بالستیک چیست ؟

نوشته شده توسط: مهندس بهنام جباری، کارشناس ارشد میکرو الکترومکانیک

معادلات سوم نیوتن بـرای مرکـز جـرم یـک جـسم نوشـته میشود و پارامترهای نیرو و شتاب نیز برای این نقطه در نظر گرفته میشوند، در هنگام شبیه سازی پرواز برای موشکهای حامل، بالستیک و ماهواره، مرجع محاسبات ناوبری (محل سنسورهای ناوبری اینرسی متصل به بدنـه) نیـز بـر روی مرکز جرم موشک یا ماهواره لحاظ میگردد. این در حالی اسـت کـه در هنگام پرواز موشک از آنجائیکـه مـصرف سـوخت بـا سـرعت بـالایی صـورت میگیرد، بنابراین مرکز جرم موشک به شکل لحظه ای تغییر میکند. لازم بـه ذکر است در فرایند توجیه و نشانه روی موشک در لحظـه پرتـاب بایـد محـل سنسورهای اینرسی ثابت در  نظر گرفته شود تا امکان ثبـت دقیـق اطلاعـات ناوبری و ثیت خطای ناوبری حاصل شود، لذا در طول زمـان پـرواز بـه علـت تغییرات نقطه مرکز ثقل نسبت به مرکز IMU (سنسورهای اینرسـی) باعـث ایجاد یک خطای متغیر با زمان در شتاب، سرعت و موقعیت موشک میشود..بالستیک  علم تخلیه کارتریج (خارج شدن و شلیک گلوله از تفنگ) و حرکت گلوله در هوا می‌باشد . به تعبیری دیگر بالستیک علم پرتاب‌شناسی است که به چند بخش می‌تواند تقسیم‌بندی شود که در ادامه مقاله بررسی خواهد شد.

بالستیک داخلی :

بالستیک داخلی شامل بررسی حرکت پرتابه از شروع عمل  تا خروج از پرتابگر است . این بررسی شامل تمامی پارامترهای بالستیکی عبارت‌اند از : سرعت ، شتاب ، دوران ، فشار زمان و هر پدیده دیگری که با پدیده حرکت ه ارتباط دارد . بالستیک داخلی نسبت به مباحث دیگر یک بحث مادر است و شاید به یک معنی درب ورودی به دانشکده علوم نظامی است. عناصری که بالستیک داخلی را مشخص می‌کند دو دسته‌اند : عناصر و پارامترهای ثابت مانند پرتابگر و هندسه آن (طول ، حجم مخزن و کالیبر و شکل خان در سلاح ها و  عناصر متغیر مانند مرمی و مهمات­­ )هر ترکیبی از این عناصر متغیر و ثابت ، منحنی‌های بالستیکی خود را ایجاد می‌کند . به‌عنوان نمونه در شرایط مساوی در هنگام شلیک یک مرمی سنگین ،­­­­­­­­­­­ فشار داخل لوله بیشتر از هنگامی  است که یک مرمی سبک شلیک شود .

