چند روز قبل، همزمان با هفتمین سالگرد شهادت سردار حسن طهرانی مقدم که طلایهدار مجاهدتهای خستگیناپذیر در عرصه قدرت موشکی کشور بود دستخطی (بدون ذکر تاریخ) از وی خطاب به رهبر انقلاب و فرماندهی معظم کل قوا در رسانهها منتشر شد که در انتهای آن، خبر از دستیابی به موشکی فوقسریع و موشک ماهوارهبر داده شده بود.
هرچند یک عمر زندگی در گمنامی، با شهادتی که صدای آن را صدها هزار نفر شنیدند، در ظاهر به پایان رسید اما همرزمان سردار طهرانی مقدم بعدها اعلام کردند که آخرین پروژهای که مرد شمارهیک موشکی ایران در آن به شهادت رسید، مربوط به یک موشک ماهوارهبر سوخت جامد بود.
اندکی بعد، در برنامه تلویزیونی ثریا نیز اعلام شد که موشک مذکور با نام «قائم»، موشکی چهارمرحلهای با سوخت جامد است که مرحله اول آن دارای ارتفاع ۲۰ و قطر ۳.۵ متر بوده است. همچنین اعلام شد که آزمایشهای عملکرد مراحل موشک فوق بهطور جداگانه در زمان حیات شهید طهرانی مقدم یعنی تا پیش از ۲۰ آبان ۱۳۹۰ به انجام رسیده است.
در روزهای اخیر، در جریان پخش یک مستند تلویزیونی مربوط به فعالیتهای شهید طهرانی مقدم نیز تصویری از یک موتور سوخت جامد با قطر بزرگ به نمایش در آمد که بهنظر میرسد که این موتور مربوط به یکی از مراحل موشک قائم باشد.
این تصویر ــ که شهید طهرانی مقدم را در حال صحبت با نیروهای درگیر پروژه نشان میدهد ــ اثباتکننده وضعیت پیشرفت بالای پروژه موشک مذکور تا پیش از شهادت وی است. به این بهانه پس از مروری بر ویژگیهای سوختهای جامد موشکی و تاریخچه راکتها و موشکهای سوخت جامد در ایران، به بررسی مختصات قابل برداشت از موتور سوخت جامد تصویر مذکور خواهیم پرداخت.
تصویر منتشرشده از یک موتور سوخت جامد تحت مدیریت شهید طهرانی مقدم
ویژگیهای موشک سوخت جامد
موتورهای راکتی دسته مهمی از پیشرانههای هوافضایی هستند که «سوخت» و «اکسیدکننده» را داخل بدنه موشک حمل میکنند، در مقابل، موتورهایی مانند جت، اکسیدکننده را از هوای داخل جو زمین تأمین میکنند، از این رو کارایی آنها محدود به فضای داخل جو با غلظت کافی است. اما موشکها میتوانند در جو رقیق و حتی خارج از جو نیز به کار خود ادامه دهند. در موتورهای راکتی، سوخت مایع و سوخت جامد دو دسته اصلی و اختصاصدهنده تقریباً نزدیک به ۱۰۰ درصد کاربردهای عملیاتی به خود هستند.
پیشرانهای سوخت مایع دارای اجزاء متعددی شامل مخزن سوخت، مخزن حاوی اکسیدکننده (بهجای اکسیژنی که باید از هوا برای اشتعال تأمین میشد)، پمپها، لولهها و شیرهایی برای انتقال این مواد به محفظه احتراق و یک نازل که با شکل خاص خود باعث بیشتر شدن نیروی رانش تولیدی میشود تشکیل شدهاند.
این اجزاء متعدد علاوه بر صرف هزینه و زمان بیشتر در زمان طراحی و توسعه، وزن بالاتری هم به موشک تحمیل کرده و برای رسیدن به قابلیت اطمینان مورد نیاز در زمان عملیات هم نیازمند صرف هزینه و زمان کافی در مراحل طراحی تا تولید هستند.
