* موشک شهاب-۳*

همه چیز درباره سیستمهای موشکی

* موشک شهاب-۳*

همه چیز درباره سیستمهای موشکی

کلاهکهای موشکهای بالستیک

کلاهکهای موشکهای بالستیک

موشکهای بالستیک معمولا پروازی منحنی شکل دارند. و حرکت خود را در دو مرحله رفت و مرحله بازگشت انجام میدهند. مرحله رفت به مرحله پرتاب موشک از سکو تا اتمام سوخت مراحل موشک اطلاق میشود که تمام انرژی تولیدی موتور موشک صرف غلبه بر جاذبه زمین میشود و در هنگام اتمام سوخت آخرین مرحله موشک به بالاترین ارتفاع ممکن خواهد رسید.

این ارتفاع برای موشکهایی در حد اسکاد 300 کیلومتری در حدود 100 کیلومتر و برای موشکای قاره پیمایی در حد توپول ام با برد 11000 کیلومتری بیش از هزار کیلومتر خواهد بود. پس از اتمام سوخت موشک موشک پایدار شده و مسیر کاملا مشخصی را طی میکند و به طور معمول بخش بازگشت پذیر به جو یا rv از موشک جدا شده و مانند گلوله رها شده از تفنگ به سمت هدف روانه میشود. در مرحله بازگشتی نیز کلاهک موشک از آن جدا شده و با کمک جاذبه زمین به سمت هدف رها میشود.

سرعت کلاهک در این مرحله بستگی به حدااکثر سرعت مرحله رفت دارد. هر چه برد موشک بیشتر باشد یا تاارتفاع پروازی بالاتری پرواز کند طبعا این سرعت نیز بیشتر است. مثلا سرعت کلاهک موشکی در حد اسکاد در این مرحله حدود 5 ماخ تخمین زده میشود اما برای موشکی چند مرحله مانند توپول -ام روسی که تا ارتفاع هزارکیلومتری از زمین اوج میگیرد این سرعت به بیش از 25 برابر سرعت صوت بالغ یشود. به همین علت است که موشکهای بالستیک قدرت تخریب بسیار بیشتری از بمبهای هوایی دارند . زیرا طبق قانون نیوتن نیرو رابطه مستقیمی با شتاب دارد. حال اگر تصور کنیم موشکی در حد فاتح 110 با کلاهک نیم تنی که هنگام اصابت وزن آن حدود یک تن است با سرعت 3 برابر سرعت صوت به هدف اصابت کند انرژی تخریبی چنین برخوردی طبق فورمول f=m*a قابل توجه خواهد بود

شکل ظاهری بخش بازگشتی موشک شدت-مدت و مسیر پروازی آنرامشخص میکند. همچنین میزان بارهای آیرودینامیکی و تعداد بارگذاری شده بر روی موشک و شدت گرمای تولیدی بخش بازگشتی بشدت وابسته به شکل ظاهری آن است.

از نظر ظاهری rv ها عموما به دودسته تقسیم میشوند : لیفتینگ و بالستیک

از نظر کاربری شکل لیفتینگ مزایای بیشتری نسبت به اشکال دیگر دارد. اولین مزیت آن کاهش بارگذاری سرجنگی است .مزیت بعدی قدرت انتخاب بیشتر در مکان فرود است . سر جنگی با شکل لیفتینگ قادر به انحراف دادن به مسیر پروازی خود بمنظور رد گم کردن در مقابل سامانه های ضد موشکی است. در صورتی که شکل بالستیک یا کروی فقط امکان پیمودن یک مسیر را برای موشک فراهم میسازد.

مشکل اصلی شکل لیفتیک آن است که برای طراحی چنین پیکره بندی و نیز امکان کنترل و هدایت سرجنگی با این شکل باید هزینه های زیادی پرداخت. چنین کاری بسیار پیچیده و پردردسر است از کار افتادن سامانه کنترل چنین کلاهکی منجر به ناپایدارشدن آن و در نتیجه خطای فراوان در برخورد به هدف میشود.

در مسیر بازگشت به جو دمای سرجنگی بشدت بالا میرود که این مسئله میتواند منجر به انفجار آن شود بدون آنکه به هدف خود اصابت کند.در حین بازگشت به جو بخش بیرونی کلاهک بوسیله سامانه حفاظت گرمایی در برابر گرمای زیاد حاصل از اصطکاک محافظت میشود.

دو راه عمده برای محافظت از آر وی عبارتند از :

1- محافظت با استفاده از فرسایش ماده ی محافظ پوسته رویه آن

2- استفاده از محافظ گرمای تشعشعی

به طور معمول یکی از این روشها و یا بعضا هر دو روش برای حفظت از کلاهکها در مرحله بازگشتی استفاده میشود. اگر موشک شلیک شده حامل کلاهکهای شیمیایی یا میکربی باشد سرعت کلاهک پس از ورود به جو باید بشدت کاهش یابد به گونه ای که سرعت آن از چندین برابر سرعت صوت به زیر سرعت صوت کاهش پیدا کند.بدین منظور میتوان از چتر یا دیگر ابزارهای کاهنده سرعت استفاده کرد.

