تصاویر؛ از جرقه آتش‌بازی تا کابوس هایپرسونیک؛‌ موشک بالستیک چگونه کار می‌کند؟

تصاویر؛ از جرقه آتش‌بازی تا کابوس هایپرسونیک؛‌ موشک بالستیک چگونه کار می‌کند؟

موشک‌ بالستیک، از آتش‌بازی چین باستان تا تبدیل‌شدن به سلاح‌های هایپرسونیک مدرن، ژئوپلیتیک بین‌المللی را شکل می‌دهد. این فناوری چطور کار می‌کند؟

کد خبر : ۲۵۰۷۸۸
بازدید : ۲۹

موشک بالستیک، نمادی از توانایی علمی و پتانسیل تخریبی، در طول قرن‌ها، ژئوپلیتیک بین‌المللی را شکل داده است. این جنگ‌افزار که مسیر تحول خود را از ابزار آتش‌بازی در چین باستان تا سیستم‌های پیشرفته و دقیق امروزی با برد بین‌قاره‌ای پیموده است، روایتی جذاب و تاریخچه‌ای غنی از نوآوری، اکتشاف تصادفی و پیگیری بی‌وقفه برای برتری استراتژیک را به نمایش می‌گذارد.

درک عملکرد این موشک‌های قدرتمند نیازمند بررسی دقیق مبانی علمی در حوزه‌هایی چون شیمی پیشرانه‌ها، فیزیک دینامیک، ریاضیات محاسباتی و مهندسی هوافضا است که پرواز آن‌ها را ممکن کرده. این کاوش، تعامل پیچیده میان نیروهای محرکه، فناوری‌های هدایت و کنترل و دکترین‌های استراتژیک را آشکار می‌کند که به شکل‌گیری نظم ژئوپلیتیک معاصر منجر شده است.

سیر تکامل موشک‌های بالستیک

تاریخچه‌ی فناوری موشکی به قرن دهم در چین بازمی‌گردد؛ جایی که کیمیاگران تائوئیست در حین جستجو برای اکسیر جاودانگی، به‌طور اتفاقی به فرمولاسیون باروت، ترکیبی ناپایدار از نیترات پتاسیم، گوگرد و زغال دست یافتند. اولین نمونه‌های موشک، مانند «موش زمین»، لوله‌هایی غیرقابل کنترل بودند که نشان می‌دهد فناوری‌های اولیه بیشتر حاصل شانس و کنجکاوی بوده‌اند تا تحقیقات هدفمند.

78_11zon
راست: سرباز چینی در سلسله‌ی سونگ در حال آتش زدن موشک؛ چپ: لوله‌های باستانی یافت‌شده از بقایای موشک
wsmrmuseum.com

این فناوری به سرعت کاربرد نظامی پیدا کرد. در محاصره‌ی کای‌فنگ‌فو، چینی‌ها با شلیک انبوه «تیرهای آتشین» علیه مغول‌ها، اولین آتش‌باران راکتی تاریخ را رقم زدند. با وجود دقت پایین، این سلاح‌ها با ایجاد وحشت روانی و برهم زدن آرایش دشمن، تأثیر تاکتیکی مهمی داشتند. مغول‌ها بعدا این فناوری را به اروپا منتقل کردند.

در اروپا، افرادی چون راجر بیکن و ژان فرواسار به بهبود این فناوری کمک کردند، اما استفاده از موشک برای مدتی به آتش‌بازی در جشنواره‌ها محدود شد. در همین دوره، یک آتش‌باز آلمانی به نام یوهان اشمیدلپ، ایده‌ی ساخت اولین موشک چندمرحله‌ای را مطرح کرد.

استفاده از تیرهای آتشین، پایه‌ای برای توسعه سلاح‌های پرتابی در جنگ‌های بعدی شد

نقطه‌ی عطف بعدی در قرن نوزدهم رخ داد؛ زمانی که سربازان بریتانیایی در هند با راکت‌های پیشرفته‌تری مواجه شدند. ویلیام کانگریو با الهام از آن‌ها، نسخه‌های آهنی و بزرگ‌تری را در زرادخانه‌ی سلطنتی بریتانیا ساخت که در جنگ علیه آمریکا در سال ۱۸۱۴ به کار رفت. «درخشش سرخ» این راکت‌ها در آسمان فورت مک‌هنری آن‌چنان تأثیرگذار بود که در سرود ملی آمریکا جاودانه شد. با این همه، این موشک‌ها همچنان سلاح‌هایی هدایت‌ناپذیر باقی ماندند.

79_11zon
نحوه‌ی بارگذاری موشک کنگریو و شلیک آن توسط ارتش سلطنتی بریتانیا

موشک V-2: آغاز عصر بالستیک

انقلاب واقعی در فناوری موشکی با موشک V-2 آلمان در جنگ جهانی دوم رخ داد. این موشک ۱۲,۵۰۰ کیلوگرمی که با سوخت مایع کار می‌کرد، براساس اصول مهندسی دقیق (و نه آزمون و خطا) طراحی شده بود. V-2 می‌توانست به ۵ برابر سرعت صوت برسد و به عنوان اولین موشک بالستیک واقعی، بی‌صدا و بدون هشدار بر سر دشمن فرود می‌آمد.