شکل گرافیکی از اجزای داخل یک پیشران راکتی سوخت مایع
پیشرانهای سوخت جامد بسیار سادهتر بوده و سوخت و اکسیدکننده بهصورت یک ماده خمیری در زمان تولید با هم مخلوط شده و پس از گرمادهی در زمان کافی که به آن «فرایند پخت» نیز گفته میشود، آماده عملیات تا مدتزمان طولانی هستند.
اگر این فرایند بهدرستی انجام نشود، سوخت جامد که به آن «گرین» نیز گفته میشود، در برابر ضربه، مقاومت کافی نداشته و بر اثر نقل و انتقال یا گذر زمان طولانی انبارداری دچار ترک شده یا حتی تکه تکه می شود.
در این موشکها، فرایند احتراق در فضای خالی در همان محفظهای که سوخت قرار دارد به انجام رسیده و گازهای حاصله با عبور از نازل باعث حرکت موشک میشوند، بنابراین در اینجا از اجزا و قطعات مختلف موجود در پیشرانهای سوخت مایع خبری نخواهد بود.
شکل گرافیکی از اجزای داخل یک پیشران راکتی سوخت جامد
اما یک پیچیدگی فناورانه دیگر در موشکهای سوخت جامد، عایق حرارتی بخش خروجی (Nozzle) پیشران است که باید در طول مدت سوختن سوخت توانایی مقاومت در برابر بارهای حرارتی بسیار بالای بهوجودآمده ناشی از عبور جریان گاز بسیار داغ حاصل از احتراق با سرعت بالا را داشته باشد که ذرات فلزی کوچک موجود در سوخت جامد نظیر پودر آلومینیوم نیز درون آن وجود دارد.
در نهایت بخش خروجی این موشکها با استفاده از پوششهای چندلایه پیچیدهای متشکل از فلز، کامپوزیت و سرامیکهای عایق حرارتی تولید شدند.
در تصویر زیر، بخشهای مختلف سازنده خروجی یک پیشران سوخت جامد نمایش داده شده که بخش ۱ پوسته چهارخانه درونی، ۲ پوشش محافظ از ترموپلاستیک، ۳ ورقه گرافیتی، ۴ عایق سرامیکی، ۵ عایق پلاسمایی، ۶ المانهای مقاومتی و ۷ پوشش بیرونی بخش خروجی موتور است.
سرعت سوزش سوختهای جامد با توجه به شکل ریختهگری سوخت، متفاوت اما برای هر نوعی ثابت است و از این رو بهطور کلی یک پیشران سوخت جامد سریعتر از سوخت مایع به پایان میرسد.
همچنین فرایند سوزش سوخت جامد تقریباً در همه نمونههای ساختهشده در دنیا قابل کنترل یا متوقف کردن نیست، درحالی که در پیشران سوخت مایع از طریق شیرها روی جریان سوخت و اکسیدکننده، کنترل وجود دارد و حتی از لحاظ نظری، بهراحتی امکان خاموش کردن پیشران هم وجود دارد.
یکی از دشواریهای طراحی موشک سوخت جامد، رسیدن به شیوه مطلوب تولید نیروی پیشران طی زمان است، این امر با طراحی شکل فضای خالی سوخت ممکن میشود.
چند نمونه از شکلهای فضای خالی سوخت جامد و نمودار رانش تولیدی بر حسب زمان
مسأله عایق حرارتی بدنه محفظه احتراق نیز با استفاده از خود گرینهای جدید بهعنوان عایق حرارتی حل شد. برای این منظور لایه سوخت قرارگرفته بهروی دیوارههای محفظه احتراق وظیفه دفاع از دیواره در برابر حرارت بسیار بالای بهوجودآمده در حین سوزش سوخت را بهعهده گرفته و دیواره تنها در لحظات نهایی سوزش سوخت تحت تأثیر این حرارت بالا قرار میگیرد، در نهایت شکل پیشران سوخت جامد به نمونههای نظیر تصویر زیر تبدیل شد.
یکی از مهمترین تفاوتهای موشکهای سوخت مایع و جامد مدتزمان آماده شدن موشک برای پرتاب است. پیشران سوخت جامد معمولاً در مرحله ساخت در کارخانه داخل بدنه موشک جاگذاری میشود و پس از آن تا سالها آماده استفاده است، در نتیجه مدت زمان لازم برای فعالیتهای پیش از شلیک یک موشک سوخت جامد معمولاً در حد کمتر از ۱۵ دقیقه است.
