گزارش ویژه تسنیم| ۱۰ ویژگی شگفت‌انگیز جدیدترین ماهواره‌بر ایران/ سپاه موشک ۳مرحله‌ای قاصد را چگونه ساخت؟

گروه دفاعی خبرگزاری تسنیمــ روز چهارشنبه سوم اردیبهشت ماه، نیروی هوافضای سپاه پاسداران انقلاب اسلامی، اولین ماهواره نظامی با نام نور را به‌وسیله ماهواره‌بر «قاصد» به مدار 425کیلومتری زمین فرستاد؛ «قاصد» جدیدترین ماهواره‌بر ساخت ایران و یک ماهواره‌بر 3مرحله بود که خبر آن یکی از مهمترین سوژه‌های روزهای اخیر محسوب می‌شود.

نیروی هوافضا که از تغییر در تعاریف مأموریتی نیروی هوایی سپاه در سال 88 شکل گرفت، با تشکیل فرماندهی فضایی، اقدام به تدوین نقشه راهی برای ایجاد قدرت مورد نیاز در عرصه فضا در حوزه دفاعی برای جمهوری اسلامی ایران کرد.

ایجاد قابلیت پرتاب ماهواره با توجه به نیاز گسترده به بسترهای فضاپایه که امروزه به‌طور قطعی به یک ضرورت برای قدرتمند بودن تبدیل شده است از جمله اهداف نیروی هوافضای سپاه بود.

بیشتر بخوانید:

همان‌طور که گفته شد، ماهواره‌بر 3مرحله‌ای قاصد که بدون هیچ خبر قبلی ساخته و پرتاب شد، اولین ماهواره‌بر سپاه است و اولین ماهواره نظامی ایران با نام نورــ‌1 را در مدار حدود 425کیلومتری با موفقیت کامل در اولین پرتاب خود تزریق کرد و ما در این گزارش به بررسی نکات مختلف پیرامون این ماهواره‌بر و برخی مهمترین ویژگی‌های آن خواهیم پرداخت.

* ساختار قاصد

ماهواره‌بر قاصد از سه مرحله تشکیل شده است؛ مرحله اول پیشران راکتی سوخت مایع، مرحله دوم، سوخت جامد و مرحله سوم بنا بر شواهد موجود، سوخت مایع است.

این سه مرحله با یک ساختار خطی و در طول هم قرار گرفته اند که در مرحله اول قاصد، سپاه به جای توسعه یک پیشران جدید، از یک ابتکار آزموده شده در دنیا استفاده کرده و آن هم به کارگیری یک موشک نظامی بالستیک در مأموریت پرتاب ماهواره است.

در گذشته و خصوصاً پس از پایان جنگ سرد و کاهش تنش های نظامی، موشک های بالستیک قاره‌پیمای متعددی به منظور قراردهی ماهواره ها در مدار زمین به کار گرفته شدند. سپاه نیز از مرحله اول موشک قدر برای این منظور استفاده کرده است که سبب حذف کامل هزینه تحقیق و توسعه، طراحی، شبیه سازی، ساخت و آزمایش و کسب قابلیت اطمینان برای مرحله اول ماهواره‌بر می شود.

ساختار ماهواره‌بر قاصد‌ــ1 با طول کلی حدود 18.1 متر

در نتیجه با کاهش قابل توجه هزینه و زمان و استفاده از محصولی با سطح آمادگی فناوری (TRL) بالا، بخش مهمی از پروژه، به انجام رسیده است.

در قسمت فوقانی موشک‌های قدر، یک بخش هماهنگ کننده بین قطر 1.25 متری بدنه و قطر کمتر کلاهک وجود دارد. در قاصد نیز با توجه به قطر کمتر مراحل دوم و سوم، نیاز به چنین بخشی وجود داشت که مجدداً طراحی شده است زیرا قطر مراحل دوم و سوم قاصد بیشتر از قطر پایه سرجنگی موشک قدر است.

