریایی کشور
خواهد بود.
گروه راهبردی- مرتضی فاخری - شهپادها یا شناورهای هدایت‌پذیر از دور به عنوان یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های دریایی در دهه‌های اخیر، نقش مهمی در تحول عملیات زیرآبی ایفا کرده‌اند. این سامانه‌ها، امکان انجام مأموریت‌های پیچیده در محیط‌های پرخطر و غیرقابل دسترس را بدون نیاز به حضور مستقیم انسان فراهم می‌سازند. توسعه این فناوری‌ها با بهره‌گیری از پیشرفت‌های نوین در حوزه‌های ناوبری اینرسی، ارتباطات زیرآبی، پردازش داده‌های محیطی و طراحی هیدرودینامیک، موجب شده است تا شهپادها به ابزارهای کلیدی در پایش زیست‌محیطی، نقشه‌برداری بستر دریا، بازرسی زیرساخت‌های دریایی و عملیات نظامی تبدیل شوند. شهپادهای خودران با قابلیت پیمایش مستقل و جمع‌آوری داده‌های دقیق از اعماق دریا، به‌ویژه در زمینه اقیانوس‌نگاری و مطالعات تغییرات اقلیمی، جایگزین مناسبی برای کشتی‌های تحقیقاتی پرهزینه و پرخطر محسوب می‌شوند.
به گزارش اقتصاد سرآمد، مرتضی فاخری، پژوهشگر ارشد علوم راهبردی در مطلبی اختصاصی برای این روزنامه، ضمن بررسی طبقه‌بندی شهپادهای(شناورهای هدایت‌پذیر از دور) موجود در سطح جهان به فناوری‌های کلیدی در طراحی و ساخت این ابزار هوشمند حوزه دریایی پرداخته است. نگارنده در این مطلب نقش شهپادها در دریانوردی و کشتیرانی نظامی و غیرنظامی را تحلیل کرده است. این مطلب را در ادامه می‌خوانید:
اهمیت راهبردی شهپادها در دریانوردی و کشتیرانی روزافزون است، به‌طوری که سازمان‌های بین‌المللی مانند سازمان بین‌المللی دریانوردی و آژانس بین‌المللی انرژی اتمی در حال تدوین استانداردهای مربوط به ایمنی، عملکرد و تعامل این سامانه‌ها با ناوگان‌های سنتی هستند. در حوزه نظامی، شهپادها به عنوان ابزارهای شناسایی مین‌های دریایی، جمع‌آوری اطلاعات تاکتیکی و پشتیبانی از عملیات زیرسطحی شناخته می‌شوند و در برخی کشورها به عنوان بخشی از دکترین دفاع دریایی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در کنار این کاربردها، چالش‌هایی نظیر محدودیت‌های ارتباطی در اعماق، دوام انرژی و مسائل حقوقی مرتبط با مالکیت داده‌ها و مسئولیت عملکرد نیز مطرح است که نیازمند پژوهش‌های بین‌رشته‌ای و همکاری‌های بین‌المللی برای رفع آن‌هاست. با توجه به ظرفیت‌های علمی و صنعتی ایران در حوزه فناوری‌های دریایی، توسعه بومی شهپادها می‌تواند نقش مهمی در ارتقای توانمندی‌های ملی در زمینه پایش محیط‌زیست دریایی، ایمنی کشتیرانی، و مدیریت منابع زیرآبی ایفا کند.