برای مثال در یک سلاح هنگامی که یک سلاح مسلح شده است ، سوزن به عقب کشیده شده ، تحت فشار فنر سوزن ، به وسیله پایه آتش در عقب نگهداری شده است. هنگامی که ماشه را می کشیم یا می چکانیم ، پایه آتش ، پایین می آید و فشار فنر ، سوزن را به جلو می راند و نوک سوزن به چاشنی ضربه زده و آن را که روی سندان ته فشنگ جا گرفته است ، محترق می سازد. در اثر این احتراق ، شعله ای ایجاد می شود که از روزنه های کوچک واقع در کناره سندان به درون بدنه فشنگ راه می یابد و باعث سوختن سریع باروت می شود.این نکته شایان توجه است که بدانیم باروت برخلاف آنچه که اغلب تصور می شود ، منفجر نمی شود ، بلکه به سرعت آتش می گیرد و یا در واقع به سرعت می سوزد و در نتیجه فشار گاز زیادی ایجاد می کند. هنگامی که این فشار گاز بسته به نوع فشنگ به تراکم معینی رسید ، گلوله را از جایش می کند و آن را به درون لوله می راند و سپس به بیرون پرتاپ می کند. دیواره یا بدنه پوکه فشنگ های تفنگ یا تپانچه ، تا حدی انعطاف پذیر است و لذا هنگامی که فشار گاز باروت ، در داخل آن افزایش می یابد ، پوکه منبسط می شود و محکم به تمامی دیواره داخلی جان لوله ( محل قرار گرفتن فشنگ در لوله ) می چسبد و به این ترتیب از نشت گاز باروت و خروج آن از سمت عقب و عبور از دستگاه آتش و صدمه زدن به چشم تیرانداز جلوگیری می شود. پس از خروج گلوله از دهانه لوله و از بین رفتن فشار گاز باروت ، دیواره پوکه منقبض شده ، و تقریبا به ابعاد قبلی خود برمی گردد و به این ترتیب خارج کردن پوکه از تفنگ میسر می شود. البته پوکه فشنگ هرگز نمی تواند به تنهایی فشار گاز باروت را تحمل کند. این فشار عظیم را در واقع جان لوله و گلنگدن تفنگ که از مقاومت زیادی برخوردارند تحمل می کنند. فشار حاصله از گاز باروت تنها نکته مورد بحث در بالستیک داخلی نیست. لوله تفنگ های گلوله زنی و سلاح های کمری خان کشی شده است. بدین معنی که در جداره داخلی لوله که در جداره داخلی لوله این گونه سلاح ها برجستگی های مارپیچی ایجاد شده است. هنگامی که گلوله ، در اثر فشار حاصله از گاز باروت ، در درون لوله به حرکت در می آید ، با برجستگی های مارپیچی درون لوله درگیر می شود و در عین حال با قسمت های دیگر جدار داخلی لوله که با آن هم قطر است مماس است. چون قطر گلوله دقیقا با جداره داخلی لوله در قسمت فرورفتگی برابر است ، بنابراین گاز باروت نمی تواند از کنار گلوله عبور کرده و قبل از گلوله از دهانه لوله خارج می شود و در نتیجه همه فشار حاصله صرف راندن گلوله به جلو می شود. قطر داخلی لوله در قسمت های برجسته از قطر گلوله کمتر است ، فشار گاز باروت گلوله را که با این برجستگی ها به شدت درگیر است ، در مسیر مارپیچ این برجستگی ها به جلو می راند. روکش گلوله از سرب یا مس ساخته شده است و از فولاد بسیار سخت برجستگی های خان بسیار نرمتر است لذا رانش گلوله به جلو در اثر فشار گاز باروت و درگیری آن با برجستگی های خان ، موجب می شود که به تعداد خان ها ی سلاح و براساس نواخت چرخش خان ها بدنه گلوله شیار بردارد و در عین حال در اثر حرکت در مسیر مارپیچ خان ها ، به چرخش در آید. بنابراین گلوله در لحظه خروج از دهانه لوله با سرعت بسیار زیادی به چرخش در آمده است. این حرکت چرخشی سبب ثبات گلوله در مسیر حرکتش در هوا می شود و نمی گذارد گلوله در مسیر حرکتش معلق بشود و یا از میر خود منحرف گردد.در حقیقت دقت یک گلوله از همین حرکت چرخشی سرچشمه می گیرد. هر قدر طول گلوله به نسبت کالیبر آن بیشتر بوده و سطح اصطکاک آن با خانها بیشتر باشد ، سرعت چرخش و در نتیجه دقت آن بیشتر می شود. عوامل دیگری که در سریعتر شدن چرخش گلوله تاثیر دارند ، نواخت چرخش خانها و به عبارت دیگر طول گام خانها و بالاخره طول لوله است. هر قدر طول لوله بیشتر باشد ، تعداد گام ها بیشتر می شود. از جمله اقداماتی که برای بالا بردن ثبات گلوله در مسیر پروازش به عمل آمده است می توان از دو تکنیک نام برد. یکی ایجاد خانهای بیشتر است که در اصطلاح انگلیسی ( MICRO GROOVING ) میکرو گرووینگ نام گذاری شده است. در این تکنیک که از ابداعات کارخانه اسلحه سازی مارلین آمریکا است ، به جای ایجاد 4-6 خان که تعداد متعارف است ، 16 خان در لوله ایجاد می شود. تکنیک دیگری که ظاهرا از ابداعات کارخانه هکلر و کوخ آلمان است سیستم خان کشی به شیوه ( POLY GONAL ) پلی گونال به معنای چند ضلعی است. در این سیستم عرض قسمت های برجسته خان از عرض قسمت های فرورفته آن بیشتر بوده و یا با آن برابر است و در نتیجه سطح اصطکاک گلوله و میزان درگیری آن با خانها بیشتر شده است ، با این تکنیک توانسته اند شش درصد بر سرعت ابتدایی گلوله بیفزایند.

بالستیک درونی یا داخلی

بالستیک خارجی :

بالستیک خارجی ، شامل بررسی حرکت پرتابه از خروج از لانچر تا برخورد به هدف است .این بررسی شامل تمام پارامترهای بالستیکی می‌شود . منظور از پارامترهای بالستیک خارجی برد ، ارتفاع ، انحراف ، سرعت ، شتاب ، زمان و هر پارامتر دیگری که با پدیده حرکت پرتابه در ارتباط است .