موشک قدر در انواع مختلف خود جرم 17000 تا 17250 کیلوگرم داشته و به طور معمول سرجنگی 650 کیلوگرمی حمل می کند. در نتیجه با حذف سرجنگی، جرم باقیمانده که در مرحله اول قاصد-1 استفاده شده است در حدود 16350 تا 16600 کیلوگرم قابل تخمین است.

موشک قدر‌ــ‌اف

سر جنگی و بخش تطبیق قطر در موشک قدر

لازم به ذکر است که پیشران سوخت مایع موجود در موشک‌های قدر از نمونه های بهبود یافته در موشک های شهاب-3 و مشابه موتور مرحله اول ماهواره‌بر سفیر-1 است.

این پیشران تا کنون در پرتاب های فضایی متعدد ماهواره‌برهای سفیر-1 و سیمرغ (که 4 موتور از این نوع را در مرحله اول خود دارد) و نیز در شلیک های متعدد موشک های بالستیک شهاب-3 و انواع مختلف قدر در حدود دو دهه گذشته به خوبی کار کرده و قابلیت اطمینان مطلوبی دارد.

مقایسه ابعاد موشک بالستیک قدر‌ــ‌اچ، ماهواره‌بر قاصد‌ــ‌1 و ماهواره‌بر سفیر‌ــ‌1 که در مرحله اول، از یک پیشران سوخت مایع مشابه استفاده می‌کنند؛ مخازن سوخت و اکسیدکننده در سفیر‌ــ‌1 بزرگتر هستند

* سلمان؛ عضو تازه شگفتی‌ساز

اما در مرحله دوم، قاصد از پیشران سوخت جامد سلمان استفاده کرده است. این پیشران در بهمن 1398 رونمایی شده و جزو دستاوردهای جدید نیروی هوافضای سپاه محسوب می شود.

دو ویژگی مهم در سلمان وجود دارد اول اینکه مجهز به سامانه تغییر بردار رانش بر اساس حرکت دادن خروجی (نازل) پیشران است.

پیش از این موشک های خانواده شهاب و قدر، قیام و سجیل همگی از روش کنترل بردار رانش اما مبتنی بر بالک های نصب شونده در خروجی پیشران موشک استفاده می کردند.

در این روش چهار بالک که از جنس های بسیار مقاوم و عموماً از گرافیت ساخته می شوند در خروجی پیشران قرار گرفته و کار ایجاد تغییر جهت گازهای خروجی و ایجاد نیروی لازم برای تغییر مسیر را به انجام می رسانند.

روش فوق هر چند از پیچیدگی های فنی کمتری در بحث ساخت قطعات و اجزاء لازم برخوردار است اما همواره مقداری از نیروی رانش موتور را هدر می دهد که مستقیماً به کاهش کارایی موشک از بیشترین کارایی که می توانست به آن برسد منجر می شود. به علاوه، جنس بالک های نصب شونده در خروجی موتور نیز باید بسیار مقاوم باشد زیرا باید چندین دقیقه در معرض گازهایی داغ با سرعت بسیار زیاد قرار بگیرد.

راهکار دیگر برای بهره برداری از روش کنترل بردار رانش، حرکت دادن کل خروجی پیشران یا همان نازل پیشران است. در این روش عملگرهایی بیرون نازل نصب شده که با حرکت دادن نازل در جهت مورد نیاز، سبب تغییر جهت بردار رانش پیشران و در نتیجه تغییر مسیر موشک می شوند. در این روش هیچ میزانی از نیروی رانش هدر نمی رود.

توسعه این فناوری دارای گلوگاه های خاصی بوده و علاوه بر تنظیم دقیق زوایای نازل در برخورد با گازهای بسیار داغ خروجی، عملگرهایی با توانایی و مقاومت بالا نیز مورد نیاز است.

ویژگی دوم پیشران فضایی سلمان این است که بدنه محفظه موتور و بدنه بیرونی پیشران به جای فلز، از مواد مرکب غیرفلزی ساخته شده که وزن بسیار کمتری نسبت به فلزات دارند. این امر سبب کاهش وزن قابل توجه و افزایش بهره‌وری پیشران در مأموریت خود می شود. این وزن صرفه جویی شده باعث ایجاد شتاب بیشتر یا امکان حمل محموله بیشتر در مأموریت می شود.

