یک موشک بالستیک چگونه کار می کند؟ (3)

یک موشک بالستیک با سوخت جامد، دارای چندین روش برای کنترل سوختن سوخت و میزان رانش ایجاد شده می باشد. طراحان می توانند نرخ سوختن را بواسطه ی ایجاد ممانعت در برابر مساحت احتراق، کنترل کنند. قرارگیری یک مقاومت پلاستیکی و یا سایر وسایل مسابه می تواند همچنین نرخ سوختن را کاهش دهد. این مسئله در واقع موجب افزایش دوره ی احتراق سوخت موجود می باشد. همچنین مهندسین می توانند به جای ایجاد سوراخ در سوخت ریخته گری شده، در آن شکاف هایی ایجاد کنند. این عمل می تواند موجب افزایش یا کاهش رانش در طی یک پرواز برنامه ریزی شده، می شود. یکی دیگر از روش های کاهش رانش، استفاده از یک سیستم پایان دادن رانش می باشد. یک طراحی موشک می تواند شامل واحدهای افزایش دهنده و یا کاهش دهنده باشند که در زمان نیاز، می تواند سرعت موشک را تنظیم کند. نرخ رانش می تواند به سمت مومنتم کاهش یابد. موتورها دارای عملکردهای مختلفی هستند که این اطمینان را ایجاد می کند که یک سیستم رانش با سوخت جامد، می تواند به خوبی به مقصودش، برسد.
یک سیستم جرقه نیز برای شروع احتراق سوخت و اکسید کننده ها، استفاده می شود. یک سیستم الکتریکی و یا در برخی اوقات یک وسیله مشابه چیزی که در وسایل آتش بازی هست، می تواند سوختن را اغاز کند. جرقه زن ممکن است دارای مقادیر اندکی باروت یا سایر مواد آتش گیر باشد. وقتی سوختن آغاز می شود، احتراق سوخت جامد تا زمان اتمام سوخت، ادامه می یابد.
سیستم های سوخت جامد و مایع در محیط هایی کار می کنند که اتمسفر و یا جو، وجود دارد. مزیت ها و محدودیت های خاصی برای هر یک از این سیستم ها، وجود دارد. موشک بالستیک سوخت مایع سیستم های پیچیده ای هستند که نیازمند اجزای داخلی گران قیمت می باشند. پیش از پرتاب، نیاز است تا بررسی های زیادی بر روی آنها انجام داد. همچنین سوخت و اکسید کننده در این نوع از موشک ها، بدون حفظ و نگهداری های خاص، نمی توانند برای زمان های طولانی در داخل موشک، نگهداری شود. برای برخی از سیستم ها، سوخت و اکسید کننده باید در موشک خارج شود تا بدین صورت امکان بررسی تانک های سوخت و اکسید کننده، مقدور شود. الزامات کاری و فنی زیادی برای سیستم های مایع، ضروری است. برای مثال، اگر موشک برای سوخت هیدروژن مایع یا اکسیژن طراحی شده باشد، کارکنان پرتاب باید دمای بخش های اکسیژن و هیدروژن را در زیر -297.4 F و زیر-423.04 F حفظ کنند. یک چنین محدودیت ها و فعالیت های مرتبط با سوخت که پیش از پرتاب با آن روبروییم و همچنین مشکلات ناشی از سرعت پایین پرتاب، منجر شده است تا تمایل به کار بر روی سیستم های با سوخت جامد، بیشتر شود. به هر حال، یک سیستم کنترل می تواند به طور دقیق نرخ میزان مصرف سوخت و اکسید کننده را تنظیم کند و بدین صورت بر مسیر حرکت انواع سیستم های پیشرانه ای جامد و مایع، اثرگذار باشد. وقتی یک سرعت یا فاصله ی معین از یک مسیر پرتاب حاصل شود، یک سیستم کنترل می تواند سیستم پمپاژ را بسته و تمام رانش موجود در سیستم پیشرانش را متوقف کند.
