موشک آزمایشی شب گذشته، چقدر قدرتمند بود؟

خبرآنلاین: موشک بالستیک یک سامانه تسلیحاتی استراتژیک است که عملکرد آن بیش از هر چیز توسط اصول فیزیک کلاسیک، به ویژه گرانش و اینرسی، تعریف می‌شود. درک ماهیت این سلاح‌ها مستلزم شناخت مسیر منحصربه‌فردی است که طی می‌کنند؛ مسیری که آن‌ها را از سایر پرتابه‌ها مانند موشک‌های کروز متمایز می‌سازد و مبنای قابلیت‌های استراتژیک و همچنین چالش‌های مربوط به رهگیری آن‌ها را تشکیل می‌دهد.

قوس تعیین‌کننده: درک مسیر بالستیک

بر اساس تعاریف نظامی، موشک بالستیک موشکی است که بخش عمده‌ای از مسیر خود را بر روی یک خط سیر بالستیک طی می‌کند. این خط سیر، یک مسیر سقوط آزاد است که پس از اتمام کار موتور، تنها تحت تأثیر گرانش و مقاومت اتمسفر قرار دارد. این مسیر به سه مرحله مجزا تقسیم می‌شود:  

مرحله اوج‌گیری (Boost Phase): این مرحله، فاز اولیه و پیشران‌دار پرواز است. در این مرحله، موتور(های) قدرتمند راکتی نیروی رانش لازم برای غلبه بر گرانش و رساندن موشک به سرعت و ارتفاع مورد نظر را فراهم می‌کنند. مسیر پرواز در این فاز به طور فعال کنترل می‌شود و اساس کل مسیر بعدی در همین مرحله پایه‌ریزی می‌گردد.  

مرحله میانی (Mid-course Phase): این مرحله طولانی‌ترین بخش پرواز است و پس از خاموش شدن موتورها (burnout) آغاز می‌شود. در این فاز، کلاهک جنگی در یک مسیر قوسی (سهموی یا بیضوی) و بدون نیروی پیشران، در ارتفاعات بالای جو یا حتی فضای خارج از جو حرکت می‌کند. قابل پیش‌بینی بودن مسیر در این مرحله یکی از ویژگی‌های کلیدی آن است، هرچند ارتفاع بسیار زیاد و سرعت بالا، رهگیری را دشوار می‌سازد.  

مرحله پایانی (Terminal Phase): این مرحله با ورود مجدد کلاهک به جو زمین آغاز می‌شود. کلاهک با سرعت بسیار بالا (هایپرسونیک) و با زاویه‌ای تند به سمت هدف شیرجه می‌رود. سرعت فوق‌العاده زیاد در این فاز، زمان واکنش سامانه‌های دفاعی را به شدت محدود کرده و رهگیری را تقریباً غیرممکن می‌سازد.  

خط سیر موشک بالستیک

پیشران، هدایت و کلاهک: کالبدشکافی یک سلاح استراتژیک

طراحی یک موشک بالستیک حاصل ترکیبی از مهندسی پیشران، سامانه‌های هدایت دقیق و قابلیت حمل کلاهک‌های متنوع است.

سامانه‌های پیشران: نیروی محرکه موشک‌های بالستیک از دو نوع اصلی پیشران تأمین می‌شود. انتخاب میان این دو نوع، پیامدهای فنی و استراتژیک مهمی به همراه دارد.

پیشران‌های مایع: این پیشران‌ها از سوخت و اکسیدکننده مایع (مانند نفت سفید و اکسیژن مایع) تشکیل شده‌اند که در مخازن جداگانه نگهداری و برای احتراق به موتور پمپاژ می‌شوند. این فناوری امکان کنترل نیروی رانش، خاموش و روشن کردن مجدد موتور را فراهم می‌کند، اما ساختار پیچیده‌تر و زمان آماده‌سازی طولانی‌تری دارد.  

پیشران‌های جامد: در این نوع، سوخت و اکسیدکننده به صورت یک ترکیب جامد و پایدار از پیش مخلوط شده‌اند. این موشک‌ها ساختار ساده‌تر، پایداری بیشتری برای نگهداری طولانی‌مدت دارند و می‌توانند به سرعت پرتاب شوند. با این حال، پس از احتراق، معمولاً نمی‌توان نیروی رانش آن‌ها را کنترل یا متوقف کرد. بسیاری از موشک‌های استراتژیک مدرن به دلیل آمادگی رزمی بالا از سوخت جامد استفاده می‌کنند.  

انتخاب بین سوخت مایع و جامد صرفاً یک تصمیم فنی نیست، بلکه یک تصمیم استراتژیک است. اتکای یک کشور به موشک‌های سوخت مایع که نیازمند زمان برای سوخت‌گیری قبل از پرتاب هستند، نشان‌دهنده یک دکترین نظامی عمدتاً تلافی‌جویانه و سنجیده است. در مقابل، حرکت به سمت توسعه موشک‌های سوخت جامد که می‌توانند در عرض چند دقیقه پرتاب شوند، سیگنالی از تغییر دکترین به سمت یک وضعیت واکنش سریع و حتی قابلیت اجرای ضربه اول است.

