تولید نسل جدید موشک‌های سپاه با مواد مرکب/ عضو جدید خانواده «فاتح» در چابکی دست برق و باد را از پشت می‌بندد + تصاویر

رونمایی از موشک رعد-۵۰۰ و موتور راکتی فضایی سلمان که با جدیدترین فناوری‌های صنعت موشکی طراحی و ساخته شده اند، در کنار خبر نمایش قطعات زیرسامانه‌های مهم پهپاد گلوبال هاوک آمریکا، جزو معدود اخبار خوش دفاعی در دهه فجر امسال بوده که همگی حاصل کار نیروی هوافضای سپاه هستند.

رعد-۵۰۰ با استفاده از جدیدترین فناوری سازه‌های مواد مرکب یا کامپوزیت غیر فلزی ساخته شده است. با توجه به تنش‌های مختلفی که روی اجزاء سازه و بدنه موشک‌ها در مراحل مختلف پرواز اثر می‌کنند، جنس ماده‌ای که در ساخت این بخش‌ها به کار می‌رود باید تحمل تمامی شرایط فوق را داشته باشد. در آخرین لحظه پیش از شلیک، تمام اجزاء در سرعت و شتاب صفر قرار دارند. پس از روشن شدن موتور که با شروع فرایند احتراق صورت می‌پذیرد، ظرف چند ثانیه نیروی رانش موشک به حدی می‌رسد که از پرتابگر جدا شود. در این لحظه، شتاب و به بیان دیگر، نیروی بسیار زیادی به تمام اجزاء موشک از جمله سازه و بدنه وارد می‌شود. در زمان کوتاهی با رسیدن نیروی رانش به بیشترین مقدار، نیروی وارده به سازه و بدنه نیز به حداکثر خود می‌رسد و تنها پس از ثابت شدن نیروی رانش، تنش‌های ناشی از افزایش رانش از بین می‌رود.

رونمایی از موشک‌های سطح به سطح جدید رعد-۵۰۰.

اما این بخشی از ماجرا است. با کوچکترین تغییر در مسیر حرکت، شتاب‌های دیگری ناشی از این حرکت‌ها به سازه و بدنه و سایر اجزاء وارد می‌شود. به علاوه بار‌های ارتعاشی با منابع تولید مختلف نیز به اجزاء موشک وارد می‌شود. به این موارد باید تنش‌های ناشی از بار‌های حرارتی را نیز اضافه کرد که منابع اصلی آن احتراق موتور و اصطکاک هوا با بدنه بیرونی است. ماده تشکیل دهنده باید تحمل تمامی این تنش‌ها را داشته باشد. فلزات از دیرباز به عنوان مقاوم‌ترین نوع ماده در کاربرد‌های صنعتی شناخته می‌شدند. آلیاژ‌های متنوع آلومینوم، تیتانیوم و فولاد، پرکاربردترین نوع فلزات در ساخت محصولات هوافضایی بوده اند. اما با پیشرفت صنایع، به مرور مواد مرکب حرف‌هایی برای گفتن پیدا کردند. ماده مرکب به ماده‌ای گفته می‌شود که از چند ماده مختلف ساخته می‌شود. مواد مرکب یا کامپوزیت به طور کلی از یک ماده به عنوان تقویت کننده و یک ماده به عنوان بستر یا زمینه تشکیل شده است که فصل مشترک مشخصی داشته و با یکدیگر مخلوط نمی‌شوند. ماده تقویت کننده و زمینه می‌توانند فلزی، سرامیکی یا پلیمری باشند.

الگوی ۴۵ درجه‌ای الیاف در یک ماده مرکب ساخته شده با فیبر کربن

مواد مرکب پلیمری، سبک‌ترین نوع این مواد هستند که به طور گسترده در ۳۰ سال اخیر، جای پای خود را در صنعت هوافضا باز کرده و تثبیت کرده اند. این مواد در عین خواص مکانیکی بسیار خوب، چگالی و به بیان دیگر، وزن پائینی دارند در نتیجه کاربرد آن‌ها سبب کاهش وزن چشمگیر قطعات و اجزاء می‌شود. اما خواص مکانیکی و حرارتی مواد مرکب پلیمری، به مرور بهتر شدند تا قابلیت جایگزینی با فلزات را پیدا کنند. در گذشته درصد بسیار اندکی از اجزاء یک وسیله هوایی از این نوع مواد ساخته می‌شد، اما در دهه‌های اخیر، به مرور سهم مواد مرکب در ساختار سازه و بدنه وسائل هوایی از جمله بالگرد‌ها و هواپیما‌های رزمی و تجاری بیشتر شد. برخی از این مواد خصوصاً انواعی که از الیاف کربن استفاده می‌کنند می‌توانند چگالی تا ۴۸ درصد کمتر از آلیاژ‌های مرسوم آلومینیوم داشته باشند. این به معنی کاهش وزن ۴۸ درصدی یعنی تقریباً نصف در یک قطعه با حجم مشابه است. اما در مقایسه با فولاد با چگالی متوسط ۷۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب، مواد مرکب پلیمری مرسوم در صنعت هوافضا بعضاً تا ۸۲ درصد سبک‌تر هستند.

