آموزشکده سایر فناوری ها

[moein.s 18984]

(جلسه نخست، راکت ها، موشک ها، اژدرها و انواع آن)

 

 

در اولین جلسه از آموزش های موشکی به معرفی واژه های موشک وراکت واژدروانواع آنهامی پردازم.

 

در اولین جلسه از آموزش های موشکی به معرفی واژه های رااکت: راکت در واقع همان موشکی است که سامانه هدایت ندارد و در هوا به صورت آزاد حرکت می­ کند. برخی از اوقات به سامانه تولید نیروی پیشران در موشک­ها نیز راکت می­ گویند و برخی از اوقات به موشک­ های فضایی راکت می ­گویند. راکت در حقیقت ماشینی است که به وسیله‌ی خروج سریع گاز، نیروی جلوبرندگی ایجاد می‌کند. راکت در تعریفی دیگر یک نوع سامانه تولید نیروی حرکت است که با استفاده از ترکیب سوخت و اکسید کننده (که هر دو در داخل سامانه هستند) نیروی عکس العملی تولید می­ کند که به حرکت وسیله منجر می ­گردد. در بیان عمومی گاهی به کل وسیله پرتابگر نیز راکت گفته می­ شود. ، موشکموشک: موشک در حقیقت ماشینی است که به وسیله‌ی خروج سریع گاز، نیروی جلوبرندگی ایجاد می‌کند. موشک شیمیایی، راکت هدایت‌شونده ای است که نیروی جلوبرندگیش را با استفاده از سوختن مواد شیمیایی (جامد یا مایع) به دست می‌آورد. اجزای اصلی یک موشک شیمیایی، موتور، پیشرانه_ شامل سوخت و اکسیدکننده _ قاب (بدنه) یا پوششی برای نگهداری قسمت‌های مختلف، سامانه‌ی کنترلی و محموله (مانند سرجنگی) هستند. موشک هنگامی که به عنوان وسیله‌ی پرتاب ماهواره یا محموله‌های دیگر به فضا استفاده شود، «موشک ماهواره‌بر» یا «موشک حامل»نامیده می‌شود. هرگونه راکت با کاربری نظامی که دارای سامانه هدایت و کنترل باشد موشک نامیده می­شود. اکثر پرتابگرهای فضایی بر اساس فناوری موشک­های نظامی توسعه پیداکردند. ، اژدراژدر: اژدر، پرتابه، جنگ افزار یا موشک خود کشش زیر آبی به شکل سیگار برگ است که از یک زیردریایی، هواپیما و یا کشتی شلیک می ­شود. این پرتابه طراحی شده است تا هنگام برخورد به هدف و یا در نزدیکی آن منفجر شود. و انواع موشک ها می پردازیم.

 

راکت چیست؟

راکت در واقع همان موشکی است که سامانه هدایت ندارد و در هوا به صورت آزاد حرکت می­کند. برخی از اوقات به سامانه تولید نیروی پیشران در موشک­ها نیز راکت می­گویند و برخی از اوقات به موشک­های فضایی راکت می­گویند. راکت در حقیقت ماشینی است که به وسیله‌ی خروج سریع گاز، نیروی جلوبرندگی ایجاد می‌کند.

 

 

موشک چیست؟

موشک در واقع یک وسیله حمل و نقل بدون سرنشینی است که یک بار مفید را از یک نقطه به یک نقطه دیگر حمل می­کند. این وسیله نیروی لازم برای حرکت را از موتور راکتی درونش می­گیرد. منظور از موشک همان راکت دارای سامانه هدایت است. اجزای اصلی یک موشک موتور، پیشرانه(شامل سوخت و اکسیدکننده ) قاب (بدنه) یا پوششی برای نگهداری قسمت‌های مختلف، سامانه‌ی کنترلی و محموله (مانند سرجنگی و یا ماهوارهماهواره: در ستاره شناسی : 1. یک جسم سماوی که دور یک سیاره می‌چرخد ( قمر یا ماه)؛ 2. یک جسم کوچک که به دور جسم بزرگ‌تری می‌گردد، جسم بزرگ‌تر خود نیز به دور یک ستاره می‌چرخد. در منظومه‌ی شمسی تمامی سیارات به جز تیر (عطارد) و زهره دارای قمر می‌باشند. تاکنون بیش از 100 قمر سیاره‌ای شناخته شده است . در علم هوافضا : 1. جسمی که به مدار زمین یا مدار یک جسم سماوی دیگر فرستاده می‌شود. 2. یک فضاپیما که در مدار یک سیاره قرار دارد (معمولاً زمین)؛ این گونه فضاپیما‌ها، وسیله‌هایی برای انجام مشاهدات، پژوهش‌ها و کار‌های مخابراتی در فضا هستند. معانی دیگری نیز برای واژه‌ی ماهواره آمده است که خارج از حوزه هوافضا هستند؛ به عنوان مثال در علوم ژنتیک، میکروب شناسی و علوم سیاسی برای واژه‌ی "Satellite " تعاریف ویژه‌ای وجود دارد. ) هستند. موشک هنگامی که به عنوان وسیله‌ی پرتاب ماهواره یا محموله‌های دیگر به فضا استفاده شود، «موشک ماهواره‌بر» یا «موشک حامل»نامیده می‌شود.

