ما هي الكاميرا الحرارية؟ التقنية التي تُبطل الظلام والتمويه

لم يعد الظلام أو الضباب أو التمويه وحده درعًا كافيًا للحماية. فالكاميرات الحرارية تحوّل الحرارة التي يصدرها كل جسم إلى معلومات مرئية، وتلغي الفارق بين الليل والنهار؛ وبفضل هذه التقنية تجعل الجيوش الحديثة وقوات الأمن وفرق الإنقاذ ما هو غير مرئي مرئيًا.

ما هي الكاميرا الحرارية؟

الكاميرا الحرارية منظومة بصرية إلكترونية ترصد الأشعة تحت الحمراء التي لا تدركها العين البشرية، وتحوّلها إلى صورة مرئية. فجميع الأجسام تُصدر إشعاعًا كهرومغناطيسيًا يتناسب مع درجة حرارتها. وبعيدًا جدًا عن نطاق الأطوال الموجية بين 400 و700 نانومتر الذي تستطيع العين البشرية رؤيته، يشكّل الإشعاع تحت الأحمر البعيد في النطاق بين 8000 و14000 نانومتر (8-14 ميكرومتر) المادة الخام للكاميرا الحرارية.

تنقسم الكاميرات الحرارية إلى فئتين رئيسيتين: المبرَّدة (cooled) وغير المبرَّدة (uncooled). وتخفض الكواشف المبرَّدة درجة حرارة الكاشف إلى نحو -200 درجة مئوية باستخدام النيتروجين السائل أو مبرّد يعمل بدورة ستيرلينغ، ما يتيح الحصول على صورة أعلى حساسية بكثير (NETD أقل من 20 ملّي كلفن) وأبعد مدى. أما الكواشف غير المبرَّدة فتعتمد على تقنية مصفوفات المقاييس الحرارية الدقيقة (الميكروبولومتر) المصنوعة من أكسيد الفاناديوم (VOx) أو السيليكون غير المتبلور (a-Si)؛ وهي أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأقل كلفة، لكنها تتأخر عن نظيراتها المبرَّدة من حيث الحساسية والمدى.

وكثيرًا ما يُخلط بين الكاميرا الحرارية وجهاز الرؤية الليلية (NVG). فجهاز الرؤية الليلية يكوّن الصورة عبر تضخيم الضوء المتاح (ضوء النجوم أو القمر) ويحتاج إلى مصدر ضوئي، في حين لا تحتاج الكاميرا الحرارية إلى أي مصدر ضوئي؛ إذ يكفيها الإشعاع الحراري وحده.

كيف تعمل؟

يمكن تلخيص مبدأ عمل الكاميرا الحرارية في خمس مراحل:

التجميع البصري: تُصنع عدسة الكاميرا الحرارية، بدلًا من الزجاج المستخدم في كاميرات الضوء المرئي، من مواد شفافة للأشعة تحت الحمراء مثل الجرمانيوم (Ge) أو فلوريد الباريوم (BaF₂). وتركّز هذه العدسات الإشعاع تحت الأحمر القادم من المشهد على مستوى الكاشف.

الكاشف: يسقط الإشعاع المركَّز على صفوف البكسلات في مصفوفة الكاشف، ويحوّل كل بكسل الطاقة الحرارية الواردة إلى إشارة كهربائية. وفي الميكروبولومترات غير المبرَّدة، يعتمد هذا التحويل على قياس المقاومة الكهربائية التي تتغير بتغيّر الحرارة.

معالجة الإشارة: تمر الإشارات الكهربائية الخام الصادرة عن الكاشف بعمليات التصحيح (المعايرة) وتصفية الضوضاء وضبط التباين. وفي المنظومات الحديثة، تدخل في هذه المرحلة خوارزميات قائمة على الذكاء الاصطناعي قادرة على التعرّف على الأجسام وتصنيف الأهداف.

تكوين الصورة: تُسند الإشارات المعالجة، بكسلًا بكسلًا، إلى قيم لونية أو درجات رمادية. ومن لوحات الألوان الشائعة: الأبيض والأسود (hot-white أو hot-black)، واللوحة الحديدية (iron palette)، ولوحة قوس قزح (rainbow). وتقدّم كل لوحة معلومات تناسب سيناريو استخدام مختلفًا.

العرض: تُعرض الصورة الحرارية الناتجة على الشاشات أو أنظمة العرض المثبّتة على الخوذة، أو تُنقل مباشرة إلى وسائط التسجيل. وفي منظومات الدمج (fusion)، تُركَّب الصورة الحرارية فوق صورة الضوء المرئي لتقديم إدراك أغنى للمشهد.