برای مثال در یک سلاح هنگامی که گلوله از دهانه لوله خارج می شود ، وارد مرحله بالستیک خارجی می شود. کسب مهارت فوق العاده در تیراندازی بیشتر به شناخت این مرحله از بالستیک مربوط می شود. زیرا در این مرحله و نحوه حرکت گلوله از دهانه لوله تا لحظه اصابت به هدف ، مورد بررسی قرار می گیرد و بیشتر اوقات و علی الخصوص در تیراندازی یا عدم اصابت تیر به هدف در گرو آگاهی یا عدم آگاهی از مسائل مربوط به این مرحله از بالستیک است. تصور غالب کسانی که در این زمینه دانش کافی ندارند ، این است که گلوله پس از تیراندازی به خط مستقیم به حرکت خود در هوا ادامه می دهد. حال آنکه واقعیت چنین نیست. هر چند که سرعت گلوله که سرعت گلوله به حدی است که دیدن آن با چشم غیر مسلح و حتی در بیشتر موارد با چشم مسلح و در شرایط عالی دید هم مقدور نیست ، با این حال قوه جاذبه زمین بر آن اثر می گذارد. در این راستا گلوله فرق چندانی با سنگی که شما با دست پرتاب می کنید ندارد چرا که هر دوی آنها ناگزیر باید به زمین برگردند.
از نظر علمی ، اگر شما می توانستید در محفظه خلاء بسیار بزرگی بایستید و با یک دست تفنگ دوربردی را دقیقا در امتداد سطح زمین شلیک کنید و در همان لحظه و با دست دیگر خود گلوله دیگر را از همان ارتفاع به زمین رها کنید هر دو گلوله همزمان به زمین می افتادند با این تفاوت که نقطه سقوط آنها ، چند صد متر دور تر از هم می بود. گرچه این آزمایش تخیلی بوده و اجرای آن در عمل مقدور نیست ولی به خوبی تاثیر قوه جاذبه زمین بر گلوله را روشن می سازد. باید توجه داشت که اگر در خلا چند جسم مختلف الوزن و مختلف الشکل را همزمان از یک ارتفاع معین به زمین رها کنیم ، همه آن اجسام در یک لحظه به زمین می رسند.
بنابراین با دانستن این نکته که سقوط گلوله از لحظه خروج آن از دهانه لوله شروع می شود ، متوجه می شویم که در تیراندازی به هدفی دور دست ، باید به نقطه ای بالاتر از هدف نشانه رفت. در این حالت لوله سلاح در واقع به نقطه ای بالاتر از خود هدف نشانه گیری می شود و گلوله با طی یک مسیر پرواز قوسی شکل به هدف اصابت می کند. البته نشانه گیری در امتداد این مسیر قوسی شکل مقدور نیست. شما خط نشانه را که خطی فرضی و کاملا مستقیم است به هدف می برید. خط سیر گلوله ، تا لحظه اصابت به هدف ، این خط نشانه را دو بار قطع می کند.
با توجه به این شکل متوجه می شویم که به هنگام تیراندازی ، گلوله پس از طی مسافتی کوتاه ، خط نشان را قطع می کند و به سمت بالا حرکت می کند. اگر گلوله بر اثر قوه جاذبه زمین افت نمی کرد ، به این حرکت صعودی ادامه می داد و هرگز به هدف مورد نظر ما اصابت نمی کرد. لیکن همانگونه که گفته شد ، گلوله از لحظه خروج از دهانه لوله با قوه جاذبه زمین درگیر است ، بنابراین تنها تا زمانی که سرعت ابتدایی آن که هر لحظه رو به کاهش است ، بر قوه جاذبه زمین می چربد ، به حرکت صعودیش ادامه می دهد و پس از آن حرکت نزولی آن شروع می شود و اگر محاسبه ما کاملا درست باشد گلوله در لحظه اصابت به هدف ، یکباره دیگر خط نشانه ما را قطع می کند و به این ترتیب است که تیر ما به هدف می خورد. برای جبران افت گلوله و امکان تیراندازی به مسافت های مختلف ، شکاف درجه بسیاری از تفنگ ها و برخی از تپانچه ها را مدرج می سازند. هر اندازه مسافت بیشتر باشد ، شکاف درجه را به همان نسبت بالا می بریم. بالا بردن شکاف درجه موجب می شود که ما برای دیدن هدف از داخل خط نشانه ، نوک مگسک و در واقع سر لوله را بالا بیاوریم. بنابراین هر چند که ما باز هم خط نشانه را به هدف نشانه می رویم ، لیکن لوله در حقیقت به نقطه ای بالاتر از هدف نشانه رفته است. اختلاف ارتفاع بین هدف تا نقطه ای که لوله اسلحه به آن روانه شده است ، برابر است با میزان افت گلوله در آن مسافت. هر قدر مسافت بیشتر باشد ، افت گلوله بیشتر است و باید سر لوله را باز هم بالاتر بگیریم.
در سلاح هایی که دارای شکاف درجه مدرج هستند ، کارخانه سازنده میزان افت گلوله را در مسافت های مختلف محاسبه کرده و بر مبنای این محاسبه ، درجات شکاف درجه را طوری تعبیه کرده است که تغییرات آن در مسافت های مختلف جبران این افت را بکند. باید توجه داشت که این محاسبه فقط برای یک نوع فشنگ با سرعت ابتدایی معین انجام گرفته و برای انواع دیگر فشنگ دقیقا قابل استفاده نیست.
مکانیسمی که شکاف درجه را بالا و پائین می برد ، درجه برد نامیده می شود. در سلاح های فاقد درجه برد چنانچه تیرانداز میزان افت گلوله تفنگش را در مسافتی معین بداند ، بایستی به همان اندازه به نقطه بالاتر از هدف ، نشانه روی کند تا تیرش به هدف اصابت کند. انجام این کار با شکاف درجه و نوک مگسک در مسافت های دور بسیار مشکل و حتی غیر ممکن است. زیرا اگر تیرانداز خط نشانه را از هدف به نقطه ای واقع در بالای آن منتقل سازد ، دیگر هدف را نخواهد دید بنابراین به احتمال قوی تیرش خطا می رود. در تفنگ های دوربین دار این کار به راحتی میسر است و تیرانداز می تواند ، بسته به مسافت هدف و با توجه به میزان افت گلوله ، بعلاوه دوربین را به میزان لازم روی نقطه ای بالاتر از هدف قرار دهد. این نکته یکی از بزرگترین محاسن دوربین تفنگ است که چون در اینجا خارج از بحث ماست ، بیش از این به نمی پردازیم. البته قوه جاذبه زمین ، تنها نیروی طبیعی مورد بحث در بالستیک خارجی نیست.
وزش باد و حتی وزش یک نسیم ملایم نیز بر مسیر گلوله تاثیر می گذارد. هر قدر مسافت هدف دورتر باشد ، وزش باد یا نسیم عمود بر محور تیراندازی ، گلوله را از هدفش بیشتر منحرف می سازد. برای جبران این انحراف ، دستگاه های نشانه روی کاملتر و بهتر ، در سمت نیز قابل تنظیم هستند. این مکانیسم « درجه سمت » نامیده می شود. تاثیر باد روی گلوله به حدی است که در تیراندازی به مسافت 300 متری ممکن است گلوله را 30 تا 40 سانتیمتر و حتی بیشتر از مسیرش منحرف سازد. سرعت ابتدایی تنها عامل موثر در کشیدگی خط سیر گلوله است هر قدر سرعت ابتدایی گلوله بیشتر باشد ، تاثیر قوه جاذبه زمین و بادبر آن کمتر است. در واقع میزان تاثیر قوه جاذبه زمین و باد بر گلوله ای تیز پرواز و بر یک گلوله کند پرواز ، یکسان است. لیکن این نیرو های طبیعی برای اعمال تاثیر خود بر گلوله ای تیز پرواز ، فرصت کوتاه تری دارند و در نتیجه عملا از تاثیر آنها کاسته می شود.