 

 

اژدر چیست؟

اژدر، پرتابه، جنگ افزار یا موشک خود کشش زیر آبی به شکل سیگار برگ است که از یک زیردریایی، هواپیما و یا کشتی شلیک می­شود. این پرتابه طراحی شده است تا هنگام برخورد به هدف و یا در نزدیکی آن منفجر شود.

 

 

انواع موشک

از یک دیدگاه نظامی بر اساس مبدا و مقصد می­توان موشک­ها را در چهار دسته تقسیم بندی کرد:

 

1. موشک سطح (زمین) به سطح (زمین)

 

2. موشک سطح (زمین) به هوا

 

3. موشک هوا به هوا

 

4. موشک هوا به سطح (زمین)

 

 

از یک دیدگاه دیگر نظامی بر اساس مسیر و نوع حرکت می­توان دو نوع کلی برای موشک­ها در نظر گرفت:

 

1. موشک­ کروز

 

2. موشک بالستیک

[moein.s 18984]

 

در این جلسه با ساختمان انواع موشک ها و موشک های کروز و بالستیک آشنا می شویم

 

 

موشک­ها در حالت عادی از 4 بخش تشکیل می­شوند:

 

 

1- بار مفید یا سرجنگی،

 

2- سامانه­ی پیشرانش(موتور موشک)، که انرژی لازم برای شتاب دادن بار مفید به سرعت مورد نیاز را فراهم می­کند،

 

3- سامانه­ی هدایت و کنترل، که موشک را در مسیر از قبل برنامه­ریزی شده به سوی هدف مورد نظر هدایت و کنترل می­کند(البته همه موشک­ها هدایت شونده نیستند)،

 

4- سازه­ی پوششی که همه چیز را باهم نگه می­دارد؛ روی این سازه­ی پوششی یا بدنه­ اصلی، معمولاً بخش­هایی همچون بال یا بالک و دماغه مخروطی نصب می­شوند.

 

بخشی از موشک که مواد منفجره در آن جای می­گیرد سرجنگی نام دارد و به سامانه­ای که موشک را بدون آن که به خلبان نیاز داشته باشد به سوی هدف هدایت کند، سامانه­ی هدایت می­گویند. جلوترین بخش هر موشک هدایت شونده و یا حتی هر راکت دماغه­ای است که معمولاً به شکل مخروط بوده و هنگام حرکت در جو از موشک و راکت در برابر گرمای حاصل از اصطکاک حفاظت می­کند.

پیش از پرتاب، زیر سامانه­های موشک برای آمادگی عملیاتی بازرسی می­شوند و برنامه­ی پرواز یا مسیر پرواز به رایانه­ی هدایت، داده می­شود. هنگام احتراق، سوخت­های مایع یا جامد نیروی پیشرانش را برای پرتاب موشک فراهم می­کنند. اگر موشک چند مرحله­ای 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 باقی موشک جدا شده و مرحله بعدی شروع به احتراق می­کند.

 

سامانه­ی هدایت و کنترل، موشک را در مسیر صحیح هدایت کرده و می­راند. پس از آنکه مرحله پایانی نیروی پیشرانش خود را به پایان رساند، بار مفید معمولاً به مسیر مورد نظر خود رها می­شود. در برخی از سامانه­ها بار مفید به بدنه موشک متصل باقی مانده و با آن به سوی هدف حرکت می­کند.

