تاريخچه موشک

• کنستانتین، ادوارد ویچ و تسیولکوفسکى

تسیولکوفسکى در ۱۷ سپتامبر ۱۸۵۷ در دهکده ایزوسک در شهر کوچک کالوگا، ۱۶۰ کیلومترى مسکو در جنوب غربى روسیه به دنیا آمد. این دانشمند ضمن اینکه در روسیه پدر راکت شناخته شده، به علت ارائه نظریات و تئوری‌های باارزش نسبت به گذشتگان خود در زمینه چگونگى دسترسى به ستارگان، پدر غیرقابل انکار کیهان نوردى نیز است.

او از سنین نوجوانى به علوم فیزیک و هوانوردى اشتیاق فراوان داشت و در ۱۶ سالگى براى شرکت در سمینارى در مورد علوم و ریاضیات به مسکو رفت و در راستاى علاقه‌مندی به این دو رشته بود که در مدرسه دهکده بوروسک در ۹۰ کیلومترى جنوب شرقى مسکو شغل معلمى ریاضیات و فیزیک را قبول کرد و در این شغل مطالعات جدى و فراوانى در مورد کیهان شناسى نمود و محل سکونت خود را به مرکز تحقیقات نسبتاً بزرگى تبدیل و مدل‌های مختلف راکت را جمع‌آوری کرد. او از جمله نخستین انسان‌هایی بود که دریافت موشک وسیله‌ای براى گریز از زمین است.

• فعالیت‌های تسیولکوفسکى

تسیولکوفسکى در سال ۱۸۹۷ اصول موتورهاى کنترلى را تعریف و در سال بعد کتابى تحت عنوان ورود به مدارات ماهواره‌ای از زمین و سپس کتاب دیگرى با نام کیهان‌نوردی با استفاده از موتورهاى عکس‌العملی به رشته تحریر درآورد. در این زمان با مندلیف نیز تماس‌هایی داشت ولى مندلیف به او گفت که کارهایش اتلاف وقت است و به عنوان انجمن شیمى از او خواست که از محاسبات آینده مطلع شود ولى تسیولکوفسکى دست از فعالیت‌های خود برنداشت و در سال ۱۸۹۸ دیگر قانون‌های ریاضى حرکت موشکى که اساس طرح همه سفینه‌های فضایى است را به دست آورده بود و در سال، ۱۹۰۳ سال اولین پرواز هواپیماى برادران رایت نتایج اصلى کار خود را منتشر کرد و پایه‌های دانش فضانوردى را بنا نهاد که شامل بررسى نظرى از مسئله سوخت موشک‌ها، کارایى موتور موشک و استفاده از هیدروژن و اکسیژن مایع به‌عنوان ماده محرک موشکى است که طبق محاسبات او امکان مسافرت بین سیارات و یا استفاده از ماهواره و ایستگاه‌های فضایى در مدارات مختلف زمین امکان‌پذیر است و ثابت کرد براى ورود به مدار زمین رسیدن به سرعت ۸ کیلومتر در ثانیه ضرورى است. در سال ۱۹۰۳ دستگاه کاملى را معرفى کرد که قادر به حمل انسان به فضا بود و نیروى محرکه آن را اکسیژن مایع و هیدروژن تشکیل می‌داد. وى با درک مشکلات نیروى محرکه موتورهاى چندمرحله‌ای را پیشنهاد و فرمول‌های قوانین حرکت در فضا را ارائه کرد و در سال ۱۸۸۱ اولین تونل باد روسیه را ساخت که شاید در دنیا اولین باشد. این دانشمند نابغه که نتیجه تحقیقاتش براى ساختن موشک V1 آلمانى مورد استفاده قرار گرفت و به رغم داشتن محدودیت، تلاش‌های ارزنده‌ای در ساخت موتور راکت و مطالعات کیهان‌نوردی داشت، در ۱۱ سپتامبر ۱۹۳۵ در سن ۷۸ سالگى در کالوگا در حالى که نزدیک به ۵۰۰ اثر علمى به صورت مقاله و کتاب از خود بر جاى گذاشت چشم از جهان فرو بست.

• رابرت هاچگینز گادارد

مردى که همه موشک‌ها مرهون او هستند. گادارد که در سال ۱۸۸۲ در شهر ووستر در ایالت ماساچوست به دنیا آمده بود، مبتکر تک رویى بود که در جوانى از حمله مکرر بیمارى جان به در برده بود. این شخص به راستى یک پیشاهنگ واقعى بود، همانند تسیولکوفسکى در شوروى سابق و هرمان ابرت در آلمان به محاسبات موشکى و پرواز فضایى پرداخت ولى بعداً کارش را با پرداختن به مسائل عملى طرح دستگاه‌ها و وسایل آزمایش سوخت‌ها و ساختن و پرواز دادن موشک‌ها دنبال کرد و سال‌ها پس از مرگ او روشن شد که موشک‌های او نه تنها از محرکه دگرگونى فناورى سالم بیرون آمده‌اند بلکه خود سهمى در به وجود آوردن آن دگرگونی‌ها داشته که در این رابطه یک کارشناس موشکى به نام جروم هان ساکر گفته است هر موشک مایع سوزى که پرواز می‌کند یک موشک گادارد است. در واقع اگر تسیولکوفسکى را پدر علم راکت بدانیم، بدون شک گادارد را باید پدر مهندسى راکت خطاب کنیم. اگر چه این دو نابغه چندین دهه بدون اطلاع از هم بودند ولى تحقیقاتشان عملاً به موازات یکدیگر بوده است.

رابرت گادارد روزى که به صورت جدى به فکر موشک بازى و پرواز فضایى افتاد فقط ۱۷ سال داشت. وقتى که در دانشگاه کلارک در ووستر در رشته فیزیک درس می‌خواند یکه و تنها به بررسى سوخت‌های احتمالى موشک‌ها پرداخت. پس از توجه به سوخت‌های جامد گوناگون به این نتیجه رسید که ترکیبى از ئیدروژن و اکسیژن مایع از همه بهتر خواهد بود اما در آن تاریخ هیچ یک از این دو گاز مایع به صورت تجارتى براى فروش موجود نبود. او پس از پایان دوره دبیرستان به دانشگاه کلارک در ووستر رفت و در سال ۱۹۱۱ وقتى که ۲۸ ساله بود در رشته فیزیک دکترا گرفت و یک سال بعد هم معلم دانشگاه کلارک شد و سر کلاس مباحث خارج برنامه‌ای چون راه‌های مسافرت به ماه را نیز شرح می‌داد. او در حقیقت پایه‌گذار راکت‌هایی است که هم‌اکنون به شکل فعلى در قرن بیستم شناخته‌شده است و در سال ۱۹۱۶ گادارد به قصد تهیه بودجه پژوهشى از انجمن اسمیتسونى تقاضا کرد تا موشک‌های آزمایشى بسازد و این انجمن نیز پنج هزار دلار به او اعطا کرد و در سال ۱۹۱۹ کتابى تحت عنوان روش‌های رسیدن به ارتفاعات فوق‌العاده بالا منتشر ساخت.

در جنگ جهانى اول رسته مخابرات ارتش آمریکا گادارد را مأمور طرح سلاح سبک و در عین حال پرقدرتى کرد. او هم موشک کوچک جامدسوزى را که از درون یک لوله پرتاب می‌شد براى این کار به وجود آورد و در سال ۱۹۲۰ انجمن اسمیتسونى واشینگتن رساله‌ای که نخستین بهابازار تحقیقاتى گادارد را نصیب او ساخته بود منتشر ساخت و پیشنهاد او درباره سفر موشکى به ماه هیاهوى بسیار بزرگى داشت و گادارد انسان ماه موشکى لقب گرفت و سرانجام در سال ۱۹۲۶ راکت با سوخت مایع و نفت را آزمایش کرد. این راکت با سرعت ۶۰۰ مایل در ساعت تا ارتفاع ۱۸۴ پا صعود کرده و سپس توجه خود را به جاى افزایش در ارتفاع، انعطاف‌پذیری در برد معطوف کرد و سرانجام طى آزمایش‌های متعدد سرعت مافوق صوت را در راکت به دست آورد و او که از استفاده زمین‌های ایالتى براى آزمایش‌های موشکى منع شده بود به ناچار عملیات خود را به هل پاند (برکه دوزخ)، باتلاق برهوتى در وسط میدان تیر فدرال نزدیک اردوگاه دیونز منتقل ساخت و اعلام کرد که با به‌کارگیری شکل خاصى از نازل می‌توان با سوخت ثابت سرعت پرتاب را هشت برابر بالا برد و برد راکت نیز ۶۴ برابر افزایش پیدا می‌کند؛ و او دریافت که براى رسیدن به سرعت مافوق صوت، موتورهای سوخت مایع بر موتورهای با سوخت باروتى ارجحیت دارند.

