صاروخ

صاروخ سويوز، في منصّة الإطلاق ببيكونور.

صاروخ صيني قديم.

الصاروخ هو جسم طائر يعمل على مبدأ الاندفاع عن طريق رد الفعل لانفجارات تتم في غرفة الاحتراق كما هو مبين في الأسفل وهو مبدئ غير مرتبط بمحيط الصاروخ أي أن الصاروخ أو الدفع الصاروخي يعمل أيضا في الفضاء الخالي من الهواء مثلا (مثلا حين لا يحتاج احتراق الوقود للهواء). وهو يتميز عن القذيفة في أن مرحلة التسارع لدى الصاروخ أطول.
ويختلف حجم الصاروخ من صواريخ الألعاب النارية مرورا بالصواريخ العسكرية إلى الصواريخ العملاقة كصاروخ زحل 5 أي Saturn V الذي استعمل في استكشاف القمر خلال مشروع أبولو.

نبذة تاريخية

تعود بداية الصواريخ إلى أوائل القرن الثالث عشر الميلادي، حيث استخدمها العرب في صد الصليبيين ونجد أول وصف تفصيلي للصواريخ بواسطة العالم العربي حسن الرماح، وفي الحروب الصليبية انتقلت الصواريخ إلى أوروبا. ومع قيام الحربين العالميتين أظهر الألمان اهتماماً بالصواريخ، فطوروا صواريخ عدة منها صاروخ في-2 الذي أطلقت ألمانيا منه أكثر من ألف صاروخ على لندن أو بجوارها قتلوا ألف شخص.

وبعد انتهاء الحرب تصارع كل من الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة إلى استقطاب العلماء الألمان الذين عملوا في مشروعات تطوير الصواريخ النازية.

الأسس العلمية

في أي نظام ما يساوي مضروب التسارع في الكتلة أي (مضروب تغير السرعة في الكتلة) قوة الدفع الناتجة. فإذا حددنا النظام كما هو مبين في الصورة عند احتراق الوقود في المحرك الصاروخي بكثافة ودرجة حرارة عالية فإن جزيئات الغاز الناتجة عن الاحتراق تتحرك بسرعة شديدة وضغط عال متجهة إلى خارج الصاروخ، وعلى ذلك يتحرك الصاروخ في الاتجاه المعاكس لخروج الغاز طبقا قانون نيوتن الثالث الخاص برد الفعل، بحيث يكون مضروب وزنه في سرعته يساوي مضروب وزن الغاز في سرعته ولكن في الاتجاه العكسي (طبقا لقانون انحفاظ كمية الحركة). بالنسبة للصاروخ فوزنه متغير بسبب استهلاكه المستمر لما يحمله من وقود، ويجب أخذ ذلك في الاعتبار عند حساب المعادلة المذكورة أعلاه. إلى جانب الميكانيكا التي تصف حركة الصواريخ والقوى المؤثرة عليها فإن للديناميكا الحرارية والكيمياء دورين هامين في تطوير وقود الصواريخ خاصة وفي مجال الدفع الصاروخي.

V2

تعود بداية الصواريخ إلى أوائل القرن الثالث عشر الميلادي، حيث استخدمها العرب في صد الصليبيين ونجد أول وصف تفصيلي للصواريخ بواسطة العالم العربي حسن الرماح، وفي الحروب الصليبية انتقلت تقنية الصواريخ إلى أوروبا. ومع قيام الحربين العالميتين اهتم الألمان اهتماماً بالصواريخ، وتحت اشراف عالم الصواريخ الألماني فرنر فون براون قاموا بتكوير وتصنيع صواريخ عدة منها صاروخ فاو-1 (V1) وفاو-2 (V2) الذان أطلقتهم ألمانيا بأعداد كبيرة على لندن وجوارها فقتلوا ما يزيد عن 6000 شخص.

