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

ماهواره‌بر قاصد که اولین ماهواره نظامی ایران را به مدار ۴۲۵ کیلومتری زمین فرستاد، اولین موشک ۳ مرحله‌ای است که در کشور ساخته شده و در حوزه عملیاتی نیز به کار گرفته شده است.

کد خبر: ۵۴۷۳۶۲

تاریخ: ۱۷ ارديبهشت ۱۳۹۹ - ۲۱:۲۸

روزچهارشنبه سوم اردیبهشت ماه، نیروی هوافضای سپاه پاسداران، اولین ماهواره نظامی با نام نور را بوسیله ماهواره‌بر «قاصد» به مدار ۴۲۵ کیلومتری زمین فرستاد؛ «قاصد»، جدیدترین ماهواره‌بر ساخت ایران و یک ماهواره‌بر ۳ مرحله 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 ۸۸ 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 به طور قطعی به یک ضرورت برای قدرتمند بودن تبدیل شده از جمله اهداف نیروی هوافضای سپاه بود.

همانطور که گفته شد، ماهواره‌بر ۳ مرحله‌ای قاصد که بدون هیچ خبر قبلی ساخته و پرتاب شد، اولین ماهواره‌بر سپاه بوده و اولین ماهواره نظامی ایران با نام نور-۱ را در مدار حدود ۴۲۵ کیلومتری 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 تنش‌های نظامی، موشک‌های بالستیک قاره‌پیمای متعددی به منظور قراردهی ماهواره‌ها 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 می‌شود.

ساختار ماهواره‌بر قاصد-۱ با طول کلی حدود ۱۸.۱ 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 ۱.۲۵ 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 ۱۷۰۰۰ تا ۱۷۲۵۰ کیلوگرم داشته و به طور معمول سرجنگی ۶۵۰ کیلوگرمی حمل می‌کند. در نتیجه با حذف سرجنگی، جرم باقیمانده که در مرحله اول قاصد-۱ استفاده شده است در حدود ۱۶۳۵۰ تا ۱۶۶۰۰ کیلوگرم قابل تخمین است.

موشک قدر-اف

سرجنگی و بخش تطبیق قطر در موشک قدر

لازم به ذکر است که پیشران سوخت مایع موجود در موشک‌های قدر از نمونه‌های بهبود یافته در موشک‌های شهاب-۳ و مشابه موتور مرحله اول ماهواره‌بر سفیر-۱ است.

این پیشران تا کنون در پرتاب‌های فضایی متعدد ماهواره‌بر‌های سفیر-۱ و سیمرغ (که ۴ موتور از این نوع را در مرحله اول خود دارد) و نیز در شلیک‌های متعدد موشک‌های بالستیک شهاب-۳ و انواع مختلف قدر در حدود دو دهه گذشته به خوبی کار کرده و قابلیت اطمینان مطلوبی دارد.

مقایسه ابعاد موشک بالستیک قدر-اچ، ماهواره‌بر قاصد-۱ و ماهواره‌بر سفیر-۱ که در مرحله اول، از یک پیشران سوخت مایع مشابه استفاده می‌کنند؛ مخازن سوخت و اکسید کننده در سفیر-۱ بزرگتر هستند

* سلمان؛ عضو تازه شگفتی ساز.

اما در مرحله دوم، قاصد از پیشران سوخت جامد سلمان استفاده کرده است. این پیشران در بهمن ۱۳۹۸ رونمایی شده و جزو دستاورد‌های جدید نیروی هوافضای سپاه محسوب می‌شود.

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 موشک‌های خانواده شهاب و قدر، قیام و سجیل همگی از روش کنترل بردار رانش، اما مبتنی بر بالک‌های نصب شونده در خروجی پیشران موشک استفاده می‌کردند.

در این روش چهار بالک که از جنس‌های بسیار مقاوم و عموماً از گرافیت ساخته می‌شوند در خروجی پیشران قرار گرفته و کار ایجاد تغییر جهت گاز‌های خروجی و ایجاد نیروی لازم برای تغییر مسیر را به انجام می‌رسانند.

روش فوق هر چند از پیچیدگی‌های فنی کمتری در بحث ساخت قطعات و اجزاء لازم برخوردار است، اما همواره مقداری از نیروی رانش موتور را هدر می‌دهد که مستقیماً به کاهش کارایی موشک از بیشترین کارایی که می‌توانست به آن برسد منجر می‌شود. به علاوه، جنس بالک‌های 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 می‌شوند. در این روش هیچ میزانی از نیروی رانش هدر نمی‌رود.

توسعه این فناوری دارای گلوگاه‌های 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 می‌شود. این وزن صرفه جویی شده باعث ایجاد شتاب بیشتر یا امکان حمل محموله بیشتر در مأموریت می‌شود.