موشک­های حامل فضایی و موشک­های گمانه­زنی برای قرار دادن ماهواره­ها در مدار و یا جمع­آوری داده­های علمی از لایه­های بالایی جو به کار می­روند. تفاوت ویژه مابین این موشک­ها با موشک­های بالستیک تهاجمی در بار مفید و کاربرد مورد نظر آن­ها است. با افزایش بار­ها و سامانه­های جنگ افزاری و الگوریتم­های هدایت متفاوت، موشک­های حامل فضایی و موشک­های گمانه­زنی می­توانند به عنوان موشک­های بالستیک تهاجمی عمل کنند. در اصل بسیاری از ماهواره­برها و موشک­های حامل فضایی معمولی کنونی مدل پیشرفته­ی موشک­های بالستیک قدیمی­تر هستند.

[moein.s 18984]

 

به این دلیل که سامانه­های موشکی کامل بزرگ هستند به ندرت به عنوان یک واحد کاملاً سرهم شده در یک بسته بندی قرار بگیرند تا از محل تولید به محل به کارگیری و یا به دست متقاضی ارسال شوند. به جای آن زیر سامانه­های اصلی در جعبه­هایی با کشتی­ها به محل های مورد نظر فرستاده می­شوند و آن­جا سرهم می­شوند. با این حال موشک­های بالستیک سیار که به صورت کامل سرهم شده اند، بر روی یک سامانه­ی حامل و پرتاب کننده­ی سیار به محل مورد نظر فرستاده می­شوند.

 

 

موشک­های بالستیک و کروز

موشک­های بالستیک به موشک­هایی می­گویند که تا ارتفاع بسیار بالایی اوج می گیرند(که این قسمت راه با موتور روشن انجام می­شود) و مابقی راه را با استفاده از نیروی جاذبه زمین به سمت هدف می­روند که مانند یک سقوط آزاد البته با هدایت صحیح است. برخی از موشک های بالستیک حتی از جو زمین نیز خارج می­شوند و دوباره به جو زمین باز می­گردند که برد بسیار بالایی دارند.

 

موشک کروزنیز دارای چهار ویژگی عمده هستند:

 

· موشک کروز در طبقات پایین جو (حدود30 کیلومتر) از نیروی برای آیرودینامیکی(نیرویی که موشک یا هواپیما را روی هوا نگه می­دارد) استفاده می­کند­.

· در حین پرواز قادر به تغییر مسیر و ارتفاع بوده و می­تواند به دفعات این کار را تکرار کند.

· بردی بیشتر از 50 کیلومتر دارد­.

· در یک پرواز عادی یکسره، موشک در تمام مسیر هدایت شده وحامل انواع مختلفی از سر جنگی است­.

 

 

موشک­های کروز معمولا از فناوری­های مورد استفاده در هواپیما استفاده می­کنند و دارای کلاهک مشابه­، کوچکتر و ارزانتر از موشک­های بالستیک هستند. به کارگیری سامانه­های ناوبری و هدایت پیشرفته دقیق نظیر جی پی اس و گلوناس باعث شده تا نسبت به موشک­های بالستیک دقت بیشتری را دارا بوده و به همین دلیل از توسعه و تولید بیشتری نیز برخوردار باشند.

[moein.s 18984]

 

در یک موشک بر اثر احتراق سوخت، گازهای داغی حاصل می‌شود که در هنگام خروج از یک نازل (شیپوره) 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 جو کار می‌کند، در فضای ماورای جو هم کار می‌کند اما در ماورای جو، پیشرانش موشک به علت فشار گاز‌های داغ در برخورد با جو 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 آن ها استفاده کند. اگر او کیف ها را یکی پس از دیگری در جهت معینی پرتاب کند، به آهستگی در جهت مخالف شروع به حرکت خواهد کرد .

 

در موشک‌های ابتدایی، مانند آنهایی که چینیان ابداع کرده بودند، از سوخت جامد (باروت) استفاده می‌شده است. هنگامی که جرقه‌ای به باروت زده شود، این سوخت جامد انرژی خود را به صورت یک انفجار آزاد می‌کند. پیشرفت در طرح و ساخت موشک‌های قرن حاضر ، بیشتر معطوف به استفاده از سوخت‌های مایع بوده است. از این نوع سوخت‌ها در مقایسه با وزن مساوی از سوخت جامد نه تنها انرژی بیشتری آزاد می‌کنند، بلکه بهتر هم قابل کنترل هستند .