80_11zon
تصویر موشک آلمانی V-2 در جنگ جهانی دوم بر روی پرتابگر
GETTY Images

قابلیت پرتاب از سکوهای متحرک، V-2 را به سلاحی غیرقابل پیش‌بینی و ابزاری برای ایجاد وحشت تبدیل کرده بود. پس از جنگ جهانی دوم و شکست آلمان نازی، ایالات متحده با به دست آوردن فناوری کامل V-2، شامل تجهیزات، اسناد فنی و تیم مهندسی آن، پایه‌های برنامه‌های موشکی و فضایی آینده خود را بنا نهاد.

جنگ سرد: مسابقه موشکی

میراث موشک V-2، رقابت تسلیحاتی جنگ سرد را کلید زد. در سال ۱۹۵۷، اتحاد جماهیر شوروی با آزمایش اولین موشک بالستیک قاره‌پیما (ICBM) و پرتاب ماهواره اسپوتنیک، به برتری استراتژیک دست یافت. پاسخ آمریکا، تأسیس ناسا و توسعه برنامه موشکی اطلس بود.

این رقابت به شکل‌گیری دکترین «تخریب تضمین‌شده‌ی متقابل» (MAD) منجر شد؛ یک بن‌بست استراتژیک که در آن، ترس از نابودی کامل و حتمی طرفین، مانع از شروع حمله هسته‌ای می‌شد.

با فناوری MIRV، موشک می‌توانست چندین نقطه را به‌طور هم‌زمان هدف قرار دهد

با ظهور فناوری‌های جدید مانند موشک‌های زیردریایی و به‌ویژه کلاهک‌های متعدد خوشه‌ای (MIRV) که هر موشک را قادر به هدف قرار دادن چند هدف مجزا می‌کرد، این بن‌بست عمیق‌تر شد. باوجود تلاش‌هایی مانند پیمان منع موشک‌های بالستیک برای مهار این رقابت، گسترش MIRVها نشان داد که در این «رقص قدرت»، ابرقدرت‌ها قوانین بازی را تعیین می‌کنند.

81_11zon
بمب‌های خوشه‌ای موشک Peacekeeper. این مجموعه درون کلاهک موشک بالستیک قرار می‌گیرد.
flickr

غول‌های هایپرسونیک: نسل جدید موشک‌های بالستیک

امروزه، موشک‌های بالستیک به غول‌های هایپرسونیک تبدیل شده‌اند. موشک فوق فراصوت بین‌قاره‌ای اورشنیک روسیه که در سال ۲۰۲۴ رونمایی شد، با سرعت ۱۰ برابر صوت حرکت می‌کند (در مقایسه با سرعت ۵ برابر صوت موشک‌های بالستیک مرسوم) و با کلاهک‌های MIRV (هسته‌ای یا متعارف) از هر سیستم‌های دفاعی توسعه‌یافته‌ای توانایی فرار دارد. سامانه‌ی پرتابگر متحرک آن و برخورد دقیق آن به هدف، گونه‌ی جدیدی از تهدید را به نمایش گذاشت که سپرهای ناتو را به چالش می‌کشد.

سرعت بالا و مسیر پیش‌بینی‌ناپذیر موشک‌های هایپرسونیک، سیستم‌های دفاع موشکی و رهگیری را ناکارآمد می‌کند

ولادیمیر پوتین، رئیس جمهور روسیه، موشک‌های هایپرسونیک را «غیرقابل‌توقف» می‌خواند؛ ادعایی که نشان‌ از برتری تهاجم بر دفاع دارد. این موشک که توانایی حمل کلاهک هسته‌ای و متعارف را دارد، با افزایش خطر اشتباهات محاسباتی، جهان را در آستانه یک بحران جدی قرار می‌دهند؛ چراکه فقط یک پرتاب اشتباه می‌تواند به هرج‌ومرج جهانی ختم شود.

82_11zon
اینفوگرافیک از موشک جدید اورشنیک روسیه
عکاس: Omar Zaghloul/Anadolu / Getty Images

موشک‌های بالستیک ضدکشتی: قاتلان ناوهای هواپیمابر

موشک‌های بالستیک ضدکشتی (Anti-Ship Ballistic Missiles یا ASBM) گونه‌ای تخصصی از موشک‌های بالستیک هستند که برای هدف قرار دادن کشتی‌های متحرک، به‌ویژه ناوهای هواپیمابر، طراحی شده‌اند. این موشک‌ها ترکیبی از دقت موشک‌های بالستیک و قابلیت‌های هدایتی پیشرفته را به کار می‌گیرند تا اهداف دریایی را در فواصل دور، گاهی بیش از ۴٬۰۰۰ کیلومتر، مورد اصابت قرار دهند.

نمونه‌ی بارز این فناوری، موشک بالستیک ضدکشتی DF-21D چین، موسوم به «قاتل ناوهای هواپیمابر» است. این پرتابه با سرعت‌های سوپرسونیک (تا ۵ ماخ) و قابلیت مانور در مرحله‌ی پایانی پرواز، چالش بزرگی برای سیستم‌های دفاعی دریایی محسوب می‌شود.

83_11zon
موشک‌های قاره‌پیمای چین و محدوده‌ی دسترسی آن‌ها

موشک‌های بالستیک ضدکشتی از سامانه‌های هدایتی پیچیده، مانند رادارهای فعال، حسگرهای مادون‌قرمز و حتی ماهواره‌های شناسایی برای ردیابی و هدف‌گیری دقیق کشتی‌ها استفاده می‌کنند. برخلاف موشک‌های کروز ضدکشتی که در ارتفاع پایین پرواز می‌کنند، موشک‌های بالستیک ضدکشتی در مسیر سهمی شکل حرکت می‌کنند و در مرحله‌ی پایانی با زاویه‌ای تند به سمت هدف شیرجه می‌زنند، که این امر رهگیری آن‌ها را دشوارتر می‌کند.