سیستم های سوخت جامد نیز برخی مشکلاتی را به همراه دارند. ریخته گری سوخت باید دقیق باشد زیرا ترک ها و شکاف ها ممکن است موجب سوخت نامناسب و یا مشکلات مربوط به ساختار سوخت شوند. این سیستم ها همچنین به شرایط محیطی حساس می باشند. سیستم های سوخت جامد، به طور نرمال پیچیدگی کمتری دارند و به سهولت پرتاب می شوند. این بخش ها مشکلات کمتری در زمینه ی ذخیره سازی دارند (شکل 1). یک سیستم سوخت جامد عموما دارای نرخ شتاب بیشتر نسبت به نوع با سوخت مایع می باشد. برای مثال، موشک قاره پیمای Minuteman III دارای سرعت 16000مایل (25770 کیلومتر) بر ساعت می باشد. این در حالی است که بزرگترین موشک قاره پیمای آمریکا که دارای سوخت مایع می باشد، سرعتی برابر با 15000 مایل بر ساعت (24150 کیلومتر) بر ساعت دارد. سیستم موتور راکت با سوخت جامد، می تواند میزان بالایی خروجی را در یک دوره ی زمانی کوتاه، ارائه دهند، مگر آنکه ممانعت کننده یا مقاومتی در برابر سوخت، وجود داشته باشد. شتاب و سرعت بالا مزیت هایی ایجاد می کند: زمان فاز بالارفتن موشک کاهش می یابد و از این رو، شلیک به موشک با سوخت جامد در فاز بالا رفتن، سخت تر از شلیک به موشک با سوخت مایع است (شکل 2). یک مهندس می تواند یک موشک طراحی کند که تا مقصدی معین حرکت کند. ایجاد یک سایت پرتاب موشکی می تواند شامل موقعیت یابی موشک پرتاب شده در یک زاویه ی معین باشد. خدمه ی حفظ و نگهداری نیز می توانند میزان مناسبی از سوخت مایع را برای پرتاب، حفظ کنند. هنوز هم وضعیت های طبیعی مانند هوا یا خطاهای انسانی مانند محاسبات اولیه ی نادرست، می تواند موجب اختلال های کوچک در مسیر پرتاب موشک شود. این فاکتور کوچک می تواند به معنای شکست و یا پیروزی در یک پروژه باشد.
یکی از مهم ترین المان های موشک های بالستیک، سیستم های هدایتی است که در حقیقت موجب جهت دهی به موشک بالستیک و حرکت آن به سمت هدف می شود. سیستم های هدایت به موشک اجازه می دهد تا دستورهایی را برای تصحیح خطاهای ناوبری و کمک به مانور مناسب موشک در زمان نیاز به اصلاح مسیر موشک، صادر کند. یک سیستم هدایت موشک می تواند شامل برخی انواع روش های ناوبری مانند خودگردانی، ناوبری آسمانی، مانورهای برنامه ریزی شده و ... باشد. بیشتر سیستم های هدایت متداول خود کنترلی و یا سیستم های هدایت رادیویی باشد. یک وسیله که از سیستم هدایت خودکار استفاده می کند، شامل وسایل مناسبی است که بوسیله ی آنها موشک به طور خودکار، جهت دهی و کنترل می شود. یک سیستم هدایت رادیویی- خودکار، در واقع بر اساس اطلاعاتی کار می کند که موجب اصلاح انحراف های ایجاد شده در مسیر پرواز می شوند. این سیستم نیز دارای بخش های خودکار است. برخی از سیستم های هدایت امروزی، از ناوبری ماهواره ای و یا سایر داده های خارجی مانند تصویربرداری دیجیتال، بهره می برند.
یک موشک باید بر چندین مشکل غلبه کند که حل این مشکلات نیازمند یک سیستم هدایت دقیق و قابل اطمینان می باشد. اگر موشک بالستیک از یک نقطه بر روی زمین به نقطه ی دیگر، فرستاده شود، مشکلات تا حدی کمتر هستند. به هر حال، زمین می چرخد و موشک باید راهنمایی شود. برخی اوقات نیز، هدف، یک هدف متحرک است. اثر پیچشی در واقع به دلیل حرکت های زمین ایجاد می شود که می تواند اثر قابل توجهی بر روی مسیر حرکت موشک داشته باشد. سیستم هدایت موشک باید حرکتی را که در زمان حرکت موشک در مسیرش، زمین انجام می دهد، در محاسباتش، در نظر بگیرد. اگر کسی در استوا قرار داشته باشد، شاید هدف مورد نظرش در فاصله ی 600 مایلی (966 کیلومتری) قرار گرفته باشد. در واقع در این حالت، چرخش زمین، نیز مهم می باشد. علاوه بر این، زمین حالت کروی کامل ندارد بلکه حالت پهن شدگی به سمت قطبین در آن وجود دارد. این مسئله بر روی مسیر پرتاب وسیله، مؤثر می باشد (شکل 3).
زمین در استوا، حالت برآمده دارد که علت آن، چرخش حول محور خود است. یکی دیگر از اثرات نیروی جانب مرکزی است که منجر به کشیده شدن یک جسم از مسیر دایروی به سمت محور چرخش، می باشد. یکی دیگر از فاکتورهایی که در هدایت مؤثر است، سرعت و دامنه ای است که موشک باید برای ایجاد گستره ی مناسب، بدست آورد. یک مهندس می تواند گستره ی وسیله ی خود را بوسیله ی افزایش دامنه یا سرعت، افزایش دهد. ترکیب و تنظیم یکی از این دو فاکتور و یا هر دو فاکتور، می تواند موجب تنظیم کارایی موشک بالستیک شود. یک سیستم هدایت نیازمند تنظیم سرعت، دامنه، جهت و سایر ویژگی های پرتاب است. این تغییرات نیازمند همکاری نزدیک میان سیستم هدایت و هر سیستم کنترلی پروازی است. سیستم هدایت باید ابتدا این احساس را داشته باشد که انحرافی بین مسیر اصلی اتفاق افتاده است. اطلاعات موشک باید از سنسورهای داخلی و محاسبات و یا از منابع خارجی مانند پیام های رادیویی یا داده های ماهواره ای، به سیستم هدایت برسد. اگرچه بیشتر موشک های امروزی، از سیستم هدایت داخلی استفاده می کنند، انواع اولیه ی این سیستم ها، برخی اوقات بواسطه ی امواج رادیویی، هدایت می شدند. الزامات مربوط به سیستم های هدایت ثانویه، تبدیل اطلاعات هدایت به سیگنال های مناسبی است که می تواند سیستم کنترل را برای ایجاد یک تصحیح در حرکت، فعال کند.