بالستیک خارجی

بالستیک نهایی :

بالستیک نهایی شامل بررسی برخورد  به هدف ، میزان نفوذ و جراحت ایجادشده و قدرت کشندگی است .

در ذیل بالستیک نهایی نیاز به بیان تعاریف زیر میباشد .

•  
•     پرتابه : جسمی است که با سرعت اولیه مشخص به سمت هدفی معین شلیک میشود .
•     هدف : جسم و یا قسمتی از جسم است که پرتابه به آن اصابت و آن را تخریب میکند .
•     نفوذ : ورود پرتابه در داخل ماده هدف و ایجاد یک تونل به عمق مشخص،نفوذ نام دارد .
•     نفوذ کامل : عبور پرتابه از تمامی ضخامت هدف و به اصطلاح سوراخ شدن هدف را گویند .
•     حفره : چاله ناشی از نفوذ پرتابه در هدف میباشد .
•     سرعت حد بالستیک :حداقل سرعت لازم جهت ایجاد نفوذ کامل و عبور پرتابه از هدف است .
•     سرعت باقی مانده : سرعتی است که پرتابه پس از نفوذ کامل در هدف ، در هنگام خروج از آن دارد .

محدوده های سرعت در بالستیک نهایی :

به منظور تسهیل در بررسی های مختلف و امکان بهره برداری در زمینه های مختلف فنی و مهندسی و علمی و همچنین سهولت امکان مقایسه نتایج آزمایشات علمی با بررسی علمی سرعت را در بالستیک نهایی به چند بخش تقسیم نموده اند :

الف) سرعت های پایین :

این محدوده که سرعت های زیر 500 متر بر ثانیه را در بر میگیرد متناظر با زمان نفوذ در حد چند میلی ثانیه میباشد.

ب) محدوده سرعت های اوردنانس :

این محدوده که سرعت های 500 تا 1300 متر بر ثانیه را در بر گرفته و زمان فرایند برخورد و نفوذ در چند صد میکرو ثانیه میباشد.

ج) محدوده فوق اوردنانس :

این محدوده که سرعت های 1300 تا 3000 متر بر ثانیه را در بر گرفته و زمان فرایند برخورد و نفوذ در صد میکرو ثانیه میباشد.

د) محدوده بیش از حد فوق اوردنانس :

این محدوده که سرعت های بالاترد از 3000 متر بر ثانیه را پوشش می دهد. در این محدوده پرتابه به شکل سیال عملکرد دارد .

عوامل موثر در پدیده نفوذ شامل پارامترهای موثر پرتابه(جنس ، جرم ، شکل دماغه ، سرعت اولیه ، زاویه برخورد پرتابه) ، پارامترهای موثر بر هدف(جنس ، ضخامت هدف و ...) می باشد .

تست ضربه بر روی اهداف زرهی :

در اکثر تست های بالستیک ، پرتابه بوسیله یک تفنگ گازی به سمت هدف شلیک شده و در مسیر پرواز آن اندازه گیری های سرعت برای ثبت سرعت اولیه (قبل از برخورد با هدف) و سرعت پسماند پرتابه (پس از عبور از هدف) تعبیه شده است . همچنین برای مشاهده و تحلیل فرایند نفوذ از دوربین های سرعت بالا برای ثبت فرایند نفوذ در زمان های مختلف استفاده شده است . در انتهای خط تست بالستیک نیز معمولا یک جعبه نگه دارنده برای ثبت گلوله گس از عبور اهداف به منظور تحلیل تغییرشکل های آن تعبیه شده است .