موشک‌های بالستیک قاره‌پیما فقط در اختیار کشورهای محدودی است

قدرت‌های جهانی و زرادخانه‌های قاره‌پیما

در طول یک هزاره، موشک‌های بالستیک از جرقه‌های تصادفی به بازیگرانی بین‌المللی تبدیل شده‌اند. ایالات متحده، روسیه، چین، فرانسه و بریتانیا همگی به زرادخانه‌های موشک‌های بالستیک قاره‌پیما (ICBM) مجهز هستند. ایالات متحده بر سامانه‌ی Minuteman III تکیه دارد، درحالی‌که روسیه از اورشنیک و یارس استفاده می‌کند. چین نیز موشک‌های DF-41 را توسعه می‌دهد، و فرانسه و بریتانیا به‌ترتیب از موشک‌های M51 و ترایدنت بهره می‌برند.

دراین‌میان، کره‌ی شمالی با توسعه‌ی موشک‌های هواسونگ-۱۵ و ۱۷، ادعای داشتن ICBM را دارد، اما تحلیلگران معتقدند محدودیت‌های فنی مانند دقت پایین و برد ناکافی، کارایی عملیاتی این تسلیحات را محدود کرده است.

84_11zon
سه موشک بالستیک قاره‌پیما در کنار هم: موشک هواسونگ-۱۸ (سمت چپ) دارای طرح موشک بالستیک قاره‌پیمای سوخت جامد معمولی مشابه با موشک‌های روسی توپول-ام (تصویر میانی) و آمریکایی مینیتمن ۳ (سمت راست) است.
opennuclear.org

فناوری رادارگریز؛ هنر نامرئی شدن موشک‌ها

فناوری رادارگریز (Stealth Technology) در موشک‌های بالستیک به‌منظور کاهش احتمال شناسایی و رهگیری توسط سیستم‌های دفاعی دشمن به کار گرفته می‌شود. این فناوری، که ابتدا در هواپیماها و موشک‌های کروز توسعه یافت، در موشک‌های بالستیک مدرن، به‌ویژه در کلاهک‌های هایپرسونیک و MIRVها، نقش مهمی ایفا می‌کند. هدف اصلی، کاهش سطح مقطع راداری پرتابه است تا سیگنال راداری بازتابی به حداقل برسد.

فناوری رادارگریزی در مراحل میانی و پایانی پرواز، برای پنهان ماندن موشک از دید رادارها ضروری است

اما چطور یک موشک عظیم‌الجثه می‌تواند از چشم تیزبین رادارهای دشمن پنهان بماند؟ پاسخ در ترکیبی هوشمندانه از علم مواد و طراحی نهفته است. مهندسان برای «نامرئی‌سازی» موشک‌ها، بدنه‌ی آن‌ها را لایه‌ای از مواد پیشرفته‌ی جاذب امواج می‌پوشانند. این مواد مانند یک اسفنج، امواج الکترومغناطیسی را جذب و مانع از بازتاب آن‌ها می‌شوند. علاوه‌براین، طراحی هندسی موشک، مانند استفاده از زوایای تیز و سطوح صاف، به پراکنده شدن امواج رادار کمک می‌کند. برخی موشک‌ها، مانند RS-28 Sarmat روسی، از مواد جاذب رادار پیشرفته برای کاهش سطح مقطع راداری بهره می‌برند.

85_11zon
موشک سارمات RS-28 روسی موسوم به شیطان که پوششی رادارگریز دارد.
defencesecurityasia.com

بااین‌حال، چالش اصلی این فناوری، تعادل بین رادارگریزی و عملکرد آیرودینامیکی است، زیرا مواد جاذب رادار می‌توانند وزن موشک را افزایش دهند یا مقاومت حرارتی آن را در هنگام ورود مجدد به جو تغییر دهند.

موشک بالستیک در برابر موشک کروز

موشک‌های بالستیک تفاوت‌های کلیدی با موشک‌های کروز در نوع پرواز و عملکرد دارند. این تفاوت از اصول فیزیکی و نوع طراحی آن‌ها سرچشمه می‌گیرد. موشک‌های بالستیک پس از پرتاب، مانند گلوله‌ای که از تفنگ شلیک می‌شود، در مسیری سهمی شکل و تحت تأثیر گرانش و مقاومت هوا حرکت می‌کنند. آن‌ها معمولاً در مرحله‌ای از مسیر خود وارد جو بالایی یا حتی فضا می‌شوند و سپس در فاز سقوط آزاد به سمت هدف برمی‌گردند. به همین دلیل، مسیر آن‌ها بلند، قوسی و قابل پیش‌بینی است.

86_11zon
تفاوت‌های موشک بالستیک و کروز

در مقابل، موشک‌های کروز مسیر خود را در ارتفاع پایین و تقریباً موازی با سطح زمین طی می‌کنند. آن‌ها با استفاده از موتور جت و سیستم‌های هدایت پیشرفته (GPS یا پردازش تصویر)، مسیریابی می‌کنند تا از دید رادارها پنهان شوند. برای فرار از سیستم‌های رهگیری، نیاز به انجام مانورهایی پیچیده دارند و از این‌رو، با دقت بالایی به هدف برخورد می‌کنند.