گادارد و دستیارانش میدان موشک آزمایى (دره بهشت) بیش از هفت کارمند نداشت. پنج مکانیک و از جمله برادر همسر گادارد و همسرش در نقش عکاس رسمى و خاموش کننده حریق‌های ایجاد شده از گازهای خروجى موشکى بودند. موشک‌ها در واقع همه سرهم‌بندی شده بودند. گادارد قسمتى از مصالح خود را از طریق سفارش پستى از عمده‌فروشی‌های ابزار و ادوات تهیه می‌کرد و قسمتى دیگر را دستیاران او ضمن شکار در ابزارفروشی‌ها، فروشگاه‌های وسایل ورزشى و مراکز فروش قطعات یدکى اتومبیل می‌خریدند و هنگامى که چیزى پیدا می‌کردند که به درد می‌خورد مثلاً یک ساعت مچى بچه، یک تکه سیم پیانو یا شمع اتومبیل آن را جهت مصرفى به کار می‌بردند که سازندگان آن قطعات حتى در خواب هم ندیده بودند. همچنین بیشتر وقت کارگاه صرف دست‌چین کردن قطعات قابل استفاده از موشک‌های ناموفق می‌شد یعنى موشک‌هایی که پرواز می‌کردند و ناکام در جایگاه پرتاب باقى می‌ماند. به هر حال یک پرواز موفق شادى بخش بود اما در عین حال مترادف بود با برگرداندن توده‌ای فلز اسقاط به کارگاه یعنى آنچه معمولاً از موشک بعد از سقوط باقى می‌ماند. موشک‌های له شده را به ندرت می‌شد تعمیر کرد. از این رو گادارد سیستمى براى سالم بازگرداندن موشک‌ها به زمین به کمک چتر نجات طرح کرد که فرود موشک‌ها را آرام‌تر می‌ساخت. این سیستم به صورتى بود که پوزه مخروطى موشک خود به خود جدا می‌شد و چتر کوچک پیشاهنگى اول بیرون می‌آمد و به نوبه خود چتر اصلى را که سه متر قطر داشت بیرون می‌کشید و موشک را آرام به زمین می‌رسانید.

در سال ۱۹۳۹ سال آغاز جنگ جهانى دوم هزاران آلمانى سرگرم کار روى طرحى بودند که موشک V2 را به وجود می‌آورد و نخستین پرواز آن در سال ۱۹۴۲ انجام شد ولى سه سال زودتر از آن گادارد و تیم کوچک او به کار پرواز دادن موشک اشتغال داشتند. پس از ورود آمریکا به جنگ جهانى دوم گادارد به آناپولیس رفت تا به خدمت دولت آمریکا درآید و در آنجا به تقاضاى نیروى دریایى به طرح سیستمى براى به پرواز درآوردن هواپیماهای معمولى به کمک موشک پرداخت و در مارس ۱۹۴۵ گادارد یک موشک V2 به غنیمت گرفته را از نزدیک مشاهده کرد که از هر لحاظ شبیه به موشک‌های خود او بودند که آلمانی‌ها از کشف بی‌علاقگی دولت آمریکا به کار گادارد مبهوت ماندند. هنگامى که بعد از خاتمه جنگ جهانى دوم از کارشناسان موشکى آلمان که به آمریکا انتقال داده شده بودند پرسیده شد چه اطلاعاتى پایه و اساس توسعه موشک در آلمان قرار گرفت؟ آنها گفتند: بهتر است این را از گادارد بپرسید. ما هر چه اطلاعات داریم از اوست و وقتى که ورنهرفن براون در سال ۱۹۵۰ نوآوری‌های به ثبت رسیده‌اش را بررسى می‌کرد اعلام داشت گادارد از همه ما جلو بود. گادارد براى کنترل جریان سوخت به محفظه احتراق یک شیر کنترل طراحى و نصب نمود. از این طریق موشک قادر بود به طور اتوماتیک خاموش شود. او براى هدایت و کنترل پره‌های متحرکش را در خروجى اگزوز نصب کرد. در واقع این دانشمند اولین کسى بود که تفکر راکت‌های چندمرحله‌ای را به ثبت رسانید. گادارد سرانجام با استفاده از ژیروسکوپ دستگاهى ساخت که پرواز موشک‌ها را در مسیر تعیین شده ثابت می‌کرد و از ژیروسکوپ براى هدایت خودکار مسیر موشک‌ها استفاده کرد. سرانجام در ۲۸ مارس ۱۹۳۵ اولین موشک مجهز به ژیروسکوپ گادارد، ۴۸۰۰ پا به صورت عمودى پرواز کرد و سپس با کمک گرفتن از کنترل‌های سطحى - افقى با سرعت حدود ۵۵۰ مایل در ساعت ۱۳۰۰ پا پرواز کرد. او ضمن کار در نیروى دریایى آمریکا در مورد بهسازى سیستم‌های هدایتى موشک در سال ۱۹۴۵ به عضویت هیات مدیره مجمع راکتى آمریکا درآمد. او روى هم رفته امتیاز ۲۱۴ ابتکار و اختراع را که عملاً شامل تمامى جنبه‌های موشک‌های مایع سوز می‌گردید به ثبت رسانده بود. در سال ۱۹۶۰ دولت آمریکا با پرداخت یک میلیون دلار به ورثه گادارد در ازاى استفاده از ابتکارهای به ثبت رسیده از وى به سهمش در تحول موشکى صحه گذارد. چنانچه دولت آمریکا بودجه تحقیقاتى گادارد را تأمین می‌نمود چه بسا اولین کشور در توسعه و طراحى در کارهای موشکى می‌شد؛ اما سرانجام در ماه اوت ۱۹۴۵ در سن ۶۲ سالگى، پس از ۴۲ سال تلاش تحقیقى از دنیا رفت و با فوت این دانشمند دنیا مخترع بزرگى را که کشورش قادر به تشخیص نبوغ او نشد از دست داد.

موشک کروز با تعریف امروزی اولین بار توسط آلمان‌ها در جنگ جهانی دوم علیه مناطقی در جنوب شرقی انگلیس به کارگرفته شد که از سایت‌های واقع در فرانسه به سمت هدف پرتاب می‌شد. این موشک با عنوان (V-1) در مدت زمان بسیار کوتاهی در حین جنگ دوم جهانی توسعه یافته و به تولید انبوه رسید. آلمان‌ها در طی چند ماه با بیش از 5000 فروند از این موشک‌ها لندن را مورد هدف قرار دادند. این موشک در آن زمان از یک موتور پالس جت برای پیشرانش بهره می‌گرفت و سیستم هدایت و ناوبری ضعیفی داشت که دلیل اصلی در پایین آمدن احتمال برخود این موشک با هدف بود، به طوری که طبق برخی گزارش‌ها تنها حدود سی درصد از این موشک‌ها در محدوده هدف فرود می‌آمدند.

 از زمان پرتاب این موشک‌ها توسط آلمان‌ها، آمریکایی‌ها تحقیقاتی را برای شناسایی این سیستم تسلیحاتی آغاز نمودند تا اینکه در اواسط سال 1944، ‌نیروی هوایی موفق به دستیابی به بقایای یکی از این موشک‌ها شد که ظاهراً سقوط کرده و عمل نکرده بود. طی مدت بسیار کوتاهی (17 روز) با استفاده از مهندسی معکوس، نمونه‌ای از این موشک در امریکا ساخته شد.

در اواخر دهه 40 ونیز دهه 50 برنامه موشک‌های کروز به عنوان یک سلاح تاکتیکی در ایالات‌متحده دنبال می‌شد. در این دوره با توسعه موشک‌هایی نظیر Regulus, Matador, Mace, Snark، موشک‌های کروز به خصوص در زمینه هدایت و ‌پرتاب به تدریج توسعه یافتند. ولی همچنان علی رغم پیشرفت‌های صورت گرفته، مسئله هدایت به عنوان یک عامل محدود کننده در این موشک‌ها مطرح بود. در دهه 60 تمرکز بر روی موشک‌های بالستیک، موشک‌های کروز را به حاشیه برد و این موضوع به طور مضاعف توسعه موشک‌های کروز را تحت الشعاع قرار داد. البته باید توجه داشت که آنچه در موشک‌های کروز اولیه مطرح بود، ساخت یک هواپیمای بدون سرنشین بود که بتواند صرفاً یک سرجنگی (غالباً یک کلاهک هسته‌ای) را تا نقطه هدف حمل نماید و قابلیت‌هایی که امروزه از یک موشک کروز انتظار می‌رود در این دوره زمانی مطرح نبود.

موشک‌های کروز توسعه یافته تا پیش از دهه 50 میلادی، عمدتاً شباهت زیادی به هواپیماهای هم دوره خود داشته و دارای ابعاد بزرگی بودند و همانگونه که پیش‌تر نیز گفته شد در زمینه هدایت با مشکلات اساسی مواجه بودند. این مشکلات در کنار سایر موانع تکنولوژیک در راه توسعه این نوع موشک‌ها منجر به وقفه‌ای حدوداً ده ساله در توسعه آنها گردید. این امر که به ویژه در تاریخچه رشد و توسعه موشک‌های کروز در ایالات‌متحده به خوبی نمایان است، مقارن با دهه‌ شصت و اوایل دهه هفتاد میلادی بود. در این دوره زمانی سرمایه‌گذاری سیستم‌های تسلیحاتی بر روی موشک‌های بالستیک قاره‌پیما متمرکز گردید.