در موشکهای قاره پیما سرعت کلاهک در مرحله بازگشتی در هنگام ورود به جو به بیش از 25 برابر سرعت صوت ( شک نکنید 25 برابر سرعت صوت ) میرسد. این سرعت در اثر اصطکاک هوا به شدت کاهش می یابد و تا زمان رسیدن کلاهک به هدف ممکن است به 1 ماخ تقلیل پیداکند. اما این انرژی عظیم جنبشی چه میشود؟ واضح است که این انرژی بر اثر اصطکاک هوا به انژی گرمایی تبدیل میشود. بر اثر سرعت بسیار زیاد در جلوی موشک امواج شوک ایجاد میشود و بلافاصله پس از آن بخش قابل توجهی از انرژی جنبشی تبدیل به حرارت و گرما میشود.

گرمای ایجاد شده علاوه بر چگالی هوای جو به شکل مخروط نوک موشک و سرعت آن وابسته است.

این گرما با ریشه دوم شعاع مخروط نوک موشک رابطه عکس و با توان سوم سرعت رابطه مستقیم دارد.

این بدان معناست که هرچه سرعت کمتر و شعاع مخروط نوک بیشتر باشد گرمای کمتری تولسید میشود. بنابراین قیافه پخ بر قیافه نوک تیز به علت شعاع بیشتر و شکل لیفتیگ بر بالستیک به علت سرعت کمتر ارجحیت دارد.

بیشترین دمایی که ممکن است در یک مرحله بازگشتی ایجاد شوذد 11500 درجه است. اما این مقدار در آر وی هایی که از شکل لیفتیگ بهره میبرند بسیار کمتر از این مقدار است. به عنوان مثال دمای سطح کپسول آپولو حداکثر به 2760 درجه سانتیگراد میرسد. با این وجود برای اطمینان از نسوختن سرجنگی در بازگشت به زمین سامانه محافظت در مقابل گرما الزامی است.

انتخاب نوع سامانه به طراحی- حاکثر گرمایی که سامانه باید تحمل کند و ویژگیهای ماموریت آن بستگی دارد.

سامانه عایق حرارتی کلاهکها در مرحله بازگشتی میتوانند از روشهای فرسایش ماده واسط- حفاظ تشعشعی گرما - چاه گرما - تعرق و حالت تشعشعی استفاده کند. البته امروزه استفاده از 3 روش آخری منسوخ شده است.

کلاهک ها را میتوان بصورت تکی یا به صورت چندگانه بر روی موشکها نصب کرد. مثلا موشکی مانند سجیل یک مجهز به یک کلاهک جنگی است اما موشکی در اندازه موشک پیس کیپر یا ترایدنت ایالات متحده مجهز به چندین سرجنگی اتمی هستند که امکان مقابله با آنها را توسط سیستمهای پدافند ضدموشکی کاهش میدهد. گفته میشود کشورمان نیز نمونه ای از موشک شهاب -3 را به کلاهکهای چند گانه مجهز کرده است که علاوه بر توانایی گریز از ضد موشکها توانایی هدفگیری چند هدف مجزا را نیز دارند.

کلاهک های چندگانه موشک پیس کیپر

کلاهکهای 8 گانه پیس کیپر در هنگام اصابت به زمین. هر کدام از این خطوط شهاب مانند یک کلاهک اتمی با قدرت بیش از 370 کیلوتن تی ان تی هستند.

کلاهک های چند گانه موشک قاره پیمای ترایدنت

قسمتهای مختلف کلاهک w88 موشک ترایدنت

کلاهکها در فناوری موشکی ایران

توانایی موشکی بخش مهمی از استراتژی نظامی ایران را تشکیل میدهد و طبیعی است که قسمتی از این مقاله را به کلاهکهای نصب شده بر روی موشکهای بالستیک کشورمان اختصاص دهیم.

دوربرد ترین موشک بالستیک ایران در حال حاضر موشک سجیل با بردی در حدود 2400 کیلومتر است. در عین حال این موشک سرعت و شتاب بسیار بالاتری نسبت به موشکهای دیگر همرده موجود مانند شهاب-3 و قدر دارد. سجیل این سرعت را مرهون موتورهای قدرتمند مراحل اول و دوم و ارتفاع پروازی بسیار بالاتر خود است. موتور مرحله اول این موشک حدود 58 تن نیروی پیشران تولید میکند که به آن امکان میدهد که جرم حدود 24 تنی سجیل را با شتاب بسیار بالاتر از موشک قدر به آسمان ببرد. توان موتور موشک قدر در حدود 32 تن برآورد میشود و جرم آن نیز تقریبا 6 تن کمتر از سجیل است.

کلاهک موشک سجیل

موتور مرحله دوم سجیل نیز رانشی در حدود 15 تن تولید میکند که با توجه به ارتفاعی که این مرحله در آن شروع به کار میکند سرعت قابل توجهی به موشک میدهد بطوریکه ارتفاع پروازی آنرا به دوبرابر ارتفاع پروازی موشکهای سری شهاب-3 میرساند.