کالبدشکافی فناوری موشک‌ بالستیک

موشک‌های بالستیک با ترکیب فیزیک، ریاضیات و مهندسی، محموله‌هایی را با دقت بالا در فواصل بسیار زیاد پرتاب می‌کنند. در ادامه، لایه‌های این فناوری را کنار می‌زنیم تا نیروها و محاسباتی را که پرواز این استوانه‌ها چند هزار کیلوگرمی ممکن می‌سازند، آشکار کنیم.

قلب شیمیایی موشک: پیشران‌های جامد و مایع

موشک‌های بالستیک شاهکارهای مهندسی هستند که از علم شیمی پیشران‌هایشان نیرو می‌گیرند. راز حرکت سریع این پرتابه‌ها در ترکیبی دقیق از سوخت و اکسیدکننده‌ی پیشران نهفته است. پیشران‌ها در دو شکل اصلی وجود دارند: جامد و مایع، که هر کدام ویژگی‌های متمایزی دارند.

سوخت جامد به‌صورت یک‌باره می‌سوزد، اما احتراق سوخت مایع تدریجی و قابل کنترل است

پیشران‌های جامد، ساده و قابل اعتماد هستند و از ترکیبی پایدار از سوخت و اکسیدکننده، مانند پودر آلومینیوم و پرکلرات آمونیوم، تشکیل شده‌اند. وقتی مشتعل می‌شوند، به‌صورت پیوسته می‌سوزند و این ویژگی آن‌ها را به گزینه‌ای عملی برای بسیاری از سیستم‌های موشکی تبدیل می‌کند.

در مقابل، پیشران‌های مایع از مخازن جداگانه برای سوخت و اکسیدکننده استفاده می‌کنند که در طول پرواز با هم ترکیب می‌شوند. برخی، مانند هیدرازین و نیتروژن تتروکسید، به محض تماس خودبه‌خود مشتعل می‌شوند و طراحی را ساده‌تر می‌کنند. برخی دیگر، مانند هیدروژن مایع و اکسیژن، عملکرد بالاتری ارائه می‌دهند اما به‌دلیل پیچیدگی، نیاز به مدیریت دقیق دارند. البته سوخت‌هایی مانند RP-1 (نفت سفید تصفیه‌شده) با اکسیژن مایع نیز در برخی موشک‌ها برای عملکرد بالا استفاده می‌شوند.

87_11zon
مقایسه‌ی ساختار موشک‌های سوخت جامد با مایع
geeksforgeeks

موشک‌های سوخت جامد نسبت به سوخت مایع مزایای کلیدی دارند. پیشران‌های جامد ساده‌تر، قابل اعتمادتر و سریع‌تر پرتاب می‌شوند، زیرا نیازی به سوخت‌گیری پیچیده ندارند. آن‌ها در برابر شرایط محیطی مقاوم‌تر بوده و نگهداری آسان‌تری دارند.

برخلاف سوخت جامد، سوخت مایع می‌تواند نشت کند یا نیاز به مدیریت دمایی داشته باشد، سوخت جامد پایدارتر است. این ویژگی‌ها، موشک‌های سوخت جامد را برای واکنش سریع و استقرار سیار، مانند موشک‌های استراتژیک، مناسب‌تر می‌کند. در هر دو حالت، جریانی از گازهای فوق داغ، نیروی لازم را برای رانش فراهم می‌کند.

بسیاری از پیشران‌ها سمی هستند و برای انسان و اکوسیستم‌ها خطرناک‌اند

علم مواد نیز در ساختار پرتابه نیز نقشی اساسی دارد. محفظه‌ی احتراق باید گرما و فشار شدید را تحمل کند و به آلیاژهای پیشرفته یا سرامیک‌ها نیاز دارد. پوسته‌ی بیرونی اغلب از مواد سایشی استفاده می‌کند که در هنگام ورود مجدد به جو می‌سوزند و گرما را دفع می‌کنند تا از موشک محافظت کنند.

بااین‌حال، این نوآوری‌های شیمیایی معایبی برای محیط زیست دارند. بسیاری از پیشران‌ها سمی هستند و برای انسان و اکوسیستم‌ها خطرناک‌اند، و همچنین احتراق آن‌ها آلاینده‌هایی سمی را در جو منتشر می‌کند. تحقیقات برای یافتن جایگزین‌های سبزتر که عملکرد را بدون به خطر انداختن ایمنی یا محیط زیست حفظ کنند، ادامه دارد.

پیشرانش موشکی: غلبه بر جاذبه

لحظه‌ای را که یک موشک بالستیک با غرش به حرکت درمی‌آید تصویر کنید: شعله‌هایی از پایه‌ی آن فوران می‌کنند و پرتابه به سوی آسمان اوج می‌گیرد. این جادو نیست، بلکه قانون سوم نیوتن در عمل است که می‌گوید هر کنشی، با واکنشی برابر و در جهت مخالف همراه است.

به‌عبارت دقیق‌تر، در فرآیند پرتاب موشک، گازهای داغ با سرعت و نیروی بسیار زیاد (کنش) از انتهای موشک به سمت پایین خارج می‌شوند. در مقابل، نیرویی برابر و در جهت مخالف (واکنش) به بدنه‌ی موشک وارد می‌شود که آن را به سمت بالا به حرکت درمی‌آورد. این نیروی پیشرانش، عامل اصلی غلبه بر گرانش و صعود پرتابه به جو است.