استفاده از مواد مرکب پلیمری و کربنی یک مزیت مهم دیگر نیز به دنبال دارد و آن هم کاهش بازتاب راداری این موشک‌ها است. با توجه به اینکه این مواد بخشی از انرژی امواج رادار‌های مرسوم در باند‌های فرکانسی بالا را جذب می‌کنند کار کشف و ردگیری آن‌ها برای رادار‌های دشمن سخت‌تر می‌شود. البته مواد مرکب کربنی، تحمل بالایی نیز نسبت به درجه حرارت‌های بالا دارند که سبب می‌شود امکان استفاده از آن‌ها به جای فلز و عایق‌های مورد نیاز در پوسته موتور‌های سوخت جامد ممکن شود. پیشران یا موتور راکتی سوخت جامد زهیر بر اساس همین توانمندی برای رعد-۵۰۰ ساخته شده است.

پیشران موشک رعد-۵۰۰

به گفته فرمانده نیروی هوافضای سپاه، موشک رعد-۵۰۰ که به طور بسیار گسترده‌ای در ساخت بدنه بیرونی و بدنه موتور آن از مواد مرکب استفاده شده، وزن یک دوم نسبت به موشک فاتح-۱۱۰ با بدنه فولادی دارد. جرم کل ۳۳۲۰ کیلوگرم و جرم سرجنگی ۴۴۸ کیلوگرم برای نسل‌های آخر فاتح-۱۱۰ عنوان شده است بنابراین انتظار می‌رود که رعد-۵۰۰ در حدود ۱۶۵۰ کیلوگرم جرم داشته باشد که به معنی واقعی کلمه، رقمی اعجاب انگیز است.

در عین حال، رعد-۵۰۰ به برد بیشتری نیز نسبت به فاتح-۱۱۰ دست پیدا می‌کند. این میزان افزایش برد ۲۰۰ کیلومتر عنوان شده که به معنی ۶۷ درصد افزایش برد نسبت به ۳۰۰ کیلومتر قابل دستیابی با فاتح-۱۱۰ خواهد بود. البته ممکن است که تمام کاهش وزن رعد-۵۰۰ ناشی از استفاده از مواد مرکب نبوده بلکه به واسطه کاهش بسیار زیاد ناشی از استفاده از این مواد، نیاز به سوخت جامد در اندازه موشک قبلی نیز وجود ندارد؛ بنابراین با فرض ثابت ماندن جرم سرجنگی، کاهش وزن حاصل شده در رعد-۵۰۰ می‌تواند شامل دو مؤلفه سبک سازی سازه و بدنه (سهم عمده) و کاستن از میزان سوخت می‌شود.

بدیهی است که کاهش وزن یک موشک سبب مزیت‌های متعددی می‌شود. بهبود‌های مختلف در مراحل تولید، حمل و نقل، امکان افزایش برد، امکان افزودن به جرم سرجنگی، امکان به کارگیری تجهیزات بیشتر در زمینه هدایت و ناوبری و نیز امکان ساخت موشک‌های جدید با ابعاد کوچکتر، ولی با همان برد و قدرت تخریب از جمله این موارد است. در مورد اخیر، کاهش ابعاد سبب بهبود قابلیت‌های راهکنشی (تاکتیکی) و ایجاد امکان به کارگیری تعداد بالاتر موشک نیز می‌شود.

دستیابی به دانش، فناوری و امکان تولید مواد سبک برای سازه و بدنه سبب می‌شود تا موشک‌های جدید با قیمت تمام شده پائین‌تر و در مواردی سهولت نگهداری و انبارداری از خط تولید خارج شوند. در مورد رعد-۵۰۰ گفته شده که قیمت تمام شده آن در حال حاضر کمتر از نصف موشک مشابه قبلی است که در آینده و با تولید انبوه، این قیمت باز هم کاهش خواهد یافت. یکی از دلایل مهم این کاهش قیمت، فرایند‌های متعدد مورد نیاز برای ساخت فولاد‌های آلیاژی مقاوم مورد نیاز در موشک‌های قبلی است. پس از آن برش دادن ورق‌های فولاد، شکل دهی به شکل استوانه با دقت بالا و سپس جوشکاری لبه‌ها تنها بخشی از دشواری‌های ساختن موشکی با بدنه فولادی است. کاهش قیمت تمام شده در موشک‌های جدید مزیت مهم دیگری را به دنبال دارد و آن هم امکان تولید و به خدمت گیری تعداد بیشتری موشک با یک بودجه یکسان است.