بخش تطبیق قطر مراحل و پیشران سوخت جامد سلمان

پس از پیشران سلمان، مرحله سوم ماهواره‌بر قاصد قرار دارد که بنا بر شواهد موجود از یک پیشران سوخت مایع کوچک تشکیل شده است. در بالای این پیشران، ماهواره قرار داده می شود. این پیشران تا لحظات نهایی رسیدن ماهواره به سرعت و زاویه لازم برای مدار مربوطه، کار می کند. سپس ساز و کار جدایش ماهواره عمل کرده و آن را از نگه‌دارنده جدا می کند.

پوشش ماهواره و پیشران مرحله سوم قاصد‌ــ‌1 که تقریباً همزمان با جدایش مرحله اول جدا می‌شود

قاصد یا به‌تعبیر دقیقتر، قاصد‌ــ‌1، در طی فرایند کاری 510 ثانیه ای خود، سه بار فرایند جدایش مراحل و نیز جدایش پوشش آیرودینامیکی بالایی ماهواره‌بر را به انجام می رساند.

تصویر منتشرشده از اتاق کنترل ماهواره‌بر قاصد‌ــ‌1

در تصاویر منتشرشده از اتاق کنترل ماهواره‌بر قاصد‌ــ‌1 که مربوط به لحظات پس از خاموش شدن موتور مرحله دوم و پیش از روشن شدن موتور مرحله سوم است، نکات جالبی مشاهده می شود.

در تصویر زیر، نمودار ایمپالس کلی (معیاری از نیروی رانش) مورد انتظار از عملکرد ماهواره‌بر در طی پرواز ارائه شده است. خط افقی که نشان دهنده زمان پرواز است به صورت واحدهای 100 ثانیه ای تقسیم بندی شده است.

از نمودار مذکور مشخص می شود که یک فاصله زمانی مشخص بین جدا شدن مرحله کاری فعلی و روشن شدن پیشران مرحله بعدی در نظر گرفته شده است.

نمودار رانش بر حسب زمان در ماهواره‌بر قاصد‌ــ‌1

بر اساس تصویر فوق، گام اول مأموریت که زمان کاری مرحله اول تا لحظه جدایش آن است تا ثانیه 117 طول کشیده، در گام دوم به مدت 42 ثانیه موتور دوم هنوز روشن نشده و ماهواره‌بر با انرژی جنبشی خود حرکت می کند.

یکی از اتفاقاتی که در این مدت 42 ثانیه صورت می گیرد، جدا شدن پوشش فوقانی ماهواره‌بر است که بر روی هر دو بخش ماهواره و موتور مرحله سوم قرار گرفته است.

در ثانیه 159 از لحظه پرتاب، گام سوم یعنی روشن شدن موتور مرحله دوم آغاز می شود. این گام در حدود 50 تا 55 ثانیه به طول انجامیده و با خاموش شدن موتور سلمان، جدایش مرحله دوم نیز انجام شده و ماهواره‌بر وارد فاز چهارم می شود.

در این فاز به مدت نسبتاً طولانی، پیشران مرحله سوم شروع به کار نکرده (یا به احتمال ضعیفتر بدون رسیدن به رانش نامی کار می کند) و در حدود ثانیه 430 از شروع پرتاب، پیشران مرحله سوم وارد فعالیت شده و تا ثانیه 510 یعنی اتمام مأموریت و جدایش ماهواره، کار می کند.

تصویر جدایش مرحله اول از دید دوربین حرارتی (سمت چپ) و از دید دوربین‌های داخل ماهواره‌بر (تصویر وسط و سمت راست)

روشن‌شدن موتور سوخت جامد سلمان

طی زمانی که در فیلم پرواز قاصد‌ــ‌1 از اتاق کنترل ارائه شده، با وجود طی شدن زمان و افزایش فاصله مکانی از 1320 کیلومتر به 1331 کیلومتر از مکان پرتاب ظرف مدت حدود 2 ثانیه و نیز افزایش ارتفاع از 402.9 به 404.2 کیلومتر، سرعت ماهواره‌بر به میزان حدود 2 متر بر ثانیه افت کرده است.