88_11zon
معادله‌های فیزیک ساده‌شده که با فرمول‌های ریاضی، سرعت حرکت موشک را مشخص می‌کنند.
mustangmessenger.net

حرکت موشک در یک محیط ایده‌آل، تحت تأثیر نیروی پیشران حاصل از خروج گاز با سرعت ثابت و نیروی گرانش فرمول‌بندی می‌شود. معادلات از قانون دوم نیوتن شروع می‌شود (ΣF = ma) که بیان می‌کند تغییرات تکانه برابر با نیروی خالص وارد بر سیستم است.

سرعت نهایی موشک در هر لحظه بعد از پرتاب، از تعادل بین این دو نیرو به دست می‌آید: رانش و جاذبه

از آنجا که موشک در حال مصرف سوخت و کاهش جرم است، باید تغییرات جرم نیز در معادله لحاظ شود. بنابراین، معادله به صورت mv′(t)+um′(t)=−mg نوشته می‌شود، که در آن v′(t) مشتق سرعت موشک و m′(t) نرخ تغییر جرم آن است.

با جداسازی متغیرها و انتگرال‌گیری، رابطه‌ای برای سرعت به‌دست می‌آید که به صورت v(t)=−gt+uln(m/m0​​) بیان می‌شود. این رابطه نشان می‌دهد که سرعت موشک هم از شتاب منفی گرانش و هم از اثر خروج جرم (به شکل لگاریتمی) تأثیر می‌پذیرد و درنتیجه، هرچه سوخت بیشتری مصرف شود و جرم کاهش یابد، سرعت موشک افزایش خواهد یافت.

به زبان ساده، سرعت موشک تحت تأثیر دو نیروی اصلی رانش و جاذبه‌ی زمین است. وقتی موشک سوخت را می‌سوزاند و گازهای داغ را به سمت عقب پرتاب می‌کند، به جلو حرکت می‌کند و با مصرف سوخت، جرمش کم می‌شوداین کاهش جرم باعث می‌شود نیروی رانش با گذشت زمان تأثیر بیشتری بر افزایش سرعت داشته باشد. از طرف دیگر، جاذبه‌ی زمین همیشه به سمت پایین عمل می‌کند و تلاش می‌کند سرعت موشک را کم کند.

هرچه گازهای داغ سریع‌تر خارج شوند، شتاب حرکت پرتابه نیز بیشتر می‌شود و موشک تندتر حرکت می‌کند

برای مأموریت‌های دوربرد، مانند آن‌هایی که بیش از ۱٬۵۰۰ کیلومتر را طی می‌کنند، مهندسان از تکنیکی به نام مرحله‌بندی استفاده می‌کنند. موشک در بخش‌های مختلف ساخته می‌شود که هر کدام پیشران خاص خود را دارند.

89_11zon
 

ردیف پایین: بعد از پرتاب ، ردیف بالا: بعد از جداشدن مرحله‌ی اول؛ ستون چپ: موشک چندمرحله‌ای موازی (تقویت‌کننده)، ستون راست: موشک چندمرحله‌ای سری

eaglepubs.erau.edu

وقتی یک بخش سوخت خود را مصرف کرد، جدا می‌شود و وزن اضافی را حذف می‌کند تا مرحله‌ی بعدی بتواند با قدرت و برد بیشتری ادامه دهد. گاهی اوقات، موشک‌های تقویت‌کننده‌ی اضافی به بدنه متصل می‌شوند تا در زمان پرتاب نیروی بیشتری فراهم کنند. این یک راه‌حل هوشمندانه و درعین‌حال خطرناک است، زیرا هرگونه نقص در جداسازی یا فعالیت تقویت‌کننده‌های اضافی، موشک را از مسیر خود منحرف می‌کند.

محاسبه‌ مسیر سهمی شکل حرکت پرتابه

هنگامی که موتورها خاموش می‌شوند، موشک بالستیک به یک پرتابه‌ی پرمخاطره تبدیل می‌شود که مسیرش توسط جاذبه و جوی که از آن عبور می‌کند، تعیین می‌شود. موشک‌ها در غیاب مقاومت هوا، مسیر سهمی (پارابولیک) را طی می‌کنند که گالیله قرن‌ها پیش ترسیم کرده بود.

90_11zon
حکاکی قرن شانزدهم که مسیر یک پرتابه را به صورت یک قوس دایروی نشان می‌دهد. بعدها گالیله، دانشمند ایتالیایی، حرکت سهموی پرتابه‌ها را اثبات کرد.
World History Archive / Alamy Stock Photo

در این نوع حرکت، سرعت افقی پرتابه ثابت می‌ماند، در حالی که جاذبه آن را به سمت پایین می‌کشد و آن قوس آشنا را شکل می‌دهد. با ریاضیات می‌توان اوج ارتفاع یا مسافت طی‌شده را پیش‌بینی کرد؛ اگر موشک با زاویه‌ی ۴۵ درجه پرتاب شود، مسافت آن در یک سطح صاف به حداکثر می‌رسد. اما واقعیت به این سادگی نیست. مقاومت هوا یا نیروی پسار (Drag)، به پرتابه فشار وارد می‌کند و این نیرو با مربع سرعت افزایش می‌یابد. باد مخالف، هدف متحرک یا کاهش جزئی نیروی جاذبه در ارتفاعات بالاتر، محاسبات را پیچیده‌تر می‌کنند.

