القذيفة الصاروخية missile جسم طائر يختلف عن الطائرة بأنه يحمل وقوده ومؤكسده اللذين يحتاجهما لتوليد الدفع والسرعات الضرورية لمتابعة مسار محدد. ويمكن حتى تكون القذيفة صاروخاً مجنحاً يعمل داخل المجال الجوي أوصاروخاً بالستياً يعمل خارج الغلاف الجوي.

تاريخ

ابتكر الصينيون منذ القرن العاشر الميلادي ألعاباً نارية تعتمد على الدفع الصاروخي باستخدام مواد قابلة للاشتعال، مثل البارود، ضمن غلف من ورق مقوى. وفي أواخر القرن الثامن عشر استخدم الهنود صواريخ في ظروف من حديد زنة الواحد منها 3ـ6كغ لاحتواء الحشوة البارودية، وبلغ مداها 1.5ـ2.5كم في حربهم ضد المستعمرين الإنكليز في حصار سيرنغ أباد وفي أوائل القرن 19 أدخلت روسيا ودول أوربية أخرى صواريخ بحشوة بارودية مختلفة إلى تسليح القوات المسلحة والقوى البحرية. واستخدم الإنكليز صواريخ من هذا النوع في حربهم مع الدنمارك (1807ـ1814)، وفي معركة واترلوضد قوات نابليون. كما استخدمت الصواريخ في الحرب الروسية الهجرية (1877ـ1838). ومع تطور المدفعية المحلزنة السبطانة ودقة إصابتها قل استخدام الصواريخ تدريجياً حتى فترة ما بين الحربين العالميتين حين أخذت معظم الدول المتقدمة تطور أسلحتها الصاروخية نحوتحسين أدائها ودقة إصابتها. إلا حتى الانطلاقة الرئيسية لتطوير الصواريخ وتصنيعها كانت خلال الحرب العالمية الثانية حيث قام الألمان بتطوير صواريخ مجنحة، مثل v-1 وv-2 كان مداها في حدود 100كم (الشكل 1)، كما قام الاتحاد السوفييتي بتطوير راجمات للصواريخ تعمل بالوقود الصلب مداها في حدود 10ـ20كم، وزادوا في مداها تدريجياً (الشكل 2). كما طور قذائف صاروخية مضادة الدرع (RPG) تطلق من قاذف محمول على الكتف مداه نحوكيلومتر، وكان لهذه القذائف تأثير حاسم في حرب الدبابات، ومازالت تستخدم حتى اليوم.

احتد التنافس بعد الحرب العالمية الثانية بين الإتحاد السوڤيتي من جهة والدول الغربية وعلى رأسها الولايات المتحدة الأمريكية من جهة أخرى في تطوير الصواريخ. وفاجأ الإتحاد السوڤيتي العالم عام 1957 بإطلاق أول قمر صناعي (سبوتنيك) بوساطة صاروخ حامل يعمل بالوقود السائل. وتلا ذلك حملة محمومة من طرفي الحرب الباردة لتطوير الصواريخ المتعددة المراحل العابرة للقارات تحمل رأساً واحداً أورؤوساً نووية عدة. وكذلك الصواريخ التي تستخدم لإطلاق السواتل التي يبلغ وزنها أطناناً عدة، إضافة إلى صواريخ قتالية ذكية عالية الدقة ذات توجيه ذاتي يصعب التشويش عليها. كذلك تم تطوير أنواع جديدة من الوقود الدافع السائل والصلب للحصول على دفع نوعي specific impulse أعلى.

التطوير

ويتوافر اليوم أنواع كثيرة من الصواريخ التي تستخدم الوقود الصلب أوالوقود السائل أوكليهما وتستخدم في الأغراض العسكرية والمدنية وغزوالفضاء. كما يعمل الباحثون على تطوير محركات دافعة ذرية يتم فيها تسخين الهدروجين بمفاعل نووي صغير. وسوف يستخدم هذا النوع من المحركات في رحلات الفضاء البعيدة بين الكواكب.