یک نمونه سوخت جامد در حال ریختهگری و پس از قالبگیری
اما در موشک سوخت مایع، سوخت و اکسیدکننده پیش از پرتاب باید به داخل مخازن تزریق شوند که فرایندی بسیار زمانبر است. نکته مهم اینجاست که بهدلیل خورندگی بالای این سوختها، مدت زمان باقی ماندن سوخت در مخازن نهایتاً تا چند ماه خواهد بود بنابراین نمیتوان یک موشک سوخت مایع را سالها آماده شلیک نگهداشت. پس از آن باید سوخت و اکسیدکننده تخلیه و در صورت لزوم مخازن شسته شوند و وجود اجزای مکانیکی هم نیاز به برخی بازدیدهای دورهای را وجود میآورد. همچنین موشک سوخت مایعی که سوخت داخل آن تزریق شده، امکان حملونقل و جابهجایی دشواری نیز دارد.
موتورهای راکتی سوخت جامد معمولاً شتاب بسیار بالاتری را در زمان کوتاهتر در دسترس قرار میدهند اما توان تولیدی پیشران سوخت مایع بیشتر است، از این رو در موشکهای بزرگ و سنگین عموماً یا فقط از این نوع استفاده میشود یا در صورت چندمرحلهای بودن موشک، در مرحله اول و یا بهعنوان شتابدهنده کمکی (بوستر) از پیشران سوخت جامد استفاده میشود.
از جهت سهولت نگهداری هم موتور راکتی سوخت جامد طول مدت انبارداری بسیار بیشتری داشته، حملونقل آن سادهتر از موتورهای سوخت مایع بوده و اطمینانپذیری بیشتری را بهوجود میآورند. این موشکها بدون نیاز به بازبینیهای مفصل از بابت پیشران میتوانند تا سالها در انبار یا سکوی پرتاب مستقر و آماده به کار باشند.
لازم به ذکر است صرفنظر از سوخت مایع یا جامد بودن، نیازهای یک مأموریت فضایی که رساندن محموله به سرعت بسیار بالایی برای قرارگیری در مدار زمین است یا نیاز یک موشک دوربرد در رده قارهپیما این است که تا حد امکان از حمل اجزائی که دیگر کارایی ندارند پرهیز کند.
با توجه به حجم و وزن بالای مخازن و بدنه موشکها و خالی شدن آنها طی پرواز، با ساخت موشکها بهصورت چندمرحلهای میتوان از حمل مخازن و بخشی از بدنه که سوختی داخل آن وجود ندارد پرهیز کرد تا بقیه مراحل موشک به سرعت بالاتری دست یابند.
سوختجامدها در ایران
در سال ۱۳۶۳ تولید راکتهای کالیبر ۱۲۲میلیمتری سوخت جامد ساخت شوروی (معروف به کاتیوشا و گراد) توسط صنعت «حدید» وزارت سپاه و بهصورت بومی شروع شده بود. راکتهای کوچکتر ۱۰۷میلیمتری سوخت جامد نیز در همین دوران به تولید رسید.
اما اولین تلاشهای کشور در زمینه طراحی راکتهای جدید و دوربردتر سوخت جامد در سالهای آخر جنگ تحمیلی به نتیجه رسید که به توسعه راکتهای سوخت جامد ایرانــ۱۳۰ (که بعدها به خانواده راکتهای نازعات منجر شد)، عقاب و شاهین ۱ و ۲ بازمیگردد.
یک گونه راکت سوخت جامد با برد ۱۷۰ کیلومتر نیز در اوائل سال ۱۳۶۷ و پیش از پایان جنگ آزمایش شد که مشخص نشده گونه بهبودیافته ایرانــ۱۳۰ بوده یا اولین نمونههای زلزال.