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 می‌شود. این پیشران تا لحظات نهایی رسیدن ماهواره به سرعت و زاویه لازم برای مدار مربوطه، کار می‌کند. سپس ساز و کار جدایش ماهواره عمل کرده و آن را از نگه‌دارنده جدا می‌کند.

پوشش ماهواره و پیشران مرحله سوم قاصد-۱ که تقریباً همزمان با جدایش مرحله اول جدا می‌شود

قاصد یا به تعبیر دقیقتر، قاصد-۱، در طی فرایند کاری ۵۱۰ ثانیه‌ای خود، سه بار فرایند جدایش مراحل و نیز جدایش پوشش آیرودینامیکی بالایی ماهواره‌بر را به انجام می‌رساند.

تصویر منتشر شده از اتاق کنترل ماهواره‌بر قاصد-۱

در تصاویر منتشر شده از اتاق کنترل ماهواره‌بر قاصد-۱ که مربوط به لحظات پس از خاموش شدن موتور مرحله دوم و پیش از روشن شدن موتور مرحله سوم است، نکات جالبی مشاهده می‌شود.

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 ۱۰۰ ثانیه‌ای تقسیم بندی شده است.

از نمودار مذکور مشخص می‌شود 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 قاصد-۱

بر اساس تصویر فوق، گام اول مأموریت که زمان کاری مرحله اول تا لحظه جدایش آن است تا ثانیه ۱۱۷ طول کشیده، در گام دوم به مدت ۴۲ ثانیه موتور دوم هنوز روشن نشده و ماهواره‌بر با انرژی جنبشی خود حرکت می‌کند.

یکی از اتفاقاتی که در این مدت ۴۲ ثانیه صورت می‌گیرد، جدا شدن پوشش فوقانی ماهواره‌بر است که بر روی هر دو بخش ماهواره و موتور مرحله سوم قرار گرفته است.

در ثانیه ۱۵۹ از لحظه پرتاب، گام سوم یعنی روشن شدن موتور مرحله دوم آغاز می‌شود. این گام در حدود ۵۰ تا ۵۵ ثانیه به طول انجامیده و با خاموش شدن موتور سلمان، جدایش مرحله دوم نیز انجام شده و ماهواره‌بر وارد فاز چهارم می‌شود.

در این فاز به مدت نسبتاً طولانی، پیشران مرحله سوم شروع به کار نکرده (یا به احتمال ضعیفتر بدون رسیدن به رانش نامی کار می‌کند) و در حدود ثانیه ۴۳۰ از شروع پرتاب، پیشران مرحله سوم وارد فعالیت شده و تا ثانیه ۵۱۰ یعنی اتمام مأموریت و جدایش ماهواره، کار می‌کند.

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

روشن شدن موتور سوخت جامد سلمان

در طی زمانی که در فیلم پرواز قاصد-۱ از اتاق کنترل ارائه شده، با وجود طی شدن زمان و افزایش فاصله مکانی از ۱۳۲۰ کیلومتر به ۱۳۳۱ کیلومتر از مکان پرتاب ظرف مدت حدود ۲ ثانیه و نیز افزایش ارتفاع از ۴۰۲.۹ به ۴۰۴.۲ کیلومتر، سرعت ماهواره‌بر به میزان حدود ۲ متر بر ثانیه افت کرده است.

این امر نشان می‌دهد که به احتمال 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 نمی‌داد.

نشانگر روی نمودار رانش که قبلاً مورد بحث قرار گرفت در تصویر مربوطه نیز در حال اشاره به نقطه‌ای در نزدیکی ثانیه ۴۰۰ است که نمودار به صورت افقی بوده و نشان دهنده ثابت بودن نیروی رانش است.

اطلاعات دریافت شده از پرواز ماهواره‌بر در فاصله زمانی دو ثانیه (ثانیه ۳۹۱.۲ و ۳۹۳.۲) که فاصله طولی طی شده را بیش از ۱۳۲۰ تا ۱۳۳۱ کیلومتر نشان می‌دهد

نکته بسیار مهم دیگر، سرعت قاصد-۱ در این برهه از پرواز است. بر اساس طی مسافت افقی ۱۱ کیلومتر در ۲ ثانیه که معادل ۵۵۰۰ متر بر ثانیه است و نیز داده‌های دریافتی که سرعت را در حدود ۵۲۲۰ متر بر ثانیه نمایش داده سرعت قاصد در حدود ۱۸.۵ تا ۱۹.۵ ماخ (با توجه به حدود سرعت صوت در ارتفاع ۴۰۰ 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 ۱۲۰ ثانیه دیگر در نهایت خود را به سرعت حدود ۲۶ تا ۲۷ ماخ می‌رساند که متناسب با سرعت مورد نیاز ۷۵۰۰ متر بر ثانیه‌ای برای موازنه با جاذبه زمین است.

