راکت و موشک به عنوان ابزارهای شناخته شده و بسیار مهم در زمینه های گوناگون نظامی و غیرنظامی برای حرکت در هوا یا فضا به نیروی پیشران خود متکی است. این پیشران ها به دو نوع کلی هواتنفسی و غیرهواتنفسی قابل تقسیم هستند.

پیشران های هواتنفسی با استفاده از یک ورودی هوا، دائماً در حال گرفتن اکسیژن برای ادامه یافتن فرایند احتراق سوخت هستند، بنابراین در ارتفاعات بالای جو و فراتر از آن قابل استفاده نیستند. پیشران های غیرهواتنفسی که به طور عمومی پیشرانه راکتی نیز گفته می شوند شامل دو نوع سوخت جامد و مایع می شوند که در واقع اکسیژن مورد نیاز را به نوعی در داخل خود حمل می کنند بنابراین می توانند در داخل یا خارج از جو زمین عمل کنند.

پیشران های هواتنفسی در موشک ها شامل انواع موتورهای جت است یعنی پالس جت، توربوجت، توربوفن، رمجت و اسکرمجت. این پیشران ها که در موشک هایی با مأموریت های گوناگون دیده می شوند. کروزهای ضد کشتی و ضد اهداف زمینی بیشترین کاربران این نوع پیشران ها و البته از نوع توربوجت یا توربوفن هستند. موشک معروف وی-1 ساخت آلمان اولین موشک مجهز به موتور جت و از نوع پالس جت بود که در سالهای پایانی جنگ دوم جهانی به طور نسبتاً گسترده ای مورد استفاده قرار گرفت.

موشک کروز وی-1

موشک های هوا به هوا مانند متئور اروپایی، سطح به هوا مانند سام-6 روسی و هوا به سطح ضد رادار مانند خا-31 روسی نیز با موتورهای رمجت ساخته شده اند که به دلیل ماهیت عملکرد این پیشران، مخصوص استفاده در سرعت های چندین برابر صوت هستند.

به جز دو نمونه رمجت و اسکرمجت، که اجزای متحرک در داخل خود ندارند بقیه انواع نامبرده دارای قطعات و بخش های کامل هسته یک موتور جت شامل کمپرسور، محفظه احتراق و توربین، شیرها و لوله ها و پمپ برای انتقال سوخت هستند. به علاوه به دلیل پیچیده بودن علوم مرتبط با احتراق در سرعت های بالا ( خصوصاً احتراق در سرعت مافوق صوت در موتور اسکرمجت) این دو نوع موتور در کشورهای زیادی توسعه نیافته اند.

موتورهای هواتنفسی توربوجت و توربوفن برای مسافت های طولانی بسیار مناسب تر از پیشران های راکتی(سوخت مایع و جامد) بوده و ایجاد امکان ساخت دقیق و مطمئن آنها در ابعاد کوچک و وزن کم بود که باعث شد تا ابتدا جای خود را در موشک های کروز ضد کشتی و راهبردی و بعدها نمونه های راهکنشی هوا به سطح باز کنند. کشورهایی مانند چین، هند و ایران نیز امروزه موتورهای توربوجت ویا توربوفن برای موشک های کروز و پهپادهای خود تولید می کنند.

هر چند قرار نیست موشک ها مانند هواپیماها مدت زیادی در حال پرواز باشند اما با توجه به اهمیت قابلیت اطمینان در یک موشک که پس از شلیک، قابل بازگشت و شروع مجدد عملیات در وقتی دیگر نیست و از طرفی صدها قطعه متحرک در حال کار در یک موتور جت، فناوری ساخت این پیشرانه ها اهمیت بالایی دارد تا از این نظر در نتیجه نهایی عملیات نظامی که موشک برای آن شلیک می شود اشکالی بوجود نیاید. موشک هایی که با موتور جت کارمی کنند بیشترین طول زمان پرواز در بین همه موشک ها را داشته و با توجه به برد و سرعت نمونه هایی که تاکنون در جهان ساخته شده نهایتاً کمتر از 6 ساعت در پرواز خواهند بود.

موتور توربوجت در یک موشک ضد کشتی

پیشران های راکتی خصوصاً سوخت جامد، یار دیرین موشک ها و راکت ها بوده اند؛ از نمونه های دست ساز چینی مربوط به چند سال پیش تا فضاپیماهای آینده. این پیشرانه ها قدرت بسیار بالای نهفته در سوخت های شیمیایی را آزاد کرده و به موشک های چند ده تنی، سرعت های اَبَرصوتی می دهند.