ما فائدتها؟

يمتد نطاق تطبيقات الكاميرا الحرارية إلى ما هو أبعد بكثير من القطاع العسكري.

التطبيقات العسكرية والأمنية: تُعد العمليات الليلية وأمن الحدود والمراقبة بالطائرات المسيّرة وأنظمة أسلحة المركبات المدرعة وحاضنات الرصد في الطائرات المقاتلة (FLIR pod) أبرز مجالات الاستخدام العسكري للكاميرا الحرارية. فهي تُبطل ميزة الاختفاء التي يوفرها التمويه أو الغطاء النباتي الكثيف أو الظلام؛ إذ يمكن رصد الإنسان أو المركبة ما دامت حرارته تختلف عن حرارة المحيط.

البحث والإنقاذ: تمنح الكاميرات الحرارية فرق الإنقاذ ميزة حاسمة في تحديد أماكن العالقين تحت الأنقاض، أو المفقودين في حرائق الغابات، أو المحاصرين في البحر. كما تتيح الكاميرات الحرارية المثبّتة على الطائرات المسيّرة مسح مساحات واسعة بسرعة.

رصد الحرائق والإطفاء: يستطيع رجال الإطفاء، في بيئة مليئة بالدخان لا تُرى فيها الأشياء بالعين المجردة، تحديد بؤر النيران والضحايا المحتملين بواسطة الكاميرا الحرارية. وفي حرائق الغابات، ترسم الكاميرات الحرارية خرائط لنقاط الجمر وتوجّه عمليات الإخماد.

الفحص الصناعي: تُكتشف بالكاميرا الحرارية أعطال لوحات الكهرباء والمحوّلات، ونواقص العزل الحراري في المباني، ومشكلات محامل الآلات، وتسرّبات خطوط الأنابيب. وتظهر الأعطال التي لا يمكن ملاحظتها بالفحص البصري التقليدي في مرحلة مبكرة بفضل بصمتها الحرارية.

التطبيقات الطبية: استُخدمت الكاميرات الحرارية لقياس الحرارة الجماعي خلال جائحة كوفيد-19، ولها كذلك قيمة سريرية في الظروف العادية في أبحاث الأمراض الوعائية والالتهابات والأمراض الجلدية.

أمثلة من تركيا

بلغت تركيا، بقيادة أسيلسان، قدرة إنتاج محلية مهمة في تقنية الكاميرات الحرارية.

منظومتا SARP وHES من أسيلسان: توفر منظومات الأسلحة المُتحكَّم بها عن بُعد من أسيلسان (SARP وHES) المراقبة والتحكم في النيران على مدار 24 ساعة وفي جميع الظروف، بفضل الكاميرا الحرارية وكاميرا النهار المدمجتين. وتُستخدم هذه المنظومات على طيف واسع من المنصات، من زوارق خفر السواحل والمركبات المدرعة إلى أنظمة حماية القواعد والمركبات القتالية للقوات المسلحة التركية.

حاضنة الرصد CATS من أسيلسان: تضم حاضنة الرصد CATS (منظومة المراقبة الحرارية متعددة الأغراض)، المدمجة في الطائرات المقاتلة التركية، كاشفًا مبرَّدًا للأشعة تحت الحمراء. وتجمع هذه المنظومة، الشبيهة بحاضنات FLIR، بين وظائف تحديد الأهداف وقياس المسافة بالليزر والتعليم الليزري.

SETAS من أسيلسان: توفر منظومة دعم السائق والرؤية الحرارية (SETAS)، المثبّتة على المركبات البرية، دعمًا بصريًا للسائق ليلًا وفي الأحوال الجوية السيئة. وتُستخدم على منصات مدرعة متعددة، في مقدمتها دبابة ALTAY وعائلة ACV-15.

الدرك والشرطة: تستفيد القيادة العامة لقوات الدرك التركية من أبراج المراقبة المزوّدة بكاميرات حرارية في تأمين الحدود. كما تُستخدم أساطيل الطائرات المسيّرة المدعومة بمستشعرات حرارية في رصد التهريب وانتهاكات الحدود.

الإنتاج المحلي للميكروبولومترات: تواصل بنية BİLGEM التحتية، التي أُنشئت بشراكة بين أسيلسان وTÜBİTAK، برنامجًا لتطوير كواشف ميكروبولومتر محلية بهدف تقليص الاعتماد على الاستيراد. ويُعد هذا البرنامج من الأولويات الاستراتيجية لـ”النهضة التكنولوجية الوطنية” (Milli Teknoloji Hamlesi) الرامية إلى كسر الاعتماد على الخارج في المكونات الحرجة.