پیشران مایع و پیشران جامد

سامانه‌های هدایت: موشک‌های بالستیک عمدتاً در مرحله اوج‌گیری و تا پیش از خاموشی موتورها هدایت می‌شوند. این کار اغلب با استفاده از سامانه‌های هدایت اینرسیایی (INS) و گاهی با پشتیبانی سامانه‌های موقعیت‌یاب جهانی (GPS) انجام می‌شود تا مسیر دقیق پرتابه مشخص گردد. پس از آن، موشک مسیری را دنبال می‌کند که صرفاً توسط قوانین فیزیک تعیین شده و دیگر قابل تغییر نیست.  

حمل کلاهک: این موشک‌ها قادر به حمل طیف گسترده‌ای از کلاهک‌ها، از جمله مواد منفجره متعارف، شیمیایی، بیولوژیکی یا هسته‌ای هستند. موشک‌های قاره‌پیمای پیشرفته می‌توانند حامل چندین کلاهک مستقل هدف‌گیر (MIRV) باشند که پس از جدا شدن از موشک اصلی، هر یک به سمت هدف جداگانه‌ای هدایت می‌شوند.  

موشک بالستیک در برابر موشک کروز

برای درک کامل ویژگی‌های موشک بالستیک، مقایسه آن با موشک کروز ضروری است. موشک کروز در واقع یک هواپیمای بدون سرنشین کوچک با موتور جت است. این تفاوت بنیادین منجر به تمایزهای اساسی در عملکرد، کاربرد و روش‌های مقابله با آن‌ها می‌شود.  

تفاوت ماهیت مسیر پروازی این دو نوع موشک، یک دوگانگی اساسی در استراتژی‌های دفاعی ایجاد می‌کند. دفاع در برابر موشک کروز یک چالش آیرودینامیکی است (شبیه به سرنگونی یک هواپیما) که به رادارهای نگاه به پایین (look-down/shoot-down) و هواپیماهای رهگیر نیاز دارد.

در مقابل، دفاع در برابر موشک بالستیک یک چالش آسترودینامیکی است که اغلب به «زدن یک گلوله با یک گلوله» تشبیه می‌شود. این امر نیازمند رادارهای قدرتمند فضایی و رهگیرهای فرا-جوّی بسیار پیشرفته است. این تفاوت فیزیکی، دلیل اصلی سرمایه‌گذاری‌های هنگفت جهانی در سامانه‌های دفاع هوایی (برای مقابله با تهدیدات جوی مانند کروز) و سامانه‌های دفاع موشکی (برای مقابله با تهدیدات بالستیک) به صورت کاملاً مجزا است.  

پروفایل مقایسه‌ای موشک‌های بالستیک و کروز

طیفی از قدرت: طبقه‌بندی بر اساس برد

موشک‌های بالستیک بر اساس حداکثر بردشان طبقه‌بندی می‌شوند که این دسته‌بندی نشان‌دهنده کاربرد استراتژیک آن‌هاست.  

موشک بالستیک تاکتیکی (TBM): برد تا ۳۰۰ کیلومتر.

موشک بالستیک کوتاه‌برد (SRBM): برد ۳۰۰ تا ۱,۰۰۰ کیلومتر.

موشک بالستیک میان‌برد (MRBM): برد ۱,۰۰۰ تا ۳,۵۰۰ کیلومتر.

موشک بالستیک دوربرد (IRBM): برد ۳,۵۰۰ تا ۵,۵۰۰ کیلومتر.

موشک بالستیک قاره‌پیما (ICBM): برد بیش از ۵,۵۰۰ کیلومتر. این موشک‌ها ابزار نهایی بازدارندگی استراتژیک محسوب شده و قادرند اهدافی را در هر نقطه از جهان هدف قرار دهند.  

رد مرئی: علم پشت پرده رد موشک

ردی که یک موشک بالستیک در آسمان به جا می‌گذارد، یک پدیده واحد نیست، بلکه مجموعه‌ای از فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی پیچیده است که با تغییر ارتفاع، سرعت و نوع موتور، ماهیت آن نیز تغییر می‌کند. این رد، امضای بصری موشک است که اطلاعات ارزشمندی را در خود نهفته دارد.

رد موشک بالستیک در آزمایش موشکی شب گذشته

شیمی رانش: ستون گازهای خروجی و ترکیبات آن

فوری‌ترین و آشکارترین بخش رد موشک، ستون گازهای خروجی (exhaust plume) است که محصول مستقیم احتراق پیشران می‌باشد.  

ستون گاز سوخت مایع: این سوخت‌ها بسته به ترکیب شیمیایی، اغلب ستون گازی شفاف‌تر یا تیره‌تر و با چگالی کمتر تولید می‌کنند.

