ماخ ۵ با کمک دو مرحله؛ پشت پرده معماری متفاوت موشک HACM

به گزارش مجله خبری نگار،سلاح‌های مافوق‌صوت معمولاً فقط به‌عنوان موشک‌هایی توصیف می‌شوند که با سرعتی بیش از پنج برابر سرعت صوت حرکت می‌کنند. اما رسیدن به این سرعت تنها بخشی از چالش است. یک سلاح باید بتواند گرمای شدید را تحمل کند، در سرعت‌های بالا کنترل خود را حفظ کند و در مورد یک موشک کروز، موتور خود را هنگام حرکت درون جو فعال نگه دارد.

این همان چالشی است که پشت برنامه موشک کروز تهاجمی مافوق‌صوت نیروی هوایی آمریکا یا HACM قرار دارد. برخلاف یک سلاح بوست-گلاید که با استفاده از یک موشک، حامل گلایدکننده را شتاب می‌دهد و سپس آن وسیله بیشتر مسیر را بدون پیشرانش فعال طی می‌کند، HACM طوری طراحی شده که در طول پرواز کروز مافوق‌صوت خود از هوای اطراف برای پیشرانش استفاده کند. سامانه پیشرانش آن از یک موتور اسکرم‌جت استفاده می‌کند که به موشک اجازه می‌دهد پس از شتاب اولیه، سرعت‌های مافوق‌صوت خود را حفظ کند.

HACM چیست؟

HACM یک موشک مافوق‌صوت هواپرتاب با موتور اسکرم‌جت است که برای نیروی هوایی آمریکا توسعه داده می‌شود. این نیرو در سال ۲۰۲۲ قراردادی به ارزش حداکثر ۹۸۵ میلیون دلار به Raytheon اعطا کرد تا نمونه‌های اولیه HACM را توسعه داده و آزمایش کند.

این برنامه از پروژه مشترک آمریکا و استرالیا با نام Southern Cross Integrated Flight Research Experiment یا SCIFiRE شکل گرفت؛ پروژه‌ای که فناوری موشک‌های کروز مافوق‌صوت هواتنفسی را بررسی می‌کرد.

هدف این است که هواپیما‌ها به یک سلاح دوربرد دیگر برای حمله به اهداف با ارزش بالا یا اهداف حساس به زمان مجهز شوند، در حالی که خود هواپیما‌ها در فاصله بیشتری از مناطق به‌شدت دفاع‌شده باقی بمانند.

نیروی هوایی آمریکا همچنین HACM را سلاحی معرفی کرده که می‌تواند گزینه‌های حمله بیشتری در اختیار جنگنده‌ها قرار دهد و در عین حال بمب‌افکن‌ها را برای مأموریت‌های دیگر آزاد نگه دارد.

موتور اسکرم‌جت چگونه کار می‌کند؟

یک موتور جت معمولی از قطعات چرخان برای فشرده‌سازی هوای ورودی استفاده می‌کند؛ سپس این هوا با سوخت ترکیب شده و می‌سوزد. اما یک اسکرم‌جت (Scramjet)، مخفف Supersonic Combustion Ramjet، عملکرد متفاوتی دارد.

در سرعت‌های مافوق‌صوت، خود موشک هوا را وارد موتور می‌کند. جریان هوای ورودی به جای استفاده از کمپرسور‌های معمولی، به‌وسیله طراحی هندسی موتور فشرده می‌شود. سپس سوخت تزریق شده و در حالی که جریان هوا در محفظه احتراق همچنان با سرعت مافوق‌صوت حرکت می‌کند، می‌سوزد.

یک موتور اسکرم‌جت مانند موتور‌های راکتی نیازی به حمل اکسیدکننده ندارد. این موتور اکسیژن موردنیاز خود را از جو دریافت می‌کند و همین موضوع اجازه می‌دهد بخش بیشتری از حجم و جرم داخلی موشک به سوخت و دیگر اجزا اختصاص پیدا کند.

اما یک محدودیت وجود دارد. اسکرم‌جت معمولاً نمی‌تواند یک موشک را از حالت سکون به سرعت مافوق‌صوت برساند؛ بنابراین HACM به یک مرحله پیشران دیگر نیاز دارد تا ابتدا آن را به سرعتی برساند که موتور اسکرم‌جت بتواند به‌طور مؤثر فعالیت کند.

برنامه قبلی DARPA با نام Hypersonic Air-breathing Weapon Concept یا HAWC این رویکرد را به نمایش گذاشت. در یک آزمایش پروازی در سال ۲۰۲۱، یک وسیله HAWC از یک هواپیما رها شد، موتور تقویتی آن را شتاب داد و سپس یک اسکرم‌جت کنترل پرواز را به دست گرفت و آن را به سرعتی بالاتر از ماخ ۵ رساند.

چرا رسیدن به سرعت ماخ ۵ این‌قدر دشوار است؟

در سرعت ماخ ۵، هوای اطراف یک وسیله پرنده هنگام فشرده‌شدن و برخورد با بدنه، بسیار داغ می‌شود. این موضوع یک چالش بزرگ در زمینه مواد و مدیریت حرارت ایجاد می‌کند.