در سالهای پس از جنگ، علاوه بر پیگیری توسعه راکتهای نازعات، راکتهای زلزال نیز با برد بیش از ۱۰۰ تا چند صد کیلومتر توسعه یافتند. این راکتها بعدها بستر توسعه بیش از ۶ نمونه از راکتهای کاوشگر فضایی ایران نیز شدند. البته یکی از پایههای موشک فاتحــ۱۱۰، نسلهای آخر راکت زلزال بوده است، همچنین بهمرور، در انواع تولیدات ایرانی بهجای سوخت جامد مرکب با پایه PPG از سوخت جامد مرکب پیشرفته HTPB در تمامی تولیدات استفاده شد.
در سال ۱۳۸۴ اخبار دیگری در زمینه آزمایش کاملاً موفق پیشران سوخت جامد برای موشکهای بالستیک دوربرد ایرانی اعلام شد. اما با خبر آزمایش موفق موشک بالستیک سجیلــ۱ در ۲۲ آبان سال ۱۳۸۷، جلوههای جدیدی از پیشرفت صنعت موشکی کشورمان در زمینه موشکهای سوخت جامد بر همگان اثبات شد.
موشک سجیل دارای ۲ مرحله بوده که هر دوی آنها از سوخت جامد پیشرفته مرکب بهره میبرند و موشک را به برد ۲۰۰۰ کیلومتر میرسانند.
آزمایش موشک دومرحلهای سوخت جامد سجیل
این موشک نیز با تلاشها و پیگیریهای مجدّانه سردار حسن طهرانی مقدم بهعنوان فرمانده موشکی سپاه ــ که بعدها مسئولیت جهاد خودکفایی کل سپاه نیز بهعهده ایشان قرار داده شد ــ و نیز مسئولان و متخصصان وزارت دفاع و پشتیبانی نیروهای مسلح به ثمر نشست.
در ۳۰ اردیبهشت ماه ۱۳۸۸ خبر آزمایش کاملاً موفق موشک سجیلــ۲ توسط رئیس جمهور وقت اعلام شد که بازتابهای بسیار گستردهای در رسانههای جهانی داشت. این آزمایش پس از رزمایشی موشکی بهنام «بیت المقدس» انجام شده و پس از آن وزیر دفاع وقت خبر از شروع تولید این موشک داد.
بهگفته وی، سجیلــ۲ در مقایسه با نمونه قبلی، از سامانه ناوبری جدید و حسگرهای پیچیده و دقیقتری برخوردار بوده که سبب افزایش قابل توجه دقت عملکرد آن نسبت به سجیلــ۱ گردیده است.
سجیلــ۲ همانند نمونه قبلی از ۲ مرحله پیشران سوخت جامد مرکب برخوردار بوده اما با بهبود سکوی پرتاب و سامانه نشانهروی، سرعت عمل این موشک در مراحل پیش از پرتاب نیز افزایش یافته است.
کارشناسان فنی خارجی در آن زمان سجیل را موشکی معرفی کردند که کار ردیابی آن برای ماهوارهها و رادارهای آمریکایی و اسرائیلی دشوار خواهد بود.
بهگفته امیر دریابان شمخانی دبیر شورایعالی امنیت ملی و وزیر اسبق دفاع، برنامه تولید موشک سجیل در دهه ۱۳۷۰ و تحت عنوان «پروژه عاشورا» آغاز شده بود. سرعت موشک سجیل توسط مسئولان دفاعی کشور حدود ۱۲ ماخ و میزان ارتفاع اوج آن حدود ۸۰۰ کیلومتر در بیشترین برد اعلام شده است.
همچنین وزیر دفاع اسبق کشورمان صحبت از موشک ضدکشتی دوربرد بالستیک که سر جنگی آن به سرعت ۱۴ تا ۱۵ ماخ میرسد کرد که این موشک نیز ممکن است نمونهای از سجیل یا گونهای مشتقشده از آن باشد.
ویژگیهای موتور سوخت جامد محرمانه سپاه
موتور سوخت جامدی که تصویر آن در روزهای اخیر منتشر شده بهدلایلی تا به امروز محرمانه مانده است. در تابستان سال ۱۳۹۸ نیز برخی کارشناسان و دنبالکنندگان فعالیتهای موشکی ایران در فضای مجازی، سروصدای زیادی در مورد رصد تحرکات آزمایش پیشران سوخت جامد در مرکز توسعه موشکی سپاه در شاهرود بهراه انداختند.