طبق بر آوردها سرعت بازگشتی کلاهکهای سری شهاب حدود 6 ماخ و ارتفاع پروازی آن در حدود 150 کیلومتر است. اما در همین بازه پروازی سجیل میتواندتا ارتفاع حدود 300 کیلومتری اوج بگیرد و کلاهک خود را در این ارتفاع با سرعت 12 برابر سرعت صوت بسمت هدف روانه کند.

در واقع ترکیبی از برد بالا ارتفاع پروازی بالا و شتاب بسیار زیاد به سجیل این امکان را میدهد که براحتی از کمند سیستمهای ضد موشکی موجود نصب شده در اراضی اشغالی بگذرد و با قدرت بسیار زیادی هدف خود نابود کند.

کلاهکهای مختلفی نیز برای موشکهای سوخت مایع سری شهاب طراحی شده است. شکل ظاهری این کلاهکها نیز اشاره دارد که هیچ المان کنترلی جوی نصب شده بر روی کلاهک وجودندارد. و چنانچه این کلاهکها از یک سیستم راکتی بردار رانش برخوردار نباشند به هیچ عنوان قادر به تصحیح مسیر نیستند. هر چند تصاویر منتشر شده از اصابت این موشکها به هدف بیانگر دقت بالای آنهاست.

کلاهکهای سری شهاب -3 اغلب برای سرعتهای بالای 5 ماخ طراحی شده اند.

از لحاظ ظاهری سه مدل کلاهک برای موشکهای شهاب- 3 طراحی شده است.

کلاهکهای مخروطی ساده - کلاهکهای تریکونیک سه مخروطی و کلاهک دومخروطی

کلاهکهای مخروطی ساده در نسل اول موشکهای شهاب-3 دیده میشود اما نمونه های دیگر موشک اغلب مجهز به کلاهکهای تریکونیک (پستانکی شکل) هستند.

سه مدل موشک شهاب-3 مجهز به سه نمونه کلاهک از بالا به پایین :کلاهک ساده مخروطی - کلاهک تریکونیک سه مخروطی (trv) و کلاهک دومخروطی (nrv)

تحلیل های کارشناسان خارجی با استفاده از نرم افزار های تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی(cfd) و مکانیک پروازی، با فرض یک توزیع جرم همگن در داخل کلاهک که از نوک دماغه شروع شده و تا طول های مختلفی نزدیک به انتهای آن ادامه یابد شبیه سازی هایی را اجرا کرده و نشان میدهد که نوع سه مخروطی از دو نوع دیگر ضریب نیروی مقاوم(درگ) کمتری دارد؛ نوع دو مخروطی از دو نوع دیگر پایداری بیشتری دارد و بیشترین حجم محموله در شرایط ثابت در این نوع قابل انباشتن است. البته خواص دو نمونه جدیدتر به هم نزدیک تر است تا به نمونه قدیمی تر از سرهای جنگی موشک های شهاب.

کلاهک موشک قدر

می دانیم سرجنگی موشک های دوربرد از جو خارج شده و پس از طی بخش قابل توجهی از مسیر خود در خارج از آن مجدداً به جو بازگشته و به سوی هدف سرازیر می شوند. در این شرایط و با توجه به نبود هدایت، کلاهک پایدارتر مناسب تر است پس منطقی خواهد بود که در نسل های جدید شهاب، قیام و سجیل خبری از نوع مخروطی ساده نباشد. خصوصاً با توجه به کم بودن ضریب نیروی مقاوم این طرح کلاهک، رسیدن موشک سجیل به سرعت تا 12 ماخ(بیش از 4000 متر بر ثانیه) در هنگام اصابت به هدف ممکن شده است.

در مجموع طراحان نسل جدید موشکهای ایرانی کلاهکهای سه مخروطی را ترجیح میدهند. از مهمترین موشکهایی که از این نوع سیستم کلاهک استفاده میکنند میتوان به موشکهای شهاب-3 سری b تا m و موشکهای قدر و موشکهای سجیل و موشک قیام اشاره کرد.

موشکهای بالستیک کوتاهبرد ایران مانند اسکاد و شهاب-1 و شهاب-2 و فاتح -110 از سیستم کلاهکی جدا شونده ای استفاده نمیکنند. و جدایش کلاهک در آنها رخ نمیدهد. اما موشکهایی با دامنه برد بیش از 500 کیلومتر در ایران از ساختار کلاهکی جدا شونده بهره میبرند.

موشکهای فاتح 110 با اینکه کلاهک جداشونده ندارند اما از المانهای کنترلی جوی بر روی کلاهک برخوردارند و تا لحظه برخورد به هدف قابلیت هدایت دارند. گفته شده برخی از مدلهای این موشک مجهز به کلاهکهای جداشونده هستند هر چند چنین چیزی برای موشکهایی در این دامنه برد چندان مرسوم نیست.