در این مقطع زمانی (اوایل دهه هفتاد)، مزایای موشک‌های کروز نظیر پنهان‌کاری و قابلیت نفوذ تا عمق خاک دشمن، در کنار هزینه‌های نسبتاً کم تحقیقات و توسعه و پایین بودن قیمت نهایی هر فروند (در مقایسه با سیستم‌های تسلیحاتی جایگزین) و... آنچنان مورد توجه قرار گرفت که باعث شد در آن مقطع پروژه‌هایی نظیر بمب افکن دور برد و پنهانکار 1- B به نفع پروژه موشک‌های کروز کنار گذاشته شوند.

توسعه این موشک‌ها در دهه 80 نیز ادامه یافت، اما ابتدای دهه 90 نقطه عطفی در تاریخ موشک‌های کروز به شمار می‌رود. استفاده از این موشک‌ها در چندین عملیات نظامی که علیه عراق صورت گرفت، باعث شد تا این موشک‌ها از طرف سایر کشورها به شدت مورد توجه قرار گیرند؛ و شاید همین موضوع یکی از علل کشیده شدن کشورهایی نظیر چین، آلمان، سوئد، ایتالیا، اسرائیل، آفریقای جنوبی و انگلستان به سمت توسعه چنین سیستم‌های آفندی بوده باشد.

تا قبل از جنگ جهانی دوم- بنا به مقتضیات جنگ- فقط چندین کشور که در حال جنگ بودند ابرقدرت موشکی محسوب می‌شدند (مانند روسیه و آلمان). در واقع جنگ برای اینها مانند کاتالیزوری در جهت پیشرفت صنایع موشکی بود؛ همچنان قدرتمند و قدرتمندتر می‌شدند و این امر موجب رعب و وحشت کشورهای دیگر شد، چرا که از همان ابتدا هم پیش بینی می‌شد اگر فقط چند ابرقدرت خاص، این تکنولوژی را به دست می‌گرفتند، دیگر پاسخ ندادن به درخواست‌های آنها کار مشکلی بود. پس از فروکش کردن التهابات جنگ جهانی دوم، بسیاری از کشورها دست به کار شدند و شروع به ساخت یا حداقل خرید موشک کردند زیرا می‌دانستند اگر سیستم موشکی قوی داشته باشند، پشتوانه خوبی برای حفظ امنیت دارند. هرروزه انواع موشک ساخته و آماده می‌شد و در این میان یک فناوری، توجه همگان را بیش از دیگر شاخه‌ها به خود جلب کرد و آن، تکنولوژی ساخت موشک‌های بالستیک بود.

تکنولوژی موشک‌های بالستیک هم پس از جنگ جهانی دوم نمو پیدا کرد و از دهه ۱۹۵۰ ابرقدرت‌هایی موشکی به وجود آمدند که تهدیدی برای کشورهای دیگر محسوب می‌شدند. در این عرصه، اتحاد جماهیر شوروی یک سر و گردن از رقبای خود بالاتر بود. با گذشت زمان، قدرتش بیشتر و بیشتر می‌شد و همواره حرف اول را در این زمینه می‌زد. این مسئله، کشورهای دیگر- مخصوصاً رقیب سرسختش یعنی ایالات‌متحده آمریکا- را آزار می‌داد. موشک‌های بالستیک همواره باعث ایجاد تنش بین کشورها بود؛ برای نمونه، بحران موشک‌های بالستیک کوبا در سال ۱۹۶۲ که با تحویل موشک‌های دوربرد شوروی به کوبا، جنگ سرد را گرم‌تر کرد. یا بحران تایوان در سال ۱۹۹۶ پس از انتخابات دموکراتیک چین چندین موشک بالستیک به خطوط کشتیرانی نزدیک تایوان شلیک کرد و در اواخر بحران تائپودونگ در سال ۱۹۹۸ که کره شمالی یک موشک بالستیک را به طور غیرمنتظره‌ای روی محدوده هوایی ژاپن آزمایش کرد که باعث اعتراض کشورهای غربی شد. هنگامی که آمریکا و شوروی پیمان منع گسترش موشک‌های بالستیک را امضا کردند، فقط ۹ کشور موشک بالستیک داشتند، ولی امروز بیش از ۳۰ کشور، موشک بالستیک دارند و ۱۴ کشور در تولید یا صادرات موشک بالستیک و تکنولوژی مربوط به آن دست دارند. پس همیشه تهدید شلیک یک موشک بالستیک از طرف این کشورها وجود دارد و باید جوابی در قبال آن موجود باشد. در پی نگرانی‌های جهانی برای جلوگیری از این امر، موافقت نامه بین‌المللی کنترل تکنولوژی موشکی (MICR) - که موافقت نامه‌ای داوطلبانه است- در سال ۱۹۸۷ بین ملل مختلف برای کنترل جابه جایی و خرید و فروش موشک‌ها و تکنولوژی‌های مربوطه که قابلیت حمل سلاح‌های کشتار جمعی (WMD) را ایجاد می‌کند، بسته شده است.

راکت سوخت جامد: موشک با سوخت جامد موشکی است که نیروی محرکه آن از خروج گازهای داغ ناشی از سوختن یک ماده جامد تأمین می‌شود. ساختمان موشک‌های با سوخت جامد ساده و نگهداری آنها آسان بوده و از این رو کاربردهای گسترده‌ای در عرصه‌های نظامی و غیرنظامی دارند.

راکت سوخت جامد شامل چهار قسمت: بدنه، خرج، آتش زنه و نازل می‌باشد.

بدنه (Casing): به‌صورت ظرفی سوخت جامد را که خرج نامیده می‌شود، در داخل خود جای می‌دهد و ضمن محافظت، بعد از عملکردن آتشزنه به‌عنوان محفظه‌ی احتراق عمل می‌کند.

شکل ‏1 در تصویر فوق می‌توانید بدنه‌ی راکت را به رنگ بنفش مشاهده کنید.

آتشزنه (Ignition Charge): باعث سوختن خرج در زمان پرتاب راکت می‌شود. (بهترین مکان برای قرارگرفتن آتش زنه نوک موشک می‌باشد؛ زیرا در این صورت سوخت از داخلی‌ترین قسمت می‌سوزد و بنابراین مقدار گازهای گداخته شده در محفظه افزایش‌یافته و تِراست، افزاینده خواهد بود)

شکل ‏2 در تصویر بالا، آتشزنه به رنگ بنفش مشخص‌شده است.

نازل (Nozzle): باعث تجمع گازها در داخل محفظه‌ی احتراق شده و طوری شکل داده می‌شود که باعث تسریع در خروج گازها، هنگامی که محفظه‌ی احتراق را ترک می‌کنند، می‌شود.

شکل ‏3 نازل موشک

خرج (Charge): سوخت یا خرج ترکیبی شیمیایی است که پس از احتراق، گازهای گداخته تولید می‌کند که این گازهای گداخته شده از شیپور یا همان نازل موشک با سرعت زیاد خارج می‌شوند. (سوخت به کار رفته در موشک را خرج پرتاب می‌نامند.)

موشک چیست؟

موشک درواقع یک وسیله جابجایی بدون سرنشینی است که یک بار یا کالا را از یکجا به یک جایگاه دیگر جابجا می‌کند. این افزار نیروی مورد نیاز برای حرکت را از پیشران راکتی درونش می‌گیرد. بخشی از موشک همان راکت دارای سامانه پایشگر است. اجزای اصلی یک موشک پیشران که در برگیرنده سوخت و اکسیدکننده، قاب (بدنه) یا پوششی برای نگهداری بخش‌های گوناگون، سامانه هدایتگر و بار (مانند سرجنگی و یا ماهواره) هستند. موشک هنگامی که برای پرتاب ماهواره یا بارهای دیگر به کیهان استفاده شود، «موشک ماهواره بر» یا «موشک حامل» نامیده می‌شود.

(موشک در حقیقت ماشینی است که به‌وسیله‌ی خروج سریع گاز، نیروی جلوبرندگی ایجاد می‌کند. هرگونه راکت با کاربری نظامی که دارای سامانه هدایت و کنترل باشد موشک نامیده می‌شود. اکثر پرتابگرهای فضایی بر اساس فناوری موشک‌های نظامی توسعه پیدا کردند.)

ساختمان موشک

در این بخش با ساختمان انواع موشک‌ها آشنا می‌شویم

موشک‌ها دارای 4 بخش هستند:

1. بار مفید یا سرجنگی، بخشی از موشک که مواد منفجره در آن جای می‌گیرد سرجنگی و یا کلاهک نام دارد.
2. سامانه پیشرانش که انرژی لازم برای شتاب دادن بار مفید به‌شتاب مورد نیاز را فراهم می‌کند. (نیروی به دست آمده از جریان مواد رانده شده از پیشران در راستای پشتی را نیروی پیشرانش می‌نامند. این نیرو، همان نیرویی است که به جسم پرنده داده می‌شود و آن را به حرکت درمی‌آورد. نیروی پیشرانش، برآیند نیروهای گاز دینامیکی و هیدرودینامیکیِ اعمالیِ به سطوح درونی پیشران به هنگامِ رانده شدن مواد از آن، است.)
3. سامانه کنترل و هدایت که موشک را در مسیر از پیش برنامه ریزی شده به سوی هدف خواسته شده پایش و واپایش می‌کند (البته همه موشک‌ها پایش شونده نیستند) (به سامانه‌ای که موشک را بدون آن‌که به خلبان نیاز داشته باشد به سوی هدف روانه کند، سامانه هدایت می‌گویند.)
4. سازه پوششی که همه چیز را باهم نگه می‌دارد؛ روی این سازه پوششی یا بدنه موشک، بیشتر، بخش‌هایی همچون بال یا بالک و دماغه نوک تیز سوار می‌شوند. سرجنگی، سامانه هدایت و دماغه نیز از دیگر بخش‌های بدنه هستند.(جلوترین بخش هر موشک هدایت شونده و یا هر راکت، دماغه‌ای است که بیشتر به شکل مخروط بوده و هنگام حرکت در اتمسفر از موشک و راکت در برابر گرمایی که دستاورد اصطکاک است پاسداری می‌کند.)