برای پرتابه‌هایی که قاره‌ها را طی می‌کنند، انحنای زمین و چرخش آن نیز وارد معادله می‌شوند و مسیر را از یک قوس ساده به یک بیضی تبدیل می‌کنند، که توسط همان قوانینی هدایت می‌شود که سیارات را در مدار نگه می‌دارند. چرخش زمین و اثر کوریولیس، که مسیر پرتابه را به‌صورت جزئی منحرف می‌کند، در محاسبات مسیرهای قاره‌پیما لحاظ می‌شود.

گاهی، مهندسان از یک مسیر مرتفع استفاده می‌کنند تا پرتابه را بالاتر از حد لازم شلیک کنند

برای مدیریت این پیچیدگی‌ها، کارشناسان از شبیه‌سازی و محاسبات کامپیوتری استفاده می‌کنند. آن‌ها پرواز را به بازه‌های زمانی کوچک تقسیم می‌کنند و با استفاده از روش‌های عددی، موقعیت و سرعت موشک را گام‌به‌گام ردیابی می‌کنند. انجام این محاسبات برای اصابت به هدفی در هزاران کیلومتر دورتر ضروری است.

آیرودینامیک و پایداری

پرواز یک فرایند ثابت نیست، بلکه رقصی از نیروهای پویا است. علوم شیمی و ریاضیات به‌تنهایی برای پرواز کافی نیستند، زیرا مسیر حرکت پرتابه را تضمین نمی‌کنند. اینجا علم آیرودینامیک وارد میدان می‌شود. طراحی درست، تضمین می‌کند که موشک حتی در سرعت‌های مافوق صوت، مسیر مستقیم خود را حفظ کند. این کار با تعادل بین دو نقطه‌ی حیاتی انجام می‌شود: مرکز ثقل، جایی که وزن موشک متمرکز است، و مرکز فشار، جایی که نیروهای اعمالی به موشک فشار می‌آورند.

91_11zon
تصویر چپ: دماغه موشک دقیقاً در جهت حرکت قرار دارد، بنابراین هیچ گشتاور آیرودینامیکی خالصی حول ثقل جرم وجود ندارد؛ تصویر میانی: مرکز فشار پشت مرکز ثقل است. وقتی موشک با زاویه پرواز می‌کند، نیروهای برآر و پسار بازگرداننده، حول مرکز ثقل ایجاد می‌کنند و موشک پایدار است. تصویر راست: مرکز فشار و مرکز ثقل جابه‌جا شده‌اند. در این حالت، وقتی موشک با زاویه پرواز می‌کند، نیروهای بالابر و پسار ایجاد می‌کنند که تمایل به افزایش زاویه‌ی جابجایی دارد و موشک را ناپایدار می‌کند.
عکاس: Ben Finio / Science Buddies

طراحی آیرودینامیکی موشک با تعادل مرکز ثقل و فشار، پایداری آن را تضمین می‌کند. طراحی‌های هوشمندانه، مانند باله‌های قابل تنظیم یا فشانه‌ها، این تعادل را در حین پرواز تنظیم می‌کنند. با حرکت موشک به سمت بالا، کاهش سوخت باعث تغییر جرم آن می‌شود و وقتی موتورها خاموش می‌شوند، موشک با نیروی شتاب خود به حرکت ادامه می‌دهد.

نیروی پسار، علاوه‌بر کند کردن حرکت پرتابه، نیروی اصطکاک را به‌صورت انرژی گرمایی آزاد می‌کند. برای کنترل گرمای تولید شده، مهندسان به استفاده از طراحی‌های بهینه روی آورده‌اند. به‌همین منظور، ظاهر موشک‌ها، به‌شکل استوانه‌های کشیده‌ی نوک‌تیز طراحی می‌شود. البته، طراحی‌های مدرن، برای پخش‌کردن تنش القایی، نیاز به استفاده از مخروط‌های نوک‌تیز را کاهش داده است.

92_11zon
تحلیل مدل موشک در سه شکل؛ رنگ قرمز به معمای تنش بیشتر یا حرارت بالاتر در سازه است.
Johns Hopkins Apl Technical Digest

تحلیل‌های آیرودینامیک در نرم‌افزارهای شبیه‌ساز، بارها مورد آزمایش قرار می‌گیرند تا شکل حاصل، پایداری مناسب را داشته باشد.

سامانه‌های پرتاب موشک بالستیک

پرتاب بالستیک، به‌ظاهر در چند دقیقه انجام می‌شود، اما سال‌ها برنامه‌ریزی، هماهنگی و فناوری پیشرفته را دربرمی‌گیرد. این فرایند، که گاهی به یک تصمیم سیاسی حساس وابسته است، اوج دقت، انطباق و سرعت در مهندسی ادوات نظامی را نشان می‌دهد.

93_11zon
مراحل پرتاب موشک بالستیک قاره‌پیمای اطلس-دی، ۱۹۶۰ سال ۱۹۶۰
Wikimedia Common

فرایند با تصمیمی بسیار مهم آغاز می‌شود که معمولاً در بالاترین سطوح سیاسی گرفته می‌شود. برای مثال، در ایالات متحده، رئیس‌جمهور اختیار صدور فرمان پرتاب موشک استراتژیک را دارد. سامانه‌هایی مانند Minuteman II برای پاسخ سریع طراحی شده‌اند، به‌طوری‌که کل فرایند پرتاب ممکن است در کمتر از پنج دقیقه به اتمام برسد.

ماهواره‌های هشدار زودهنگام یا رادارهای زمینی، تهدیدات احتمالی را شناسایی می‌کنند و به مراکز فرماندهی مانند NORAD هشدارها می‌دهند. در صورت لزوم، یک فرمان پرتاب کدگذاری‌شده به مرکز کنترل پرتاب ارسال می‌شود، جایی که خدمه‌ی جنگی آموزش‌دیده، بلافاصله وارد عمل می‌شوند.