طبقه‌بندی شهپادها
شهپادها از منظر فنی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: شناورهای هدایت‌پذیر از سطح که تحت کنترل مستقیم اپراتور انسانی عمل می‌کنند، و شناورهای خودران زیرآبی که با بهره‌گیری از الگوریتم‌های ناوبری مستقل، مأموریت‌های خود را بدون نیاز به ارتباط مستمر با سطح انجام می‌دهند. ROVها معمولاً از طریق کابل‌های ارتباطی به کشتی مادر متصل بوده و برای عملیات‌هایی نظیر بازرسی زیرآبی، تعمیرات یا نمونه‌برداری در محیط‌های خطرناک به‌کار می‌روند. در مقابل، AUVها با استفاده از سامانه‌های ناوبری اینرسی، موقعیت‌یاب صوتی و حسگرهای محیطی، قادرند مسیرهای از پیش تعیین‌شده را طی کرده و داده‌های علمی یا عملیاتی را با دقت بالا جمع‌آوری کنند. طراحی هیدرودینامیک، مصرف بهینه انرژی و قابلیت تحمل فشارهای بالا از جمله ویژگی‌های کلیدی در ساخت این شناورهاست که امکان فعالیت در اعماق تا بیش از ۶۰۰۰متر را فراهم می‌سازد. همچنین استفاده از باتری‌های لیتیوم-یونی، سامانه‌های پردازش داده درون‌سازه‌ای و پوشش‌های ضدخوردگی، دوام عملیاتی شهپادها را در محیط‌های دریایی افزایش داده است.
در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های چشمگیر در حوزه هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و ارتباطات زیرآبی موجب شده است تا شهپادهای خودران به ابزارهای هوشمند و تطبیق‌پذیر تبدیل شوند که توانایی تصمیم‌گیری در شرایط متغیر محیطی را دارند. این تحول، امکان اجرای مأموریت‌های چندمرحله‌ای، شناسایی خودکار اهداف و تعامل با سایر سامانه‌های دریایی را فراهم کرده است. از سوی دیگر، چالش‌هایی نظیر محدودیت در پهنای باند ارتباطی زیرآب، خطاهای ناوبری ناشی از اختلالات مغناطیسی و نیاز به استانداردسازی بین‌المللی در زمینه ایمنی و عملکرد، همچنان به عنوان موانع توسعه فراگیر این فناوری مطرح‌اند. سازمان‌هایی مانندIEEE، ISO و IMO در حال تدوین چارچوب‌های فنی و حقوقی برای تضمین عملکرد ایمن و قابل‌اعتماد شهپادها در محیط‌های دریایی هستند. در این میان، همکاری‌های بین‌رشته‌ای میان مهندسی مکانیک، الکترونیک، علوم دریایی و حقوق بین‌الملل، نقش مهمی در رفع چالش‌ها و ارتقای قابلیت‌های عملیاتی این شناورها ایفا می‌کند.
فناوری‌های کلیدی در طراحی شهپاد
کاربردهای شهپاد در صنایع دریایی طیف وسیعی از مأموریت‌های علمی، صنعتی، نظامی و زیست‌محیطی را در بر می‌گیرد که هریک با بهره‌گیری از قابلیت‌های خاص این سامانه‌ها، به بهینه‌سازی عملیات زیرآبی و ارتقای ایمنی و دقت در داده‌برداری منجر شده‌اند. در حوزه اقیانوس‌نگاری، شهپادهای خودران با قابلیت پیمایش مستقل در اعماق دریا، امکان اندازه‌گیری پارامترهایی نظیر دما، شوری، جریان‌های زیرسطحی و غلظت مواد مغذی را فراهم می‌سازند که برای مدل‌سازی تغییرات اقلیمی و بررسی پدیده‌هایی مانند اسیدی‌شدن اقیانوس‌ها یا کاهش اکسیژن محلول حیاتی است. همچنین در مطالعات زمین‌شناسی دریایی، این شناورها با استفاده از سونار چندپرتویی و حسگرهای مغناطیسی، نقشه‌برداری دقیق از بستر دریا، شناسایی گسل‌ها و بررسی ساختارهای زیرسطحی را ممکن می‌سازند. در صنایع نفت و گاز، شهپادها نقش کلیدی در بازرسی خطوط لوله، پایش وضعیت سازه‌های زیرآبی و تشخیص نشتی ایفا می‌کنند که موجب کاهش هزینه‌های عملیاتی و افزایش ایمنی در محیط‌های پرریسک می‌شود.