پیش از پرتاب، زیرسامانه‌های موشک برای آمادگی گمارشی بازرسی می‌شوند و برنامه پرواز یا مسیر پرواز به رایانه هدایتگر، داده می‌شود. هنگام سوزش، سوخت‌های مایع یا جامد نیروی پیشرانش را برای پرتاب موشک فراهم می‌کنند. اگر موشک چندمرحله‌ای باشد، هر مرحله هنگامی که سوخت آن مرحله تمام شده و یا نزدیک به تمام شدن باشد، نیروی پیشرانش خود را به پایان رسانده و سپس از بدنه موشک جدا شده و مرحله دیگر آغاز به سوزش می‌کند. سامانه هدایت و کنترل، موشک را در مسیر درست پاییده و میراند. پس از آنکه مرحله پایانی نیروی پیشرانش خود را به پایان رساند، بار مفید در جایگاه از پیش، پیش بینی شده خود رها می‌شود. در برخی از سامانه‌ها بار مفید به بدنه موشک چسبیده شده است و با آن به سوی هدف حرکت می‌کند.

موشک‌های حامل کیهانی و موشک‌های گمانه زنی برای قرار دادن ماهواره‌ها در مدار و یا گرداوری داده‌های دانشوری از لایه‌های بالایی اتمسفر به کار می‌روند. تفاوت ویژه میان این موشک‌ها با موشک‌های بالستیک رزمی/جنگی در بار مفید و کاربرد مورد نظر آنها است. با افزایش بارها و سامانه‌های جنگ‌افزاری و الگوریتم‌های پایشگر متفاوت، موشک‌های حامل کیهانی و موشک‌های گمانه زنی می‌توانید به عنوان موشک‌های بالستیک جنگی بکار رود. در اصل بسیاری از ماهواره‌برها و موشک‌های حامل کیهانی کنونی گونه پیشرفته موشک‌های بالستیک پیشین هستند.

از این رو که سامانه‌های موشکی کامل بزرگ هستند کم پیش می اید که یک موشک سرهم شده و آماده از کارخانه سازنده به یگان‌های رزمی و یا خریدار خواهان داده جابجا گردد به جای آن زیرسامانه‌های و بخشه‌ای بدنه جدا جدا که به آسانی توانایی سرهم شدن را داشته باشد در بسته‌ها ویا جعبه‌های استاندارد با کشتی ویا...برای خریدار ویا یگان‌های خواهان فرستاده میشوند، ودر انجا سرهم بندی گشته واماده بکار گیری می‌شوند.

مرحله

بیشتر موشک‌های دوربرد از دو یا تعداد بیشتری «مرحله» تشکیل‌شده‌اند که «روی هم» و یا «در کنار هم» سوار می‌شوند. مرحله‌ی دوم بالای مرحله‌ی نخست یا پایه است و به همین الگو دیگر مراحل جا داده می‌شوند. مرحله‌ی نخست، موشک را از سکوی پرتاب بلند میکند و گاهی با عنوان «بوستر» یا «مرحله‌ی اصلی» شناخته می‌شود. هنگامی که پیشرانه‌ی مرحله‌ی نخست به پایان میرسد و یا موشک به سقف پرواز و شتاب دلخواه میرسد، پیشران این مرحله خاموش می‌شود و این بخش ازبدنه موشک، جدا می‌گردد تا مرحله‌ی بعدی ناچار بکشیدن یک وزن افزوده وبیخود نباشد. به همین رو کاهش وزن، دیگر بخشها می‌توانند پیشران کم توان تری داشته باشند و نیز می‌توانند پیشرانه‌ی کمتری سوار کنند؛ که دستاوردش توانایی جابجایی بارهای سنگین‌تری فراهم می‌شود.

پیشرانش موشک‌ها

در این بخش و چند بخش بعد در مورد سیستم پیشرانش موشک آشنا خواهیم شد.

در یک موشک بر اثرسوزش سوخت، گازهای داغی بوجود می اید که در هنگام خروج از یک شیپوره (نازل) نیرویی ایجاد می‌کند که می‌تواند موشک را از زمین بلند کند. اگر چه این نیرو ثابت میماند؛ اما شتاب موشک افزایش مییابد چون بر اثر مصرف سوخت، موشک سبک تر می‌شود.

موشک به همان آسانی که در اتمسفر کار می‌کند، در بیرون اتمسفر هم کار می‌کند اما در انجا، پیشرانش موشک به خاطر فشار گازهای داغ در برخورد با اتمسفر نیست، بلکه بر اثر واکنش در برابر کنش است. وضعیت موشک در این حالت مانند وضعیت کسی است که در وسط یک زمین یخ زده بسیار لغزنده قرار گرفته است. او هر چقدر هم که دست و پا بزند، از جایش تکان نخواهد خورد؛ اما اگر بر حسب اتفاق تعدادی کیف یا چمدان کوچک به همراه داشته باشد می‌تواند برای حرکت کردن از آن‌ها استفاده کند. اگر او کیف‌ها را یکی پس از دیگری در جهت معینی پرتاب کند، به آهستگی در جهت دیگر شروع به حرکت خواهد کرد.

در موشک‌های نخستین، مانند آنهایی که چینی‌ها درست کرده بودند، از سوخت جامد (باروت) استفاده می‌شده است. هنگامی که جرقه ای به باروت زده شود، این سوخت جامد انرژی خود را به صورت یک انفجار آزاد می‌کند. پیشرفت در طرح و ساخت موشک‌های سده 20، بیشتر پیرامون استفاده از سوخت‌های مایع بوده است. از این نوع سوخت‌ها در مقایسه با وزن برابر از سوخت جامد نه تنها انرژی بیشتری آزاد می‌کنند، بلکه بهتر هم پایش می‌شوند.

در موشکی که با سوخت مایع کار می‌کند، سوخت نمی سوزد مگر اینکه با یک اکسیدکننده درامیخته شود. برخلاف یک هواپیمای جت موشک نمی‌تواند همیشه اکسیژن مورد نیاز سوختش را از هوا بگیرد (چون به ارتفاعهای خیلی بالایی میرود که غلظت اکسیژن گاهی به صفر میرسد)، بنابراین باید اکسیژن مورد نیاز را با خود ببرد. سوخت و اکسیدکننده را در باک‌های جداگانه بارگذاری و حمل می‌کنند و در هنگام سوزش آنها را در محفظه احتراق تلمبه می‌کنند، که در آنجا سوخت میسوزد (در واقع منفجر می‌شود). گازهای حاصل از راه شیپوره با شتاب زیادی به بیرون پرتاب می‌شوند؛ و مقدار نیروی پیشرانش موشک، از راه زیاد یا کم کردن اندازه سوخت و اکسیدکننده ورودی به محفظه احتراق، پایش می‌شود.

شکل ‏4

سوخت موشک آلمانی V2 در جنگ جهانی دوم، نفت سفید و اکسیژن بود. امروزه سوخت موشک‌ها، هیدرازین (یکی دیگر از هیدروکربن‌های مایع) یا سوخت‌های سرمازا (مانند هیدروژن مایع و اکسیژن مایع) است. هیدرازین یک سوخت هایپرگولیک است، ینی در صورت وجود اکسیدکنندهای مانند دینیتروژن تتروکسید به طور خودبهخودی منفجر می‌شود. بازده هیدرازین در حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد کمتر از سوخت‌های سرمازا است، اما کاربرد آن سادهتر و مطمئنتر است. سوخت‌های سرمازا را برای اینکه مایع بمانند، باید تا دمای پایینی سرد کنند. بنابراین پیشران باید سامانه پیچیدهای از لولهها برای گذر سوخت سرد شده داشته باشد. این سوخت‌ها نیز به یک محترق کننده نیاز دارند. درست در طی پرتاب موشک است که سوخت‌های سرمازا برتری خود را نشان می‌دهند، ینی زمانی که بیشینه بازده ممکن برای بلند کردن موشک و بارهای آن از زمین نیاز است.

پیشرانه جامد

مخلوط شیمیایی شامل سوخت و اکسیدکننده است که با سوختن، در موشک‌ها نیروی پیشران (یا تراست) ایجاد می‌نماید.

یکی از غلط‌های مصطلح استفاده از واژه‌ی سوخت به جای هر دو مولفه ی «سوخت» و «اکسیدکننده» پیشرانه است. بنابراین هر جا واژه‌ی پیشرانه استفاده شود، منظور هر دو مولفه‌ی «سوخت» و «اکسیدکننده» است.