بنية القذائف الصاروخية

الصاروخ عامة هومنظومة معقدة تتألف من المركبات الرئيسية الآتية:

• المحرك والوقود الدافع.
• نظام التحكم والتوجيه.
• الهيكل وآليات فصل المراحل (في الصواريخ متعددة المراحل)
• الحمل المفيد (رأس حربي، ساتل، أجهزة قياس وغيرها..)

• نظام التغذية الكهربائية.

• يمكن تقسيم المحركات الصاروخية الدافعة في ثلاثة أنواع رئيسة:

• محركات دافعة تعمل بالوقود السائل.

• محركات دافعة تعمل بالوقود الصلب.

• محركات دافعة تعمل بتوليد الإيونات وتسريعها.

المحركات الدافعة التي تعمل بالوقود السائل

يتألف هذا النوع من المحركات من خزان وقود (كيروسين،هدراسين، هدروجين سائل) ومن خزان للمؤكسد (أوكسجين سائل أوحمض الآزوت المدخن). يتم ضخ جميع من الوقود والمؤكسد من الخزانين إلى غرفة الاحتراق باستمرار خلال عمل المحرك (الشكل 3). ونتيجة لاحتراق الوقود والمؤكسد تتشكل في غرفة الاحتراق غازات مرتفعة الضغط (20ـ30 ضغط جوي) والحرارة (في حدود 1200 ºC). ويتم تمرير هذه الغازات عبر نافث متقارب ـ متباعد يتولى تحويل طاقة الضغط والطاقة الحرارية إلى طاقة حركية، حيث تخرج غازات الاحتراق وقد انخفض ضغطها إلى ما يقرب من الضغط الجوي المحيط، ودرجة حرارتها إلى نحو600 درجة مئوية، وفي لقاء ذلك ترتفع سرعة انطلاقها إلى أضعاف سرعة الصوت. ونتيجة لخروج هذه الكمية من الغازات بهذه السرعة تتولد قوة دفع ارتكاس تدفع الصاروخ بكامله إلى الأمام. قد تكون فوهات النفث في بعض المحركات قابلة للتحريك حول المحور الطولي للصاروخ بهدف التحكم به، وغالباً ما يلجأ إلى تمرير الوقود عبر أقنية تحيط بالنافث من الخارج لتبريده من جهة ولتسخين الوقود قبل دخوله إلى غرفة الاحتراق من جهة أخرى لحمل مردود المحرك.

المحركات الدافعة التي تعمل بالوقود الصلب:

تم في هذه المحركات التي تعمل على الوقود الدافع الصلب propellant استخدام حشوة دافعة صلبة داخل أسطوانة المحرك، وتكون إما ملتصقة بالجدار الداخلي لجسم المحرك بمادة لاصقة مناسبةbonded grain أوعلى شكل حشوة حرة داخل المحركfree grain (الشكل رقم 4).

للوقود الدافع الصلب أنواع متعددة أقدمها الوقود المتجانس (الكوادريت) الذي يعتمد علىج النيتروليسرين المهدأ، وهناك أنواع من الوقود المركب، مثل بولي فينل PVC أوبولي يوريتان PU الممزوج بمادة مؤكسدة هي بركلورات الأمونيوم، ويتم حديثاً استخدام البولي بوتادين HTPB ممزوجاً بمادة بركلورات الأمونيوم وبعض المضافات وبودرة الألمنيوم.

ويتميز جميع نوع من أنواع الوقود بما يسمى دفعه النوعي specific impulse الذي يمثل جداء القوة الدافعة التي يولدها المحرك مضروباً بزمن عمل المحرك مقسوماً على وزن الوقود الدافع. لا يتجاوز الدفع النوعي للوقود الدافع المتجانس 170ثانية في حين يصل الدفع النوعي للوقود للدافع بولي بوتادين إلى 2605ثانية، ولصاروخ يستخدم الأوكسجين والهيدروجين إلى 400 ثانية مما يظهر كفاءة هذا النوع من الوقود.