این امر نشان می دهد که به‌احتمال زیاد هنوز پیشران مرحله سوم روشن نشده است (یا به احتمال کمتر، هنوز به نیروی رانش نامی خود نرسیده) زیرا در این صورت افت سرعت رخ نمی داد.

نشانگر روی نمودار رانش که قبلاً مورد بحث قرار گرفت در تصویر مربوطه نیز در حال اشاره به نقطه ای در نزدیکی ثانیه 400 است که نمودار به صورت افقی بوده و نشان دهنده ثابت بودن نیروی رانش است.

اطلاعات دریافت‌شده از پرواز ماهواره‌بر در فاصله زمانی دو ثانیه (ثانیه 391.2 و 393.2) که فاصله طولی طی‌شده را بیش از 1320 تا 1331 کیلومتر نشان می‌دهد

نکته بسیار مهم دیگر، سرعت قاصد‌ــ‌1 در این برهه از پرواز است. بر اساس طی مسافت افقی 11 کیلومتر در 2 ثانیه که معادل 5500 متر بر ثانیه است و نیز داده های دریافتی که سرعت را در حدود 5220 متر بر ثانیه نمایش داده سرعت قاصد در حدود 18.5 تا 19.5 ماخ (با توجه به حدود سرعت صوت در ارتفاع 400 کیلومتری) قابل محاسبه است.

البته با توجه به دریافت اطلاعات تله متری، مقداری خطا و اختلاف در محاسبات وجود دارد. در ادامه مسیر، قاصد با طی حدود 120 ثانیه دیگر در نهایت خود را به سرعت حدود 26 تا 27 ماخ می رساند که متناسب با سرعت مورد نیاز 7500 متر بر ثانیه ای برای موازنه با جاذبه زمین است.

نکته مهم دیگری که از تصاویر اتاق کنترل ماهواره‌بر قاصد دریافت می شود، ساختار پیشران مرحله سوم است. طبق تصویر، این پیشران در واقع ترکیبی از 6 نازل مختلف است که با یک دیگر زاویه 90 درجه در نمای گرافیکی منتشر شده ایجاد کرده اند.

این نازل ها قطعاً دارای زاویه رو به پائین نیز هستند تا راستای رانش آنها سبب افزایش ارتفاع ماهواره شود اما نکته مهم، امکان تنظیم دقیق زاویه و سرعت تزریق ماهواره با تنظیم میزان رانش تولیدی در هر یک از 6 نازل است. این مجموعه پیچیدگی بیشتری نسبت به موتور مرحله دوم ماهواره‌برهای سفیر-1 با دو نازل و سیمرغ با چهار نازل دارد.

تصویر گرافیکی صفحه نمایشگر عملکرد پیشران مرحله سوم قاصد‌ــ‌1 که از 6 نازل در جهات مختلف تشکیل شده است

مرحله دوم ماهواره‌بر سیمرغ با چهار نازل

* پرتاب سریع و غافلگیرانه

همان‌طور که کار روی ایجاد چرخه کامل فضایی شامل ساخت ماهواره، ساخت ماهواره‌بر، پایگاه پرتاب و ایستگاه های کنترل ماهواره در سکوت خبری و با رعایت کامل و بی نقص اصول حفاظتی انجام شده بود، پرتاب قاصد به عنوان اولین ماهواره‌بر سپاه نیز بسیار سریع و در اوج حفاظت اطلاعات انجام شد.

در واقع به جز پایگاه پرتاب فضایی سپاه در کویر مرکزی ایران که به دلیل ابعاد بزرگ سکوی پرتاب، قبلاً شناسایی شده بود، سایر بخش های چرخه فضایی سپاه از دید دشمن پنهان مانده و اظهار شگفتی تحلیلگران و ناظران خارجی نیز گواهی بر این مدعا است.