سوخت: سوخت مادهای است که وقتی میسوزد یا با اکسیژن ترکیب می‌شود و برای پیشران نیروی پیشرانش ایجاد می‌کند.

اکسید کننده: کسیدکننده عاملی است که برای در امیختن با سوخت، اکسیژن یا ماده اکسیدکننده - که همیشه اکسیژن نیست - آزاد می‌نماید.

پیشرانه‌های جامد: این ترکیبات دارای شتاب سوزش بالایی هستند و گازهای داغ ناشی از سوزش آنها، هنگام پرتاب از بخش استوانه ای و شیپوره (نازل)، نیروی پیشران (تراست) مورد نیاز را ایجاد می‌نمایند. هنگامیکه پیشران شروع به کار میکند، پیشرانه ی جامد از بخش میانی به سمت کناره شروع به سوزش می‌نماید. شکل کانال میانیِ تعبیه شده در میانِ پیشرانه ی جامد، تعیین کننده ی شتاب و الگوی سوزش می‌باشد. بنابراین نوع طراحی کانال، وسیله ای برای هدایت نیروی پیشران (تراست) به شمار میرود. بر خلاف پیشران‌های مایع، پیشرانهای جامد چندان هدایت پذیر نیستند و پس از روشن شدن آنها، امکان هدایت فرآیند کار پیشران و در صورت نیاز خاموش کردن، تقریباً ناممکن است. بیشتر این دسته از پیشران‌ها پس از روشن شدن تا وقتی که تمامی پیشرانه مصرف شود، میسوزند.

پیشرانه‌های همگن به دو دسته‌ی تکپایه و دوپایه بخش پذیرند.

• پیشرانه‌های تکپایه، بیشتر نیتروسلولزی می‌باشد که دارای هر دو ویژگی اکسیدکنندگی و احیاکنندگی می‌باشد.
• پیشرانه‌های دوپایه، بیشتر دارای نیتروسلولز و نیتروگلسیرین می‌باشند که با یک پلاستیسایزر، پر می‌شوند.

در شرایط عادی، پیشرانه‌های همگن، ایمپالس ویژهای بالاتر از 210 ثانیه ندارند وویژگی برتر آنها، در ایجاد نکردن دودهایی که دیده شده و رد بجا می‌گذارند می‌باشد؛ از این رو بیشتراز آنها در جنگافزارهای راهکنشی (تاکتیکی) استفاده می‌شود.

بیشتر از این نوع پیشرانه‌ها، در انجام گمارش کمکی یا فرعی، همانند پرتاب قطعات بدرد نخور به دریا یا در سامانه‌ی جدایش یک بخش موشک از بخش دیگر آن، استفاده می‌شود.

پیشرانه‌های جامد دو خانواده دارند:

1. همگن
2. مرکب.

هر دو نوع این پیشرانه‌ها، متراکم بوده، در دمای معمولی پایدار می‌باشند و به سادگی می‌توان آنها را نگهداری نمود.

پیشرانه‌های مرکب پیشرفته

پودرهای ناهمگنی (مخلوط) می‌باشند که شامل یک نمک کریستاله شده یا نمک‌های معدنی بسیار نرم، مثل پرکلرات آمونیوم می‌باشند. این نمک‌ها نقش اکسیدکنندگی داشته، بین 60% تا 90% وزن پیشرانه را تشکیل می‌دهند.

جزء احیاشونده یا سوخت، معمولاً آلومینیوم می‌باشد. پیشرانه بوسیله ی یک بایندر نظیر پلی اورهاتان یا پلیبوتادیان _ که به عنوان سوخت مورد استفاده قرار می‌گیرند _ کنار یکدیگر نگه داشته می‌شوند.

افزون بر آنچه گفته شد، گاهی ترکیبات دارای کاتالیست نیز، برای کمک به افزایش شتاب سوزش و یا آسان نمودن فرآیند تولید پیشرانه، به سوخت جامد افزوده می‌شود. فراورده پایانی جسمی مانند لاستیک با استحکامی نزدیک به پاککن لاستیکی سفت است.

پیشرانه‌های مرکب: بیشتر با نوع بایندر استفادهشده شناخته می‌شوند.

دو نوع بایندر، بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند:

1. پلیبوتادیان اکریلیک اسید اکریلونیتریل (پی. بی. اِی. ان)
2. هیدروکسی ترمیناتور پلی بوتادیان (اِچ. تی. پی. بی)

فرمولاسیون «پی. بی. اِی. ان» نسبت به فرمولاسیون «اِچ. تی. پی. بی» ایمپالس ویژه، دانسیته و شتاب سوزش میشه گفت بالاتری دارد. به هرحال، پیشرانه ی «پی. بی. اِی. ان» چالشهایی را در امیختگی و تولید دارد که به شوند نیاز به بالابردن دما جهت تهیه آن ایجاد می‌شود.

بایندر «اِچ. تی. پی. بی» بسیار قوی تر و انعطاف پذیرتر از «پی. بی. اِی. ان» می‌باشد. از ویژگی‌های خوب این دو پیشرانه می‌توان به ویژگی‌های مکانیکی مناسب و پتانسیل زمان سوزش درازتر نسبت به پیشرانه‌های همگن، اشاره کرد.

پیشرانه‌های جامد، تنوع کاربری خوبی دارند. بیشتر پیشران‌های جامدِ کوچک، بعنوان شتاب دهنده‌های بخش پایانی ماهواره برها و یا برای جابجایی سامانه‌های کیهانی به مدارهای بالاتر، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پیشران‌های جامدِ متوسط کاربردهای دیگری دارند، مانند؛

1. «بخش کمک کننده ی بار مفید» (پی. اِی. ام)
2. «مرحله ی پایانی اینِرشیال» (آی. یو. اِس)

که اینها تراستر‌های کمکی شمرده میشوند و موجب رسیدن ماهواره به مدار بالاتر یا افزایش برد و جابه جایی خط سیر موشک، می‌شوند.

در پرتابگرهای کیهان پیمای شاتل، موشک دلتا و تیتان از پیشران‌های جامد، برای افزایش تراست _ به ویژه در بخش نخست _ استفاده می‌شود؛ به این تقویت کننده‌های تراست، بوستر سوخت جامد گفته می‌شود. در پرتابگر کیهان پیمای شاتل، از بوسترهای سوخت جامد بزرگی استفاده میشود که هر یک شامل 500 تن (1100000 پوند) پیشرانه می‌باشد و می‌تواند نیروی پیشرانی بیش از 14680 تن کیلوگرم (یا 3300000 پوندنیرو) تولید نماید.

پیشرانه‌های مایع

در یک موشک سوخت مایع، سوخت و اکسیدکننده در باک‌های جداگانه نگهداری می‌شوند و از راه سازوکاری که برگرفته از لوله‌ها، شیرها و توربوپمپ می‌باشد، به اتاقک سوزش وارد می‌شوند و میسوزند. با احتراق پیشرانش (سوخت) گاز داغی ساخته می‌شود که در هنگام گذر از اتاقک بر شتاب آن افزوده می‌شود و از دمای آن کاسته می‌شود. به عبارت دیگر اتاقک سوزش، انرژی شیمیایی سوخت را به انرژی جنبشی بدل می‌کند و این است که نیروی پیشران (تراست) ایجاد می‌گردد.

موتور‌های سوخت مایع از نظر پیچیدگی نقطه ی مقابل موتور‌های سوخت جامد هستند اما به هرحال به ازای پیچیدگیِ پیشرانه ای سوخت مایع، مزایایی هم دارند که از آن جمله، می‌توان به این مورد اشاره نمود که در پیشران‌های سوخت مایع، با کنترل جریان پیشرانه به اتاقک سوزش، می‌توان کاهش یا افزایش نیروی پیشران، خاموشی یا روشن نمودن دوباره پیشران را شوند گردید در حالی که در پیشران‌های سوخت جامد در با اینکه ساده اند، چنین امکانی شدنی نیست.

یک سوخت خوب، سوختی است که دارای ضربه ی ویژه ی بالایی باشد یا از جنبه‌ی دیگر، شتاب خروج گازهای داغ از شیپوره (نازل) آن زیاد باشد. بالا بودن این شتاب می‌تواند باعث بالا بودن گرمای سوزش و گازهای خروجی و یا کمتر بودن وزن مولکولی گاز داغ، باشد.

فاکتورهای مهم دیگری نیز در خوب بودن یک سوخت دخالت دارد از آن جمله می‌توان به جرم حجمی، دمای نگهداری و سمی بودن سوخت اشاره نمود.

استفاده از سوختی با جرم حجمی پایین به این دلیل است که باک‌های بزرگی برای ذخیره ی آن در موشک نیاز می‌باشد و این امر افزایش وزن موشک را به همراه خواهد داشت. سوختی با دمای نگهداری پایین نیازمند یک سامانه ی برودتی جهت نگهداری است و مخازن نگهداری آن باید دارای عایق کاری ویژه باشد.

بدیهی است استفاده از این افزارها نیز وزن موشک را افزایش خواهد داد. همچنین سمی بودن سوخت مهم است، چراکه چالشهای ایمنی زیادی را، در زمان جابجایی، ترابری، نگهداری و کار با سوخت ایجاد خواهد میکند. افزون بر این بیشتر چنین سوخت‌هایی بسیار خورنده نیز می‌باشند.

