موشک های هایپرسونیک چگونه عمل می کنند؟

موشکهای ابرفراصوت یا هایپرسونیک – موشک هایی که مسیرهایی کم ارتفاع را با سرعتی بیشتر ز 5 برابر سرعت صوت طی می کنند- کانون تمرکز میابقه جدید تسلیحاتی بین قدرتهای بزرگ هستند. تاکنون هیچ کشوری این نوع اسلحه را بطور وسیع وارد میدان نبرد نکرده است اما بودجه توسعه آنها در طی چند دهه اخیر به میزان زیادی افزایش یافته است.

انواع مختلف تسلیحات هایپرسونیک

عبارت اسلحه هایپرسونیک به دو نوع متمایز فناوری موشکی اشاره دارد: تسلیحات هواسر و موشک های کروز هایپرسونیک. تفاوت این فناوری ها در روش تامین نیروی پیشرانه است.

موشکهای هواسر (boost-glide missiles) وسایل نقلیه هواسر هستند که جلوی یک تقویت کننده راکتی نصب شده‌اند درست مانند آنهایی که یک فضاپیما را به مدار زمین می فرستند. این تقویت کننده ها حاوی مقادیر عظیمی سوخت پیشرانه هستند – سوختی که همراه یک اکسید کننده شیمیایی است. واکنش بین این مواد انفجاری از انرژی ایجاد کرده و موشک را تا سرعتهای بالایی شتاب می دهد.

پس از چند دقیقه سوخت پیشرانه تمام شده و راکت از بخش هواسر جدا شده و فرو می افتد (برخی موشکها دارای چند مرحله جداشونده هستند). هواسر با سر خوردن در هوا و استفاده از نیروهای آیرودینامیکی به مسیر خود به سمت هدف ادامه می دهد.

تقویت کننده های موشک هواسر می تواند بسیار بزرگ و سنگین باشد. استفاده از این راکت های بزرگ می تواند بخش هواسر را به سرعتی حدود 20 برابر سرعت صوت برساند، از این رو آنها سریعترین موشکهای هایپرسونیک هستند.

برخلاف موشکهای هواسر تقویت شده، موشکهای کروز هایپرسونیک برای تمام طول مسیر پرواز دارا ییک موتور پیشران هستند. بنابراین این موتورها نسبتا سبک و کوچکند و تا 10 برابر سرعت صوت می توانند سرعت ایجاد کنند.

موتورهای این نوع موشکهای کروز از نوع اسکرام جت هستند. این موتورهای مکنده هوا دارای اتاق احتراقی هستند که در آنها سوخت با هوا مخلوط شده و با اشتعال سریع ایجاد گازهای خروجی پرسرعتی می نماید. بنابراین این موشکها نیازی بهه مایع اکسید کننده ندارند و سرعت زیاد رو به جلوی آنها هوای ورودی به اتاق احتراق را متراکم می کند، پس به کمپرسور نیز مانند موتور توربوجت نیازی ندارند.

در مقایسه با تقویت کننده راکتی فناوری موتورهای اسکرام جت هنوز توسعه کامل نیافته است بنابراین در آینده نزدیک بیشتر موشکهای هایپرسونیک از نوع تقویت شده هواسر خواهند بود.

مقایسه موشکهای تقویتی هواسر با موشکهای بالستیک

موشکهای بالستیک مانند موشکهای تقویتی هواسر جلوی یک راکت نصب شده و تا تمام شدن سوخت راکت متصل به آن باقی می مانند. موشکهای بالستیک یک مسیر سهمی شکل را طی کرده و یک سرجنگی انفجاری را با خود حمل می کنند. پس از فاز ورود مجدد به جو راکت از بخش سرجنگی جدا شده و سرجنگی تحت اثر نیروی گرانش و شتاب اولیه بقیه مسیر را بر روی هدف سقوط می کند.

دیاگرامی از یک موتور اسکرام جت (منبع: ویکی پدیا)

موشکهای بالستیک قاره پیما می توانند تا هزار کیلومتر اوج گرفته و از مدار زمین خارج شوند در حالی که موشکهای هایپرسونیک هواسر در ارتفاع چند ده کیلومتری زمین حرکت می کنند. بنابراین هدفگیری و ردیابی آنها با توجه به سرعت بالا و قابلیت مانور دادن بسیار دشوارتر از موشکهای معمولی است.