أمثلة من العالم

يضم سوق الكاميرات الحرارية لاعبين رائدين مختلفين في القطاعين الدفاعي والمدني:

وتحافظ شركة FLIR Systems الأمريكية (المنضوية حاليًا تحت Teledyne) على موقعها بوصفها أكبر لاعب في السوق العالمية. غير أن شركات من إسرائيل وفرنسا والسويد تبرز أيضًا بمواقعها التنافسية، فيما تكسب الصين بسرعة حصة سوقية في السنوات الأخيرة من خلال تصدير كاميرات حرارية منخفضة الكلفة.

التصوير الحراري يلتقي بالذكاء الاصطناعي

سيكون التحول الأعمق الذي ستشهده الكاميرا الحرارية في العقد المقبل هو أتمتة الانتقال من الصورة الخام إلى بيانات ذات معنى. فاليوم يرصد المشغّلون العسكريون الأهداف من خلال مراقبة الصورة الحرارية، وهي عملية معرّضة لأخطاء ناجمة عن انتباه الإنسان وإرهاقه. وتعمل خوارزميات التعرّف على الأجسام القائمة على التعلم الآلي على تسريع هذه العملية وزيادة موثوقيتها.

وتستطيع الكاميرات الحرارية المدعومة بالذكاء الاصطناعي والمدمجة في الطائرات المسيّرة أن تميّز في الوقت الفعلي صورة الإنسان أو المركبة أو المحرك الساخن أو فوهة السلاح عن مصادر الحرارة الأخرى. وتُعد منظومات المراقبة الذكية التي طوّرتها أسيلسان لمنصة الطائرة المسيّرة ANKA من الأمثلة الملموسة على هذا الدمج.

كما تتطور تقنية الدمج الحراري (thermal fusion) بسرعة. فدمج الصورة الحرارية مع صورة كاميرا الضوء المرئي على مستوى البكسل يتيح استخلاص المعلومات من الوسيطين معًا، ما يوفّر قدرة أقوى على تحديد الأهداف استنادًا إلى التباين الحراري ومعلومات اللون والملمس في آن واحد. ويُعد هذا النهج المدمج حاسمًا لا سيما في عمليات البحث والإنقاذ والعمليات غير العسكرية التي تتطلب تحديد الهوية.

ويبرز تقلّص الأحجام كذلك بوصفه اتجاهًا بالغ الأهمية. فالكاميرات الحرارية التي كانت في العقد الثاني من الألفية بحجم منظومة مراقبة لمركبة مدرعة، باتت اليوم قابلة للحمل في الجيب. ويسهّل هذا التصغير دمجها في منظومات الجندي القابلة للارتداء (مع شاشات العرض الرأسي) والطائرات المسيّرة ورؤوس الذخائر الذكية.

المزايا

• لا تحتاج إلى مصدر ضوئي؛ وتعمل في الظلام التام وفي الدخان والضباب.
• لا يستطيع التمويه أو الطلاء أو الغطاء النباتي إخفاء البصمة الحرارية؛ إذ يكفي الإشعاع الحراري الذاتي للجسم.
• تتيح مسح مساحات واسعة بسرعة وموثوقية، وتلتقط تفاصيل قد تفوت العين البشرية.
• الطرازات غير المبرَّدة (uncooled) خفيفة ومدمجة، ويسهل دمجها في المنظومات المحمولة.
• تعمل ليلًا ونهارًا، وتوفر في المنظومات ثنائية النمط (حراري + ضوء مرئي) دعمًا بصريًا على مدار 24 ساعة.
• ذات قيمة أيضًا في مجالات مدنية عديدة مثل الطب والصناعة والبحث والإنقاذ.
• يتيح دمج الذكاء الاصطناعي التعرّف الآلي على الأهداف وإطلاق الإنذارات.
• بفضل تصغير المكونات، يمكن دمجها في طيف واسع من المنصات، من الطائرات المسيّرة إلى المنظومات القابلة للارتداء.