سوخت‌های مایعی که در موشک‌های حامل (یا ماهواره بر) بازرگانی (ونه جنگاوری) استفاده شدهاند را، می‌توان در سه گروه دسته بندی نمود:

• مواد نفتی
• سرمازا
• خودمشتعل

پیشرانه‌های نفتی

سوخت‌هایی هستند که از اجزاء نفت خام فراوری شده، ساخته می‌شوند و شامل امیخته ایی از هیدروکربن‌های پیچیده می‌باشند. هیدروکربن‌ها دسته ای از ترکیبات آلی هستند که تنها دارای کربن و هیدروژن می‌باشند. یکی از مواد نفتی استفاده شده برای سوخت موشک، کروسین سنگین است که در آمریکا آن را «آر پی - 1» می‌نامند.

سوخت‌های نفتی بیشتر در ترکیب با اکسیژن مایع - به عنوان مولفه ی اکسیدکننده ی پیشرانه ی موشک - استفاده می‌شوند. کروسین نسبت به سوخت‌های سرمازا ضربه ی ویژه ی کمتری دارد، اما بهتر از سوخت‌های خود مشتعل شونده می‌باشد.

کروسین یا «آر پی - 1» را می‌توان سوخت تمیزی دانست که برای نخستین بار در سال 1957 در امریکا مورد استفاده قرار گرفت. نخستین پیشینه استفاده از سوخت، با مشخصه‌هایی مانند پسماند قیرمانند در کانال‌های خنک کاری پیشران، دوده ی بیش از اندازه، کُک و نیز سایر رسوبات در مولدگازِ پیشران، همراه بود.

با آن که برای از بین رفتن این اثرات نامطلوب کارهایی زیادی انجام گرفت اما کروسین‌های تازه نیز پسماندهایی را موجب می‌شدند که باعث کم شدن مدت زمان کاربری آنها می‌گردید.

شکل ‏5 موشک ساترن 5

اکسیژن مایع و «آر پی -1» به عنوان پیشرانه در نخستین بوسترهای تک مرحله‌ایِ موشک‌های اطلس و دلتا 2 استفاده شدند.

همچنین از این زوج به عنوان نیروی بالابرنده‌ی مرحله‌ی اول موشک‌های «ساتورن 1-بی» و «ساتورن 5» استفاده شده است.

طراحی سوختی نفتی با استفاده از برشهای نفتیِ دستاورد از فراوری نفت خام با توجه به ویژگی‌های شیمیایی و سوزشی آن صورت می‌گیرد که از جمله مشخصات فیزیکی و شیمیایی مورد استفاده در طراحی سوخت، می‌توان به جرم حجمی، دامنه ی جوش، اندازه و نوع ترکیبات موجود، نقطه ی اشتعال، نقطه ی آنیلینی و ... اشاره نمود.

در این بخش در ادامه گفتار پیشرانه‌های موشکی با برخی دیگر از انواع پیشرانه‌های مایع آشنا می شویم.

پیشرانه‌های سرمازا

پیشرانه‌های سرمازا گازهایی هستند که در دماهای بسیار پایین به صورت مایع نگهداری می‌شوند. معروفترین پیشرانه‌های سرمازا، هیدروژن مایع - به عنوان سوخت «ال اچ 2» - و اکسیژن مایع «ال اُ ایکس یا ال اُ 2» - به عنوان اکسیدکننده - می‌باشند. هیدروژن در دمای 253- درجه سانتیگراد و اکسیژن در دمای 183- درجه سانتیگراد مایع می‌باشند.

تامین دمای پایین پیشرانه‌های سرمازا، مشکلاتی را در نگهداری طولانی مدت آنها، موجب می‌شود. به همین دلیل این نوع پیشرانه‌ها برای استفاده در موشک‌های نظامی که بایستی مدت‌ها به صورت آماده ی پرتاب، نگهداری شوند، چندان خوشایند و مطلوب نیست. بعلاوه هیدروژن مایع دارای جرم حجمی بسیار کمی است (071/0 گرم در هر میلیلیتر) لذا برای نگهداری آنها نسبت به سوخت‌های دیگر به تانک‌هایی با حجم چندین برابر بزرگتر نیاز داریم. این مشکلات باعث شده که زوج پیشرانه ی «اکسیژن مایع - هیدروژن مایع» عملیاتی نباشند. ضربه ی ویژه ی هیدروژن مایع حدود 30 تا 40 درصد بیشتر از سایر سوخت‌های موشکی است و این یکی از مزایای اساسی این زوج موفق است! اکسیژن مایع و هیدروژن مایع به عنوان پیشران‌های با کارایی بالا، در موتورهای شاتل‌های فضایی استفاده می‌شوند. از این زوج در موتورهای مراحل بالای موشک‌های «ساتورن یک بی» و «ساتورن 5» استفاده شده است. امریکا اولین موشک، پیشرانش «اکسیژن مایع - هیدروژن مایع» خود را در سال 1962 استفاده کرد.

شکل ‏6

از دیگر سوخت‌های سرمازا با خواص مناسب برای سامانه‌های پیشران فضایی، می‌توان به متان (با نقطه جوش 162- درجه ی سانیگراد) اشاره نمود. پیشرانه ی «متان و اکسیژن مایع»، ویژگی‌های بارزتری نسبت به پیشرانه‌های قابل نگهداری دارد، همچنین نسبت به پیشرانه ی «اکسیژن مایع - هیدروژن مایع» حجم کمتری را اشغال می‌کند و نسبت به پیشرانه‌های هایپرگولیکِ معمول (خود مشتعل) وزن موشک حامل، کمتر می‌باشد. پیشرانه ی «متان و اکسیژن مایع» تمیز میسوزد، سمی نیست و می‌توان آن را از منابع طبیعی تهیه نمود. البته از لحاظ تاریخی هیچ تست پرتابی با این زوج پیشرانه انجام نشده است و تعداد تست‌های زمینی که با این سوخت زده شده نیز، محدود می‌باشد. شاید دلیل این امر آن است که طراحی موشک‌های جدیدی که بتواند با زوج «متان و اکسیژن مایع» کار کند، در مقابل استفاده از موشک‌های قدیمی بسیار بالاست. موتورهایی که با فلورین مایع (با نقطه‌ی انجماد 188- درجه ی سانتیگراد) میسوزند، به پیشرفت‌های جالبی رسیده اند و به طور موفقیت آمیزی شلیک شده اند. فلورین به شدت سمی است اما یک اکسیدکننده ی بسیار عالی می‌باشد و تقریباً به طور شدیدی با اغلب عناصر و ترکیبات به جز نیتروژن - که گاز نجیبی است! - واکنش می‌دهد و ترکیبات فلورینه تولید می‌نماید. علیرغم سمیت بالا، وجود فلورین موجب بالا رفتن عملکرد موتورها می‌گرد. فلورین می‌تواند با اکسیژن مایع مخلوط شود و ویژگی‌های موتورهای «اکسیژن مایع - هیدروژن مایع» را بهبود ببخشد. نتیجه‌ی اختلاط را «اف ال اُ ایکس» می‌نامند. چون فلورینها سمیت بسیار بالایی دارند، در اغلب نمایشگاههای بینالمللی هوافضایی مطرود هستند. بیشتر فلورینها شامل ترکیباتی از قبیل کلرین پنتافلورید می‌باشند که به عنوان اکسیدکننده در عملیات فضایی دوردست استفاده‌ی گستردهای دارند.

پیشرانه‌های خود مشتعل شونده

پیشرانه‌هایی هستند که سوخت و اکسیدکننده به طور مجزا درون محفظه احتراق تزریق می‌شوند و بدون نیاز به آتشزنه و فقط با برخورد با یکدیگر، شعله ور می‌شوند. دقت کنید که دیگر پیشرانه‌هایی که تاکنون از آنها نام بردیم برای شروع احتراق به آتشزنه نیاز دارند. استارت آسان و قابلیت استارت مجدد از مزایای پیشرانه‌های خودمشتعل می‌باشند که آنها را برای سامانه‌های مانوری فضاپیماها - که نیاز است بارها خاموش و روشن شوند - ایده آل نموده است. همچنین چون در دمای معمولی به صورت مایع می‌باشد، در این نوع سوخت‌ها با مشکلات و مسائلی پیشرانه‌های سرمازا روبرو نیستیم. خود مشتعل‌ها (هایپرگولیک‌ها) بسیار سمی هستند و میبایست با نهایت دقت جابجا شوند.

معمولترین سوخت‌های خودمشتعل (هایپرگولیک) شامل هیدرازین، مونومتیل هیدرازین (ام ام اچ) و دی متیل هیدرازین نامتقارن (یو دی ام اچ) می‌باشند. هیدرازین به عنوان سوخت موشک از ویژگی‌های مناسبی برخوردار است، اما چون دارای نقطه ی انجماد بالایی است و ناپایدار می‌باشد، نمی‌توان به آن به عنوان یک عامل خنک کننده اطمینان نمود چون ساختار موتورهای سوخت مایع به گونه ای است که هر مولفه ی پیشرانه (سوخت) باید بتواند خنک کننده ی خوبی نیز، باشد.