در بحث بالستیک مقاومت هوا، فشارباد، نیروی جاذبه یا سنگینی گلوله هریک به نوعی در انحراف آن از مسیر دخالت دارند که علم بالستیک میزان آن را تعیین می کند . علم بالستیک پیرامون حرکت اشیاء در هوا به مطالعه می پردازد حرکت گلوله بمب راکت ها و نیزه ای که پرتاب می شود و پس از پیمودن مسافتی در فضا به زمین برخورد می کند در محدوده علم بالستیک مورد بررسی قرار می گیرد حتی سنگی که به هوا پرتاب می کنیم و چند متر دورتر به زمین می افتد تابع قوانین بالستیک است .
تمام اشیایی که در بالا نام بردیم در حقیقت موشک نامیده می شوند موشک بالستیک نوعی موشک است که از آغاز پرتاب شدن تحت کنترل قرار دارد این موشک همانند راکت ها و سفینه های فضایی می تواند به وسیله دانشمندان هدایت شود که به آن موشک هدایت شونده می گویند .
جزئی از علم بالستیک به حرکت گلوله و خمپاره قبل از بیرون آمدن از لوله اسلحه اختصاص دارد قسمتی دیگر به بررسی گازهایی که به هنگام روشن شدن راکت در داخل موتور آن جمع می شود می پردازد . طرح لوله تفنگ و شکل گلوله به گونه ای است که مسیر گلوله را با دقت تعیین می کند وقتی ( خرج پرتاب ) که در داخل لوله گلوله قرار دارد منفجر شود گرما و فشار زیادی بر اثر گازهای تولید شده به وجود می آید لوله تفنگ یا خمپاره انداز بایستی آنقدر محکم باشد که بتواند بدون ترکیدن یا تغیر شکل دادن در برابر این فشار مقاومت کند بهمین ترتیب موشک نیز باید طوری طرح شود که به نرمی و با سرعت زیاد لوله را ترک کند . وقتی گلوله یا خمپاره لوله اسلحه را ترک می کند یا تیری از چله کمان رها می گردد یا راکتی از سکوی پرتاب بلند می شود یا سنگی از فلاخن جدا می شود از کنترل ما خارج خواهد شد . مسیری که این اشیاء طی خواهند کرد منحنی و نوعی سهمی است دلیل اینکه مسیر گلوله های بالستیک منحنی است آن است که چند نیرو بر گلوله اثر می کند . مقاومت هوا که یکی از این نیروهاست از سرعت آن می کاهد . نیروی جاذبه آن را به طرف زمین می کشد فشار باد آنرا از مسیر اصلی منحرف می کند .
کارشناسان علم بالستیک قادرند این نیروها را به نوعی تحت کنترل خود دراورند . دانستن این نکته که گلوله با چه سرعتی از دهانه لوله خارج می شود بسیار مهم است . هر چقدر سرعت گلوله یا خمپاره بیشتر باشد مسافت بیشتری را خواهد پیمود و نیروی جاذبه دیرتر برآن اثر می گذارد . دوکی شکل بودن موشک نیز بُرد آنرا افزایش می دهد زیرا از نیروی اصطکاک موشک با هوا کاسته می شود . برای اینکه از معلق شدن گلوله ها در هوا جلوگیری کنند آنها را ضمن به حرکت دراوردن به طرف جلو به چرخش در می آورند . عمل چرخاندن گلوله به وسیله شیارهایی که در داخل لوله قرار دارد و (خان ) نامیده می شود صورت می گیرد .
زاویه ای که موشک تحت آن زاویه به فضا پرتاب می شود نیز در بُرد آن تاثیر دارد . گلوله ای که تحت زاویه 45 درجه از دهانه لوله خارج می شود نسبت به گلوله هایی که با زاویه کمتر یا بیشتر از این مقدار خارج می شوند مسافت بیشتری را طی خواهد کرد .
اسلحه سازان می توانند مسافتی را که گلوله تحت زوایای مختلف طی می کند با دقت محاسبه کنند شاخه ای از علم بالستیک به طور جداگانه به پرتاب بمب . طرح بمب و پرتاب آن با هواپیما اختصاص دارد .
علم بالستیک می تواند در خدمت پلیس نیز قرار گیرد کاراگاهان به کمک علم بالستیک حدس می زنند که هر گلوله ای از کدان اسلحه آتش شده است . خِبرگانی وجود دارند که قادرند به راحتی تعیین کنند گلوله از چه فاصله ای و از چه سمتی به مقتول اصابت کرده است . آنچه در بالا گفتیم به کمک یک فلاخن یا تیر و کمان و یا یک تفنگ بادی نیز می توان امتحان کرد . برای این کار روی وسایل فوق را تحت زوایای مختلف بگیرید و ببینید بیشترین مسافت متعلق به چه زاویه ای است .

نمونه ای فرمول محاسبه برد پرتابه بالستیک

با بیان مطالب فوق و جمع بندی آن به بحث روز نظامی در کشورمان و دنیا میرسیم، مبحث موشکهای بالستیک ، انواع و رفتار های آن فلذا به معرفی این موارد به صورت کلی میپردازیم:

تعریف موشک:
پرتابه‌ای است که با نیروی عکس‌العمل ناشی از خروج گاز (معمولاً ناشی از سوختن سوخت) حرکت می‌کند. در موشک ماده اکسیدکننده نیز به همراه سوخت حمل می‌شود و سوختن سوخت در آن نیاز به اکسیژن هوا ندارد. از این نظر موشک با راکت و فشفشه فرق دارد.

انواع موشکها:
موشک‌ها از نظر سوخت به دو دسته موشک با سوخت مایع و موشک با سوخت جامد تقسیم می‌شوند.
موشکهایی با سوخت پیشران جامد
سوختهای پیشران از یک نوع سوخت و یک اکسنده تشکیل شده‌اند. برای روشن شدن موشک ، کافی است یک جرقه کوچک سوخت پیشران آنرا آتش بزند. سوخت آتش گرفته تا آخرین قطره می‌سوزد. گازهای حاصل از سوخت پیشران را از طریق دماغه انتهایی موشک خارج می‌شوند. اولین موشکها را احتمالا در قرن یازدهم میلادی در کشور چین ساخته‌اند. آنها موشکهایی بودند که از سوخت پیشران جامد استفاده می‌کردند. سوخت موشک یک نوع باروت بود که از مخلوطی از نیترات پتاسیم ، زغال چوب و سولفور تشکیل شده بود.
موشکهایی که از سوخت پیشران جامد استفاده می کنند، اغلب به عنوان موشکهای تقویت کننده‌ای استفاده می‌شوند که نیروی اولیه موشکهای بزرگتر را تأمین می‌کنند. موشکهای بزرگتر خود از سوخت پیشران مایع استفاده می‌کنند. بزرگترین موشکهای مصرف کننده سوخت جامد با 45 متر ارتفاع جزء موشکهای تقویت کننده شاتل فضایی ایالات متحده محسوب می‌شوند. آنها حاوی 586500 کیلوگرم (2/1 میلیون پوند) سوخت پیشران هستند که بطور متوسط 13 میلیون تن (5/3 میلیون پوند نیرو) نیروی پیشران را تولید می‌کنند.
این موشکها را طوری طراحی کرده‌اند که بعد از اتمام سوخت و افتادن در دریا ، از دریا بیرون کشیده شده ، دوباره برای مأموریتهای بعدی سوختگیری می‌شوند. ساخت موشکهایی که از سوخت جامد استفاده می‌کنند چندان دشوار نیست. آنها مقدار زیادی نیروی پیشران را در یک مدت زمان کم تولید می‌کنند. تنها ایراد این نوع موشکها این است که بعد از روشن شدن به راحتی خاموش نمی شوند. به عبارت دیگر ، نمی‌توان آن را به آسانی تحت کنترل درآورد.
موشکهای با سوخت مایع
اکثر موشکهایی که از آنها در پروازهای فضایی استفاده می‌شود، از سوخت پیشران مایع بهره می برند. سوخت و اکسنده که در مخزنهای جداگانه‌ای نگهداری می‌شوند، هر دو مایع هستند. پمپهای قدرتمندی آنها را به محفظه احتراق می‌برند؛ در آنجا آنها باهم ترکیب شده ، شروع به تولید گازهای خروجی می‌کنند. گازهای مذکور نیز به نوبه خود از دماغه انتهایی موشک خارج می‌شوند. بعضی از موشکها از یک ماده قابل اشتعال سریع برای شروع احتراق استفاده می‌کنند. سوخت پیشران سایر موشکها هنگام ترکیب سوخت و اکسنده شروع به احتراق می‌کند
اما روش احتراق در این موشکها اکسنده و سوخت باهم ترکیب می‌شوند و در محفظه احتراق شروع به سوختن می‌کنند. سپس گازهای خروجی حاصل از فرآیند احتراق از دماغه خارج و به عنوان نیروی پیشران ، موشک را به طرف جلو حرکت می‌دهند.
توجه کنید کمتر از سوخت مایع در موشکهای بالستیک استفاده می شود مگر در انواع قاره پیما که نیاز به رانش بیشتری دارند و گرنه بیشترین مورد استفاده در موشکهای فضایی است.
همچنین آنها از لحاظ کاربرد به دسته های زیر تقسیم بندی می شوند:

1. موشک‌های بالستیک
2. موشک‌های اتمی
3. موشک‌های فضایی
4. موشک‌های ضد ماهواره
5. موشک‌های لیزری
6. موشک‌های شیمیایی، میکروبی، صوتی،...
7. موشک‌های جنگ شهری
8. موشک‌های ضدتانک
9. موشک‌های ضدزره
10. موشک‌های ضدهوایی

یکی از پشتوانه ها و تکیه گاه های نظامی کشورها در عرصه بین المللی، قدرت موشکی آنهاست. در جهان امروزی به رغم امضای پیمان نامه های متعدد کشورها و قراردادهای بین المللی که برای کنترل تکنولوژی موشکی در سازمان ملل به امضاء می رسد، در نهایت کشوری حرف اول را می زند که به لحاظ موشکی مجهزتر باشد.
تا قبل از جنگ جهانی دوم (بنا به مقتضیات جنگ) فقط چندین کشور که در حال جنگ بودند ابرقدرت موشکی محسوب می شدند (مانند روسیه و آلمان). در واقع جنگ برای اینها مانند کاتالیزوری در جهت پیشرفت صنایع موشکی بود؛ همچنان قدرتمند و قدرتمندتر می شدند و این امر موجب رعب و وحشت کشورهای دیگر شد، چرا که از همان ابتدا هم پیش بینی می شد اگر فقط چند ابرقدرت خاص، این تکنولوژی را به دست می گرفتند، دیگر پاسخ ندادن به درخواست های آنها کار مشکلی بود.
پس از فروکش کردن التهابات جنگ جهانی دوم، بسیاری از کشورها دست به کار شدند و شروع به ساخت یا حداقل خرید موشک کردند زیرا می دانستند اگر سیستم موشکی قوی داشته باشند، پشتوانه خوبی برای حفظ امنیت دارند. هرروزه انواع موشک ساخته و آماده می شد و در این میان یک فناوری، توجه همگان را بیش از دیگر شاخه ها به خود جلب کرد و آن، تکنولوژی ساخت موشک های بالستیک بود.
برد بسیار بالا و توانایی حمل مقدار زیاد مهمات، آنها را از سایر موشک ها متمایز می سازد و همین موضوع، موجب رعب و وحشت و نگرانی می شود. با اینکه یک موشک بالستیک به خودی خود یک سلاح کشتار جمعی (WMD) محسوب نمی شود، ولی می تواند مقدار زیادی از انواع سلاح های کشتار جمعی را حمل کند و به عنوان یک منبع نگرانی برای کشورها به حساب آید.
تکنولوژی موشک های بالستیک هم پس از جنگ جهانی دوم نمو پیدا کرد و از دهه 1950 ابرقدرت هایی موشکی به وجود آمدند که تهدیدی برای کشورهای دیگر محسوب می شدند. در این عرصه، اتحاد جماهیر شوروی یک سر و گردن از رقبای خود بالاتر بود. با گذشت زمان، قدرتش بیشتر و بیشتر می شد و همواره حرف اول را در این زمینه می زد. این مسئله، کشورهای دیگر- مخصوصاً رقیب سرسختش یعنی ایالات متحده آمریکا- را آزار می داد.
موشک بالستیک چیست؟
یک موشک بالستیک در حقیقت یک ماشین تحویل موشک- مولد، شامل سیستم رهیابی و محفظه حمل مهمات است که اساساً علیه اهداف زمینی و سطحی مورد استفاده قرار می گیرد. انواع گوناگون موشک های بالستیک بر حسب برد، طبقه بندی می شوند. نوع خاصی از موشک های بالستیک وجود دارد که از زیردریایی ها شلیک می شود و SBLM نام دارد.