پرتاب موشک به حداقل دو اپراتور نیاز دارد تا هیچ فردی به‌تنهایی نتواند آغازگر جنگ باشد

خدمه با دقت کامل فرمان را تأیید می‌کنند و قفل یک گاوصندوق امن حاوی کلیدهای پرتاب را باز می‌کنند. دو نفر از خدمه، که به صندلی‌های خود بسته شده‌اند، کلیدهای خود را به‌طور هم‌زمان وارد کرده و می‌چرخانند. البته ممکن است تأیید اضافی از یک مرکز کنترل دیگر یا یک پست فرماندهی هوایی لازم باشد. هنگامی که همه‌ی شرایط برآورده شد، درهای عظیم بتنی سیلو باز می‌شوند و موشک با غرش به حرکت درمی‌آید. در حدود ۳۰ دقیقه، موشک می‌تواند به هدفی در آن سوی کره‌ی زمین برسد.

94_11zon
مرکز کنترل پرتاب موشک بالستیک دلتا-۰۱ ایالات متحده؛ دو اپراتور مسئول نهایی شلیک هستند.
nps.gov

تأسیسات نگهداری، که می‌توانند ثابت یا سیار باشند، از چندین سایت پرتاب پشتیبانی می‌کنند و شامل مناطق ذخیره‌سازی و مونتاژ هستند. موشک‌های استراتژیک اغلب به‌صورت قطعه‌‌هایی جدا از هم می‌رسند و پیش از آن‌که به‌صورت عمودی در مکان‌ها یا سیلوهای پرتاب بارگذاری شوند، نیاز به مونتاژ افقی دقیق روی پایه‌هایی ثابت دارند.

آماده‌سازی برای چنین پرتاب‌هایی، شاهکاری از اتوماسیون و مهندسی است. موشک‌ها، چه از پیش ذخیره‌شده باشند (مانند موشک سوخت جامد) و چه تازه تولید شده باشند (آماده‌سازی و سوخت‌گیری موشک با سوخت مایع)، با دقت مونتاژ و بررسی می‌شوند تا زمان آماده‌سازی به حداقل برسد. تجهیزات زمینی تخصصی در سایت‌های فنی و پرتاب، وظایفی مانند مونتاژ، آزمایش و حمل‌ونقل را انجام می‌دهند، درحالی‌که سامانه‌های کمکی، پیشگیری و خنثی‌سازی آتش را مدیریت می‌کنند.

95_11zon
موشک‌های قاره‌پیما، نیاز به نگهداری مداوم دارند و این‌رو، پرهزینه هستند.
عکاس: Senior Airman Daniel Brosam / U.S. Air Force via AP

سکوهای پرتاب متنوع هستند و هر یک مزایای استراتژیک خاصی ارائه می‌دهند. سیلوهای زمینی، سازه‌های زیرزمینی که موشک‌هایی مانند Minuteman یا Peacekeeper را در خود جای می‌دهند، از دهه‌ی ۱۹۶۰ پایه‌ی اصلی بوده‌اند و برای پذیرش سامانه‌های سوخت مایع و جامد تکامل یافته‌اند.

سکوهای سیار، مانند موشک اورشنیک روسیه که روی پرتابگرهای متحرک یا واگن‌های ریلی قرار دارد، با امکان جابه‌جایی سریع، قابلیت بقا را افزایش می‌دهند و شناسایی آن‌ها را دشوار می‌کنند. موشک‌های بالستیک پرتاب‌شده از زیردریایی، مانند ترایدنت، مخفی‌کاری و انعطاف‌پذیری ارائه می‌دهند، درحالی‌که برخی موشک‌ها حتی می‌توانند از هواپیماها پرتاب شوند تا عنصر پیش‌بینی‌ناپذیری را افزایش می‌دهند.

96_11zon
انواع سکوهای موشک بالستیک: از راست به چپ، پرتابگر متحرک کره‌ی شمالی، زیردریایی و موشک ترایدنت و سیلوی مستقر در ایالت واشنگتن

پس از پرتاب، موشک بالستیک سفری پیچیده را آغاز می‌کند که به مراحل متمایزی تقسیم می‌شود: مرحله‌ی تقویت، پساتقویت، میانی و پایانی. موتورهای پرتوان، پرتابه را به ارتفاع ۱۵۰ تا ۲۰۰ کیلومتری می‌رسانند و به سرعت حدود ۷ کیلومتر بر ثانیه می‌رسند. بردار رانش امکان تنظیم دقیق مسیر را فراهم می‌کند، درحالی‌که مراحل تقویت‌کننده‌ی مصرف‌شده، جدا می‌شود تا به‌صورت آوار سقوط کنند.

رد مادون قرمز شدید شلیک پرتابه یا جدا شدن تقویت‌کننده‌ها، مراحل اولیه را قابل شناسایی می‌کند، اما به‌دلیل پنجره‌ی زمانی کوتاه و نیاز به رهگیرهای پیشرفته مانند لیزر یا موشک‌های پرسرعت در نزدیکی مکان پرتاب، رهگیری همچنان دشوار خواهد بود.

97_11zon
مراحل پرتاب موشک MIRV Minuteman-3
عکاس: Fastfission / Wikimedia Common
 

مراحل پرتاب موشک Minuteman-III (تصویر بالا):

مرحله ۱ (پرتاب): موشک با احتراق موتور اول (A) از سیلو خارج می‌شود.