«ام ام اچ» نسبتاً پایدارتر است و تا نقطه ی انجمادش عملکرد خوبی دارد و به عنوان پیشرانه در فضاپیماها استفاده می‌شود. «یو دی ام اچ» دارای نقطه ی ذوب پایین تری است و از پایداری دمایی مناسبتری برخوردار می‌باشد و در موتورهای بزرگ - که با مولفه ی سوخت خنک می‌شوند - کاربرد دارد. در نتیجه «یو دی ام اچ» به طور معمول در موشک‌های حامل (ماهواره برها) استفاده می‌شود و نسبت به سایر مشتقات هیدرازین از کارایی مناسبتری برخودار است. از این سوخت، در سوخت‌های ترکیبی، مانند آیروزین 50 (یا 50 - 50) - که مخلوطی از 50 درصد «یو دی ام اچ» و 50 درصد هیدرازین می‌باشد - استفاده شده است.

آیروزین 50 تقریباً پایدارتر از «یو دی ام اچ» بوده، عملکرد بهتری دارد. از اکسیدکننده‌های خودمشتعل معروف و معمول می‌توان به تتروکسید نیتروژن «ان تی اُ» و اسیدنیتریک اشاره نمود. تتروکسید نیتروژن خورندگی کمتری نسبت به اسید نیتریک دارد و عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهد، اما از نقطه‌ی ذوب بالایی برخوردار است. در نتیجه وقتی نقطه‌ی انجماد چندان اهمیت نداشته باشد، تتروکسید نیتروژن بهترین گزینه برای اکسیدکنندگی می‌باشد.

در امریکا، اسیدنیتریکی که به عنوان اکسیدکننده استفاده می‌شود، از نوع «اِی - 3» است و اسید نیتریک دودکننده‌ی قرمز ممانعتشده «آی آر اِف اِن اِی» نامیده می‌شود. «آی آر اِف اِن اِی» حاوی اسیدنیتریک، 14 درصد تتروکسید نیتروژن، 5/1 تا 2 درصد آب و 6/0 درصد فلوریدهیدروژن می‌باشد. در این مخلوط فلوریدهیدروژن به منظور ممانعتکنندهی خوردگی افزوده می‌شود. مشخصات نظامی «آی آر اِف اِن اِی» و «یو دی ام اچ» برای اولین بار به ترتیب در سال‌های 1954 و 1955 در امریکا انتشار یافت. در خانواده‌ی موشک‌های تیتان، موشک‌های ماهواره بر دلتا 2 از آیروزین 50 و «ان تی اُ» استفاده شده است. از زوج «ان تی اُ + ام ام اچ» در سامانه‌ها D پیشرانِ، مانور مداری و واکنش شاتل‌های فضایی استفاده شده است.

استفاده از زوج پیشرانه «آی آر اِف اِن اِی» و «یو دی ام اچ» در موشک‌های تاکتیکی در فاصله سال‌های 1972-1991 در بین دو ابرقدرت موشکی، بسیار معمول بوده است. بیشتر اوقات از هیدرازین به عنوان تک پیشرانه، در موتورهای تجزیه ای کاتالیتیکی استفاده می‌شود. در این موتورها، سوخت مایع در حضور یک کاتالیست، تجزیه می‌شود و گاز داغ مورد نیاز برای پیشرانندگی را ایجاد می‌کند. تجزیه هیدرازین دمایی حدود 925 درجه سانتیگراد و ضربه ویژه ای حدود 230 یا 240 ثانیه تولید مینماید. هیدرازین هنگام تجزیه به هیدروژن و نیتروژن، یا آمونیاک و نیتروژن شکسته می‌شود.

پیشرانه‌های مایع قدیمی

الکل‌ها به طور معمول به عنوان سوخت موشک، طی سال‌های اولیه توسعه ی فناوری موشکی مورد استفاده قرار می‌گرفتند. موشک آلمانی «وی 2» و همچنین موشک زمین به زمین ردستون امریکا، با اکسیژن مایع و اتانول) کار می‌کردند. به هر حال در روند پیشرفت‌های فناوری موشکی، با افزایش کارایی سوخت‌ها، از الکل‌ها استقبال چندانی نشد و آنها خیلی زود کنار گذاشته شدند. پروکسیدهیدروژن یکی از اکسیدکننده‌های قابل توجه می‌باشد که در موشک انگلیسی بلک آرو استفاده شده بود. غلظت‌های بالای پروکسید هیدروژن را های تست پروکسید یا «اچ تی پی» مینامند. عملکرد و جرم حجمی «اچ تی پی» کمتر از اسیدنیتریک است و از سمیت و خورندگی کمتری برخوردار می‌باشد. «اچ تی پی» نقطه ی انجماد پایینی دارد و ناپایدار می‌باشد. گرچه هیچ موقع از آن به عنوان عامل اکسیدکننده در موشک‌های بزرگِ دومولفه ای استفاده نشده است ولی دیده شده که به عنوان پیشرانه یک مولفهای مورد استفاده قرار گرفته است. «اچ تی پی» در حضور کاتالیست به اکسیژن و بخار فوق گرم تبدیل می‌شود و ضربه‌ی ویژه‌ای حدود 150 ثانیه ایجاد می‌نماید.

دسته بندی موشک‌ها

از دیدگاه نظامی برپایه جایگاه پرتاب و جایگاه برخورد یا هدف می توان موشک‌ها را به چهار دسته تقسیم کرد:

1. موشک سطح به سطح
2. موشک سطح به هوا
3. موشک هوا به هوا
4. موشک هوا به سطح

از دیدگاه دیگر نظامی بر پایه راه و روش حرکت می توان موشک را بر دو گونه پایه شناسایی نمود:

1. موشک کروز
2. موشک بالستیک

موشک‌های بالستیک و کروز

موشک‌های بالستیک به موشک‌هایی می‌گویند که تا ارتفاع بسیار بالایی اوج می‌گیرند (که این قسمت راه با پیشران روشن انجام می‌شود) و ادامه راه را با استفاده از نیروی گرانش زمین به سمت هدف میروند که مانند یک سقوط آزاد البته با هدایت درست است. برخی از موشک‌های بالستیک حتی از اتمسفر نیز رد شده و دوباره به اتمسفر زمین باز می‌گردند که برد بسیار بالایی دارند.

موشک‌های کروز نیز دارای چهار ویژگی عمده هستند:

موشک کروز در بخشهای پایین اتمسفر (نزدیک 30 کیلومتر) از نیروی «برا» ی آیرودینامیکی (نیرویی که موشک یا هواپیما را روی هوا نگه میدارد) استفاده می‌کند.

در هنگام پرواز توانایی جابجایی مسیر و بلندای پرواز بوده و میتواند چندین بار این کار را تکرار کند. بردی بیشتر از 50 کیلومتر دارد.(بین 50 تا 300 کیلومتر) در یک پرواز ساده یکسره، موشک در تمام راه پروازی هدایت شده ودر برگیرنده گونه‌های گوناگونی از سر جنگی است. موشک‌های کروز بیشتر از فناوریهای مورد استفاده در هواپیما استفاده میکنند و دارای کلاهک همانند، کوچکتر و ارزان‌تر از موشک‌های بالستیک هستند. به کارگیری سامانه‌های ناوبری و هدایت پیشرفته دقیق مانند جی پی اس و گلوناس، باعث شده است تا نسبت به موشک‌های بالستیک دقت بیشتری را دارا بوده و از همینرو از گسترش و تیراژ ساخت بیشتری نیز برخوردار باشند.

(موشک کروز پرتابه ای است که نیروی جلوبرندگیش را از یک پیشران جت (بیشتر نوع توربوفن) بدست میاورد؛ بنابراین برپایه واژه‌های راکت و موشک، اصلا موشک نیست ولی همه جا این واژه به کار میرود. پیشران موشک کروز، در تمام راه روشن است و گاهی، این موشک بال هم دارد. از اینرو به دلیل داشتن بال و پیشران جت، گاهی به آن «هواپیمای کوچک بدون سرنشین» یا «موشک بالدار» هم می‌گویند. این موشک‌ها بیشتر، درسقف پرواز پایین حرکت می‌کنند.)

سامانه‌های هدایتگر موشک

به طور کلی می‌توان گفت، هدف اصلی بیشتر موشک‌های نظامی، رساندن یک سرجنگی مشخص به یک هدف تعیین شده، می‌باشد. سرجنگی به همراه «سامانه ی هدایت و کنترل» و موتور، درون بدنه ی موشک می‌باشد که نهایتا، این بدنه بایستی به هدف تعیین شده برسد. بیشتر موشک‌ها از سطوح آیرودینامیکی برای کنترل استفاده می‌کنند که بسیاری از افراد، از عبارت کلی پره برای اشاره به این سطوح استفاده می‌کنند. با این وجود، طراحان موشک، نسبت به نامگذاری آنها دقیق‌ترهستند و عموما این سطوح را در سه گروه اصلی قرار می‌دهند:

• کاناردها
• بال‌ها
• بالک‌ها

رفتار سطوح اساسا به صورت‌های مختلفی است که بسته به موقعیت آنها نسبت به مرکز جرم موشک، متفاوت است. عموما یک بال، سطح نسبتا بزرگی است که پشت مرکز جرم قرار می‌گیرد. این در حالی است که کانارد سطحی نزدیک به نوک موشک و بالک، در انتهای دم موشک می‌باشد.