ستون گاز سوخت جامد: این نوع پیشران‌ها، به ویژه در صورت استفاده از افزودنی‌ها، ستون گاز بسیار چگال و درخشانی ایجاد می‌کنند. یک افزودنی رایج، پودر آلومینیوم است که نیروی رانش را افزایش می‌دهد اما در فرآیند احتراق به ذرات جامد اکسید آلومینیوم (Al۲​O۳​) تبدیل می‌شود. این ذرات جامد و داغ، یک رد دود سفید، بسیار متراکم و درخشان ایجاد می‌کنند که یک شناساگر بصری کلیدی است. گازهای خروجی این موتورها اغلب غنی از سوخت بوده و حاوی گازهای داغی مانند H۲​، CO و HCl هستند.  

ویژگی‌های بصری ستون گاز در مرحله اوج‌گیری، یک اثر انگشت شیمیایی از نوع پیشران است. این یکی از فوری‌ترین و باارزش‌ترین اطلاعاتی است که از طریق مشاهده بصری به دست می‌آید.

امضاهای آیرودینامیکی: «گرداب دم ماهی» و امواج ضربه‌ای

در سرعت‌های بالا، تعامل پیچیده میان بدنه موشک و اتمسفر، الگوهای بصری منحصربه‌فردی ایجاد می‌کند.  

هنگامی که موشک با سرعت صوتی یا فراصوت حرکت می‌کند، اختلاف فشار و سرعت شدیدی در هوای اطراف آن ایجاد می‌شود. این امر منجر به شکل‌گیری گردابه‌های برشی (shear vortices) قدرتمندی در پشت موشک می‌شود. این جریان‌های هوای مارپیچی، گازهای خروجی و ذرات دود را به دام انداخته و آن‌ها را به شکل الگویی تکرارشونده و مشخص می‌پیچانند که در اصطلاح علمی به آن «گرداب دم ماهی» (Fish-tail vortex) یا «رد گردابه‌ای» (vortex trail) گفته می‌شود.  

شکل و شدت این الگو مستقیماً به سرعت موشک، طراحی آیرودینامیکی بدنه آن و شرایط جوی (چگالی و دمای هوا) بستگی دارد.  

گرداب دم ماهی

بوم اتمسفر: تشکیل رد انجمادی و پدیده گرگ و میش

باید میان ستون گازهای خروجی و رد انجمادی (contrail) تمایز قائل شد. رد انجمادی دود نیست، بلکه ابری از بلورهای یخ است. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که بخار آب داغ و مرطوب موجود در گازهای خروجی با هوای بسیار سرد در ارتفاعات بالا برخورد کرده و بخار آب به سرعت حول ذرات معلق موجود در دود، متراکم و منجمد می‌شود.  

پدیده گرگ و میش (Twilight Phenomenon): این پدیده بصری خیره‌کننده که اغلب با اجرام ناشناس فضایی یا انفجار اشتباه گرفته می‌شود، در پرتاب‌هایی که هنگام غروب یا طلوع آفتاب انجام می‌شوند، رخ می‌دهد. در این حالت، ناظر روی زمین در تاریکی قرار دارد، اما موشک به ارتفاعی رسیده است که ستون گازهای خروجی آن مستقیماً توسط نور خورشید روشن می‌شود. ابر در حال انبساط گازهای خروجی و بلورهای یخ مانند یک پرده نمایش غول‌پیکر عمل کرده و با پراکنده کردن نور خورشید، یک شکل نورانی، وسیع و اغلب مارپیچی یا مثلثی ایجاد می‌کند که از فواصل بسیار دور قابل مشاهده است. شکل مارپیچی می‌تواند ناشی از چرخش مرحله بالایی موشک یا تخلیه سوخت اضافی باشد.  

پدیده گرگ و میش

ویژگی‌های بصری رد موشک با تغییر ارتفاع به شدت دگرگون می‌شود و مانند یک ارتفاع‌سنج طبیعی برای ناظر عمل می‌کند. گرداب «دم ماهی» که پدیده‌ای آیرودینامیکی است، تنها در لایه‌های پایینی و چگال جو می‌تواند شکل بگیرد. در مقابل، رد انجمادی درخشان یا پدیده گرگ و میش تنها در ارتفاعات بسیار بالا رخ می‌دهد، جایی که هوا به اندازه کافی سرد و رقیق است تا امکان انبساط سریع گاز و انجماد بخار آب فراهم شود.

بنابراین، یک تحلیلگر با مشاهده تغییرات در ساختار رد، از یک الگوی گردابه‌ای فشرده به یک ابر نورانی و منبسط، می‌تواند گذار موشک از لایه‌های پایینی به لایه‌های بالایی جو را تشخیص دهد و تخمین مناسبی از ارتفاعی که در آن رویدادهای کلیدی مانند جدایش مراحل رخ می‌دهد، به دست آورد.  

تفسیر تحلیلی ویژگی‌های رد موشک