العيوب

• المنظومات المبرَّدة مكلفة، وتتطلب آلية التبريد فيها صيانة.
• لتعذّر استخدام العدسات الزجاجية، ترفع المواد البصرية النادرة مثل الجرمانيوم التكلفة.
• الدقة عادةً أقل مقارنة بكاميرات الضوء المرئي، وقد يلزم استخدام منظومات إضافية لتحديد الهوية.
• قد يؤدي المناخ الحار أو ارتفاع حرارة المحيط إلى تراجع التباين الحراري وصعوبة الرصد.
• يعكس الزجاج والماء وبعض الأسطح الأشعة تحت الحمراء، ما قد يُحدث تشوّهات في الصورة.
• قد يقلّل التمويه المضاد للرصد الحراري (مثل الأسطح المبرِّدة أو الأغطية الماصّة للحرارة) من احتمال الرصد.

تحوّل الكاميرا الحرارية مع المنظومات غير المأهولة

يؤدي انتشار المنظومات غير المأهولة في جميع أبعاد ساحة المعركة إلى مضاعفة الطلب على الكاميرات الحرارية. فالمستشعر الأساسي في كل من المركبات البرية غير المأهولة (UGV) والمركبات البحرية غير المأهولة (USV/UUV) والطائرات المسيّرة هو الكاميرا الحرارية. وقد زُوّدت المركبات البرية غير المأهولة KAPLAN وPARS من أسيلسان بوحدة مراقبة حرارية للعمليات الليلية. أما ذخيرة KARGI الانتحارية من شركة STM، فتستخدم في المرحلة النهائية رأس باحث كهروبصري/بالأشعة تحت الحمراء، ما يجعلها تعمل فعليًا كمنظومة ذات توجيه حراري. ومع اتساع نطاق هذا الدمج، يصبح الإنتاج المحلي لمكونات الكاميرات الحرارية أمرًا حاسمًا لاستقلالية الصناعة الدفاعية. إذ قد يستهلك مشروع دفاعي واحد مئات المكونات الحرارية، ما يحدد مباشرة قدرة سلسلة التوريد المحلية.

حجم سوق الكاميرات الحرارية والمنافسون العالميون

تشير التقديرات إلى أن سوق التصوير الحراري العالمية بلغت نحو 9 مليارات دولار في عام 2024، ويُتوقع أن تحافظ على معدل نمو سنوي يتراوح بين 7 و8 في المئة حتى عام 2030. وتتمثل المحركات الرئيسية لهذا النمو في نفقات التحديث العسكري واستثمارات أمن الحدود واتساع تطبيقات الصيانة الصناعية.

وتهيمن شركات أمريكية مثل Teledyne FLIR وL3Harris وRaytheon على هذه السوق منذ زمن طويل. غير أن الشركات الصينية قطعت في السنوات الأخيرة شوطًا كبيرًا في المنافسة؛ إذ دخلت علامات صينية مثل HIKMICRO وInfiRay قطاع الكاميرات الحرارية غير المبرَّدة بأسعار أدنى بكثير، وباتت تكسب حصة سوقية كبيرة في القطاعين الاستهلاكي والصناعي.

وفي ظل هذه المنافسة، تتموضع أسيلسان لتلبية الطلب المحلي وتحقيق أهداف التصدير معًا. وفي إطار استراتيجية الصادرات الدفاعية التركية، أصبحت منتجات التصوير الحراري من أسيلسان محورًا لحملة تصدير نشطة تستهدف أسواق باكستان ودول الخليج والجمهوريات التركية في آسيا الوسطى وأفريقيا. ولنجاح هذه الجهود التصديرية آثار اقتصادية وجيوسياسية على حد سواء.

دور الكاميرا الحرارية في أمن الحدود

تقع تركيا، بحدودها البرية التي تتجاوز 2600 كيلومتر، في قلب حركات هجرة كثيفة وأنشطة تهريب وتهديدات أمنية. وفي هذه الجغرافيا، تشكّل الكاميرات الحرارية العمود الفقري لأمن الحدود. وتُجري القيادة العامة لقوات الدرك التركية مراقبة متواصلة، حتى في ظروف الليل، عبر أبراج مراقبة مزوّدة بكاميرات حرارية ومنصات متنقلة منتشرة خصوصًا على الحدود مع إيران وسوريا.

وتقدّم منصة AHTAPOT (منظومة الرصد والتتبع الذكي للأهداف) من أسيلسان حلًا يربط الكاميرات الحرارية والرادارات والمنظومات البصرية المتكاملة بمركز قيادة. وتخفف هذه المنظومة، بفضل خوارزميات الرصد والتتبع الآلي للحركة، من عبء الانتباه على المشغّلين، وتمكّنهم من التمييز بسرعة أكبر بين التهديدات الحقيقية والعبور البريء.