شکل ‏7

بیشتر موشک‌ها حداقل به یکی از این سطوح آیرودینامیکی مجهز می‌شوند، مخصوصا بالک‌ها که باعث پایداری پرواز موشک می‌گردند. علاوه بر این، بسیاری از موشک‌ها به یک مجموعه از سطوح کنترلی دیگر برای ایجاد نیروی لیفت (برا) اضافی یا کنترل بیشتر، مجهز می‌گردند ولی طراحی‌های بسیار کمی هستند که از هر سه مجموعه ی این سطوح کنترلی، استفاده کرده اند. از آنجایی که بیشتر هواپیماها، دارای دم‌های افقی و عمودی ثابت و بالک‌ها و سطوح بالابر متحرک هستند، موشک‌ها نیز از سطوح تمام متحرک برای رسیدن به هدف مشابه استفاده می‌کنند.

به منظور گردش موشک در حین پرواز، حداقل یک مجموعه از سطوح کنترلی آیرودینامیکی برای گردش حول یک نقطه‌ی مرکزی مورد نیاز است. برای چنین کاری، زاویه ی حمله پره به قدری تغییر می‌کند که نیروی برآی آن تغییر کند. تغییر راستا و اندازه ی نیروهای موثر بر موشک، باعث حرکت آن در جهت دیگر می‌گردد و به پرتابه قابلیت مانور در مسیر خود و هدایت به سمت هدف تعیین شده را می‌دهد. یک نمونه از انحراف سطوح کنترلی موشک «اِی آی اِم_9 اِم سایدویندر» است.

مفاهیم اولیه ی کاناردها، بال‌ها و بالک‌ها اصولا به یکدیگر نزدیک هستند و همگی به عنوان کنترل‌های آیرودینامیکی شناخته می‌شوند. علاوه بر این روشهای کنترل متداول، روش نسبتا جدیدی که در سامانه‌های مانوری موشک‌ها به کار برده شده، سامانه ی کنترل غیرمتعارف است. بیشترین سامانه‌های کنترل غیرمتعارف، از روش‌هایی چون کنترل بردار نیروی پیشران (تی وی سی) یا تعامل جت (جی آی) بهره می‌گیرند.

تا به این جا، چهار دسته ی اصلی سامانه‌های کنترل موشک را معرفی کردیم. سامانه‌های کنترل بالک، کنترل کانارد، کنترل بال و کنترل غیرمتعارف. در بخش بعدی نگاهی دقیق‌تر به هریک از این مجموعه‌ها می‌اندازیم...

کنترلگر بالک

این نوع کنترل شاید متداول ترین نوع کنترل در موشک‌ها باشد، مخصوصا برای موشک‌های برد بلندِ هوا به هوا، مثل اِمرام و موشک‌های سطح به هوایی مثل موشک‌های پاتریوت و رولاند. دلیل اصلی برای استفاده از این سامانه کنترلی، این است که بالک کنترلی، مانورپذیری بسیار خوبی را در زوایای حمله‌ی بالا ایجاد می‌کند. پیش از این، از بالک برای مانورپذیری هواپیماها بسیار استفاده شد بود. موشک‌هایی که از بالک‌های کنترلی استفاده می‌کنند، غالبا به یک بال ثابت هم مجهز می‌شوند تا این بال، نیروی برآ و برد بیشتری را ایجاد نماید. نمونه‌ی موشک‌هایی که با این سامانه کنترلی کار می‌کنند، موشک‌های هوا به زمینی چون ماوریک و AS-30 و موشک‌های سطح به سطحی چون هارپون و اگزوست اشاره کرد.

موشک‌های کنترل بالک، به ندرت دارای کانارد هستند، گرچه به عنوان مثال نقــض می‌توان از موشـک «AIM-9X سایدویندر» نام برد. 23 نمونه از موشک‌هایی که از بالک کنترلی استفاده می‌کنند در شکل نشان داده شده اند.

علاوه بر این موشک‌ها، بعضی بمب‌ها از کنترل بالکی استفاده می‌کنند که به عنوان مثال می‌توان به سری جِیدَم_ از بمب‌های هدایت شونده با GPS اشاره کرد.

برای موتورهای موشکی سه نوع سوخت مختلف وجود دارد که هریک از انواع سوخت‌ها برای اهداف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

1. سوخت مایع
2. سوخت جامد
3. سوخت هیبریدی

موتورهای سوخت مایع:

در این موتورها از پیشرانه‌های مایع (سوخت و اکسیدکننده) استفاده می‌شود.

۱-نوع سرمازا: نوع پیشرانه سرمازا سوخت و اکسیدکننده‌ایی است که در دمای بسیار پایین نگهداری می‌شود. ازا گویند. این موتورها به محفظه و منافذ خاصی نیازدارند تا به گازهای حاصل از تبخیر مایعات تبخیرشونده اجازه فرار دهند. سوخت و اکسیدکننده سرمازا از باک‌ها به محفظه احتراق پمپ می‌شوند تا با هم ترکیب و سپس به وسیله شعله یا جرقه احتراق صورت گیرد.

بعد از احتراق سوخت گازها با سرعت فراوان به سمت انتها و بیرون از موتور و نازل‌ها به جریان می‌افتند که این عمل منجر به ایجاد نیروی پیشران می‌شود.

در واقع با سرد کردن و مایع کردن آن‌ها به میزان زیادی از حجمشان می‌کاهند تا بتوان مقدار زیادی از این مواد را حمل کرد. البته سوخت‌های سرمازا تمایل زیادی به بازگشت به حالت گازی دارند مگر انکه در دمای بسیارپایین نگهداری شوند.

درکل این موضوع برای موشک‌هایی که کاربرد نظامی دارند و باید آماده شلیک باشند بسیار پرهزینه است.

البته اما بازده زیاد ترکیب اکسیژن مایع و هیدروژن مایع باعث می‌شود که هنگامی که زمان نگهداری خیلی بالا نیست از این هزینه‌ها صرف‌نظر شود که نمونه بارز آن بکارگیری در ماهواره‌برها است.

2-نوع خود مشتعل: به زوج پیشرانه که به محض برخورد به هم محترق می‌شوند سوخت‌های خودمشتعل می‌گویند که البته این نوع پیشرانه برای احتراق نیازی به جرقه یا شعله ندارد. این نوع سوخت‌ها در دمای عادی به صورت مایع هستند و به همین جهت نیازمند به امکانات پیچیده ذخیره‌سازی و نگهداری نیستند.

جالب این است که احتراق ساده این نوع سوخت آن را را برای استفاده در سامانه مانور و کنترل فضاپیماهای بی‌سرنشین و سرنشین‌دار مناسب می‌سازد.

3-سوخت منفرد: سوختی که برای احتراق نیازی به اکسیدکننده ندارد سوخت منفرد نامیده می‌شود و به همین علت این نوع سوخت‌ها بسیار ناپایدار و خطرناکند که از آن‌ها درکنترل مرحله نخست موشک‌ها و تغییر جهت موشک‌ها استفاده می‌شود.

موتورهای سوخت جامد: این موتورها از محفظه‌هایی تشکیل شده‌اند که از پیشرانه جامد که ترکیبی از سوخت و اکسیدکننده است، تشکیل می‌شوند. ازآنجایی که بیشتر بخش موشک سوخت جامد را موتور تشکیل می‌دهد در بسیاری از منابع موتور سوخت جامد را راکت سوخت جامد می‌نامند. موشک‌های سوخت جامد از ساده‌ترین نوع موشک‌ها هستند که مواد آن به محض دریافت اولین جرقه به سرعت واکنش داده و بسیار سریع می‌سوزند.

موتورهای هیبریدی: موتورهای هیبریدی از مزایای هر دو نوع موشک سوخت جامد و مایع بهره می‌برند. این موشک شامل یک استوانه ساده‌ای‌ است که غالبا از سوخت جامد پرشده است و در بالای آن، محفظه‌ای حاوی مواد شیمیایی تکمیل کننده احتراق سوخت جامدوجود دارد که همان اکسیدکننده است.

این دوماده شیمیایی از نوع خود مشتعل هستند و به محض تزریق اکسیدکننده به درون لوله حاوی سوخت جامد و برقراری تماس بین این دو مواد فرایند احتراق صورت می‌گیرد و نیروی پیشران و محرکه ایجاد می‌شود.

در این نوع موتورها با کم و زیاد کردن میزان تزریق مایع اکسیدکننده امکان کم و زیاد کردن نیروی پیشران میسر می‌شود. البته پیچیدگی و وزن این نوع موتورها نسبت به موتورهای سوخت مایع کمتر است.

کلمات کلیدی:

• موشک
• تاریخچه موشک
• تحلیل موشک
• شبیه سازی موشک
• مکانیک
• هوافضا
• پروژه مکانیک
• پروژه هوافضا
• انجام پروژه مکانیک
• انجام پروژه هوافضا
• پیشرانه
• راکت
• سوخت مایع
• سوخت جامد
• موشک کروز
• سامانه هدایت موشک
• نازل
• nozzle