«فتاح» و «خیبرشکن»؛ تیرهای غیب بر سر سپرهای موشکی / گزارش تحلیلی تسنیم از موشک هایپرسونیک ایرانی

به گزارش خبرنگار دفاعی خبرگزاری تسنیم، خبر دستیابی متخصصان کشور به سرجنگی پیشرفته ابرصوتی یا هایپرسونیک توسط سردار حاجی زاده که در آبان ماه سال 1401 اعلام شده بود از همان موقع از سوی آمریکایی‌ها با تردید همراه شد. بدیهی بود که رسیدن ایران به این نقطه از فناوری موشکی از جهات مختلف برای آنها دردآور است و شاید از این رو بود که با وجود درک مستقیم فناوری موشکی ایران در حمله به پایگاه آمریکایی عین الاسد باز هم به دنبال ایجاد شک و شبهه در رسیدن ایران به موشک هایپرسونیک بودند.

در این گزارش مروری بر جنبه‌های ارزشمند تسلیحات هایپرسونیک خواهیم داشت:

***

به طور کلی، زمینه تسلیحات ابرصوتی یا هایپرسونیک که به علت پرواز در رژیم سرعتی بیش از 5 برابر سرعت صوت یا رژیم هایپرسونیک به این نام خوانده می‌شوند در حال حاضر یکی از مهمترین محورهای رقابت فناورانه قدرتهای بزرگ برای توسعه تسلیحات تغییر دهنده سرنوشت نبرد است.

از این رو فکر اینکه ایران به چنین سلاحی دست پیدا کند آن هم با تولید داخلی و نه وابسته به روسیه و چین و اینکه ایران می‌تواند این نوع سرجنگی را احتمالاً روی هر موشکی سوار کند یا با سرعت متناسب با موشک‌های دیگر را توسعه دهد برای آمریکایی‌ها ضربه راهبردی بسیار سنگینی محسوب می‌شود.

از سوی دیگر عملیاتی شدن این سلاح در ایران به معنی بی اثر شدن تمام انواع سامانه‌های دفاع موشکی فعلی آمریکا و ارتقاءهای در دست انجام روی آنها هم هست. این به معنی به هم خوردن بازار تسلیحاتی پر سود آمریکا از بابت فروش این سامانه‌های پدافندی به کشورهای در سودای رقابت و دشمنی با ایران هم هست.

آمارها نشان می‌دهد که آمریکا این سامانه‌های پدافندی را با قیمت چند برابر به کشورهای منطقه می‌فروشد و از این پس و با بی دفاع شدن به علت سلاح جدید سپاه، بازار آمریکایی‌ها در حوزه پدافند موشکی در این منطقه، از رونق فعلی می‌افتد.

* برخاستن ققنوس آلمانی از دل فناوری‌های جدید

تاریخ فناوری‌های دفاعی نشان می‌دهد که بسیاری از ایده‌های مهم تسلیحاتی که برخی امروزه هم در حال توسعه هستند، ریشه در طراحی‌ها و ابتکارات فنی متخصصان آلمانی دارد. اینکه چطور نسلی پرورش یافت که در ایده پردازی و طراحی، حد و مرزی برای خود متصور نبود، خود درس بزرگی است اما قرار گرفتن این عرصه در اختیار فردی همچون هیتلر به نتایجی ختم شد که امروزه بخشی از تاریخ است.

ایده بمباران دشمن توسط یک وسیله پروازی با سرعت 17 برابر سرعت صوت یا 17 ماخ با ارتفاع پروازی 90 مایلی یا 144 کیلومتری، به دهه 1930 بازمی‌گردد اما در آن زمان طراحی آلمانی‌ها به نام Silbervogel به علت موانع متعدد فناورانه متوقف ماند.

بعد از پایان جنگ جهانی دوم، این ایده و اسناد علمی آن توسط طرفهای پیروز جنگ به شکلهای مختلفی پیگیری شد. در دهه 1960 در شوروی ایده بمباران زیرمداری برای یک سلاح که توسط موشک بالستیک به فراتر از جو غلیظ برده می‌شود، مطرح شد اما در آن مقطع هم به دلایلی طرح به نتیجه عملیاتی نرسید.

اما با توسعه فناوری‌های جدید خصوصاً در عرصه پیشرانش و عایق‌های حرارتی و کنترل وسایل پروازی سرعت بالا، اغلب گلوگاه‌ها برای توسعه تسلیحات فوق سریع اما هدایت شونده برداشته شد.

همانطور که در گزارش قبلی ذکر شد، موشک‌های بالستیک قبلاً هم به سرعت پروازی ابرصوت یا هایپرسونیک به ماخ بالای 5 و بیشتر از آن اطلاق می‌شود، رسیده بودند.

همچنین قابلیت هدایت کلاهک جداشونده موشک‌های بالستیک یا MaRV هم توسط قدرت‌های بزرگ موشکی کسب شده بود. اما ترکیب هدایت پیشرفته روی مسیرهای پروازی نامشخص برای سرجنگی‌های بالستیک در دهه‌های اخیر و آن هم توسط کشورهایی که باید بر سپر دفاع موشکی غلبه می‌کردند، بیشتر توسعه داده شد.

* تسلیحات ابرصوتی امروزی

به طور کلی آنچه در دسته تسلیحات ابرصوتی یا هایپرسونیک بیشتر مورد توجه است، شامل موشکهای کروز هایپرسونیک مانند X-51 آمریکایی و کلاهک‌های سرشی یا گلایدری هایپرسونیک مانند آوانگارد روسی و DF/ZF یا همان DF-17 چینی است.

یک نوع دیگر از این تسلیحات نمونه‌های هواپرتاب هستند که کینژال روسی که از جنگنده میگ -31 پرتاب می‌شود مثال بارز آن است. مثال دیگر این دسته، AGM-183a آمریکایی است که از بمب افکن سنگین بی -52 شلیک می‌شود.

کلاهک‌های هایپرسونیک در انواع سرشی می‌توانند روی حامل‌های بالستیک مانند موشکهای بالستیک برد کوتاه تا متوسط و قاره پیما نصب شوند و بسته به طراحی مأموریتی، صدها کیلومتر به بردی که سرجنگی معمولی آن موشک‌ها می‌توانست برسد اضافه کنند.

سلاح زیرکان روسی و HGV2 آمریکا و DF-17 چین از این دسته هستند. اما فتاح ایرانی به جای رفتن به سمت و سوی طراحی سرشی یا گلایدری این نمونه‌ها، طراحی مخروطی را در بدنه خود برگزیده است.

علت این امر افت سرعت بالاتری است که در جو غلیظ برای نمونه‌های سرشی رخ می‌دهد و امکان مقابله با آنها را برای سامانه‌های دفاع موشکی کمی حفظ می‌کند.

در عوض طراحی فتاح و نیز سرجنگی خرمشهر4 که آن هم سرعت هایپرسونیک دارد به گونه‌ای است که کمترین افت سرعت ناشی از شکل و طراحی بدنه را به دنبال داشته باشد و در نتیجه فرصتی به سامانه‌های دفاع موشکی برای مقابله ندهد.

مقایسه پیکربندی موشک کروز ابرصوتی با سلاح سرشی ابرصوتی

میتوان گفت امروزه روس‌ها گوی سبقت را در تنوع این تسلیحات از سایر قدرتها ربوده‌اند. روسیه خانواده‌ای 6 عضوی از تسلیحات هایپرسونیک را توسعه داده که هواپرتاب، کشتی / زیردریایی پرتاب و سوار بر حامل بالستیک هستند.

آوانگارد به عنوان محصولی با سرعت 20 تا 27 ماخ و قابل نصب روی چندین نوع موشک بالستیک سنگین و دارای جرم 2 تن و طول 5.4 متر با پشت سر گذاشتن چندین آزمایش از سال 2019 وارد خدمت عملیاتی شده است.

موشک کینژال هم به عنوان محصول هواپرتاب با برد بیش از 2000 کیلومتر و سرعت 10 تا 12 ماخ و سرجنگی 500 کیلوگرمی عملیاتی شده است که در جنگ اوکراین هم توسط روسها استفاده شده است. ادعاهایی که در مورد انهدام یک یا چند تیر از موشک‌های کینژال توسط سامانه‌های آمریکایی پاتریوت مستقر در اوکراین مطرح می‌شود نشان می‌دهد که سرمایه گذاری طراحان فتاح برای حفظ حداکثر سرعت در فاز نهایی بسیار به جا و صحیح بوده است.

موشک روسی کینژال زیر بدنه میگ31

در سوی دیگر، آمریکا علاوه بر کار روی کروزهای ابرصوتی یا هایپرسونیک که معمولاً از موتورهای اسکرمجت (رمجت عمل کننده در سرعت سوپرسونیک یا فراصوت) استفاده می‌کنند در حال آزمایش و توسعه نمونه پرواز سرشی خود با سرعت 20 ماخ است با این ایده که ارتش تروریستی آمریکا بتواند در یک ساعت به هر نقطه‌ای از دنیا که خواست حمله کند؛ آزمایشهای این وسیله در نسخه زمین پرتاب چندین شکست را تجربه کرد و در نسخه هواپرتاب بعد از چندین شکست در زمینه‌های مختلف راکت حامل، در اواخر سال 2022 بالأخره ادعا شد که موفق بوده اما اسناد تصویری از آن منتشر نشد.

موشک کروز ابرصوتی X-51 آمریکایی

نمونه مورد اشاره چینی هم طبق اخبار موجود از 2019 عملیاتی شده و بسته به اینکه روی چه حاملی نصب شود، به بردهای چند صد تا چند هزار کیلومتر می‌رسد و به طور کلی 50 درصد نسبت به برد سرجنگی مرسوم حامل مذکور افزایش را نشان می‌دهد. چینی‌ها هم مدعی هستند که علاوه بر نمونه مذکور، نمونه‌ای دیگر با سرعت 21هزار مایل بر ساعت یا بیش از 30 ماخ را ساخته‌اند. برخی منابع غربی معتقدند این نمونه قابلیت حمله زیرمداری را داشته و می‌تواند با گردش به دور کره زمین از هر سمتی به هدف خود حمله کند.

سه نمونه مطرح از تسلیحات ابرصوتی چین و روسیه و آمریکا

اطلاعاتی از آزمایش یک وسیله زیرمداری دوربرد توسط چینی‌ها وجود دارد که توسط خودشان به حامل سرنشین دار و توسط آمریکا به موشک ابرصوتی یا هایپرسونیک زیرمداری نسبت داده می‌شود.

یکی از دلایل مهم پیشرفت جهشی چین در این زمینه، ابررایانه‌های کم نظیر چین بوده که عامل پیشرفت بسیار سریع در طراحی و تحلیل و شبیه سازی تسلیحات هایپرسونیک محسوب می‌شود.

در صورت عملیاتی شدن موشک ابرصوتی مورد بحث، چین عملاً گوی سبقت را از آمریکا در زمینه قابلیت حمله برق آسای جهانی ربوده است.

بازیگران دیگری هم در حال ورود به عرصه تسلیحات ابرصوتی هستند که شامل هند و کره شمالی است. کره شمالی در سالهای اخیر یک کلاهک سرشی نصب شونده روی موشک بالستیک را به نمایش گذاشت که شباهتهای زیادی به DF-17 چینی دارد. هندی‌ها هم که در فناوری موشکی سابقه دار هستند محصولی با نام HGV-202F در دست توسعه دارد که جرم 1.5 تن با محموله جنگی 300 کیلوگرم و برد 5500 کیلومتر و سرعت 20 تا 21 ماخ عنوان شده است.

سلاح سرشی ابرصوتی DF-17 چین

* دشواری‌های طراحی و ساخت سلاح ابرصوتی

یکی از مهمترین مزیتهای این نوع تسلیحات که امکان اجرای مانورهای پروازی مختلفی را روی مسیرهای غیرقابل پیش بینی دارند این است که هم کار کشف و همچنین ردگیری را برای سامانه‌های دفاعی دشمن چه رادارهای سطحی و فرا افق نگر و چه ماهواره‌های شناسایی بسیار سخت می‌کند.

در نهایت سرعت پروازی بسیار بالای این کلاهک‌ها سبب مشکلات برای سپرهای دفاع موشکی دشمن در مقابله با آنها می‌شود. همچنین به واسطه سرعت بالای این سلاح‌ها، اثر تخریبی و نفوذ در سازه هدف هم در سطح بالایی محقق می‌شود.

اما پرواز در سرعت‌های ابرصوت یا هایپرسونیک چه مشکلات فنی ایجاد می‌کند؟

برجسته‌ترین مورد، حرارت بسیار بالای ایجاد شونده روی سطح وسیله است. هرچند مقدار این حرارت نسبت به برخی از موشکهای بالستیک قاره پیما ممکن است کمتر باشد اما در مدت بسیار طولانی‌تری این حرارت باید تحمل شود.

حرارت مذکور که به بالای 2000 درجه سلسیوس هم می‌رسد سبب ایجاد شکل چهارم ماده یعنی پلاسما می‌شود. پلاسما که نه گاز و نه جامد و نه مایع است سبب بروز مشکلات ارتباطی از طریق امواج الکترومغناطیس بین وسیله پروازی با محیط اطراف هم می‌شود هرچند که به نوعی سبب پنهانکاری راداری هم می‌شود.

لازم به ذکر است که در مرحله طراحی وسایل پروازی ابرصوتی ظرافتهای بسیاری باید لحاظ شود. از سویی شکل ظاهری وسیله باید دارای بهترین نسبت برآ به پسا در رژیم پروازی سرعت بالا و جریان رقیق ارتفاعات بالای جو باشد. از سوی دیگر شکل دماغه و بخشهای در معرض مستقیم جریان باید از نظر شعاع انحنا به گونه‌ای باشد که اثرات مخرب گرمایش آیرودینامیکی به کمترین حد ممکن برسد.

همچنین کمینه شدن نیروی پسا در بخش اعظم مسیر پروازی برای رسیدن به بیشترین برد هم باید لحاظ شود.

پژوهشهای انجام شده نشان می‌دهد که برخی تغییرات جزئی می‌تواند 10 تا 40 درصد در مقادیر ضرایب آیرودینامیکی مؤثر باشد، در نتیجه حجم بالایی از پژوهش روی شکلهای مختلف و جزئیات آنها از زوایای مختلف خطوط بدنه گرفته تا نسبتهای حجمی بدنه مورد نیاز است.

اینها در حالی است که فیزیک جریان ابرصوتی و روشهای تحلیل و شبیه سازی آن هم با جریانهای فروصوت و فراصوت دارای تفاوتهایی بوده و دشواری‌های خاص خود را دارد. وضعیت متفاوت جریان هوای اطراف از نظر یونیزه شدن و تغییر خواص، عدم امکان آزمایش آن در سرعتهای بسیار بالا روی زمین و نیاز به شبیه سازی‌های رایانه‌ای و حل معادلات با روشهای عددی متفاوت، حساسیت بسیار بالا از جهت تداخل امواج شوک و لایه مرزی از جمله مشکلات طراحی پرتابه های ابرصوتی از نظر آیرودینامیکی است.

اگر پرتابه دارای موتور هواتنفسی مانند اسکرمجت باشد دشواری‌های علمی و فنی متعدد دیگری به فرایند طراحی اضافه می‌شود. هدایت و کنترل چنین پرتابه‌هایی هم مشکلات خاص خود را دارد.

چگونگی طراحی عملگرها، محاسبه بسیار دقیق ضرایب استاتیکی و دینامیکی و مشتقات پایداری و کنترلی در فاز طراحی و در مرحله عملی، پیاده سازی کنترل و عملگرهای مکانیکی یا هیدرولیکی و الکتریکی یا عملگرهایی از نوع رانشگر گازی برای کنترل دقیق و سریع وسیله از سایر پیچیدگی های فنی تسلیحات ابرصوتی هستند.

راهکارهای مهندسی متعددی برای غلبه بر گرمایش آیرودینامیکی که البته در جو زمین رخ می‌دهد و هرچه ارتفاع پروازی کمتر شود، بیشتر خود را نشان می‌دهد، وجود دارد. از استفاده از مواد سرامیکی گرفته تا فیبرکربنهای پیشرفته. اما آیا این حرارت بالا منجر به مشهود شدن سلاح هایپرسونیک در دید دشمن هم می‌شود؟

هرچند به صورت تئوری پاسخ این سوال مثبت است اما به گفته کارشناسان تسلیحاتی رادارهای ماورای افق و ماهواره‌های شناسایی فعلی دارای حسگرهای حرارتی برای ردگیری موشکهای بالستیک بهینه شده‌اند و برای رسیدن به امکان ردیابی قابل اطمینان سرجنگی‌های سرشی نیاز به ارتقاهای مختلفی دارند. تمرکز روی الگوریتمهای حرارتی پیشران موشک بالستیک و کشف آثار ماندگار آن در جو از جمله این موارد است.

این در حالی است که اصل نداشتن مسیر حرکت مشخص برای سرجنگی‌های ابرصوتی، همچنان کار را برای سامانه‌ها و موشک‌های رهگیر دشوار می‌کند.

در اینجا صحبت از مانورهای موضعی و گردشهای تند در زوایای بسته نیست بلکه صحبت از تغییر مسیرهای عمده با زوایای متنوع است که الگوریتم‌های جستجو و پیش بینی را دچار چالش می‌کند.

* فتاح ایرانی

بالاخره با گذشت چند ماه از اعلام اولین خبر، سلاح ابرصوتی یا هایپرسونیک ایرانی هم رونمایی شد. نیروی هوافضای سپاه که یگان موشکی آن به واسطه تلاش‌های خالصانه رزمندگان آن همچون سرلشکر شهید حسن طهرانی مقدم و یاران شهیدش و سایر جهادگران این یگان بار بزرگی از بازدارندگی در برابر دشمنان ایران اسلامی را به دوش می‌کشد امروز به جرگه بازیگران بسیار محدود در لبه فناوری موشکی دنیا پیوسته است.

موشک هایپرسونیک مانوردهنده فتاح

فتاح در واقع یک موشک دو مرحله‌ای است که مرحله اول آن مشابه موشک خیبرشکن بوده و از سوخت جامد ترکیبی پیشرفته برخوردار است.

سپاه چندین سال است که به فناوری ساخت موتورهای سوخت جامد با عایق و بدنه فیبرکربن و نیز امکان استفاده از فیبرکربن در بدنه بیرونی خود موشک دست یافته است.

مرحله دوم موشک فتاح که همان سرجنگی ابرصوتی است به خودی خود یک موشک کامل به شمار می‌رود زیرا علاوه بر مواد انفجاری و سامانه‌های هدایت و کنترل و ناوبری، دارای یک پیشران سوخت جامد هم هست.

مرحله دوم موشک فتاح که به خودی خود یک موشک کامل است

در مرحله دوم فتاح از یک موتور سوخت جامد کروی استفاده شده که دارای نازل متحرک برای کنترل راستای نیروی رانش است.

این فناوری یعنی نازل متحرک هم در سالهای اخیر توسط متخصصان سپاه به صورت عملیاتی درآمده و امکان کنترل مسیر موشک را به صورتی بهینه‌تر از روش‌های قبلی کنترل بردار رانش که شامل نصب بالک در دهانه خروجی موتور بود به دست می‌دهد.

وجود کنترل بردار رانش سبب می‌شود تا فتاح بتواند در جو رقیق که بالکهای کنترلی کارایی ندارد، به تغییر مسیر بپردازد.

این در حالی است که در خیبرشکن، سرجنگی فقط در جو غلیظ به واسطه بالکها امکان تصحیح مسیر روی مدار بالستیکی خود را بدون امکان اجرای مانورهای سنگین داشت.

موشک سوخت جامد خیبرشکن

به واسطه داشتن پیشران در مرحله دوم، فتاح می‌تواند نسبت به لحظه جدایش از موتور مرحله اول، بازهم افزایش سرعت داشته باشد که مقدار آن بین 13 تا 15 برابر سرعت صوت اعلام شده و هم انرژی کافی برای حفظ سرعت در ادامه اجرای مانورهای گمراه کننده در مسیرهای غیرقابل پیش بینی را تأمین کند.

موتور سوخت جامد کروی مورد استفاده در مرحله دوم فتاح

با این مانورها و خروج از مسیر بالستیکی طی شده توسط پیشران مرحله اول از ابتدای شلیک از سطح زمین، دیگر کار ردگیری سرجنگی برای حسگرهای مختلف دشمن بسیار سخت می‌شود.

در جو غلیظ هم مرحله دوم فتاح که طول آن 3 متر و 60 سانتیمتر اعلام شده هم به واسطه کنترل بردار رانش و هم به واسطه داشتن بالکهای کنترلی امکان تغییر مسیر و نیز تأمین دقت نقطه زنی را در کنار سامانه هدایت خواهد داشت.

بالکهای کنترلی روی مرحله دوم فتاح

* فتاح از نسل خیبرشکن

بخش سرجنگی فتاح به واسطه طراحی خود طبعاً قابلیت بالقوه نصب روی موشکهای مختلفی را دارد اما اینکه در وهله اول نسل جدید سوخت جامدهای تاکتیکی ایران یعنی خیبرشکن به عنوان یک موشک سوخت جامد و واکنش سریع و اسرائیل زن برای حمل فتاح انتخاب شده خود پیامهای خاصی به طرفهای خارجی دارد.

خیبرشکن از زمان رونمایی خود در سال 1400 همچون سجیل در دهه‌های 1380 و 1390 در کانون تحلیلهای مختلف کارشناسان خارجی بخصوص صهیونیستها قرار داشته است.

این موشک با برد 1450 کیلومتر و قابلیت حمل کلاهک معمول 500 تا 650 کیلوگرمی با ساختار طراحی سه مخروطی یکی از مهمترین ابزارهای ایران در واکنش سریع به دشمن و نسلی جدید و برتر از خانواده موشکهای فاتح -110 است. حال با ترکیب شدن سرجنگی هایپرسونیک مجهز به پیشران و خیبرشکن عملاً موشکی دو مرحله ای پدید آمده است.

مقایسه دو موشک خیبرشکن و فتاح که در پیشران اول و بالکهای پایدارساز انتهایی مشابه هستند

تا پیش از این هم شتاب بسیار بالای سوخت جامد خیبرشکن ردگیری شدنش را برای دشمن سخت کرده بود اما با جایگزین شدن سرجنگی جدید به جای سرجنگی معمول آن، فتاح شکل گرفته از خیبرشکن به تازیانه‌ای ناپیدا برای سپرهای موشکی دشمن و هر هدف راهبردی در شعاع قابل توجه 1400 کیلومتر تبدیل می‌شود.

فتاح و خیبرشکن به واسطه داشتن سوخت جامد، نیاز به آماده سازی زمانبری پیش از پرتاب نداشته و در مدت بسیار کوتاه چند دقیقه‌ای آماده شلیک می‌شوند.

در نتیجه هم به واسطه این موضوع و هم شتاب بسیار بالای اوجگیری آن، فرصت ردگیری شدن فتاح تا پیش از رسیدن به سرعت پروازی بالا، بسیار کم است. در این مرحله هم با جدا شدن سرجنگی، همه دشواری‌های ذکر شده در مواجهه با سرجنگی ابرصوتی یا هایپرسونیک پیش روی دشمن قرار خواهد گرفت.

فتاح ایرانی که کلید گشایش سپرهای موشکی دشمن است، استوار شده بر موتور قدرتمند موشک خیبرشکن تیر مرگباری به هیمنه دشمنی است که ضعفهای خود را پشت ماشین تبلیغاتی حرفه‌ای و پرسروصدایش مخفی کرده است.

همانطور که دقت موشکهای ایرانی در اصابت به پایگاه عین الأسد و چند عملیات دیگر در سوریه و عراق نشان داده شد، این بار فتاح هم ارزش‌های راهبردی دیگری را به مجموعه توان نظامی کشور افزوده که آن را به طراز بالاتری در دنیا ارتقاء می‌دهد.

در آینده فتاح در صف اول یورش به دشمنان و با هدف اصلی از بین بردن سامانه‌های دفاع موشکی دشمن به کار گرفته خواهد شد. با این رویکرد یعنی از دور خارج کردن دفاع موشکی دشمن راه برای حمله پرتعداد سایر موشکها به طور ایمن از خطر رهگیری و نابودی باز شده و به واسطه دقت نقطه زنی و سرعت عملکرد بالا دشمن در زمان کوتاهی بازوهای اصلی قدرت خود را از دست می‌دهد.

توسعه مسیر تسلیحات هایپرسونیک در ایران قطعاً همچون سایر مؤلفه‌های بازدارنگی نظامی کشور متوقف به فتاح نخواهد بود و فتاح علاوه بر باز کردن راه برای سایر تسلیحات ایران در روز واقعه، راه جدیدی را برای توسعه توان نظامی کشور در باشگاه بسیار خاص دارندگان تسلیحات ابرصوتی یا هایپرسونیک هم باز خواهد کرد.