یک نکته بسیار مهم در مورد قاصد، پرتاب آن از یک پرتابگر متحرک مشابه موشک های بالستیک بود. این امر البته نیازمند مراعات نکات و الزامات مهم فنی است که چنین قابلیتی را ایجاد کند.

از آن جمله ضریب اطمینان بالای پیشران های مراحل فوقانی، عدم نیاز به پشتیبانی خاص تا لحظه پیش از پرتاب و... از مواردی است که سبب عدم نیاز قاصد به سکوی پرتاب ثابت یا برج خدمات شده است.

قاصد‌ــ‌1 و پرتابگر متحرک آن

در نتیجه قاصد امکان پرتاب از هر نقطه‌ای را داشته است و در آینده نیز می تواند از جایی غیر از پایگاه پرتاب فضایی مأموریت خود را آغاز کند. قابلیت سوختگیری موشک های سپاه به صورت افقی نیز از مواردی است که سال ها پیش محقق شده و این امر نیز به اجرای سریع عملیات پرتاب آن پیش از شناسایی توسط ماهواره های دشمن و اعلام خبر توسط آنها کمک نموده است.

نکته جالب اینکه با وجود بهره‌مندی از پرتابگر متحرک، پرتاب قاصد از همان پایگاه شناخته شده سپاه که قطعاً در هر روز تحت نظارت ماهواره های جاسوسی دشمن قرار دارد انجام شد تا باز هم گواه دیگری بر توانایی اجرای سریع یک عملیات پرتاب موشک باشد.

عملیات پرتاب قاصد با وجود اجرا از پایگاه فضایی شناخته‌شده سپاه در کویر مرکزی، پیش از انجام توسط دشمن کشف نشد

* قاصدهای بعدی در راهند

آنچه از جمع‌بندی سخنان فرمانده نیروی هوافضای سپاه و فرمانده یگان فضایی این نیرو در روزهای پس از پرتاب قاصد برداشت می‌شود این است که اولاً نقشه راه توسعه فناوری فضایی نظامی در این نیرو تدوین شده و برنامه ها طبق این نقشه راه پیگیری خواهد شد.

ماهواره نور‌ــ‌1 به‌عنوان یک گام ابتدایی مجهز به حسگرهای شناسایی و قابلیت دریافت و ارسال سیگنال است که چندین فناوری مهم و زیرسامانه های اصلی را آزمایش کرده و راه را برای پرتاب ماهواره های بعدی باز می کند.

ماهواره نور‌ــ‌2 نیز که بنا بر شواهد موجود در گفته های مسئولان سپاه آماده عملیات است با قابلیت های بیشتر و در مدار بالاتری اما در سطح لئو تزریق خواهد شد.

در نهایت نیز سپاه برای بهره برداری از خدمات ناوبری و ارتباطی پیشرفته به مدارهای میانی (مئو) و مدار زمین آهنگ (ژئو) ورود خواهد کرد. طبعاً مدارهای بالاتر و محموله های سنگین تر، ماهواره‌برهای قدرتمندی تری را نیز طلب می کند.

نکته مهم دیگر این است که نمونه بعدی ماهواره‌بر قاصد به گفته فرمانده نیروی هوافضای سپاه سردار حاجی زاده، قرار است در مرحله اول خود نیز از پیشران سوخت جامد استفاده کند.

پیشران‌های سوخت مایع و جامد، مزیت ها و معایب مختص خود را دارند و با وجود پیشرفت های بزرگ در دانش و فناوری هوافضا همچنان از هر دوی آنها در مأموریت های فضایی استفاده می شود. اما با در نظر گرفتن رویکرد نیروی هوافضای سپاه به عدم توسعه یک پیشران جدید در مرحله اول قاصد-1 احتمالاً صرفاً به منظور افزایش توان حمل محموله از پیشران های سوخت جامد موجود در مرحله اول ماهواره‌بر بعدی سپاه استفاده خواهد شد.