موشک باید هم‌زمان پایداری آیرودینامیکی خود را حفظ کند، از قطعات داخلی محافظت کند و موتوری را در محیطی فعال نگه دارد که جریان هوا با سرعت بسیار بالایی حرکت می‌کند.

برنامه HAWC متعلق به DARPA چندین چالش اساسی مشابه را شناسایی کرد؛ از جمله طراحی کارآمد وسایل مافوق‌صوت، موتور‌های اسکرم‌جت با سوخت هیدروکربنی، مدیریت فشار‌های ناشی از دمای بالا و روش‌های تولیدی که بتوانند چنین سلاح‌هایی را با هزینه قابل‌قبول تولید کنند.

برنامه‌های پیشین آمریکا نشان داده‌اند که اصول فیزیکی این فناوری امکان‌پذیر است. در سال ۲۰۲۳، نسخه لاکهید مارتین از HAWC با سرعتی بالاتر از ماخ ۵، در ارتفاع بیش از ۶۰ هزار پا و مسافتی بیش از ۳۰۰ مایل دریایی (۵۴۰ کیلومتر) پرواز کرد و داده‌هایی برای برنامه‌های بعدی مافوق‌صوت نیروی هوایی فراهم کرد.

HACM چه تفاوتی با یک وسیله گلاید مافوق‌صوت دارد؟

ساده‌ترین تفاوت میان این دو، پرواز با پیشرانش فعال در برابر پرواز بدون پیشرانش است.

یک وسیله گلاید مافوق‌صوت ابتدا توسط یک موتور راکتی به سرعت بالا می‌رسد و سپس از آن جدا شده و مسیر خود را با سر خوردن در جو ادامه می‌دهد. اما HACM قرار است در طول مرحله کروز مافوق‌صوت خود، با استفاده از موتور اسکرم‌جت همچنان نیروی پیشران تولید کند.

این موضوع باعث می‌شود این دو مفهوم نیاز‌های متفاوتی در زمینه آیرودینامیک و پیشرانش داشته باشند. یک موشک کروز می‌تواند در طول پرواز فعال خود مانور دهد و هم‌زمان موتور آن به کار خود ادامه دهد؛ در حالی که یک سلاح بوست-گلاید به انرژی و مسیر ایجادشده در مرحله شتاب‌گیری اولیه وابسته است.

نیروی هوایی آمریکا هر دو رویکرد را دنبال می‌کند، زیرا این دو فناوری می‌توانند نقش‌های عملیاتی متفاوتی داشته باشند.

چه هواپیما‌هایی می‌توانند HACM را حمل کنند؟

نیروی هوایی آمریکا بر یکپارچه‌سازی HACM با جنگنده‌ها تأکید کرده است. جنگنده F-۱۵EX Eagle II اهمیت ویژه‌ای دارد، زیرا این هواپیما با ظرفیت حمل تسلیحات بالا طراحی شده و نیروی هوایی آمریکا آن را قادر به حمل سلاح‌های مافوق‌صوت معرفی کرده است.

واحد‌های نیروی هوایی آمریکا که با هواپیما‌های B-۱، B-۲، B-۵۲ و F-۱۵E پرواز می‌کنند نیز در آموزش‌های آشنایی با سلاح‌های مافوق‌صوت شرکت کرده‌اند که در سال ۲۰۲۳ به‌طور مشخص شامل HACM نیز می‌شد.

توانایی پرتاب یک سلاح مافوق‌صوت از یک هواپیما، بُرد بالقوه آن را افزایش می‌دهد. این موشک دیگر مجبور نیست از سطح زمین شتاب بگیرد، زیرا هواپیمای حامل می‌تواند پیش از آغاز پرواز مستقل سلاح، ارتفاع و سرعت اولیه موردنیاز را فراهم کند.

HACM چه زمانی وارد خدمت می‌شود؟

این برنامه از مرحله اولیه نمایش فناوری عبور کرده است. نیروی هوایی آمریکا در ابتدا قصد داشت تا سال مالی ۲۰۲۷ توانایی عملیاتی HACM را ارائه کند.

اسناد بودجه‌ای جدیدتر نیروی هوایی ایالات متحده نشان می‌دهند که HACM همچنان بودجه قابل‌توجهی برای توسعه و تولید دریافت می‌کند. اسناد خرید مربوط به سال مالی ۲۰۲۷ تعداد برنامه‌ریزی‌شده موشک‌های خریداری‌شده توسط آمریکا را محرمانه اعلام کرده‌اند؛ با این حال، اطلاعات عمومی، عدد قابل اتکایی درباره تعداد موشک‌های خریداری‌شده ارائه نمی‌کنند.

بنابراین، اهمیت HACM دیگر فقط در اثبات این موضوع نیست که یک موتور اسکرم‌جت می‌تواند با سرعت ماخ ۵ پرواز کند؛ بلکه هدف اصلی تبدیل سال‌ها تحقیق در حوزه مافوق‌صوت به یک سامانه تسلیحاتی قابل تکرار است که بتوان آن را در تعداد قابل استفاده تولید و مستقر کرد.

چالش اصلی دیگر فقط سرعت نیست. مسئله ساخت یک موشک کروز مافوق‌صوت است که بتواند با سرعت بالا پرواز کند، گرمای شدید را تحمل کند، مانور دهد، به هدف اصابت کند و در تعداد قابل توجه تولید شود.

منبع:روزیاتو