كتب design and how it works

إنّ تصميم صاروخ باليستي يشبه تماماً تصميم الصواريخ الفضائية. على سبيل المثال، تمّ تصميم الصاروخ الفضائي ميركوري-ريدستون (الولايات المتحدة، 1961) الذي حمل أوّل رائد فضاء أمريكي إلى الفضاء اعتماداً على تصاميم صواريخ فاو-2 كما أن الصاروخ الروسي زيميوركا الذي أطلق القمر الروسي التجريبي سبوتنيك 1 سنة 1957 والذي تستعمل أحدث نسخه حتى يومنا هذا لصواريخ سويوز هو في الأصل صاروخ باليستي عابر للقارات.

يتكوّن الصاروخ من طبقات موضوعة فوق بعضها البعض. يحتوي الطابق الأخير على الحمولة، وهي عادة ما تكون قنبلة أو عدّة قنابل أو نظم توجيه وتصويب.

أمّا الطبقات السفليّة فهي طبقات دفع. وتحتوي على خليط من الموادّ - يسمّى بروبرغول - يُحدث تفاعلها كميّة كبيرة جدّاً من الطاقة. كما تحتوي هذه الطبقات على محرّك نفّاث يوجّه هذا التفاعل لضمان دفع الصاروخ.

مراحل الطّيران والمسار

يخترق مسار الصّواريخ الباليستية الغلاف الجويّ ويمرّ عبر الفضاء - الذي ضبطت حدوده بالاتّفاق بـ 100 كم من الارتفاع - ولكنّها لا تصل إلى سرعة كافية لتبقى في الفضاء. نتحدّث هنا عن "مسار تحت-مداري". السرعة القصوى للصواريخ الباليستية متغيّرة وتختلف حسب مداها. تصل سرعة صاروخ فاو-2 القصوى، والذي يبلغ مداه 320 كم، إلى 1.6 كم/ث، بينما تصل سرعة الصواريخ الحديثة العابرة للقارّات، والتي يبلغ مداها 10000 كم، إلى 7 كم/ث. تبلغ السرعة الضرورية لوضع الأجسام في مدار قمريّ نحو 8 كم/ث.

في المقابل، تصل الصّواريخ الباليستية إلى ارتفاعات كبيرة نظراً للشكل الإهليجي لمسارها. على سبيل المثال، يرتفع الصاروخ الباليستي الحديث إلى ما يقارب 1200 كم نظراً لمساره وهو ارتفاع أعلى بكثير من ارتفاع المحطّة الفضائية الدوليّة التي لا يتعدّى علوّ مسارها الـ 350 كم.

ينقسم مسار الصاروخ الباليستي إلى ثلاث مراحل مختلفة.

1. مرحلة الدفع. تبدأ هذه المرحلة لحظة تشغيل أوّل محرّك وتتواصل حتّى استهلاك كامل كميّة البروبرغول. خلال هذه المرحلة يُحصّل الصاروخ الطاقة الحركيّة اللاّزمة ليصل هدفه. مدّة هذه المرحلة عادة ما تكون قصيرة نسبيّاً مقارنة بمدّة الطّيران.
2. مرحلة الطيران الباليستي. تكون هذه المرحلة في الفضاء وتُمثّل أطول مرحلة في المسار، خاصّة بالنّسبة للصواريخ ذات المدى البعيد. غياب الدفع في هذه المرحلة يعني أنّ مسار الرحلة قد تحدّد بشكل كامل في نهاية المرحلة السابقة.
3. مرحلة الدخول في الغلاف الجوي. تختلف هذه المرحلة عن المرحلة السابقة بوجود الاحتكاك بين الهواء والصّاروخ. يُبطّئ هذا الاحتكاك الصّاروخ ويجعله أقلّ توازناً (بسبب الرّياح والاضطرابات الجويّة) ويُولّد كميّة كبيرة جدّاً من الطاقة الحراريّة.

هذه المراحل الثلاثة موجودة في مسارات كلّ الصّواريخ، سواء كانت ذات مدى قصير جدّاً أو عابرة للقارّات. تختلف المدّة الكاملة للرحلة ومدّة كلّ مرحلة حسب الصّاروخ. مثلاً، يقوم صاروخ فاو-2 بمساره في مدّة 5 دقائق و30 ثانية، 60 ثانية منها خلال مرحلة الدفع. يصل هذا الصّاروخ إلى الفضاء لكنّ معظم مساره يكون داخل الغلاف الجويّ. تحلّق الصواريخ الباليستية الحديثة أكثر من 30 دقيقة، 3 دقائق منها خلال مرحلة الدفع ودقيقتان خلال مرحلة دخول الغلاف الجويّ.

مثال: وصف مراحل طيران الصّاروخ مينيتمان 3 (Minuteman III)

بحلول عام 2009 أصبح الصاروخ LGM-30 Minuteman III هو الصاروخ الوحيد العابر للقارات الممركز على الأرض المستخدم من قبل الولايات المتّحدة. تصميمه يعود لسنة 1970، لكنّ عدّة نظم حسّاسة داخله تمّ تحديثها منذ ذلك الوقت. يوجد 450 صاروخ من هذا النوع في الخدمة اليوم.

يصل مدى هذا الصاروخ لـ 10000 كم ويستطيع حمل ثلاث قنابل هيدروجينية على الرّغم من أنّ هذا العدد تمّ تخفيضه لواحدة فقط طبقاً لمعاهدة ستارت 2.