طرحی از یک موشک با پیشران سوخت جامد

پیشران های سوخت مایع، به طور ساده از یک مخزن سوخت، یک مخزن حاوی اکسید کننده(به جای اکسیژنی که باید از هوا برای اشتعال تأمین می شد)، پمپ ها، لوله ها و شیرهایی برای انتقال این مواد به محفظه احتراق و یک نازل که با شکل خاص خود باعث بیشتر شدن نیروی رانش تولیدی می شود تشکیل شده اند.

پیشران های سوخت جامد بسیار ساده تر بوده و عمل اشتعال در همان محفظه ای که سوخت قرار دارد به انجام رسیده و گازهای حاصله با عبور از نازل باعث حرکت موشک می شوند. بنابراین در اینجا از اجزا و قطعات مختلف موجود در پیشران های سوخت مایع خبری نخواهد بود.

پیشران های سوخت جامد پس از شلیک از همان ابتدا دودی با رنگ روشن و اغلب سفید از خود به جای می گذارند در حالی که پیشرن سوخت مایع بعد از اتمام شعله پشت نازل موشک(خروجی گازها)  اثری ایجاد نمی کنند.

سرعت سوزش سوخت های جامد با توجه به شکل قرارگیری سوخت، متفاوت اما برای هر نوعی ثابت است و از این رو به طور کلی یک پیشران سوخت جامد سریعتر از سوخت مایع به پایان می رسد. همچنین فرایند سوزش سوخت جامد تقریباً در همه نمونه های ساخته شده در دنیا قابل کنترل یا متوقف کردن نیست در حالی که در پیشران سوخت مایع از طریق شیرها روی جریان سوخت و اکسید کننده، کنترل وجود دارد و حتی از لحاظ نظری، به راحتی امکان خاموش کردن پیشران هم وجود دارد.

موتورهای راکتی سوخت جامد معمولاً شتاب بسیار بالاتری را در زمان کوتاه تر در دسترس قرار می دهند اما توان تولیدی پیشران سوخت مایع بیشتر است از اینرو در موشک های بزرگ و سنگین عموماً یا فقط از این نوع استفاده می شود یا در صورت چند مرحله ای بودن موشک، در مرحله اول ویا به عنوان شتاب دهنده کمکی(بوستر) از پیشران سوخت جامد استفاده می شود.

به گزارش مشرق، از جهت سهولت نگهداری هم موتور راکتی سوخت جامد طول مدت انبارداری بسیار بیشتری داشته، حمل و نقل آن ساده تر از موتورهای سوخت مایع بوده و اطمینان پذیری بیشتری را به وجود می آورند. این موشک ها بدون نیاز به بازبینی از بابت پیشران می توانند تا سال ها در انبار یا سکوی پرتاب مستقر بوده و آماده به کار باشند.

 در مقابل، موشک با سوخت مایع امکان جابجایی بسیار سخت اگر نه ناممکنی دارد، سوخت پیش از شلیک موشک به داخل آن تزریق شده که معمولاً ای کار چند ساعت به طول می انجامد، به دلیل خاصیت خورندگی مایعات مورد استفاده مدت آماده به کار بودن موشک کم و اغلب در حد 6 ماه است که پس از آن باید سوخت و اکسید کننده تخلیه شده و در صورت لزوم مخازن شسته شوند و وجود اجزای مکانیکی هم نیاز به برخی بازدیدهای دوره ای را وجود می آورد.

طرحی از اجزای داخلی یک پیشران سوخت مایع

محصولات ایرانی

تلاش های بومی کشورمان ایران برای ساخت موشک به میانه های جنگ تحمیلی 8 ساله باز می گردد که مهمترین موارد آن که تأثیر بسزایی در آینده موشکی کشور داشتند شامل نوع سطح به سطح کوتاه برد سوخت جامد بر اساس موشک فراگ روسی و نوع بالستیک کوتاه برد سوخت مایع بر مبنای اسکاد که از سوریه خریداری شده بود هستند.