وغالباً ما تكون قوة الدفع التي تولدها محركات الوقود السائل ثابتة الشدة؛ وذلك لصعوبة التحكم بإشعال الوقود والمؤكسد إذا ما تغيرت الغزارة، في حين يصبح هذا ممكناً بسهولة في محركات الوقود الصلب، وذلك عن طريق التحكم بسطح احتراق الوقود الدافع، إذ إذا الدفع الذي يولده المحرك يتناسب مع سطح احتراق الحشوة الدافعة والذي يمكن حتى يأخذ أشكالاً مختلفة حسب المتطلبات التصميمية؛ لأن سطح الاحتراق في الحشوات الحرة الأسطوانية ـ وليس لها ثقب داخلي أسطواني ـ يبقى ثابتاً عند احتراق الحشوة، وكذلك الحال في الاحتراق الجبهي للحشوة الأسطوانية، في حين يتم الاحتراق في الحشوات الأسطوانية ذات الثقب الأسطواني الداخلي بشكل متزايد يبدأ من سطح الاحتراق ومن ثم تزداد قوة الدفع مع الوقت.

وغالباً ما يحتاج التصميم حتىقد يكون الدفع في البداية كبيراً، ثم يتناقص؛ ليتزايد من جديد، وهذا ما تحققه الحشوات الدافعة ذات الفتحة النجمية.

يتم إشعال مزيج الوقود والمؤكسد السائل بشمعة احتراق تولد شرارة كهربائية أوعن طريق نثر وسيط كيميائي مناسب في حين يستخدم لإشعال الوقود الدافع الصلب مشعل يتألف من مقاومة كهربائية يحيط بها مواد سريعة الاشتعال تولد حرارة عالية جداً، وتعمل على إشعال سطح الوقود الدافع لدى ملامستها له، فتولد غازات احتراق ضغطها في حدود 100 ضغط جوي، وتبلغ حرارتها نحو1300درجة مئوية. ولدى مرور هذه الغازات في نافث المحرك (أنبوب متقارب - متباعد) يتم تحويل طاقة الضغط والطاقة الحرارية للغازات المنطلقة إلى طاقة حركية. تزداد سرعة نفث الغازات من فوهة النافث بضغط قريب من الضغط الجوي ودرجة حرارة لا تزيد على 500 درجة مئوية تصل إلى 1200م/ثا، مولداً قوة دفع ارتكاسية. ويتم أحياناً تزويد عنق النافث ببترة مقاومة للحرارة (تنگستن، فحم گرافيتي) لحمايته من التآكل نتيجة مرور الغازات عبره بسرعة وحرارة عاليتين.

المحركات النووية الدافعة

تجرى حالياً أبحاث لاستخدام الطاقة النووية في تطوير محركات دافعة تستخدم في رحلات الفضاء البعيدة (الشكل ـ5) حيث يتم تسخين الهدروجين لدى مروره في مفاعل نووي إلى درجات حرارة عالية تصل إلى 2500 درجة، ومن ثم ينفلت في نافث متقارب - متباعد خارجاً بسرعة كبيرة جداً مولداً الدفع المطلوب. وهناك توجهات لاستخدام ساحة كهرمغنطيسية تساعد على تسريع شوارد الهدروجين الخارجة من المفاعل وإعطائها سرعة كبيرة تزيد من طاقة الدفع الناتج.

محركات الوقود الهجين

يتميز هذا النوع من المحركات بأنه يجمع بين مميزات جميع من محركات الوقود الصلب والسائل، حيث يتم استخدام حشوة من الوقود الصلب عالي الطاقة ومجوفة في أسطوانة محرك الصاروخ، ولها فتحة داخلية يتم فيها ترذيذ المؤكسد السائل حيث يحدث الاحتراق. ويتوقف احتراق الحشوة عند إيقاف ضخ المؤكسد السائل وترذيذه، كما يتم التحكم بالدفع عن طريق التحكم بمعدل تدفق المؤكسد (الشكل 6).