1. محرّك الطّبقة أ يتمّ تشغيله بينما لا يزال الصّاروخ داخل القاعدة. غشاء خاصّ يحميه من الطاقة الحرارية الكبيرة المنبعثة من محرّكاتها نفسها.
2. خلال مرحلة دفع المحرّك أ، يُحدّد مسار الصّاروخ بالتحكّم بتوجيه فوّهة إخراج المحرّك. بعد دقيقة واحدة، ينفذ البروبرغول من الطبقة أ وتنطفئ. يتمّ حينها التخلّص من هذا الطّابق عن طريق تفجير بعض المتفجّرات التي تقطع الرّابط بين الطّابق أ والطّابق ب.
3. يُشغّل المحرك ب ويُسرّع الصاروخ. بعد دقيقة واحدة، أي بعد دقيقتين من الانطلاق، يفرغ المحرّك ب من البروبرغول وينطفئ ليتم التخلّص منه هو الآخر.
4. في النهاية، يعطي المحرّك ج طاقته للصاروخ ويتم التخلّص منه بعد دقيقة أخرى حين يفرغ من البروبرغول. تكون سرعة الصّاروخ حينها قريبة من 7 كم/ث.
5. يُواصل الطّابق الأخير الذي يحتوي على الحمولة طريقه نحو الهدف بشكل باليستي تماماً. يكون الصّاروخ في هذه اللحظة قد اخترق الغلاف الجوّي ممّا يسمح له بنشر أضواء مموّهة حوله حتّى لا يسمح للرادارات بمعرفة مساره (وبالتالي هدفه) بدقّة أو ليخدع النظم المضادّة للصواريخ.
6. بعد 30 دقيقة من الإقلاع، أي قبل الدخول في الغلاف الجوّي بقليل، يعدّل محرّك صغير الطابق العلويّ ويتخلّص من معدّات الدخول واحداً تلو الآخر بحيث لا يكون لأيّ واحد منها مساره الخاصّ.
7. تدخل معدّات الدّخول الغلاف الجويّ ويبطّئ الاحتكاك الهوائي من سرعتها وتطلق المعدّات كميّة كبيرة من الحرارة التي يتمّ التخلّص منها عن طريق درع حراري يتبخّر تدريجيّاً.
8. لحظات قبل الاصطدام، تُفعّل القنابل عن طريق منظومة تتأكّد من أنّ الصاروخ اتّبع مساراً عاديّاً. يتمّ التفجير على الأرض إذا كان الهجوم على هدف محصّن (منصّة إطلاق صواريخ) أو في الهواء إن لم يكن كذلك (منشآت مدنيّة).

التنظيم حسب الطوابق

على الرغم من أنّه قد يُخيّل لنا أنّ اعتماد صاروخ ذو طابق واحد أكثر بساطة فإنّ ذلك ليس فعالأ إذ أنّ الصّاروخ يجب أن يكون أثقل، وبالتالي سيكون أغلى، ليؤدّي نفس المهمّة.

تنخفض كتلة الصّاروخ تدريجياً باستهلاكه البروبرغول. لكن كتلة حاويات الوقود التي تفرغ تدريجياً تبقى ثابتة في الصّواريخ ذات الطّابق الواحد. وبالتالي فإنّ على المحرّك أن يدفع تلك الحاويات الفارغة عديمة الفائدة.

في المقابل، يشتغل كلّ طابق في الصاروخ ذو عدّة طوابق حتّى ينفذ منه الوقود ويتمّ التخلّص منه بعد ذلك ولا تحتاج الطّوابق المتبقيّة لدفع هذه الكتلة الزائدة.

في المقابل، على كلّ طابق أن يحمل محرّكه النفّاث الخاصّ (بسبب التخلّص من المحرّك السّابق)، وهو ما يزيد وزن الصّاروخ عند الإقلاع. لذلك يجب أن يوازن اختيار عدد الطّوابق بين ارتفاع وزن الصّاروخ عند الإقلاع الناتج عن مضاعفة عدد النظم بين الطّوابق وبين التخفيف من حمله عند التخلّص من الحاويات الفارغة. وبالتّالي فإنّ تصميم صاروخ ذو عدّة طوابق أمر أكثر تعقيداً.

لا تستخدم معظم الصّواريخ ذات المدى القصير والمتوسّط عمليّاً إلاّ طابقاً واحداً، بينما تستخدم الصّواريخ ذات المدى البعيد والعابرة للقارّات بين طابقين وأربعة طوابق ذات حجم متناقص.

لا شيء يجبر الصّواريخ على أن تكون طوابقها متراكبة، وهو ما يمنع استعمال محرّك طابق ما حتّى يتمّ التخلّص من الطّابق الذي يسبقه. لكنّ معظم الصّواريخ الباليستية ذات طوابق متراكبة. إنّ هذا الشّكل الممدود للصّواريخ متوافق أكثر مع تنصيبها في منصّات الإطلاق المحصّنة أو في القطارات والشّاحنات. إنّ صاروخ أر-7 الرّوسي وهو جدّ الصّاروخ سويوز الحالي يمثّل خرقاً لهذه القاعدة.

طابق المعدّات

كلّ المعدّات اللاّزمة لعمل الصّاروخ (مثل صورايخ إطلاق الأجهزة الفضائية) مجمّعة في طابق معدّات (Equipment bay): قيادة، توجيه، تغذية كهربائيّة، قياس عن بعد، التحكّم في الحمولة .. إلخ. وكلّ ذلك موجّه عادة عن طريق حاسوب موجود على متن الصّاروخ.