نکته مهم دیگری که از تصاویر اتاق کنترل ماهواره‌بر قاصد دریافت می‌شود، ساختار پیشران مرحله سوم است. طبق تصویر، این پیشران در واقع ترکیبی از ۶ نازل مختلف است که با یک دیگر زاویه ۹۰ درجه در نمای گرافیکی منتشر شده ایجاد کرده اند.

این نازل‌ها 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 ۶ نازل است. این مجموعه پیچیدگی بیشتری نسبت به موتور مرحله دوم ماهواره‌بر‌های سفیر-۱ با دو نازل و سیمرغ با چهار نازل دارد.

تصویر گرافیکی صفحه نمایشگر عملکرد پیشران مرحله سوم قاصد-۱ که از ۶ 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 ایستگاه‌های 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 بخش‌های 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 موشک‌های 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 پیشران‌های 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.

قاصد-1 و پرتابگر متحرک آن

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

نکته جالب اینکه با وجود بهره مندی از پرتابگر متحرک، پرتاب قاصد از همان پایگاه شناخته شده سپاه که قطعاً در هر روز تحت نظارت ماهواره‌های 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 شناخته شده سپاه در کویر مرکزی، پیش از انجام توسط دشمن کشف نشد

* قاصد‌های بعدی در راهند

آنچه از جمع بندی 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 برنامه‌ها طبق این نقشه راه پیگیری خواهد شد.

ماهواره نور-۱ به عنوان یک گام ابتدایی مجهز به حسگر‌های شناسایی و قابلیت دریافت و ارسال سیگنال است که چندین فناوری مهم و زیرسامانه‌های اصلی را آزمایش کرده و راه را برای پرتاب ماهواره‌های بعدی باز می‌کند.

ماهواره نور-۲ نیز که بنا بر شواهد موجود در گفته‌های مسئولان سپاه آماده عملیات است با قابلیت‌های 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 محموله‌های سنگین تر، ماهواره‌بر‌های قدرتمندی تری را نیز طلب می‌کند.

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، مزیت‌ها و معایب مختص خود را دارند و با وجود پیشرفت‌های بزرگ در دانش و فناوری هوافضا همچنان از هر دوی آن‌ها در مأموریت‌های فضایی استفاده می‌شود. اما با در نظر گرفتن رویکرد نیروی هوافضای سپاه به عدم توسعه یک پیشران جدید در مرحله اول قاصد-۱ احتمالاً صرفاً به منظور افزایش توان حمل محموله از پیشران‌های سوخت جامد موجود در مرحله اول ماهواره‌بر بعدی سپاه استفاده خواهد شد.

بنا بر شواهد موجود، آماده‌ترین موشک سوخت جامد برد بلند و رسانه‌ای 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 مرحله‌ای بوده و در نتیجه در صورت استفاده کامل از آن در ماهواره‌بر بعدی سپاه و حفظ بقیه ساختار قاصد-۱ ماهواره‌بری چهار مرحله‌ای حاصل خواهد شد.

تصویر گرافیکی از قاصد-۲ بر مبنای موشک سجیل و حفظ بقیه ساختار قاصد-۱

موشک بالستیک سجیل برخوردار از دو مرحله سوخت جامد

مراحلی که برای ماهواره‌بر سنگین سوخت جامد قائم آماده شده و در گزارش‌های 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 ۲ تا ۴ قائم، نمی‌توان 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 می‌کند.

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

موشک‌های خرمشهر-۱ و ۲ 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 موشک‌های قدیمی از خدمت عملیاتی به مرور زمان وجود دارد.

استفاده از این موشک‌ها در مأموریت‌های پرتاب‌های فضایی سبب مصرف بخشی از موشک‌های آماده خروج از خدمت نظامی شده و البته هزینه‌های پرتاب‌های فضایی سپاه را نیز به شدت کاهش می‌دهند.

همچون پرتاب ماهواره‌بر‌های سفیر-۱ 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 می‌دهد که این نیرو امکان ساخت تعداد بسیار زیادی قاصد-۱ یعنی به تعداد موشک‌های 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 آرمان‌های انقلاب و نصرت الهی، تلاش‌های شبانه روزی آن‌ها خصوصاً در نیروی هوافضا در طی سه دهه گذشته بوده است که به جنبه‌های مختلف و تاریک‌ترین 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 فناوری‌های فضایی در مسیر قدرتمند شدن هر چه بیشتر نیرو‌های مسلح را با سرعت و ایمنی لازم طی کند.