در حوزه نظامی و امنیت دریایی، شهپادها به عنوان ابزارهای شناسایی مین‌های دریایی، جمع‌آوری اطلاعات تاکتیکی و پشتیبانی از عملیات زیرسطحی شناخته می‌شوند و در برخی کشورها به عنوان بخشی از دکترین دفاع دریایی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. توانایی این سامانه‌ها در نفوذ به مناطق غیرقابل دسترس، ثبت داده‌های محیطی در شرایط سخت و ارسال اطلاعات به مراکز فرماندهی، آن‌ها را به گزینه‌ای راهبردی در عملیات‌های مخفی و پایش مرزهای آبی تبدیل کرده است. در کنار این کاربردها، شهپادها در مأموریت‌های جست‌وجو و نجات نیز به‌کار می‌روند؛ از جمله در بررسی لاشه کشتی‌ها و هواپیماهای غرق‌شده که نمونه بارز آن استفاده ازAUVها در کشف لاشه هواپیمای پرواز MH370 مالزی است. همچنین در پایش زیست‌محیطی، این شناورها با اندازه‌گیری غلظت آلاینده‌ها، فلزات سنگین و مواد آلی در آب‌های ساحلی و اقیانوسی، نقش مهمی در ارزیابی سلامت اکوسیستم‌های دریایی و ارائه هشدارهای زودهنگام ایفا می‌کنند. این تنوع کاربردی نشان‌دهنده ظرفیت بالای شهپادها در پاسخگویی به نیازهای چندگانه علوم و صنایع دریایی است.
کاربردهای عملی شهپاد در صنایع دریایی
شهپادها در سال‌های اخیر به عنوان یکی از مؤلفه‌های راهبردی در تحول دریانوردی و کشتیرانی شناخته شده‌اند، به‌ویژه در زمینه‌هایی که نیازمند دقت بالا، ایمنی عملیاتی، و کاهش وابستگی به نیروی انسانی هستند. در عملیات کشتیرانی تجاری، استفاده از شهپادها برای پایش مسیرهای دریایی، بررسی وضعیت بنادر و شناسایی موانع زیرآبی، موجب افزایش بهره‌وری و کاهش ریسک تصادفات شده است. همچنین در مدیریت ترافیک دریایی، این سامانه‌ها با جمع‌آوری داده‌های محیطی و ارسال آن به مراکز کنترل ساحلی، نقش مهمی در بهینه‌سازی مسیرهای عبور و کاهش مصرف سوخت ایفا می‌کنند. در حوزه ایمنی کشتی‌ها، شهپادها قادرند وضعیت بدنه، پروانه‌ها، و سامانه‌های زیرآبی را بدون نیاز به غواص بررسی کرده و گزارش‌های دقیق برای تعمیرات پیشگیرانه ارائه دهند. این قابلیت‌ها به‌ویژه در کشتی‌های نفتکش، کانتینربر و شناورهای ویژه حمل مواد خطرناک، اهمیت مضاعفی دارند و با استانداردهای بین‌المللی نظیرSOLAS و MARPOL هم‌راستا هستند.
در حوزه دریانوردی نظامی، شهپادها به عنوان ابزارهای مکمل در عملیات‌های سطحی و زیرسطحی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. توانایی این سامانه‌ها در شناسایی مین‌های دریایی، بررسی مناطق مشکوک و جمع‌آوری اطلاعات تاکتیکی، موجب ارتقای توان عملیاتی نیروهای دریایی بدون به خطر انداختن جان پرسنل شده است. برخی کشورها از شهپادهای خودران برای گشت‌زنی در مناطق حساس دریایی، پایش مرزهای آبی و پشتیبانی از زیردریایی‌ها بهره می‌برند که این روند با توسعه سامانه‌های ارتباطی زیرآبی و هوش مصنوعی، به سمت خودمختاری بیشتر در حال حرکت است. همچنین در مأموریت‌های چندملیتی نظیر مقابله با قاچاق دریایی، آلودگی‌های نفتی و امداد و نجات، شهپادها به عنوان ابزارهای قابل‌اعتماد و سریع در شناسایی و واکنش اولیه شناخته می‌شوند. با توجه به الزامات کنوانسیون‌های بین‌المللی و نیاز به تعامل میان سامانه‌های خودکار و شناورهای سنتی، توسعه پروتکل‌های ارتباطی و استانداردهای عملکردی برای شهپادها در دستور کار نهادهایی مانندIMO و IALA قرار گرفته است. این روند نشان‌دهنده جایگاه فزاینده شهپادها در آینده دریانوردی هوشمند و ایمن است.