در ساخت موشک های بالستیک، مبحث «پیشران» که مشخص کننده برد موشک است مهمترین مسئله محسوب می شود و پس از آن میزان توانایی حمل مهمات که قدرت تخریب آن را افزایش می دهد.
موشک های بالستیک به موشک هایی می گویند که تا ارتفاع بسیار بالایی اوج می گیرند(که این قسمت راه با موتور روشن انجام می شود) و مابقی راه را با استفاده از نیروی جاذبه زمین به سمت هدف می روند که مانند یک سقوط آزاد البته با هدایت صحیح است.
برخی از موشک های بالستیک حتی از جو زمین نیز خارج می شوند و با استفاده از یک ماشین ورود مجدد (RV) به جو باز می گردند که برد بسیار بالایی دارند.
موشک های بالستیک از لحاظ برد به5 گروه زیر تقسیم می شوند:

موشک‌های بالستیک را می‌توان از نظر برد یا کاربرد آن‌ها دسته‌بندی کرد، که معمولاً آن‌ها را بر اساس برد گروه‌بندی می‌کنند. کشورهای مختلف از الگوهای متفاوتی برای دسته‌بندی موشکهای بالستیک استفاده می‌کنند.

• موشک جنگی بالستیک کوتاه برد(به انگلیسی: Tactical ballistic missile):با میزان برد ۱۵۰ تا ۳۰۰ کیلومتر
• موشکهای بالستیک TBM (به انگلیسی: Tactical ballistic missile): با میزان برد بین ۳۰۰ تا ۳۵۰ کیلومتر
• موشک بالستیک کوتاه برد (SRBM) (به انگلیسی: Short-range ballistic missile):با برد کمتر از ۱٫۰۰۰ کیلومتر
• موشک بالستیک میانبرد (MRBM) (به انگلیسی: Medium-range ballistic missile):با میزان برد بین ۱٫۰۰۰ تا ۳٫۵۰۰ کیلومتر
• موشک بالستیک بلند برد (IRBM) (به انگلیسی: Intermediate-range ballistic missile):با میزان برد ۳٫۵۰۰ تا ۵٫۵۰۰ کیلومتر
• موشک بالستیک قاره پیما (ICBM) (به انگلیسی: Intercontinental ballistic missile):با برد بیشتر از ۵٫۰۰۰ کیلومتر

اولین موشک بالستیک A-4 نام داشت که معمولاً با نام موشک وی-۲ (اصطلاح آلمانی 2-Vergeltungswaffe به معنی «سلاح انتقامی ۲») شناخته می‌شود که بین سالهای ۱۹۳۰ تا ۱۹۴۰ میلادی توسط آلمان نازی و زیر نظر ورنر فون براون در ورماخت ساخته شد. اولین پرتاب موفقیت آمیز وی-۲ در ۳ اکتبر ۱۹۴۲ بود و برای اولین بار در تاریخ ۴ سپتامبر ۱۹۴۴ علیه انگلستان مورد استفاده قرار گرفت. تا پایان جنگ جهانی دوم حدود ۳۰۰۰ موشک وی-۲ از مجموع شش هزار موشک ساخته شده توسط ورماخت، به سمت کشورهای بریتانیا، هلند و بلژیک پرتاب شده بود.

موشک بالستیک وی-2 در حال پرتاب

همانطور که از نام آن نیز مشخص است این موشک ها، بار انفجاری خود را برای مسیرهای طولانی، که از یک قاره به قاره دیگر نیز می رسد، حمل می کنند. اما چیزی که تنها با توجه به اسم آن ها نمی توان دریافت این است که موشک بالستیک قاره پیما می تواند وارد زیر مدار زمین شده و به هدف اصابت کنند. بیشتر موشک های بالستیک قاره پیما خط سری سهمی و مخروطی دارند که درست مانند پرتاب کردن یک توپ به هواست و می توان این موشک را با هر زاویه ای شلیک کرد. آن ها در ابتدا به صورت مستقیم بالا رفته و نیروی جاذبه زمین را مغلوب خود می کنند و سپس با فاصله گرفتن از محل پرتاب در منطقه ای دیگر روی سر هدف فرود می آیند.

از میان موشک های بالستیک معروفترین آنها نوع قاره پیما یا ICBM می باشد . بر خلاف موشک‌های دیگر، نگرانی اصلی در مورد موشک بالستیک قاره پیما برد زیاد آن است. این موشک‌ها می‌توانند حداقل تا 5500 کیلومتر برد داشته باشند. بر اساس مقاله‌ای که جان پایک، تحلیلگر در زمینه امنیت ملی، در مورد این نوع موشک‌ها برای وبسایت فدراسیون دانشمندان آمریکایی نوشته:

    موشک بالستیک قاره ‌پیما مشکل ساز هستند، زیرا توانایی یک کشور برای تاثیر گذاری را از سطح منطقه‌ای فراتر برده و به سطح جهانی می‌رساند.

پایک که در حال حاضر وبسایت گلوبال سکیوریتی را مدیریت می‌کند، در این مقاله که در سال 1998 نوشته شده می‌گوید:

    صرفنظر از ریشه‌های یک درگیری بین دو کشور، یکی از کشور‌ها می‌تواند با تهدید گسترش جنگ با موشک بالستیک قاره‌ پیما، کل دنیا را درگیر کند.

موشک ‌قاره ‌پیما موشک بزرگی است که در نوک خود، فضایی برای حمل محموله (کلاهک) دارد. این گونه موشک‌ها معمولا از موشک‌هایی که برای حمل ماهواره به فضا استفاده می‌شوند کوچک‌ترند، اما از نظر ساختاری خیلی با هم متفاوت نیستند؛ به همین دلیل است که برنامه‌های فضایی برخی کشور‌ها توسط کشور‌های دیگر به دقت رصد می‌شود.

بیشتر موشک‌های بالستیک وارد مدار زمین نمی‌شوند، بلکه در یک مسیر قوس‌دار و با ارتفاع بالا پرواز می‌کنند، مانند مسیری که یک توپ فوتبال پس از سانتر شدن طی می‌کند. با این تفاوت که موشک بالستیک بر خلاف توپ فوتبال، هزاران کیلومتر را می‌پیماید و توانایی نابودی کل یک شهر را دارد.برخی موشک‌های بالستیک از سوخت جامد استفاده می‌کنند، در حالی که برخی از سوخت مایع و برخی هم از ترکیب هر دو استفاده می‌کنند. در نهایت هدف این است که نیروی کافی برای بلند کردن و به پرواز درآوردن موشک، برای رساندن هر چه سریع‌تر آن به هدفش تولید شود.