بخشی از فرایند ساخت موشک رعد-۵۰۰ که با سرعت بالا و تجهیزات غیر پیچیده انجام می‌شود

دقت بسیار خوب موشک رعد-۵۰۰ با سرجنگی جدا شونده در اصابت به هدف

دقت نقطه زنی موشک‌های خانواده فاتح، در رعد-۵۰۰ نیز حفظ شده است و این موشک با دقت (CEP) بهتر از ۳۰ متر وارد خط تولید شده است. تفاوت‌های ظاهری متعددی هم بین موشک رعد-۵۰۰ و فاتح-۱۱۰ مشاهده می‌شود که شامل افزایش طول قسمت سرجنگی، تغییر طراحی بالک‌های کنترلی دماغه، حذف بالک‌های مثلثی جلوی بالک‌های پایدارساز انتهای بدنه و تغییر پیکربندی بالک‌های کنترلی از حالت بعلاوه به ضربدری از جمله این موارد است. با توجه به افزایش دهانه بال در بالک‌های کنترلی، احتمالاً اثرات جریان downwash یا فرووزش روی بالک‌های پایدارساز انتهایی کاهش داشته و دیگر نیازی به بالک‌های مثلثی که نقش منظم سازی خطوط جریان را داشتند نبوده است. این بالک نقش مهم در پایدارسازی موشک‌های فاتح-۱۱۰ داشت.

هر دو مجموعه بالک‌های کنترلی (جلو) و بالک‌های پایدارساز (عقب) در رعد-۵۰۰ با پیکربندی ضربدر قرار گرفته اند

بالک‌های منظم سازی جریان در رعد-۵۰۰ (سمت چپ) حذف شده اند؛ تصویر راست فاتح-۱۱۰ است

تغییرات اعمال شده در سرجنگی نیز به دلیل جدا شونده بودن این بخش است. افزایش طول سبب منتقل شده مرکز فشار روی این بخش به سمت جلو و تأمین میزان پایداری مد نظر طراح داشته است. کاهش بازتاب راداری و حتی اثرات حرارتی بدنه با فناوری جدا شدن سرجنگی در موشک رعد-۵۰۰ سبب دشواری بسیار زیادتر مورد اصابت قرار دادن آن توسط سامانه‌های دفاع موشکی دشمن می‌شود.

تفاوت شکل سرجنگی موشک فاتح-۱۱۰ نسل چهار (بالا) و رعد-۵۰۰ (پائین)

تفاوت شکل بالک‌های کنترلی در رعد-۵۰۰ (راست) و فاتح-۱۱۰ نسل چهار (چپ)

نکته بسیار مهم دیگر که توسط فرماندهان سپاه نیز تصریح شد، امکان توسعه این فناوری یعنی ساخت مواد مرکب پیشرفته و سبک برای سازه و بدنه در سایر انواع موشک‌های سطح به سطح و حتی سطح به هوا نیز می‌شود. موشک‌های ضد کشتی خلیج فارس و هرمز-۲ و موشک ضد رادار هرمز-۱ که همگی برد ۳۰۰ کیلومتری داشته و نیز موشک دزفول با برد ۱۰۰۰ کیلومتر، از کاندیدا‌های اصلی به کار گیری فناوری جدید مواد سبک در سازه و بدنه هستند. اگر میزان افزایش برد این موشک‌ها نیز همان ۶۷ درصد در گذر از فاتح-۱۱۰ به رعد-۵۰۰ باشد، می‌توان انتظار نمونه‌ای از دزفول با برد حدود ۱۶۷۰ کیلومتر را داشت.

موشک‌های ضد کشتی خلیج فارس و موشک هرمز

در موشک‌های پدافند هوایی، اما اهمیت سبک ساختن دو چندان است. علاوه بر امکان افزایش برد موشک با ابعاد یکسان می‌توان کوچک و چابک سازی موشک‌ها در برد یکسان را نیز به دست آورد که سبب افزایش تعداد موشک‌های قابل به کار گیری در هر پرتابگر می‌گردد. این امر برای افزایش پایایی رزمی سامانه‌های پدافند هوایی اهمیت بالایی دارد.

موتور فضایی سلمان (سمت راست) و موشک رعد-۵۰۰ سمتچپ