 

 

در موشکی که با سوخت مایع کار می‌کند، سوخت نخواهد سوخت مگر اینکه با یک اکسید‌کننده مخلوط شود. برخلاف یک هواپیمای جت موشک نمی‌تواند همیشه اکسیژن مورد نیاز سوختش را از جو تامین کند (چون به ارتفاع‌های خیلی بالایی می‌رود که غلظت اکسیژن حتی به صفر می‌رسد)، بنابراین باید اکسیژن مورد نیاز را با خود ببرد. سوخت و اکسید‌کننده را در مخازن جداگانه ذخیره و حمل می‌کنند و در هنگام احتراق آنها را در محفظه احتراق تلمبه می‌کنند، که در آنجا سوخت می‌سوزد (در واقع منفجر می‌شود). گازهای حاصل از راه شیپوره با سرعت زیادی خارج می‌شوند. و مقدار نیروی پیشرانش موشک، از طریق زیاد یا کم کردن میزان سوخت و اکسید‌کننده ورودی به محفظه احتراق، کنترل می‌شود .

 

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 ( از قبیل هیدروژن مایع و اکسیژن مایع) است. هیدرازین یک سوخت هایپر‌گولیک است، یعنی در صورت وجود اکسید‌کننده‌ای مانند دی‌نیتروژن تتروکسید به طور خودبه‌خودی محترق (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 باقی بمانند، باید تا دمای پایینی سرد کنند. بنابراین موتور باید سیستم پیچیده‌ای از لوله‌ها برای عبور 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، یعنی زمانی که حداکثر بازده ممکن برای بلند کردن موشک و بار‌های آن از زمین لازم است

[moein.s 18984]

در این نشست با مفهوم پیشرانه آشنا شده و پیشرانه جامد موشک ها را بررسی خواهیم کرد. پیشرانه به مجموع «سوخت» و «اکسید‌کننده» گفته می‌شود که با سوختن در موتور موشک‌ها، نیروی پیشران (یا تراست) ایجاد می‌نماید.

 

 

 

سوخت ماده‌ای است که وقتی می‌سوزد با اکسیژن ترکیب می‌شود و برای موتور (پیشرانش)، گاز داغ ایجاد می‌کند. اکسیدکننده عاملی است که برای ترکیب با سوخت، اکسیژن یا ماده‌ی اکسیدکننده که لزوما اکسیژن نیست آزاد می‌نماید. یکی از غلط‌های مصطلح استفاده از واژه‌ی سوخت به جای هر دو مولفه‌ی «سوخت» و «اکسیدکننده» است. درست آن است که از واژه‌ی پیشرانه (propellant) استفاده شود و منظور از آن هر دو مولفه‌ی «سوخت» و «اکسیدکننده‌» است. موتورهای پیشرانه‌ی جامد یا با نام معروف‌ترِ موتورهای سوخت جامد بین تمامی موشک‌ها، از ساده‌ترین طراحی برخوردار می‌باشند. این دسته از موتورها شامل محفظه یا پوسته‌ای از جنس فولاد ضدزنگ بوده، درون آن با مخلوطی از ترکیبات جامد پر می‌شود. این ترکیبات جامد، هم دارای عامل یا مولفه‌ی «سوخت» است و هم عامل یا مولفه‌ی «اکسید کننده» است .

 

 

پیشرانه‌های جامد

 

این ترکیبات دارای سرعت سوزش بالایی هستند و گازهای داغ ناشی از احتراق آن‌ها، هنگام خروج از بخش استوانه‌ای و نازل، نیروی پیشران (تراست) لازم را ایجاد می‌نمایند. وقتی موتور شروع به کار می‌کند، پیشرانه‌ی جامد از قسمت میانی به سمت کناره شروع به سوزش می‌نماید. شکل کانال میانیِ تعبیه‌شده در میانِ پیشرانه‌ی جامد، تعیین‌کننده‌ی سرعت و الگوی سوزش می‌باشد. بنابراین نوع طراحی کانال، وسیله‌ای برای کنترل نیروی پیشران (تراست) به شمار می‌رود. بر خلاف موتورهای پیشرانه‌ی مایع، موتورهای پیشرانه‌ی جامد چندان کنترل‌پذیر نیستند و پس از روشن شدن آن‌ها، امکان کنترل فرآیند کار موتور و در صورت نیاز خاموش کردن، تقریباً ناممکن است. عموماً این دسته از موتورها پس از روشن شدن تا وقتی که تمامی پیشرانه مصرف شود، می‌سوزند.