محركات الدفع الكهربائي

في هذه المحركات يتم تأيين الغاز نتيجة تسخينه إلى درجات حرارة عالية ثم تحرير الإيونات عبر شبكة يطبق عليها فرق كمون مرتفع، مما يؤدي إلى تسارعها إلى سرعات كبيرة جداً مولدة الدفع الضروري. ولدى استخدام وقود دافع من ذرات أحادية العنصر، مثل السيزيوم أوالزئبققد يكون المحرك محركاً دافعاً أيونياً. أما إذا كانت الكتل المتسارعة جزيئات صغيرة جداً (مجموعات من الجزيئات) فيكون الحديث عن محركات الدفع الكهركيميائي.

محركات الدفع الهدروديناميكي المغنطيسي MDD

يتميز هذا النوع من المحركات ببساطته مقارنة بمحركات الدفع الكهربائي، وبتوليد قوى دافعة أكبر بكثير. يتم توليد القوة الدافعة من خلال التأثير المتبادل للساحة المغنطيسية بين التيار الكهربائي الذي يمر خلال الوقود الغازي وبين ساحة مغنطيسية يولدها مغنطيس. (الشكل7).

رؤوس القذائف الصاروخية

تعد القذائف الصاروخية وسيلة دقيقة لإيصال حمولة معينة إلى نقطة معينة. هناك الصواريخ الحاملة للسواتل وللمكوك الفضائي. وهناك صواريخ تحمل رؤوساً حربية متفجرة أومتشظية، تنفجر فوق الهدف أوعليه أوداخله، وهناك رؤوس خارقة للدرع تحتوي على حشوة جوفاء تعمل عند انفجارها على تشكيل سيالة ذات سرعة كبيرة جداً ودرجة حرارة عالية جداً تقوم بصهر الدرع وخرقه عند اصطدامها به، كما توجد صواريخ عابرة للقارات وصواريخ راجعة تحمل رأساً واحداً أورؤوساً نووية عدة. وتزود الرؤوس الحربية بمقدمة من مادة مقاومة ميكانيكياً، مثل التنگستن أواليورانيوم المنضب أوالفحم الگرافيتي لزيادة قدرتها على خرق الدروع قبل انفجارها، ولجعلها تتحمل ازدياد درجة الحرارة نتيجة الاحتكاك بالهواء عند العودة إلى الطبقات الكثيفة كالغلاف الجوي.

التحكم بالمسار

هناك ثلاثة أنواع من المسارات:

المسار الشاقولي الذي ينطلق الصاروخ فيه شاقولياً، والمسار المنحني الحر: حيث يطلق الصاروخ أوالقذيفة الصاروخية بزاوية محددة نتيجة تشغيل المحرك الدافع، وبعد انتهاء فترة الدفع تكتسب القذيفة سرعتها العظمى، وتتابع مسارها بالعطالة متأثرةً بقوة الوزن والكبح راسمةً مساراً منحنياً له ازدياد أعظمي (سهم المسار)، ثم يبدأ بالهبوط، وينتهي بالاصطدام بالهدف.

المسار المتحكم به: في هذا النوع من المساراتقد يكون للصاروخ أوالقذيفة الصاروخية نظام تحكم يتولى توجيهه على مساره مقارنة إحداثيات الصاروخ الآنية بالمعطيات المزروعة في حاسوب نظام التحكم الذي يتحكم بجنيحات توجيه الصاروخ؛ لتولد قوى إيروديناميكية توجه الصاروخ إلى مساره المطلوب، أوعن طريق التحكم بالتبييت homing حيث يحدد للصاروخ الهدف المطلوب التوجه إليه عن طريق صورة تلفزيونية أوحرارية أورادارية أوعن طريق إشعاع صادر عن الهدف بحزمة ليزرية منعكسة ومتابعتها من قبل الصاروخ.