بنا بر شواهد موجود، آماده‌ترین موشک سوخت جامد برد بلند و رسانه ای شده توسط سپاه موشک سجیل است که در دو نسل توسط وزارت دفاع ساخته و بیش از یک دهه است که در حال خدمت در نیروی هوافضای سپاه است.

در نتیجه این موشک کاندیدای اول به کارگیری به عنوان مرحله اول در ماهواره‌بر بعدی است. البته لازم به ذکر است که سجیل خود موشکی دو مرحله ای بوده و در نتیجه در صورت استفاده کامل از آن در ماهواره‌بر بعدی سپاه و حفظ بقیه ساختار قاصد-1 ماهواره‌بری چهار مرحله ای حاصل خواهد شد.

تصویر گرافیکی از قاصد‌ــ‌2 بر مبنای موشک سجیل و حفظ بقیه ساختار قاصد‌ــ‌1

موشک بالستیک سجیل برخوردار از دو مرحله سوخت جامد

مراحلی که برای ماهواره‌بر سنگین سوخت جامد قائم آماده شده و در گزارش های قبلی به آن پرداخته بودیم نیز از گزینه‌های قابل طرح برای استفاده در ماهواره‌بر بعدی سپاه است.

با توجه به عدم انتشار اطلاعات خاصی از مراحل 2 تا 4 قائم، نمی توان گمانه زنی خاصی در مورد قطر و طول آنها داشت اما تصاویر و اطلاعات فعلی، احتمال به کارگیری اجزائی از قائم را به جای مرحله اول سوخت مایع فعلی در قاصد، کمرنگ می کند.

یک نکته مهم نیز در اینجا قابل ذکر است و آن اینکه در سال های گذشته در مناسبت های مختلف فرماندهان سپاه از ورود به خدمت نسل جدیدی از موشک های بالستیک سوخت مایع و جامد در سپاه سخن گفته بودند.

موشک های خرمشهر-1 و 2 در زمینه سوخت مایع نسل جدیدی بودند که معرفی شده و از موتور متفاوتی نسبت به خانواده شهاب و قدر برخوردار هستند. در نتیجه یک علاقمندی برای خروج از خدمت موشک های قدیمی از خدمت عملیاتی به مرور زمان وجود دارد.

استفاده از این موشک ها در مأموریت های پرتاب های فضایی سبب مصرف بخشی از موشک های آماده خروج از خدمت نظامی شده و البته هزینه های پرتاب های فضایی سپاه را نیز به شدت کاهش می دهند.

همچون پرتاب ماهواره‌برهای سفیر-1 و سیمرغ، دشمنان به سرعت در پی وانمود کردن موشک قاصد به عنوان یک موشک بالستیک و حتی قاره‌پیما برآمدند. نحوه توسعه، نحوه پرتاب و میزان منابع در دسترس خود نیروی هوافضای سپاه، نشان می دهد که این نیرو امکان ساخت تعداد بسیار زیادی قاصد-1 یعنی به تعداد موشک های قدر موجود در شهرهای زیرزمینی را دارد.

حال با این وجود دشمنان هر چقدر هم که فریاد بزنند، یک توان جدید موشکی در داخل نیروهای مسلح ایران به ثمر رسیده و بهتر است آنچه را که به چشم دیده اند بپذیرند چه قاصد، یک ماهواره‌بر باقی بماند و چه مصارف دیگری داشته باشد.

آنچه پشتوانه موفقیت سپاه در اولین پرتاب فضایی خود شده علاوه بر ایمان راسخ به آرمان های انقلاب و نصرت الهی، تلاش های شبانه روزی آنها خصوصاً در نیروی هوافضا در طی سه دهه گذشته بوده است که به جنبه های مختلف و تاریک ترین نقاط دانش و فناوری موشکی قدم گذاشته و در این مسیر از بذل جان نیز کم نگذاشته اند.

با این تفاسیر، پیش بینی می‌شود سپاه گام‌های لازم برای بهره برداری از فناوری های فضایی در مسیر قدرتمند شدن هر چه بیشتر نیروهای مسلح را با سرعت و ایمنی لازم طی کند.

انتهای پیام/