مرحله ۲ (احتراق دوم): پس از ۶۰ ثانیه، موتور اول جدا شده، موتور دوم (B) روشن و پوشش نوک موشک (E) کنار می‌رود.

مرحله ۳ (احتراق سوم): پس از ۱۲۰ ثانیه، موتور دوم جدا شده و موتور سوم (C) روشن می‌شود.

مرحله ۴ (جدایش سرجنگی): پس از ۱۸۰ ثانیه، کار موتور سوم تمام شده و بخش حاوی کلاهک‌ها (D) از موشک جدا می‌شود.

مرحله ۵ (مانور): بخش سرجنگی مانور خود را انجام می‌دهد و برای ورود مجدد به جو آماده می‌شود.

مرحله ۶ (رهاسازی): کلاهک‌ها و هدف‌های کاذب (طعمه‌ها) رها می‌شوند.

مرحله ۷ (ورود مجدد): کلاهک‌های مسلح به همراه طعمه‌ها با سرعت بالا وارد جو زمین می‌شوند.

مرحله ۸ (انفجار): کلاهک‌های هسته‌ای منفجر می‌شوند.

در مرحله‌ی پساتقویت، موشک برای آزادسازی بار خود آماده می‌شود. برای پرتابه‌های مجهز به کلاهک‌های خوشه‌ای، یک درگاه قابل مانور با استفاده از موتورهای کوچک و هدایت اینرسی، کلاهک‌های جداگانه را همراه با طعمه‌ها و نوارهای فلزی آزاد می‌کند که برای فریب سیستم‌های دفاعی، قرار در نظر گرفته شده‌اند. رهگیری زودهنگام در این مرحله می‌تواند تمام کلاهک‌ها را خنثی کند، اما با آزاد شدن بار، ردیابی به‌دلیل رد موتور کوچک‌تر، پیچیده‌تر می‌شود.

مرحله‌ی میانی، طولانی‌ترین بخش، برهه‌ای را شامل می‌شود که پرتابه بدون نیروی محرکه در فضا حرکت می‌کند و مسیری بالستیک را دنبال می‌کند. گستردگی تعداد خوشه‌ها که شامل کلاهک‌ها، طعمه‌ها و بازتابنده‌ها هستند، رهگیری را پیچیده می‌کند. در اصل، تمایز بین کلاهک‌ها و طعمه‌ها چالشی بزرگ است، زیرا سامانه‌های راداری و نوری کنونی در تشخیص آن‌ها مشکل دارند.

یک روش پیشنهادی برای شناسایی طعمه‌ها، وارد کردن جرمی مانند گاز یا گردوغبار در مسیر پرتابه‌ها است تا مشاهده شود که اشیا چگونه کند می‌شوند. زیرا کلاهک‌های سنگین‌تر نسبت به طعمه‌های سبک‌تر دیرتر کند می‌شوند.

98_11zon
خلاصه‌ای از تلاش برای رهگیری یک موشک بالستیک
bostonglobe

مرحله‌ی پایانی با ورود مجدد پرتابه به جو در ارتفاع زیر ۶۰ کیلومتر آغاز می‌شود. مقاومت جوی با کند کردن طعمه‌های سبک‌تر نسبت به کلاهک‌های سنگین، ردیابی را ساده‌تر می‌کند. بااین‌حال، مدت کوتاه این مرحله، فرصت‌های رهگیری را محدود می‌کند و نیاز به شبکه‌ی گسترده‌ای از سامانه‌های دفاعی برای پوشش مناطق وسیع دارد. این مرحله با انفجار کلاهک، چه به‌صورت هوایی و چه برخورد زمینی، بسته به طراحی آن، به پایان می‌رسد.

علمی که با آرزوی صلح گره می‌خورد

موشک بالستیک، که ریشه در آزمایش‌های باستانی چینی دارد، امروزه به یک سلاح هایپرسونیک پیشرفته و ژئوپلیتیک تبدیل شده است. از موشک V-2 که جنگ را متحول کرد تا مسابقه‌ی تسلیحاتی هسته‌ای جنگ سرد، این فناوری از طریق منطق «تخریب متقابل تضمین‌شده»، به شکلی متناقض به ابزاری برای ثبات استراتژیک بدل شد.

امروزه، فناوری‌های جدید مانند کلاهک‌های چندگانه (MIRV) و موشک‌های هایپرسونیک، سیستم‌های دفاعی را به چالش می‌کشند و مسابقه‌ی تسلیحاتی جدیدی را به راه انداخته‌اند که در آن توان تهاجمی اغلب از اقدامات متقابل پیشی می‌گیرند.

داستان موشک بالستیک، روایتی از قدرت علم و سیاست است. از یک سو، علم فیزیک و مهندسی به‌کاررفته در پرتابه‌های بالستیک، ریشه در قوانین نیوتن، محاسبات پیچیده‌ی مسیر و طراحی‌های آیرودینامیک دقیق دارد. اما سوی دیگر ماجرا، در راهروهای تودرتوی سیاست رقم می‌خورد. سرنوشت این فناوری، درنهایت، آینه‌ای از انتخاب‌های بشر است: به کارگیری آن برای ثبات و بازدارندگی یا حرکت در مسیر تخریب.

منبع: خبرآنلاین

۰
نظرات بینندگان
تازه‌‌ترین عناوین
پربازدید