وهناك أيضاً صواريخ يمكن حتى توجه سلكياً أولاسلكياً بالنظر من قبل الرامي.

وهناك بعض الصواريخ المطورة تستخدم المنظومة الكونية لتحديد المسقط global positioning system (GPS) لتحديد وضعها الآني ومقارنتها بالوضع المطلوب المخزن في ذاكرتها مولدة أوامر تسليم للصاروخ لإعادته إلى مساره المطلوب.

التشويش على الصواريخ

إن تطوير الصواريخ والتشويش عليها موضوعان متلازمان. فحدثا زيد في تحسين قدرة الصواريخ الموجهة حرارياً وإمكانات التحكم بها؛ يجري تطوير نظام تشويش مناسب لتضليل تلك الصواريخ بتطوير منابع حرارية تصدر أمواجاً بأطوال موجية مناسبة وبشدة أقوى من الهدف، بحيث يتم صرف الصاروخ عن الهدف العملي إلى هذه المنابع. أما الصواريخ الموجهة تلفزيونياً فيتم التشويش عليها بتوليد غيمة من الدخان تحيط بالهدف وتعيق الرؤية. ويتم التعامل مع الصواريخ الموجهة ليزرياً بالطريقة نفسها، ولكن باستخدام أنواع خاصة من الدخان الماص للأشعة الليزرية. أما إذا كان الصاروخ موجهاً رادارياً فالتشويش عليه يتم عادة بإطلاق أعداد كبيرة من إبر أوقصاصات معدنية للتشويش ذات أطوال مناسبة، تولد سطحاً عاكساً كبيراً، وتخفي الهدف الأصلي خلفها. أما التشويش على الصواريخ الموجهة بوساطة السواتل، فأكثر تعقيداً بسبب صعوبة التشويش على الإشارات التي يلتقطها الصاروخ من الساتل الذي فوقه.

أما الصواريخ غير الموجهة أوالمزودة بنظام تحكم عطالي داخلي فإن التشويش عليها غير ممكن لذلك شاع استخدامها في دول العالم الثالث.

أنظر أيضاً

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع Missile.

• List of missiles
• List of missiles by nation
• List of World War II guided missiles of Germany
• Aeroprediction
• Center of pressure
• Fire-and-forget
• GPS/INS
• Missile designation
• Proportional navigation
• Pursuit guidance
• Q-guidance
• Redstone missile
• Scramjet
• Shoulder-launched missile weapon
• Skid-to-turn
• Timeline of rocket and missile technology
• Trajectory optimization
• V-1 flying bomb
• V-2 rocket
• Broken Arrow

المصادر

• الموسوعة العربية

وصلات خارجية

• S. A. Kamal, A. Mirza: The Multi-Stage-Q System and the Inverse-Q System for Possible application in SLV, Proc. IBCAST 2005, Volume 3, Control and Simulation, Edited by Hussain SI, Munir A, Kiyani J, Samar R, Khan MA, National Center for Physics, Bhurban, KP, Pakistan, 2006, pp 27-33 Free Full Text

• S. A. Kamal: Incorporating Cross-Range Error in the Lambert Scheme, Proc. 10th National Aeronautical Conf., Edited by Sheikh SR, Khan AM, Pakistan Air Force Academy, Risalpur, KP, Pakistan, 2006, pp 255-263 Free Full Text

• S. A. Kamal: The Multi-Stage-Lambert Scheme for Steering a Satellite-Launch Vehicle, Proc. 12th IEEE INMIC, Edited by Anis MK, Khan MK, Zaidi SJH, Bahria Univ., Karachi, Pakistan, 2008, pp 294-300 (invited paper) Free Full Text