سیستم هدایت می تواند از چندین وسیله برای اندازه گیری انحراف از مسیر پرواز واقعی، استفاده کند. دو وسیله ی متداول برای انجام این کار، ژیروسکوپ و سرعت سنج می باشد. یک ژیروسکوپ برای اطمینان حاصل کردن از این موضوع استفاده می شود که موشک دارای وضعیت مناسب است. وضعیت در این مورد در واقع به معنای جهت گیری موشک و جهت حرکت می باشد. حرکت هایی که موجود در این وضعیت، شامل چرخش، اوج گرفتن و حرکت جانبی است.
اگر بتوان بدنه ی یک موشک استاتیک را مشاهده کرد، سپس می توان تصور کرد که چرخشش، حرکتی است که یک موشک در حالت دوران بدست می آورد. اوج گرفتن حرکتی است که با بالارفتن دماغه ی هواپیما انجام می شود. حرکت جانبی نیز تغییر در جهت کناری می باشد. سیستم هدایت باید اطمینان حاصل کند که سرعت، ایجاد مراحل جدید و سایر اعمال اتفاق افتاده در موشک، در حرکت کلی در نظر گرفته شود. ژیروسکوپ کمک می کند تا اثر این اقدامات، مشخص شود. به طور نرمال، یک ژیروسکوپ از گرانش زمین به عنوان مرجع استفاده می کند. اطلاعات ممکن است شامل جهت های مرجع زاویه ای باشد که بر اساس جرم چرخشی زمین، بدست می آید.
ژیروسکوپ کمک می کند تا سیستم هدایت موشکی در پرواز این اطمینان را ایجاد کند که وضعیت و جهت با حفظ رویه ی هدایت در موقعیتی مناسب انجام شود. ژیروسکوپ شامل یک سیستم روتور متعادل کننده و دقیق است که اجازه حرکت به هر طرفی را می دهد. این وسیله لختی یا صلبیت ژیروسکوپ را حفظ می کند. ژیروسکوپ در برابر نیروهایی مقاومت می کند که حرکت روتور و سایر اجزا را جابجا می کند (مانند اثرهای گرانشی). وزن افزوده یا سرعت روتور، بوسیله ی اینرسی ژیروسکوپ، بهبود می یابد. اگر ژیروسکوپ که در واقع یک جرم چرخنده است، در یک موقعیت نسبی قرار گیرد و در حال حرکت باشد، این دستگاه هنوز در حال کار می باش مگر آنکه یک نیروی خارجی بر آن، اعمال شود. اگر ژیروسکوپ بر روی قاب های ثابت شود، این به نظر می رسد که ژیروسکوپ در حال حرکت است اما در حقیقت این دستگاه ثابت است. اگر ژیروسکوپ به نقطه ی مرجع برسد، این مسئله می تواند کمک کند تا شرایطی ایجاد شود که در آن، یک سیستم می تواند انحراف از موقعیت برنامه ریزی شده ی مربوط به موشک را تشخیص دهد. این ویژگی می تواند کمک به پایدارسازی پلتفرمی شود که موقعیت آن را حفظ می کند (به نحوی که وسایلی که موقعیت و سرعت را اندازه گیری می کنند، مانند سرعت سنج، هم تراز قرار می گیرند و دقت همترازی موشک، حفظ می شود.
دوماً یک ژیروسکوپ بوسیله ی حرکت تقدیمی نیز تحت تأثیر قرار می گیرد. حرکت ممکن است نرخ و جهت چرخش ژیروسکوپ را نیز ممکن است تحت تأثیر قرار دهد. وقتی موشک بالستیک از طریق مسیر پرواز می چرخد، نیرو می تواند ژیروسکوپ چرخنده را تحت تأثیر قرار دهد. ژیروسکوپ بواسطه ی چرخش حول محور، واکنش دهد. اندازه گیری میزان چرخش، می تواند به تعیین میزان و جهت چرخش موشک، کمک کند. این اطلاعات می تواند به محاسبه ی موقعیت موشک، کمک کند.

ادامه دارد...
منبع مقاله :
Thunder over the horizon/ Clayton K.S. Chun

استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.