نقش شهپاد در دریانوردی و کشتیرانی نظامی و غیرنظامی
با وجود پیشرفت‌های چشمگیر در طراحی و کاربرد شهپادها، چالش‌ها و محدودیت‌های فنی، عملیاتی و حقوقی همچنان مانعی در مسیر بهره‌برداری گسترده و ایمن از این فناوری محسوب می‌شوند. یکی از مهم‌ترین چالش‌ها، محدودیت ارتباطی در محیط‌های زیرآبی است؛ به‌دلیل جذب شدید امواج الکترومغناطیسی در آب، ارتباط میان شهپاد و سطح معمولاً از طریق امواج صوتی با پهنای باند محدود و تأخیر بالا انجام می‌شود که بر کیفیت کنترل و انتقال داده تأثیر می‌گذارد. همچنین دوام انرژی در مأموریت‌های طولانی‌مدت زیرآبی یکی از دغدغه‌های اصلی است؛ باتری‌های لیتیوم-یونی رایج، علی‌رغم چگالی انرژی بالا، نیازمند مدیریت حرارتی دقیق و ایمنی بالا هستند. از سوی دیگر، خطاهای ناوبری ناشی از اختلالات مغناطیسی، جریان‌های غیرقابل پیش‌بینی و عدم‌دسترسی به سامانه‌های موقعیت‌یاب ماهواره‌ای در زیر آب، موجب کاهش دقت در مسیر‌یابی و اجرای مأموریت می‌شود. این مسائل نیازمند توسعه سامانه‌های ناوبری ترکیبی، الگوریتم‌های تصحیح مسیر و فناوری‌های ارتباطی نوین مانند ارتباط نوری زیرآبی یا شبکه‌های مش‌بیس صوتی هستند.در کنار چالش‌های فنی، مسائل حقوقی و استانداردسازی نیز از اهمیت بالایی برخوردارند. با گسترش استفاده از شهپادها در آب‌های بین‌المللی، موضوعاتی نظیر مالکیت داده‌های جمع‌آوری‌شده، مسئولیت در صورت بروز حادثه و تعامل با شناورهای سرنشین‌دار مطرح شده‌اند که نیازمند تدوین مقررات جامع و هماهنگ در سطح جهانی هستند. سازمان‌هایی مانند سازمان بین‌المللی دریانوردی، اتحادیه بین‌المللی مخابرات و سازمان بین‌المللی استاندارد در حال بررسی چارچوب‌های حقوقی و فنی برای تضمین عملکرد ایمن، قابل‌اعتماد و سازگار شهپادها با سایر سامانه‌های دریایی هستند. همچنین نگرانی‌هایی در زمینه امنیت سایبری، حفاظت از داده‌ها و امکان سوءاستفاده از شهپادها در مأموریت‌های غیرقانونی یا نظامی، موجب شده است تا توسعه پروتکل‌های رمزنگاری، احراز هویت و کنترل دسترسی در طراحی این سامانه‌ها مورد توجه ویژه قرار گیرد. رفع این چالش‌ها مستلزم همکاری بین‌رشته‌ای میان مهندسان، حقوقدانان، متخصصان امنیت اطلاعات و نهادهای سیاست‌گذار است تا مسیر بهره‌برداری مسئولانه و پایدار از شهپادها در محیط‌های دریایی هموار شود.
