دستیابی به فناوری ساخت بدنههای کامپوزیتی الیاف کربن و آلیاژهای فوقمستحکم، ایران را در زمره کشورهای دارای دانش راهبردی هوافضا قرار داده است.
به گزارش سیناپرس، با دستیابی به فناوری طراحی و تولید بدنههای کامپوزیتی الیاف کربن و آلیاژهای فوقمستحکم، ایران در شمار کشورهای صاحبدانش راهبردی مواد برای موشکهای پیشرفته قرار گرفته است.
در همهمه و هیجانات شب های عملیات وعده صادق و اصابت موشک های ایرانی ، یکی از مواردی که تعجب مخاطبان جهانی را برانگیخت، استحکام سازه موشک های ایرانی حتی در بالاترین سرعت و مأنوردهی بود که با وجود فشار جو و گرانش و سرعت بالا سازه بدون کوچک ترین مشکلی ضمن حفظ ساختار و یکپارچگی، ماموریت های محوله را به طور کامل انجام دادند.باید به این نکته توجه داشت که تا الآن اظهار نظر مستقیم راجع به جزئیات بدنه موشکها از منابع رسمی منتشر نشده است و به همین جهت علاقهمندان به امور نظامی را به سمت فناوریهای بنیادین متالوژی در صنعت هوافضا در نمونههای مشابه کشانده است.
در پشت پرده فناوری سازه موشک های بالستیک یک مجموعه پیچیده نهفته است که میدان داری دانش متالوژی در میادین جنگ به شمار میرود. در سطح اول این مجموعه پیچیده فنی، پوسته یا بدنه موشک قرار دارد که مرز میان موفقیت در اصابت و فروپاشی موشک در جو است.
پرسش اینکه بدنه این پرندههای استراتژیک از چه موادی ساخته میشود، ما را به عمق پیشرفتهترین دانشهای بشر در حوزه متالورژی، کامپوزیت و طراحی سازه هدایت میکند؛ دانشی که اکنون جمهوری اسلامی ایران نیز در زمره معدود دارندگان آن قرار گرفته است و کیفیت موشک های ایرانی نقل محافل نظامی و سیاسی بین المللی شده است.
فلزات پیشرفته و کامپوزیتهای سبک، دو راهبرد اصلی
اولویت نخست در طراحی بدنه یک موشک بالستیک، دستیابی به بالاترین نسبت استحکام به وزن است. هر کیلوگرم کاهش وزن بدنه، مستقیماً به افزایش برد یا محموله جنگی منجر میشود. از همین رو، مهندسان از دو خانواده بزرگ مواد بهره میگیرند:در دسته آلیاژهای فلزی، آلومینیومهای مستحکمشده با عناصری چون مس و منیزیم، بهویژه در مخازن سوخت مایع و پوستههای اولیه، کاربرد دارند.
اما قهرمان این میدان تیتانیوم است. آلیاژ Ti-6Al-4V با استحکام کششی نزدیک به ۹۰۰ مگاپاسکال و چگالی تنها ۴.۴ گرم بر سانتیمکعب، ستون فقرات بدنه موشکهای بالستیک به نام چون مینوتمن آمریکا بوده است و احتمال استقاده از این متریال در موشک های ایرانی هم وجود دارد.
فولادهای فوقمستحکم مارایجینگ نیز با تحمل فشارهای عظیم محفظه احتراق سوخت جامد، نقشی بیبدیل در نسلهای اولیه ایفا کردند و هنوز در موشکهای سوخت مایع سنگین بهکار میروند. برای قطعات فوقسبک هدایت، حتی از بریلیم با مدول الاستیسیته خیرهکننده استفاده میشود.
اما تحول واقعی با ورود مواد کامپوزیتی رقم خورد. الیاف کربن با مدول بالا که در بستری از رزینهای اپوکسی یا فنولیک قرار میگیرند، امکان ساخت پوستههای موتور سوخت جامد را با چگالیای نزدیک به یکچهارم فولاد اما با استحکامی چندین برابر فراهم کردهاند.
روش ساخت فیلامنت وایندینگ به صورت رباتیک الیاف آغشته به رزین را با الگوی تنشهای اصلی روی قالب میپیچد و پس از شکل گیری و پایان فرایند، سازهای یکپارچه و بینهایت مقاوم در برابر فشار داخلی هزاران پوند بر اینچ مربع ایجاد میکند.
نگاهی به مواد بالا به زبان ساده
در طراحی بدنه موشک بالستیک، مهمترین هدف مهندسان رسیدن به بیشترین میزان استحکام با کمترین وزن ممکن است، چون هر کیلوگرمی که از وزن بدنه کم شود، موشک میتواند مسافت بیشتری طی کند یا محموله سنگینتری حمل کند.