موشک بالستیک قاره پیمای آر اس28 سارمات

آیا می‌توان موشک بالستیک قاره پیما را متوقف کرد ؟

یکی از دلایلی که موشک‌های بالستیک بسیار ترسناک هستند، این است که متوقف کردنشان بسیار مشکل است. این گونه موشک‌ها اهدافی پر سرعت هستند، بنابراین هدف قرار دادن آن‌ها مانند هدف قراردادن یک گلوله با گلوله‌ دیگری است که با سرعت مثالی 14ماخ در حال حرکت است.

ایالات متحده آمریکا میلیارد‌ها دلار صرف توسعه تکنولوژی‌هایی کرده است که موشک‌های بالستیک قاره ‌پیما را رهگیری و نابود کند. اما پیشرفت در این زمینه از زمان جنگ سرد به کندی صورت گرفته و بسیار گران بوده است. ، آژانس دفاع موشکی آمریکا سامانه دفاع موشکی خود موسوم به Ground-based Midcourse Defense را با موفقیت بر علیه یک هدف بالستیک قاره پیما آزمایش کرد آنهم در شرایط کنترل شده و نه واقعی!!

هر چند بسیاری از کارشناسان  معتقند که این آزمایش نشان دهنده توانایی آمریکا در متوقف کردن موشک بالستیک قاره پیما واقعی نیست و تا رسیدن به هدف هنوز مسیر زیادی باقی مانده و حتی در عمل دیتیکت کردن هدفی مثل موشک بالستیک بسیار مشکل و بی فایده است آنهم در فاز ترمینال با سرعت های بالای 14ماخ ،با این حال آمریکا تنها کشوری است که حداقل به شکل آزمایشی موفق به رهگیری موشک بالستیک قاره پیما شده است.

فازهای پرتاب موشک بالستیک قاره پیما

موشک های بالستیک قاره پیما، راکت هایی دارای چندین فاز پرتاب هستند و تا قبل از رسیدن و اصابت به هدف مراحلی را طی می کنند که از قبل برای آن ها برنامه ریزی شده است. در هنگام پرتاب، موشک بالستیک قاره پیما وارد فاز بالا بردن می شود که این فاز نیز خود ممکن است دارای چند مرحله باشد که برای غلبه بر جاذبه زمین و افزایش قدرت پرتابه موشک انجام می گیرد. در طی این مرحله، راکت ها باعث می شوند که موشک در هوا حرکت کرده و به مسیر عمودی خود ادامه دهد.

این مرحله معمولاً ۲ تا ۵ دقیقه طول کشیده تا این که موشک وارد فضا می شود. این موشک ها می توانند تا سه فاز راکتی داشته باشند که هر کدام پس از سوختن کامل از بدنه اصلی موشک جدا می شود. راکت ها معمولاً به وسیله پیشرانه های سوخت مایع یا جامد تغذیه می شوند. پیشرانه های با سوخت مایع معمولاً در طول مرحله بالا بردن مدت زمان بیشتری نسبت به پیشرانه های با سوخت جامع دوام می آورند. اما پیشرانه های سوخت جامد انرژی خود را در بازه زمانی کمی تولید کرده و خیلی سریع تر می سوزند.

فاز دوم سفر موشک بالستیک قاره پیما نقطه ای است که در آن موشک از جو زمین خارج شده است. در این مسیر موشک در خط سیر بالستیک خود حرکت خواهد کرد و سرعت حرکت آن بسیار زیاد خواهد بود. این سرعت می تواند از ۲۴٫۱۴۰ تا ۲۷٫۳۶۰ کیلومتر بر ساعت متغیر باشد. در این مرحله موشک به بالاترین سرعت خود از زمان پرتاب خواهد رسید. چنین سرعت های سرسام آوری با توجه به این که دیگر مقاومت هوا در فضا وجود ندارد دست یافتنی شده است. بعضی از این موشک ها از تکنولوژی های خاص برای شناسایی ستارگان استفاده می کنند تا با توجه به موقعیت ستارگان بتوانند مسیر خود به سمت هدف را دقیق تر دنبال کنند.

سومین و آخرین فاز شامل جدایی آخرین راکت بوده و بدین ترتیب تنها کلاهک باقی مانده که دوباره وارد جو زمین می شود. به عبارت دیگر در این مرحله نوک مخروطی موشک که کلاهک را حمل می کند از آخرین راکت بالا برنده جدا شده و پس از پیدا کردن مسیر خود به سمت زمین سرازیر می شود. در این مرحله موشک بالستیک قاره پیما تنها چند دقیقه با اصابت به هدف فاصله دارد. اگر موشک دارای راکت کنترل کننده و مسیریاب باشد از آن یا آن ها برای مسیریابی به سمت هدف استفاده می کند. برخی از موشک های بالستیک قاره پیما نیز بیش از یک کلاهک همراه خود دارند. و در فاز نهایی شاهد برخورد موشک به هدف از پیش تعیین شده با درصدی خطا میباشیم.

منابع:

https://en.wikipedia.org/wiki/Intercontinental_ballistic_missile

https://www.livescience.com/61062-how-do-intercontinental-ballistic-missiles-work.html

https://interestingengineering.com/what-is-an-intercontinental-ballistic-missile-and-how-does-it-work

https://www.norma.cc/en/Ammunition-Academy/Ballistics/inner--och-ytterballistik/