چالش‌ها و محدودیت‌ها
در سطح جهانی، توسعه و بهره‌برداری از شهپادها به عنوان بخشی از راهبردهای نوین در علوم و صنایع دریایی، با سرعت قابل‌توجهی در حال گسترش است. کشورهای پیشرو مانند ایالات متحده، چین، ژاپن، آلمان و نروژ با سرمایه‌گذاری‌های گسترده در حوزه طراحی، ساخت و به‌کارگیری شهپادهای پیشرفته، توانسته‌اند سامانه‌هایی با قابلیت‌های بالا در زمینه ناوبری مستقل، جمع‌آوری داده‌های چندمنظوره و تعامل با سایر سامانه‌های دریایی ایجاد کنند. به عنوان نمونه، پروژهREMUS در آمریکا و سامانه‌هایBluefin Robotics از جمله شناخته‌شده‌ترین شهپادهای خودران هستند که در مأموریت‌های نظامی، زیست‌محیطی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. همچنین چین با توسعه سامانه‌هایAUV در مؤسسه اقیانوس‌شناسی چین‌جنوبی، توانسته است در زمینه نقشه‌برداری بستر دریا و پایش منابع معدنی زیرآبی به موفقیت‌های چشمگیری دست یابد. این روند جهانی نشان‌دهنده اهمیت راهبردی شهپادها در مدیریت پایدار دریاها، امنیت دریایی و توسعه فناوری‌های هوشمند زیرآبی است.
در ایران نیز با توجه به ظرفیت‌های علمی، دانشگاهی و صنعتی موجود، زمینه‌های مناسبی برای توسعه بومی شهپادها فراهم شده است. مراکز تحقیقاتی دریایی، دانشگاه‌های فنی و صنایع دفاعی کشور در سال‌های اخیر اقدام به طراحی و ساخت نمونه‌های اولیه شهپادهای کنترل‌پذیر و خودران کرده‌اند که در مأموریت‌هایی نظیر پایش محیط‌زیست دریایی، بررسی سازه‌های زیرآبی و شناسایی تهدیدات امنیتی مورد آزمایش قرار گرفته‌اند. با توجه به موقعیت ژئوپلیتیکی ایران در منطقه خلیج فارس، دریای عمان و دریای خزر، بهره‌برداری از شهپادها می‌تواند نقش مهمی در ارتقای توانمندی‌های ملی در زمینه پایش مرزهای آبی، مدیریت منابع دریایی و مقابله با مخاطرات زیست‌محیطی ایفا کند. همچنین همکاری‌های علمی با کشورهای منطقه و مشارکت در پروژه‌های بین‌المللی می‌تواند مسیر انتقال فناوری، استانداردسازی و توسعه زیرساخت‌های فنی را هموار سازد. دستیابی به شهپادهای پیشرفته نیازمند حمایت سیاست‌گذاران، سرمایه‌گذاری هدفمند و تربیت نیروی انسانی متخصص در حوزه‌های میان‌رشته‌ای مرتبط با علوم دریایی، مهندسی مکانیک، الکترونیک و هوش مصنوعی است.
وضعیت جهانی و نمونه‌های برجسته
با توجه به روندهای جهانی در توسعه فناوری‌های دریایی، آینده شهپادها به عنوان یکی از ارکان اصلی دریانوردی هوشمند و پایدار، با چشم‌اندازهای نوآورانه و تحول‌آفرین همراه است. پیش‌بینی می‌شود با ادغام سامانه‌های هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و ارتباطات کوانتومی، شهپادها به سطحی از خودمختاری برسند که بتوانند در مأموریت‌های چندمرحله‌ای، تصمیم‌گیری‌های تطبیقی و تعامل با سایر سامانه‌های دریایی را بدون نیاز به کنترل انسانی انجام دهند. این تحول، امکان اجرای عملیات‌های پیچیده در محیط‌های متغیر و پرریسک را فراهم می‌سازد و نقش شهپادها را از ابزارهای جمع‌آوری داده به عاملان فعال در مدیریت دریاها ارتقا می‌دهد. همچنین توسعه شبکه‌های ارتباطی زیرآبی، سامانه‌های ناوبری ترکیبی و فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر، زمینه‌ساز افزایش دوام عملیاتی و کاهش وابستگی به زیرساخت‌های سطحی خواهد بود. در این مسیر، استانداردسازی بین‌المللی، تدوین پروتکل‌های ایمنی و ایجاد چارچوب‌های حقوقی برای تعامل میان سامانه‌های خودکار و شناورهای سنتی، از الزامات اساسی برای بهره‌برداری مسئولانه و پایدار از شهپادها محسوب می‌شود.