با توجه به داده های پیشین صنعت هوافضا، برای رسیدن به این هدف دو مسیر اصلی وجود دارد: یکی استفاده از آلیاژهای فلزی بسیار مقاوم مانند تیتانیوم، فولادهای ویژه و آلومینیوم و دیگری بهرهگیری از مواد کامپوزیتی پیشرفته. در روش دوم، الیاف کربن که بسیار سبک اما فوقالعاده مستحکم هستند، با رزینهای مخصوص ترکیب میشوند و با دستگاههای رباتیک به دور قالب موتور پیچیده میشوند. نتیجه کار، سازهای یکپارچه و بهشدت مقاوم است که وزنی به مراتب کمتر از نمونههای فلزی دارد.نمونه این مسله هم در موشک بالستیک رعد ۵۰۰ مشهود است:
فناوری بدنه در خدمت نقطه زنی و گریز از پدافند
بدنه یک موشک بالستیک صرفاً یک استوانه توخالی نیست و با یک سامانه چندلایه با عملکردهای متداخل طرف هستیم.مخازن سوخت مایع باید در برابر خوردگی اسید نیتریک سفید دودکننده یا هیدرازین مقاوم باشند، از این رو از آلیاژهای خاص آلومینیوم-منیزیم یا فولادهای زنگنزن سری ۳۰۰ با پوششهای داخلی پلیمری استفاده میشود.
نازل خروجی به عنوان داغترین نقطه موشک، قلمروی ابرآلیاژهای پایه نیکل مانند اینکونل ۷۱۸ و کامپوزیتهای کربن-کربن است که میتوانند بدون ذوب شدن، دمای گازهای خروجی بالای ۲۵۰۰ درجه را تاب آورند.
در بخش کلاهک و حاملهای ورود مجدد به جو ، چالش حرارتی به اوج میرسد. سپرهای حرارتی Ablative از جنس فنولیکهای تقویتشده با الیاف کوارتز یا کربن، با سوختن کنترلشده و دفع حرارت، از محموله محافظت میکنند. در ادامه بخش جداشونده موشک عماد در عملیات وعده صادق را مشاهده میکنید.موشک مذکور درون اراضی قدس اشغالی اصابت موفق داشته است.
تشریح فناوری بدنه به زبان ساده
بدنه یک موشک بالستیک پیکرهای هوشمند با مأموریتهای حیاتی و همزمان است. این سازه باید در بخشهای مختلف خود، شرایط بسیار متفاوت و طاقتفرسایی را تاب بیاورد.
مخازن سوخت مایع در تماس دائم با مواد شیمیایی فوقالعاده خورندهای مانند اسید نیتریک غلیظ قرار دارند و برای بقای موشک، ناگزیر به استفاده از آلیاژهای ویژه آلومینیوم یا فولاد ضدزنگ با پوششهای محافظ داخلی هستیم. همزمان، دهانه خروجی موتور که داغترین نقطه است، باید حرارت افسانهای بیش از ۲۵۰۰ درجه سانتیگراد را تحمل کند، وظیفهای که تنها از عهده ابرآلیاژهای پایه نیکل و کامپوزیتهای پیشرفته کربن-کربن برمیآید.
در بخش کلاهک نیز، سپرهای حرارتی ویژهای با سوختن هدفمند و کنترلشده، گرمای کشنده ورود مجدد به جو را دفع کرده و از محموله ارزشمند درون آن محافظت میکنند تا در نقطه مشخص آنباکس شود.
جهش فناورانه ایران، از رعد ۵۰۰ تا فتاح
صنعت دفاعی ایران اکنون به بلوغ در مهندسی مواد دست یافته که ضمن حفظ توان آفندی کشور در شرایط جنگی، مرزهای فناوری ایران را نیز جابهجا کرده است. نمونه درخشان این توانمندی، موشک بالستیک رعد۵۰۰ با بدنه کاملاً کامپوزیتی از الیاف کربن است.
استفاده از این ماده در یک موشک سوخت جامد ، جهشی خیرهکننده محسوب میشود که البته در موشک های استفاده شده عملیاتی مانند خیبرشکن هم دیده شده است که عملیات موفق کتعدد علیه اسراییل داشت.
بدنه الیاف کربنی رعد ۵۰۰ با کاهش قابل توجه وزن در مقایسه با نمونههای فلزی، امکان افزایش جرم پیشرانه و در نتیجه دستیابی به برد بالاتر با دقت نقطهزن را فراهم آورده است. این موفقیت نشاندهنده تسلط کامل متخصصان ایرانی بر فرآیند پیچیده طراحی و تولید کامپوزیتهای حساس به تنش و ساخت پوستههای موتور با الگوی پیچش بهینه است.
از نقطه زنی در اسراییل تا راهگشای فناوری فضایی
به نقل از فارس، دستیابی به زنجیره کامل تولید این مواد راهبردی، از ذوب و آلیاژسازی تیتانیوم و فولادهای ویژه در کارخانههای متالورژی گرفته تا تولید الیاف کربن پیشرفته و ساخت رباتهای فیلامنت وایندینگ، گویای خودباوری و عمق علمی صنعت هوافضا است.
امروز، وقتی صحبت از بدنه یک موشک بالستیک میشود، ایران یک طراح و نوآور در لبه فناوری ماده و متالورژی به شمار میرود؛ جایگاهی که امنیت ملی را بر پایه دانشی بومی تضمین میکند و افقهای جدیدی را برای پرتابگرهای فضایی و فتح مدارها نیز میگشاید.