این مرکز از سالهای پیش مورد توجه کارشناسان خارجی بوده و آن را محل آزمایش موشکهای سوخت جامد رده بزرگ سپاه میدانستند. طبق آنچه در برخی صفحات در فضای مجازی منتشر شده، آثار دستکم ۴ آزمایش در تابستان در این مرکز قابل رؤیت است. نتیجهگیری این افراد این بود که سپاه برنامه موشکی سوخت جامد خود را وارد مرحله جدیدی کرده است.
تصاویر ماهوارهای منتشرشده توسط یک منبع اسرائیلی از محل آزمایشهای سوخت جامد سپاه در شاهرود در تابستان ۱۳۹۸
تصویر ماهواره ای از ۵ سکوی افقی آزمایش موتورهای سوخت جامد در مرکز فضایی سپاه؛ اثر آزمایش موتور سوخت جامد در یکی از سکوها در این تصویر مشاهده میشود
تصویر منتشرشده از موتور سوخت جامد مربوط به موشک قائم
نکته مهم اینجاست که این اولین تصویر منتشرشده بهصورت عمومی از موتوری با سوخت جامد و با قطری بسیار بیشتر از موشکهای قبلی است. راکتهای نازعات با قطر ۳۵۶ و ۴۵۰ میلیمتر، راکتهای زلزال و موشکهای خانواده فاتح با قطر حدود ۶۶۰ میلیمتر، در رده بعد موشکهای ذوالفقار و دزفول و سپس موشک سجیل با قطر ۱۲۵۰ میلیمتر بزرگترین راکتها و موشکهای سوخت جامد ایرانی بودند. اما موتور سوخت جامد تصویر فوق که بهنظر قطری در حدود ۲۵۰۰ میلیمتر دارد بسیار بزرگتر از نمونههای قبلی است.
موشک سوخت جامد دومرحلهای سجیل با قطر ۱.۲۵متر
مقایسه ابعاد موشکهای بالستیک و فضایی عمودپرتاب ایرانی (تمام اعداد بر حسب متر هستند)
بهعلاوه با توجه به طول موتور فوق، این موتور قطعاً مربوط به «مرحله اول موشک قائم» (بهدلیل اعلام قبلی ابعاد این مرحله) یا سایر موشکهای بالستیک شلیکشونده از پرتابگرهای مستقر در خشکی که میتوانند از آن بهره ببرند نیست زیرا در مرحله اول که موشک در ارتفاع و سرعت صفر قرار دارد و باید از جو غلیظ عبور کند، نیاز به پیشران با قدرت کافی است که معمولاً دارای طول بالای ۱۰ متر هستند، در نتیجه موتور سوخت جامد مشاهدهشده در روزهای اخیر مربوط به مراحل بالاتر و احتمالاً مرحله سوم یا چهارم موشک قائم چهارمرحلهای است.
نکته دیگر اینجاست که قطر اعلامشده برای مرحله اول موشک چهارمرحلهای قائم ــ یعنی ۳.۵ متر ــ با قطر قابل تشخیص موتور فوق اختلاف قابل توجهی دارد، این نشان میدهد که موشک جدید دارای تغییر قطر در مراحل خود است.
در نتیجه، ابعاد بزرگ موشک قائم برای حملونقل و پرتاب موشک نیز نیاز به خودرو و سکوی پرتاب جدید با مشخصات منحصر به فرد و متناسب با آن وجود دارد که با توجه به تجربیات کشورمان در توسعه تجهیزات زمینی متناسب با رشد ابعاد موشکها این موارد نیز قطعاً بهصورت بومی قابل تحقق است. تاکنون برای انواع موشکهای بالستیک و ماهوارهبرها، پرتابگرهای بومی توسعهیافته در معرض دید قرار داده شدهاند.