ويحمل دمج الكاميرات الحرارية في أساطيل الطائرات المسيّرة التركية بُعدًا مهمًا أيضًا؛ إذ تستطيع الطائرات المسيّرة Bayraktar Mini وTB2 التي يشغّلها الدرك والشرطة، بفضل مستشعراتها الحرارية، تنفيذ استطلاع فعّال في العمليات الليلية ضد شبكات التهريب وعناصر حزب العمال الكردستاني (PKK) على حد سواء.

إدارة البصمة الحرارية: البعد الجديد للتخفي

دفع انتشار الكاميرات الحرارية الأطراف المقابلة إلى اتخاذ تدابير لإخفاء البصمة الحرارية أو تقليلها. ويهدف هذا المجال، المعروف بتمويه “Low Observable Thermal” أو “Anti-FLIR”، إلى تقريب البصمة الحرارية للمركبات العسكرية والمنشآت والأفراد من حرارة المحيط.

وتعمل مواد التمويه الحراري المطوّرة للمركبات المدرعة على خفض قابلية الانبعاث الحراري للأسطح المعدنية، بحيث تقلّ قابلية تمييز المركبة عن محيطها. وتُعد سلسلة Barracuda من شركة Saab السويدية ومواد مماثلة في ترسانات كثير من حلفاء الناتو تطبيقات ملموسة لهذا النهج.

وعلى مستوى الأفراد، تقلّل ملابس التمويه الحراري المتطورة التباين الحراري عبر توزيع حرارة الجسم على طبقات متعددة. ولا تقدّم هذه المواد حلًا مثاليًا بعد؛ فإخفاء الحرارة التي يولّدها جسم الإنسان كليًا أمر بالغ الصعوبة وفق قوانين الفيزياء. لكنها قادرة على تقليص مسافة الرصد بشكل ملحوظ.

ويلخّص هذا السباق ديناميكية تقنية الكاميرات الحرارية في الصناعة الدفاعية: فخلف كل مستشعر متطور يأتي تمويه أو إجراء مضاد، وهذه الدورة من أهم محركات التقدم التكنولوجي.

أسئلة شائعة

ما الفرق بين الكاميرا الحرارية والكاميرا العادية؟

تلتقط الكاميرا العادية الضوء المرئي المنعكس عن الأجسام، ولا يمكنها الحصول على صورة في غياب مصدر ضوئي. أما الكاميرا الحرارية فترصد الإشعاع الحراري تحت الأحمر الذي تُصدره الأجسام نفسها، ولا تحتاج إلى مصدر ضوئي. لذلك تعمل الكاميرا الحرارية في الظلام التام وفي الدخان أو الضباب، في حين تخفق الكاميرا العادية في هذه الظروف.

هل يستطيع الجنود تفادي الكاميرا الحرارية؟

إخفاء حرارة الجسم أمر بالغ الصعوبة لكنه ليس مستحيلًا. فملابس التمويه المضادة للرصد الحراري تقلّل التباين الحراري عبر تشتيت الحرارة أو امتصاصها. كما يمكن للماء أو الغطاء النباتي الكثيف توفير إخفاء جزئي. ومع ذلك، تفرض هذه الأساليب، التي تتطلب سكونًا طويلًا وإدارة واعية للحرارة، قيودًا عملياتية.

هل تعتمد تركيا على الخارج في الكاميرات الحرارية؟

على الرغم من أن أسيلسان أسست قدرة إنتاج محلية مهمة، لا يزال هناك قدر من الاعتماد على الخارج في مصفوفة الكاشف، وهي المكون الحرج (خصوصًا في الكواشف المبرَّدة). ويهدف مشروع الميكروبولومتر المحلي، الذي تنفذه TÜBİTAK بالشراكة مع أسيلسان، إلى كسر هذا الاعتماد، وقد سُجّل تقدم ملموس في الكواشف غير المبرَّدة، فيما تبقى الكواشف المبرَّدة هدفًا على المدى الأبعد.

المصادر

• أسيلسان، كتالوج منتجات أنظمة الدفاع 2024
• Teledyne FLIR, Technology Overview Documentation
• Jane’s Electro-Optic Systems، إصدار 2024
• NATO STANAG 4347 — Standardization of Thermal Imaging Performance Parameters
• TÜBİTAK BİLGEM، بيانات برنامج تطوير الكواشف المحلية
• SIPRI Military Expenditure and Arms Transfers Database 2024
• رئاسة الصناعات الدفاعية التركية (SSB)، تقارير النشاط السنوية 2022-2024

▶ 3 platformu karşılaştırın →