پیشرانه‌های همگن به دو دسته‌ی تک‌پایه و دوپایه تقسیم می‌شوند. ترکیب پیشرانه‌ی تک‌پایه، معمولاً نیتروسلولزی می‌باشد که دارای هر دو خاصیت اکسیدکنندگی و احیاکنندگی می‌باشد. پیشرانه‌های دوپایه، معمولاً دارای نیتروسلولز و نیتروگلسیرین می‌باشند، که با یک پلاستی‌سایزر، پر می‌شوند. در شرایط معمولی، پیشرانه‌های همگن، ایمپالس ویژه‌ای بالاتر از 210 ثانیه ندارند و عمده‌ی مزیت آن‌ها، در تولید نکردن دودهای قابل ردیابی می‌باشد؛ لذا معمولاً از آن‌ها در جنگ‌افزارهای تاکتیکی استفاده می‌شود. اغلب از این نوع پیشرانه‌ها، در انجام عملیات 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: همگن و 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 کریستاله‌شده 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 به‌وسیله‌ی یک بایندر نظیر پلی اوره‌اتان یا پلی‌بوتادی‌ان _ که به‌عنوان سوخت مورد استفاده قرار می‌گیرند _ کنار یکدیگر نگه‌داشته می‌شوند. علاوه بر آن‌چه گفته شد، گاهی ترکیبات حاوی کاتالیست نیز، برای کمک به افزایش سرعت سوزش و یا تسهیل فرآیند تولید پیشرانه، به سوخت جامد اضافه می‌شود. محصول نهایی جسمی شبیه لاستیک با استحکامی نزدیک به پاک‌کن لاستیکی سفت است.

 

پیشرانه‌های مرکب اغلب با نوع بایندر استفاده‌شده شناخته می‌شوند. دو نوع بایندر، معمولا مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ پلی‌بوتادی‌ان اکریلیک اسید اکریلونیتریل (پی.‌بی‌.اِی‌.‌ان) و هیدروکسی ترمیناتور پلی‌ بوتادی‌ان (اِچ.‌تی.‌پی.‌بی). فرمولاسیون «پی.بی.اِی.ان» نسبت به فرمولاسیون «اِچ.تی.پی.بی» ایمپالس ویژه، دانسیته و سرعت سوزش نسبتاً بالاتری دارد. به ‌هرحال، پیشرانه‌ی «پی.بی.اِی.ان» مشکلاتی را در اختلاط و تولید دارد که به دلیل نیاز به بالابردن دما جهت تهیه آن ایجاد می‌شود. بایندر «اِچ.تی.پی.بی» بسیار قوی‌تر و انعطاف‌پذیرتر از «پی.بی.اِی.ان» می‌باشد. از ویژگی‌های خوب این دو پیشرانه می‌توان به مشخصات مکانیکی مناسب و پتانسیل زمان سوزش طولانی‌تر نسبت به پیشرانه‌های همگن، اشاره کرد.

 

موتورهای پیشرانه‌ی جامد، تنوع کاربری خوبی دارند. اغلب، موتورهای پیشرانه‌ی جامدِ کوچک، به‌عنوان شتاب‌دهنده‌های مرحله‌ی پایانی ماهواره‌برها و یا برای جابه‌جایی سامانه‌های فضایی به مدارهای بالاتر، مورد استفاده قرار می‌گیرند. موتورهای پیشرانه‌ی جامدِ متوسط کاربردهای دیگری دارند، مانند؛ «بخش کمک‌کننده‌ی بارمفید» (پی.اِی.ام) و «مرحله‌ی پایانی اینِرشیال» (آی.یو.اِس) که این‌ها تراسترهای کمکی محسوب می‌شوند و باعث رسیدن ماهواره به مدار بالاتر یا افزایش برد و جابه‌جایی خط سیر موشک، می‌شوند.

 

در پرتاب‌گرهای فضاپیمای شاتل، موشک دلتا و تیتان از موتورهای پیشرانه‌ی جامد، برای افزایش تراست _ به ویژه در مرحله‌ی اول _ استفاده می‌شود؛ به این تقویت‌کننده‌های تراست، بوستر سوخت جامد گفته می‌شود. در پرتاب‌گر فضاپیمای 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 تن‌کیلوگرم (یا 3300000 پوندنیرو) تولید نماید.

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام