«خرمشهر ۴» نسل جدید بالستیک‌های دوربرد ایرانی

به گزارش بولتن نیوز به نقل از جوان آنلاین، اولین گونه موشک خرمشهر در ۳۱ شهریور ۱۳۹۶ رونمایی شد که از نظر نسلی آخرین محصول معرفی‌شده کشور در رده بالستیک‌های برد بلند است. رونمایی این موشک بازتاب‌های بسیاری در بین تحلیلگران حوزه موشکی در دنیا داشت. موشک جدید ایران، قطر بیشتر و طول کمتری نسبت به سایر موشک‌های ایرانی با برد مشابه داشت و بدون بالک‌های پایدارساز بیرون بدنه طراحی شده بود. این کار لزوم طراحی مجدد، شبیه‌سازی و آزمایش تمام اجزای سازه و بدنه موشک را در بر دارد که با توجه به تجربیات صنایع موشکی وزارت دفاع در طراحی و ساخت موشک‌های نسل شهاب ۳ و گونه‌های مشتق‌شده از آن در یک فرایند مهندسی صورت پذیرفته است. به علاوه در موشک خرمشهر طول کلی نسبت به سایر نمونه‌های نامبرده فوق، به میزان محسوسی کاهش داشته است، زیرا موشک‌های شهاب ۳ و قدر طول حدود ۵/۱۵ متر و بالاتر دارند. به گفته فرمانده نیروی هوافضای سپاه این کاهش طول سبب بهبود قابلیت‌های تاکتیکی برای خرمشهر شده است. در بهمن ۱۳۹۷ و در نمایشگاه دستاورد‌های ۴۰ ساله انقلاب اسلامی در عرصه دفاعی در مصلای تهران اطلاعاتی از موشک خرمشهر ۲ منتشر شد. در بنر نصب‌شده در کنار موشک خرمشهر، گونه‌ای از آن مجهز به سرجنگی دارای بالک کنترلی با قابلیت هدایت تا انتهای مسیر دیده می‌شد که نام خرمشهر ۲ روی آن نقش بسته بود. در ادامه در رژه نیرو‌های مسلح در شهریور ۱۳۹۸ موشک خرمشهر با یک سرجنگی دارای طراحی متفاوت حاضر شد.

ویژگی‌های طراحی

در موشک خرمشهر کاهش طول و در کنار آن افزایش قطر موشک رخ داده که در مجموع سبب کاهش نسبت طول به قطر موشک می‌شود که به آن نسبت باریکی یا Slenderness ratio نیز گفته می‌شود. کاهش این نسبت مزیت‌هایی برای صلبیت بیشتر سازه موشک و کاستن از کمانش‌های موضعی به همراه دارد و در نتیجه می‌توان برای رسیدن به قابلیت‌های سازه‌ای مشخص تا حدودی وزن سازه را نیز کاهش داد یا با همان نسبت وزنی سازه قبلی به سازه‌ای مقاوم‌تر رسید که موشک را در بهبود امکان حمل‌و‌نقل و قابلیت‌های تاکتیکی یاری می‌رساند. نکته مهم دیگری که با نگاهی به منابع علمی می‌توان دریافت، این است که موشکی با نسبت طول به قطر کمتر، برای پرواز در سرعت‌های بالا مناسب‌تر است، البته قطر بیشتر سبب افزایش نیروی پسا نیز می‌شود که با پیشران قوی‌تر قابل جبران است؛ پیشرانی که بدنه بزرگ‌تر موشک خرمشهر جای کافی برای قرار گرفتن آن را دارد. پس از موشک قیام ۱، خرمشهر دومین موشک بالستیک بدون بالک ایرانی بود. تفاوت اصلی ظاهری قیام و خرمشهر با سایر موشک‌های بالستیک بومی در حذف بالک‌های ثابت پایدارساز از انتهای بدنه است. این بالک‌ها که به شکل ذوزنقه قائم‌الزاویه در تمام موشک‌های بالستیک خانواده شهاب، قدر و سجیل دیده می‌شوند، نقش مهمی در ایجاد پایداری موشک دارند، اما در دو موشک مذکور با عدم‌اتکا به بالک‌های فوق، تمام وظیفه ایجاد پایداری به عهده سامانه‌های کنترلی مرتبط با پیشران سوخت مایع موشک گذاشته شده است. حذف بالک‌های پایدارساز مزیت‌هایی از جمله کاهش وزن و بازتاب راداری را به همراه دارد و ذخیره و انبارداری، حمل‌ونقل و بارگذاری موشک را در پرتابگر ساده‌تر می‌کند. این ویژگی به واسطه دستیابی به سطح بالاتری از دانش و فناوری تأمین پایداری و کنترل موشک، تنها به واسطه سامانه کنترل بردار رانش در خروجی موتور حاصل شده است. به این منظور کاهش قابل توجه عوامل بروز خطا در این موشک‌ها از جمله استقرار دقیق موشک روی پرتابگر، بهبود سامانه‌های هدف‌گیری و هدایت و کاهش تلاطم سوخت مایع در مخزن نیز مورد توجه قرار گرفته است. همچنین با توجه به جدید بودن این موشک احتمالاً از فناوری‌های پیشرفته و سامانه‌های تمام دیجیتال در بخش‌های الکترونیکی آن‌ها استفاده شده است.

موتور اروند

در جریان رونمایی از خرمشهر ۴ اعلام شد که این موشک از موتوری متفاوت از نسل شهاب ۳ و با نام اروند بهره می‌برد. قبلاً هم از تصاویر منتشرشده در نمایشگاه اقتدار ۴۰ مشخص شده بود که موشک خرمشهر از پیشران سوخت مایعی متفاوت با نمونه‌های به‌کارگرفته‌شده در موشک‌های نسل شهاب برخوردار است. تفاوت مشهود در بخش خروجی موشک خرمشهر با آن‌ها شامل تفاوت قطر نازل (خروجی پیشران) و نیز برخورداری پیشران موشک خرمشهر از دو نازل کوچک‌تر جانبی در کنار خود است. تفاوت دیگری که با نمایش عمومی موشک خرمشهر دیده شد، عدم‌استفاده از بالک‌ها یا فین‌های کنترلی نصب‌شده در انتهای پیشران است. در موشک‌های نسل شهاب و نیز سجیل و قیام کار کنترل موشک با روش کنترل بردار رانش با استفاده از این بالک‌ها صورت می‌پذیرفت، اما در موشک خرمشهر این نوع سامانه بردار رانش مشاهده نمی‌شود، این در حالی است که نسل اول خرمشهر نیز قابلیت هدایت و کنترل تا زمان روشن بودن موتور را دارد، بنا‌براین باید هم نازل اصلی موتور و هم دو نازل جانبی یا دست‌کم فقط دو نازل جانبی قابلیت حرکت به صورت چرخش صفحه‌ای را داشته باشند. این شیوه در واقع نوع پیشرفته‌تری از سامانه‌های کنترل بردار رانش در موشک‌های نظامی ایران بود که تا آن زمان دیده نشده بود. بعد‌ها موتور سوخت جامد سلمان ساخت سپاه هم به عنوان اولین موتور سوخت جامد با نازل متحرک و بدون نیاز به بالک‌های کنترلی در دهانه خروجی ارائه شد. وجود بالک‌های کنترلی در خروجی نازل، سبب کاهش ناخواسته مقداری از نیروی پیشران می‌شود، ضمن اینکه این بالک‌ها باید با استفاده از مواد بسیار مقاومی ساخته می‌شدند. عملگر‌های کنترلی جداگانه هر یک از این بالک‌ها نیز به وزن موشک می‌افزاید، البته قابلیت اطمینان از عملکرد این بالک‌ها بسیار بالا و محاسبات مربوط به کنترل آن‌ها نیز نسبتاً ساده است. در مقابل، استفاده از نازل متحرک برای کنترل موشک، ضمن حفظ تمام نیروی پیشران تولیدی، وزن کمتری نیز دارد. یکی از ویژگی‌های اعلام‌شده پیرامون موتور اروند، قابلیت قرارگیری آن در داخل مخزن سوخت موشک است. به واسطه این قابلیت، از طول کلی موشک به میزان قابل توجهی کاسته شده است و مزیت‌های گفته شده در مورد کاهش طول موشک حاصل می‌شود، اما رسیدن به این ویژگی نیازمند طراحی موتور برای این شرایط و نیز آلیاژ‌های متفاوت برای مقاومت در برابر واکنش شیمیایی با ترکیبات سوخت مایع است.

سنگین‌ترین سرجنگی بالستیک‌های ایرانی

میزان وزن سرجنگی گونه اول موشک خرمشهر برابر هزارو ۵۰۰ تا هزارو ۸۰۰‌کیلوگرم بیان شد. مقایسه با تمام موشک‌های بالستیک ایران از جمله قدر-اف و اچ و نیز سجیل نشان می‌دهد خرمشهر بیش از دو تا سه برابر میزان اعلام‌شده برای انواع موشک‌های بالستیک بردبلند قبلی قابلیت حمل محموله جنگی دارد. شکل بیرونی سرجنگی این موشک خصوصاً در ناحیه دماغه که از مواد فناشونده در آن استفاده شده نشان‌دهنده سرعت بسیار بالای آن در مرحله ورود به جو است، امکان به‌کارگیری سرجنگی مجتمع (تعدادی سرجنگی کوچک چندصد‌کیلوگرمی) را برای موشک خرمشهر فراهم می‌کند.
قطر بیشتر بدنه در موشک خرمشهر، به حمل سرجنگی از نوع مجتمع نیز کمک می‌کند، زیرا فضای بیشتری برای جایدهی این نوع سرجنگی در اختیار طراحان قرار دارد. همانطور که اشاره شد وجود موشک خرمشهر ۲ که سرجنگی آن قابلیت هدایت تا لحظه برخورد را نیز دارد در نمایشگاه اقتدار ۴۰ برای اولین بار اعلام شد. در نگاه اول، این سرجنگی شباهت بسیاری به نمونه مورد استفاده در موشک عماد دارد. عماد اولین موشک بالستیک برد بالای متوسط ساخت ایران بود که به سرجنگی هدایت‌شونده تا انتهای مسیر مجهز و در اوایل پاییز ۱۳۹۴ رونمایی شده بود. این موشک در آزمایش‌های خود، دقت بسیار زیادی را در برد حدود هزارو ۶۵۰ کیلومتر نشان داد. کمی بعد و در بهار ۱۳۹۵، خبر آزمایش موفق موشک با سرجنگی هدایت‌شونده و خطای چند متر در برد ۲ هزارکیلومتر اعلام شد. سخنان فرمانده ستاد کل نیرو‌های مسلح در اواخر سال ۱۳۹۷ مبنی بر اصابت سرجنگی موشک خرمشهر با خطای ۶۰ سانتیمتر به هدف در برد هزارو ۳۰۰ کیلومتر در آزمایش‌های نهایی خود، نشان داد این موشک حرف‌های زیادی برای گفتن دارد و با این میزان خطا، عملاً سطح قابلیت نقطه‌زنی موشک‌های بالستیک ایران، بسیار بهبود یافته است. در رژه ۳۱ شهریور ۱۳۹۸ موشک خرمشهر با یک سرجنگی جدید به نمایش درآمد. این سرجنگی برخلاف نمونه اولیه که مخروطی ساده است، دارای تغییر در سطح مقطع و زاویه سطوح بوده، اما برخلاف نمونه مشاهده شده در خرمشهر ۲ فاقد بالک کنترلی است. از طرفی به دلیل حجم کمتر این سرجنگی، احتمال اینکه این نمونه مربوط به کلاهک‌های چندگانه باشد، بسیار ضعیف است. در هر صورت مشاهده این سرجنگی جدید نشان از توسعه مستمر قابلیت‌های موشک خرمشهر داشت. برای این منظور متخصصان کشورمان با بهره‎گیری از طرح‎های موجود و اجرای محاسباتی که دارای پیچیدگی‎های علمی و فنی بالایی بوده و اجرای آن‌ها با استفاده از اَبَررایانه‌ها نیز زمان زیادی در حد چند هفته به طول می‌انجامد، اقدام به بهسازی طرح کلاهک موشک‎های کشورمان کرده اند.
علاوه بر محاسبات آیرودینامیکی و دینامیک پروازی، تولید موادی که درجه حرارت بسیار بالای ایجادشده در چنین سرعت‎هایی را تحمل کرده و امکان اتمام مأموریت را به سرجنگی بدهد نیز از مسائل بسیار پیچیده در رسیدن به این موفقیت است. یکی از راه‌حل‌های موجود در دنیا برای حل مشکل حرارت تولیدی در سرعت‌های بالا استفاده از موادی با نقش «از بین رونده» یا «فناشونده» است که با سوختن این ماده مطابق الگویی مشخص، بخش‌های زیر این پوشش سالم باقی مانده و موشک به پرواز ایمن خود ادامه می‌دهد. محاسبه نحوه سوختن این مواد که گرافیت یکی از انواع آنهاست و طراحی و ساخت پوششی از جنس آن‌ها که مطابق الگوی مدنظر بسوزد، از فعالیت‌های علمی سنگین و پیچیده محسوب می‌شود.
در تصویر سرجنگی موشک سجیل، بخش سیاه رنگ جلویی، همان بخش فناشونده است. با توجه به شباهت سرجنگی مشاهده‌شده با موشک خرمشهر در رژه شهریور ۱۳۹۸ با نمونه‌های دو مخروطی و سه مخروطی موشک‌های شهاب ۳ و قدر، می‌توان گمانه‌زنی کرد که احتمالاً این سرجنگی جدید برای رسیدن به پایداری بیشتر برای افزایش دقت در سرجنگی تا لحظه آخر و همچنین رسیدن به بالاترین سرعت در فاز نهایی پرواز، بهینه شده است. به این ترتیب احتمال مورد اصابت قرار گرفتن آن توسط سامانه‌های پدافند ضدموشکی دشمن کمتر می‌شود.

خرمشهر ۴
رونمایی از خرمشهر ۴ و اطلاعات داده‌شده پیرامون ویژگی‌های آن نشان داد که روند توسعه موشک‌های بالستیک در ایران همچنان ادامه دارد. در واقع با وجود پیشرفت در موشک‌های کروز و پهپادها، ایران هرگز ابزار واکنش سریع خود را که موشک‌های بالستیک سطح‌به‌سطح هستند، رها نخواهد کرد. خرمشهر ۴ در شکل ظاهری تفاوت مشهودی با نسل‌های قبلی ندارد و شکل بیرونی سرجنگی آن هم مشابه نسل اول خود است. زائده‌های کوچکی در انتهای بدنه این موشک اضافه شده که نمی‌توان نقش پایدارسازی خاصی برای آن متصور بود. برد این موشک ۲ هزار‌کیلومتر و وزن سرجنگی آن هم هزارو ۵۰۰ کیلومتر اعلام شده که بیش از یک تن آن مواد انفجاری است. همچنین خرمشهر ۴ قابلیت تجهیز به انواع سرجنگی‌های مختلف ساخت داخل را دارد که به طور معمول شامل انفجاری شدید و بارانی (حامل مهمات کوچک) و نفوذگر در سطوح سخت است.
اما چند ویژگی متفاوت در خرمشهر ۴ نسبت به نسل‌های قبلی بیان شده است. اولاً در خرمشهر ۴ مشکل مدت‌زمان کم انبارداری موشک‌های بالستیک سوخت مایع در قیاس با نمونه‌های سوخت جامد حل شده است و این موشک قابلیت انبارشدن در حالت سوختگیری‌شده به میزان چند سال را دارد که در ادامه به آن می‌پردازیم. ثانیاً در خرمشهر ۴ از روش دیگری برای تأمین قابلیت نقطه‌زنی در مقایسه با خرمشهر ۲ استفاده شده است. در موشک جدید به جای استفاده از بالک‌های نصب‌شده روی سطح بیرونی سرجنگی از موتور‌های مختلفی در پشت سرجنگی استفاده شده است که با دقت بسیار بالایی زوایای حرکتی موشک را تنظیم می‌کنند. در واقع به گفته مسئولان وزارت دفاع در خرمشهر ۴ دقت نقطه‌زنی به جای فاز نهایی شیرجه سرجنگی روی هدف، در فاز میانی پرواز و در خارج از جو فراهم می‌شود. وجود قابلیت کنترل سرجنگی در فضای خارج از جو البته به گریز از سامانه‌های دفاع موشکی دشمن هم کمک شایانی می‌کند.
به گفته جانشین وزارت دفاع، چند نوع موتور کنترلی در سرجنگی تقریباً چهار متری خرمشهر ۴ نصب شده است که کار اصلاح مسیر برای رسیدن به حداکثر دقت را برعهده دارند. یکی از وظایف این موتورها، جبران خطا‌های ایجاد‌شده در فرایند جدایش سرجنگی از بدنه است. گام بعدی تنظیم دقیق مسیر حرکت سرجنگی به سمت هدف تعیین شده است و در نهایت هم پیش از ورود به جو غلیظ، موتور‌های کنترلی، سرجنگی را به چرخش حول محور طولی خود مانند یک مته وادار می‌کنند تا پس از ورود به جو کمترین تأثیرپذیری از اغتشاشات لایه‌های مختلف جو حاصل و موشک با سرعت بالا روی مسیر از پیش تعیین شده به سمت هدف سرازیر شود. طبق اطلاعات منتشرشده، خرمشهر ۴ نسبت به گونه‌های قبلی خود سرعت بالاتری دارد و در فاز میانی سرعت ۱۶ ماخ و پس از ورود به جو سرعت هشت‌ماخ دارد که هر دو ارقام قابل توجهی برای یک موشک بالستیک هدایت‌شونده در حد نقطه‌زنی هستند. حذف بالک‌های روی سرجنگی را می‌توان از جمله دلایل رسیدن به سرعت بالاتر در فاز نهایی نسبت به خرمشهر ۲ برشمرد. به علاوه عدم‌نیاز به هدایت در فاز نهایی نزدیک شدن به هدف هم سبب می‌شود تا اثرپذیری احتمالی از جنگ الکترونیک دشمن به کمترین میزان خود و در حد صفر برسد، زیرا عملاً کار هدایت پیش از ورود به جو نهایی شده است.

راز ماندگاری طولانی خرمشهر ۴
موتور‌های راکتی دسته مهمی از پیشرانه‌های هوافضایی هستند که سوخت و اکسیدکننده را در داخل بدنه موشک حمل می‌کنند. در موتور‌های راکتی، سوخت مایع و سوخت جامد دو دسته اصلی و اختصاص‌دهنده تقریباً نزدیک ۱۰۰ درصد کاربرد‌های عملیاتی به خود هستند. پیشران‌های سوخت مایع دارای اجزای متعددی شامل مخزن سوخت، مخزن اکسیدکننده (به جای اکسیژنی که باید از هوا برای اشتعال تأمین می‌شد)، پمپ‌ها، شیر‌ها و لوله‌هایی برای انتقال این مواد به محفظه احتراق و یک نازل که با شکل خاص خود باعث بیشتر شدن نیروی رانش تولیدی می‌شود، تشکیل شده‌اند. پیشران‌های سوخت جامد بسیار ساده‌تر هستند و سوخت و اکسیده‌کننده به صورت یک ماده خمیری در زمان تولید باهم مخلوط و پس از گرمادهی در زمان کافی که به آن فرایند پخت نیز گفته می‌شود در موشک کارگذاری شده و پس از آن آماده عملیات تا مدت‌زمان طولانی هستند. در این موشک‌ها فرایند احتراق در فضای خالی درون 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.
از جهت سهولت نگهداری موتور راکتی سوخت جامد طول مدت انبارداری بسیار بیشتری دارد، حمل‌ونقل آن ساده‌تر از موتور‌های سوخت مایع است و اطمینان‌پذیری بیشتری را به وجود می‌آورد. این موشک‌ها بدون نیاز به بازبینی‌های مفصل از بابت پیشران می‌توانند تا سال‌ها در انبار یا سکوی پرتاب مستقر و آماده‌به‌کار باشند و در صورت تصمیم به شلیک هم در مدت بسیار کوتاهی در حد چند دقیقه آماده شلیک می‌شوند، اما در موشک سوخت مایع، سوخت و اکسید‌کننده پیش از پرتاب باید به داخل مخازن تزریق شوند که فرایندی بسیار زمانبر است. نکته مهم این است که به دلیل خورندگی بالای این سوخت‌ها، مدت‌زمان باقی ماندن سوخت در مخازن در بهترین حالت نهایتاً تا چند روز یا هفته خواهد بود، بنابراین نمی‌توان یک موشک سوخت مایع را سال‌ها آماده شلیک نگه داشت. پس از آن باید سوخت و اکسیدکننده تخلیه و در صورت لزوم مخازن شسته شوند. همچنین موشک سوخت مایعی که سوخت داخل آن تزریق شده، امکان حمل‌و‌نقل و جابه‌جایی دشواری نیز دارد.
سردار سیدمهدی فرحی، جانشین وزارت دفاع و پشتیبانی نیرو‌های مسلح در شهریور ماه ۱۴۰۰ از دستیابی متخصصان سازمان صنایع هوافضای این وزارتخانه به ترکیب خاصی برای سوخت‌های مایع خبر داد که ماندگاری آن تا حد مشابه سوخت جامد افزایش یافته است. هر چند جزئیات بیشتری از این دستاورد اعلام نشد، اما بر اساس گمانه‌زنی‌های قابل اعتنا، احتمالاً ایران به ترکیب سوخت مایع موسوم به سوخت ژله‌ای دست پیدا کرده است. این سوخت در عین شباهت‌هایی که به سوخت مایع دارد، اما متفاوت از سوخت‌های جامد و مایع مرسوم است. تغییر ترکیب سوخت مایع به سوختی که با داشتن حالت ژله‌ای، قابل پمپاژ به مخازن و از آنجا به محفظه احتراق باشد، سبب می‌شود ضمن برخورداری از مزیت رانشی مطلوب سوخت مایع و سایر مزایای آن، این سوخت دچار تلاطم در مخزن نشود و به علت واکنش شیمیایی بسیار کمتر ماندگاری آن در مخازن هم بسیار بیشتر از سوخت مایع معمولی شود. این امر یک مزیت جانبی هم دارد و آن هم کاهش قابل توجه فعالیت‌های نیروی انسانی برای فعالیت‌های مرتبط با آماده‌سازی عملیاتی و نگهداری موشک‌های سوخت مایع است، در نتیجه موشک‌های سوخت مایع هم می‌توانند با این نوع سوخت، سوختگیری شده و تا مدت‌های طولانی در سیلو‌های زیرزمینی آماده شلیک یا روی سکو‌های متحرک آماده برای جابه‌جا شدن باشند. در مقیاس کلان حصول چنین دستاوردی سبب می‌شود علاوه بر موشک‌های سوخت جامد، تعداد بسیار زیادتری موشک سوخت مایع هم به فهرست دارایی‌های واکنش سریع قدرت موشکی کشور برای پاسخ کوبنده به دشمن قرار بگیرند.
طبق اطلاعات موجود موشک خرمشهر ۴ در زمان کمتر از یک ربع ساعت آماده شلیک می‌شود که کاملاً قابل مقایسه با نمونه‌های سوخت جامد برد بلند مانند سجیل است که این امر هم به واسطه سوختگیری موشک، مدت‌ها قبل از پرتاب محقق شده است. همچنین به واسطه استفاده از سوخت خوداشتعال یا هایپرگولیک که نیاز به فرایند جرقه‌زنی برای ایجاد شعله ندارد و نیز حذف فرایند راه‌اندازی مرسوم در موتور‌های نسل شهاب ۳ زمان مورد نیاز برای اجرای فرایند روانه‌سازی موشک هم در قیاس با سوخت مایع‌های نسل شهاب ۳ کمتر شده است. خرمشهر ۴ همچون نسل‌های بهبودیافته شهاب ۳ می‌تواند در حالت افقی سوختگیری شود که در قیاس با موشک‌هایی که ناچاراً باید در حالت عمودی سوختگیری شوند، قابلیت مهمی در حفظ اختفا در محل امن در شرایط پیش از پرتاب است. همچنین اعلام شده است که خرمشهر ۴ می‌تواند تا چند سال در حالت سوختگیری‌شده انبار شود که مؤید ترکیب جدید سوخت آن است.