بر مبنای اطلاعات رسمی منتشر شده در کشور، امروزه در همه انواع موشک های سطح به سطح، سطح به هوا، هوا به سطح محصولاتی مطابق نیاز در ایران تولید انبوه می شود و در رده هوا به هوا نیز نمونه هایی ساخته و آزمایش شده است. این موشک ها از موتورهای راکتی سوخت جامد و مایع و موتورهای توربوجت استفاده می کنند و بردهای مختلفی از چند کیلومتر تا 2هزار کیلومتر را پوشش می دهند.

زلزال با سوخت جامد و برد بیش از 200 کیلومتر


موشک هوا به سطح سوخت جامد ستار-3


موشک سطح به هوای سوخت جامد شاهین

می توان گفت شاخص ترین نمونه های این محصولات موشک های کروز دریایی رعد و قادر با برد های چند صد کیلومتر با موتور اولیه سوخت جامد و پیشران اصلی توربوجت و طول زمان پرواز کمتر از 30 دقیقه، کروز زمینی دوربرد مشکات با برد 2هزار کیلومتر و زمان پرواز نهایی احتمالی بیش از 2 ساعت، خانواده موشک های بالستیک میانبرد و دوربرد شهاب با سوخت مایع و موشک سوخت جامد دوربرد و دو مرحله ای سجیل هستند.

موتور توربوجت کوچک طلوع-4 ساخت ایران

موشک ضدکشتی و کروز قادر، پس از جدا شدن موتور اولیه راکتی و شروع به کار موتور توربوجت

هر دو نوع پیشران راکتی برای کارکرد ایمن در وهله اول و کارکرد بهینه به عنوان خواسته دوم طراحان، نیاز به محاسبات پیچیده و لحاظ کردن عوامل تأثیر گذار بسیار در زمینه های گوناگونی چون سازه، انتقال حرارت و ترمودینامیک، سوخت و احتراق، دینامیک و ارتعاشات دارند و پس از طراحی و ساخت نیز باید در معرض آزمایش های سختگیرانه ای قرار بگیرند که همه این موارد در کشورمان و به صورت بومی به انجام می رسد.

موشک سوخت جامد و دو مرحله ای سجیل در مرحله ای از توسعه و آزمایش

میزان پیشرفتگی این علوم به قدری است که ناباوری کارشناسان خارجی سبب ابراز نظرهای عجیبی از سوی آنان برای توجیه موفقیت های موشکی کشورمان شود این در حالی است که به کارگیری این محصولات دفاعی بومی در رزمایش های متعدد در حالی که هر چند سال نیز با وجود شدیدتر شدن تحریم ها، نمونه ای جدید از آنها نیز ساخته می شود بهترین اثبات برای این افراد است.

برای توضیح بیشتر پیرامون دشواری های طراحی و ساخت یک موتور راکتی جدید خصوصاً از نوع سوخت مایع باید گفت ضمن نیاز به اجرای تمام مراحل مطالعه و طراحی، تمامی انواع آزمایشات نیز باید بر روی پیشران جدید اجرا شود تا از مطلوب بودن نتیجه اطمینان حاصل شود. مثلاً با توجه به اینکه گازهای پرسرعت خروجی از موتور راکتی تراکم پذیر(Compressible) هستند قابلیت ارتعاش دارند. در صورت ورود گاز به مدهای ارتعاشی نامطلوب به طبع آن نازل(خروجی موشک)، لوله های حاوی سوخت، شیرها و اتصالات و سازه موشک نیز دچار ارتعاش شده و در صورت بروز پدید تشدید(Resonance) موشک ماهواره بر از بین خواهد رفت. بنابراین تمامی محاسبات پیچیده دینامیک سیالات، حرارت، سازه برای خاص ترین حالات نیز باید اجرا شده که به نوبه خود بسیار زمانبر بوده و پس از ساخت نمونه اولیه آزمایش صورت گیرد.

شهاب-3

این در حالی است که فرماندهی کل سپاه در مصاحبه خبری اخیر خود، علت انفجار سال گذشته که موجب شهادت سردار حسن تهرانی مقدم شد را به آزمایش نوعی سوخت جدید و انفجار آن نسبت داده اند. باید دید با اعلام شدن مشخصات سوخت مربوط و تأثیر آن روی مشخصات عملکردی موشک های نظامی و غیر نظامی ایرانی، این به اصطلاح کارشناسان خارجی بر مبنای علم خود چه واکنشی نشان می دهند.

• نویسنده : یزد فردا
• منبع خبر : خبرگزاری فردا