از طرف دیگر، موشک قائم به سکوی پرتاب بزرگ و ویژهای هم نیاز دارد. برخی رسانههای خارجی تصاویر ماهوارهای از منطقهای اطراف شاهرود منتشر کردهاند که در آن، پایگاه توسعه موشکهای فضایی سپاه مشاهده میشود. در این پایگاه سکوی پرتاب بزرگی مشابه انواع مورد استفاده برای موشکهای ماهوارهبر بزرگ خارجی با یک کانال بتنی بزرگ و طولانی جهت هدایت گازهای حاصل از شلیک موشک دیده میشود.
سکوی پرتاب در سمت راست و گوشه پائین تصویر فوق مشاهده میشود
تصویر سکوی پرتاب در پایگاه فضایی فوق
باید در نظر داشت تمام مطالب گفتهشده در مورد طراحی و ساخت موتور سوخت جامد بهعلاوه مواردی همچون طراحی نحوه اتصال مراحل، پیچیدگیهای فرایند جدایش و مکانیزمهای آن، موتورهای ترمزی سوخت جامد در هر مرحله، استارت ایمن موتور هر مرحله و سایر فرایندهای وابسته به پرواز هر مرحله باید ۴ مرتبه طی مأموریت تکرار شوند تا محموله نهایی وظیفه خود را انجام دهد.
این خود از مهمترین جنبههای پیچیدگی و دشواریهای پیرامون پرواز چنین موشکی است. طولانی شدن و تکرار این فرایندها رسیدن به قابلیت اطمینان کافی را به یکی از جنبههای مهم عملکرد موشک قائم تبدیل میکند.
همچنین در تمامی طول این فرایندها در سرعتها، شتابها و ارتفاعات مختلف، موشک باید ارتباط دائمی با ایستگاه زمینی داشته و تحت نظارت باشد، بنابراین، پرواز موشک قائم را باید حاصل صحت کار در تمامی موارد پیشگفته دانست. آزمایشهای متعدد تابستان سال ۱۳۹۸ نیز مؤید تأکید متخصصان و مدیران پروژههای موشکی سپاه بر رسیدن به قابلیت اطمینان لازم است.
بنا بر اطلاعات موجود، شهید طهرانی مقدم در زمان حیات خود مراحل مختلف این موشک را بهطور کامل و موفق آزمایش کرده بود که در ایام نزدیک به آزمایش نهایی، بههمراه یاران سختکوش خود به شهادت رسید.
بهگواه متخصصان مختلفی که با شهید طهرانی مقدم کار کردهاند، ایشان با وجود پذیرش ریسکهای فوقالعاده بالا طی دوران جهاد علمی خود همواره به رعایت مسائل فنی و روشهای علمی در تحلیل، طراحی و آزمایش تأکید داشته است.
کار روی راکتهای سوخت جامد در ایران از جایی شروع شد که سوخت جامدهای اولیه بهدلیل عدم پایداری شیمیایی از مدتها قبل از پرتاب قابل قراردادن در راکت نبود بلکه راکت باید در زمان نزدیک به پرتاب آمادهسازی میشد.
این مسیر اگرچه در ابتدا با سختیها و شکستهایی مواجه بود، اما در حدود یک دهه بعد به راکتهای سوخت جامد با قابلیت اطمینان بالا و برد چند صد کیلومتر منجر شده و کمی بعد نیز موشکهای سوخت جامد هدایتشونده دقیق اما کوتاهبرد فاتحــ۱۱۰ به ثمر نشست.
در گام بعدی، موشکهای دوربرد با سوخت جامد و ۲مرحلهای سجیل در یکی از طولانیترین پروژههای موشکی ایران به ثمر نشست و امروز نیز موشک سوخت جامد چندمرحلهای با قابلیت تزریق محموله به مدار ۱۰۰۰کیلومتری به داشتههای علمی و فنی این سرزمین افزوده شده است.
ناگفته پیداست که در صورت عزم جدی مسئولین در حمایت از این راه، بهزودی شاهد به ثمر نشستن تلاشهای انجامشده در طول ۳۵ سال گذشته از ۲۱ اسفند ماه ۱۳۶۳ یعنی زمان شلیک اولین موشک اسکاد از ایران تا به امروز خواهیم بود.
۲۱۷۲۱۷