منبع:

https://blog.ucsusa.org/ctracy/how-do-hypersonic-weapons-work/#:~:text=The%20engines%20that%20power%20hypersonic,is%20expelled%20from%20the%20engine.

رقابت جهانی برای سرعتهای فراصوت

طرح مفهومی بوئینگ از هواپیمای هایپرسونیک آینده

چین، ایالات متحده و روسیه هرکدام در تلاشند تا اولین کشوری باشند که به سیستم های هایپرسونیک دست می یابند: هواپیما و موشک هایی که بتوانند با پنج برابر سرعت صوت یا بیشتر پرواز کرده و مانور بدهند. برنده این رقابت به برتری نظامی ترسناکی دست خواهد یافت. چنین سلاحهایی می توانند اهداف بسیار دوردست را با سرعت بالا مورد اصابت قرار دهند بطوری که دفاع در برابر آنها بسیار دشوار باشد. یک موشک هایپرسونیک می تواند هر ثانیه حدود 1500 متر بپماید و با چنین سرعتی آشکارسازی آن عملا ناممکن می شود.

باور عمومی این است که چین تاکنون با سرمایه گذاری عظیم برنده مسابقه هایپرسونیک بوده است. چین پژوهش در زمینه هایپرسونیک را به نوعی پروژه ملی تبدیل کرده و با سرمایه گذاری چند صد میلیارد دلاری خود در تلاش است مشکات مربوط به پرواز، هدف گیری و در نهایت درگیری با سرعت هایپرسونیک را حل نماید.

برای مثال رسانه دولتی چین در مارس اعلام کرد که این کشور در حال ساختن یک تونل باد 265 متری برای شبیه سازی محیط پرواز با سرعت 10 تا 25 ماخ است. تونل های باد ایالات متحده کاملا کوچکند و تنها برای آزمونهای هایپرسونیک چند ثانیه ای کفایت می کنند.

در این میان ولادیمیر پوتین رییس جمهور روسیه نیز اعلام کرد که روسیه موشک کینژال (Kinzhal) را تست نموده که قادرند با سرعت 10 ماخ کلاهک های هسته ای را تا برد 2000 کیلومتر و بیشتر حمل کنند و تمامی سیستم های موجود یا آتی دفاع هوایی را منهدم سازند.

تا پنج سال پیش چنین تصور می شد که ایالات متحده پیشتاز رقابت هایپرسونیک است. در سال 2013 پرنده X-51  توانست برای بیش از 200 ثانیه به سرعت 5 ماخ دست یابد. این برنامه پس از توقف دنبال نشد.

بیشتر پژوهش های هایپرسونیک یکی از دو زمینه اصلی را دنبال می کنند. یکی از آنها منجر به وسیله نقلیه سرنده تقویتی (boost-glide) می شود که در آن یک شکل آیرودینامیک روی راکتی قرار داده شده و تا سرعتهای هایپرسونیک شتاب داده می شود. سپس وسیله نقلیه منفک شده و با  مانور دادن بسوی هدف خود سیر می کند در حالی که انرژی خود را نیز بتدریج از دست می دهد.

رویکرد اصلی دیگر با هدف طراحی یک وسیله نقلیه مکنده هوا دنبال می شود که توسط یک راکت بسرعت هایپرسونیک رسانده شده و سپس از موتور رام جت یا اسکرام جت برای ادامه حرکت خود استفاده می کند. این نوع موتورها فاقد توربین یا کمپرسور یک موتور توربوجت معمولی اند اما به ورودی هوا و طراحی بسیار دقیق مسیر عبور هوا نیاز دارند. طراحی یک موتور با سیکل ترکیبی نیز مدنظر قرار گرفته که هم قادر به حرکت مادون صوت و هم سرعتهای چندبرابر صوت باشد اما چنین طرحی بسیار چالش برانگیز است زیرا کیفیت هایی که در سرعت زیر صوت عمل می‌کنند در سرعتهای چندبرابر صوت کارامد نیستند.

source: http://www.airforcemag.com/MagazineArchive/Pages/2018/August%202018/The-Great-Hypersonic-Race.aspx