در سطح سیاست‌گذاری و راهبردهای ملی، توصیه می‌شود که کشورها با سرمایه‌گذاری هدفمند در حوزه‌های تحقیقاتی، تربیت نیروی انسانی متخصص و ایجاد زیرساخت‌های آزمایشگاهی و صنعتی، زمینه توسعه بومی شهپادها را فراهم سازند. در ایران، با توجه به موقعیت ژئوپلیتیکی و تنوع زیست‌محیطی دریایی، بهره‌برداری از شهپادها می‌تواند نقش مهمی در پایش منابع طبیعی، مقابله با مخاطرات زیست‌محیطی و ارتقای امنیت دریایی ایفا کند. همچنین مشارکت در پروژه‌های بین‌المللی، تبادل فناوری با کشورهای پیشرو و تدوین اسناد راهبردی ملی در زمینه فناوری‌های دریایی، می‌تواند مسیر توسعه پایدار و رقابت‌پذیر شهپادها را هموار سازد. بطورکلی، تلفیق دانش میان‌رشته‌ای در حوزه‌های مهندسی، علوم دریایی، حقوق بین‌الملل و سیاست‌گذاری عمومی، شرط لازم برای شکل‌گیری زیست‌بوم نوآوری در زمینه شهپادها و تحقق چشم‌انداز دریانوردی هوشمند در دهه‌های آینده خواهد بود.
جمع‌بندی یافته‌ها و تأکید بر اهمیت راهبردی شهپادها
بررسی‌های انجام‌شده نشان می‌دهد که شهپادها با بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته در حوزه‌های ناوبری، ارتباطات زیرآبی، پردازش داده و هوش مصنوعی، توانسته‌اند جایگاه ویژه‌ای در مأموریت‌های علمی، صنعتی، نظامی و زیست‌محیطی به‌دست آورند. این سامانه‌ها با کاهش وابستگی به نیروی انسانی، افزایش ایمنی در محیط‌های پرریسک و ارتقای دقت در داده‌برداری، به ابزارهایی حیاتی در مدیریت پایدار دریاها و اقیانوس‌ها تبدیل شده‌اند. همچنین نقش شهپادها در دریانوردی هوشمند، کشتیرانی ایمن و پایش منابع زیرآبی، نشان‌دهنده ظرفیت بالای این فناوری در پاسخگویی به چالش‌های پیچیده قرن بیست‌و‌یکم است. روندهای جهانی حاکی از آن است که شهپادها در آینده نه‌تنها به عنوان ابزارهای جمع‌آوری داده، بلکه به عنوان عاملان تصمیم‌گیر و خودمختار در مدیریت عملیات دریایی ایفای نقش خواهند کرد.
در این راستا، توسعه بومی شهپادها در کشورهایی با ظرفیت‌های علمی و صنعتی مانند ایران، می‌تواند نقش مهمی در ارتقای توانمندی‌های ملی در حوزه‌های راهبردی ایفا کند. بهره‌برداری از این سامانه‌ها در پایش مرزهای آبی، مدیریت منابع دریایی و مقابله با مخاطرات زیست‌محیطی، نه‌تنها موجب افزایش امنیت و بهره‌وری در حوزه دریانوردی می‌شود، بلکه زمینه‌ساز مشارکت فعال در پروژه‌های بین‌المللی و تبادل فناوری با کشورهای پیشرو خواهد بود. تحقق این چشم‌انداز نیازمند تدوین سیاست‌های راهبردی، سرمایه‌گذاری هدفمند، تربیت نیروی انسانی متخصص و ایجاد زیرساخت‌های فناورانه در حوزه‌های میان‌رشته‌ای مرتبط با علوم دریایی، مهندسی مکانیک، الکترونیک و هوش مصنوعی است. در مجموع، تلفیق دانش فنی با رویکردهای حقوقی، زیست‌محیطی و سیاست‌گذاری عمومی، شرط لازم برای بهره‌برداری مسئولانه و پایدار از شهپادها در خدمت توسعه دریایی کشور
خواهد بود.