حساب دفع الصاروخ

يحرق المحرك الصاروخي جزءا صغيرا من الوقود الذي يحمله كل ثانية، بحيث يندفع الغاز المحترق الساخن خارج الصاروخ بسرعة عالية جدا. وهذا يعني أن لا بد ان تكون نسبة الدفع إلى وزن الصاروخ كبيرة حتي يستطيع الصاروخ الإقلاع. وتبلغ هذه النسبة للصوارخ من 1:70 إلى 1:100، في حين تصل تلك النسبة إلى 1:10 فقط بالنسبة لمحرك الطائرة النفاثة.

وتعطينا المعادلة التالية دفع الصاروخ:

$F_{n}={\dot {m}}\;v_{e}$

حيث:

${\dot {m}}\,$ معدل تدفق الوقود (كيلوجرام /ثانية)

$v_{e}\,$ سرعة خروج الغاز المحترق (متر / ثانية)

وعادة ما تكون سرعة خروج الغاز المحترق $v_{e}$ ثابتة في الفراغ. إلا أن السرعة الحقيقية للغاز تقل في وجود الضغط الجوي خصوصا على مستوي سطح الأرض. أما في الفضاء فتصبح سرعة اندفاع الغاز مساوية للسرعة الفعلية.

نسبة الدفع إلى الوزن

تعتبر نسبة الدفع إلى الوزن للصاروخ مقياس لعجلة الصاروخ (تسارعه) معبرا عنها بعجلة الجاذبية الأرضية g. ونسبة الدفع إلى الوزن F/W_g هي قيمة مطلقة تعطي عجلة الصاروخ بالنسبة إلى g₀، في حالة أقلاع الصاروخ في الفراغ من دون تأثير للجاذبية.

ولكن الصاروخ يقلع عادة من الأرض ويقع بذلك تحت تأثير الجاذبية الأرضية من جهة كما هو معرض للضغط الجوي من جهة أخرى. ولهذا فإن تعيين نسبة دفع الصاروخ إلى وزنه يستلزم أخذ الوزن الكلي للصاروخ على سطح الأرض في الحسبان. وهذا الوزن الكلي W_g يتكون من وزن الوقود ووزن الصاروخ تفسه. وتسمى هذه النسبة نسبة الدفع إلى الوزن على الأرض (Thrust-to-Earth-weight ratio).

ونسبة الدفع إلى الوزن على الأرض للصاروخ تعطي عجلة الصاروخ كنسبة مقارنة لعجلة الجاذبية الأرضية g₀.

لهذا نجد ان نسبة الدفع إلى الوزن لمحرك الصاروخ تكون أكبر بالنسبة إلى وزن المحرك نفسه عن النسبة إلى وزن الصاروخ كله كله. وفائدة تعيين نسبة الدفع إلى وزن المحرك انها تعطينا الحد الأقصى للعجلة (التسريع) التي يمكن أن يكتسبها صاروخ معين نظريا على أساس كمية وقود محدودة الوزن وتصميم للهيكل مناسب.

ولكي ينجح الإقلاع من على سطح الأرض لا بد أن تكون نسبة الدفع إلى الوزن أكبر من 1 (أي أكبر من g.). ويسهل الإقلاع كلما كانت تلك النسبة أكبر من g.

وهناك مسائل عديدة تؤثر على نسبة الدفع إلى الوزن وهي تتغير أثناء الإقلاع بحسب سرعة الصاروخ والارتفاع عن الأرض وكذلك تغير وزن الصاروخ بسبب استهلاك الوقود المستمر. وكذلك تؤثر العوامل الجوية على الإقلاع مثل درجة الحرارة، والضغط وكثافة الهواء. وبحسب نوع المحرك ووزن الصاروخ يعتمد اقلاعة أيضا على الجاذبية الأرضية في مكان الإقلاع وكذلك الموقع بالنسبة إلى خط العرض الجغرافي.

مثال حسابي

تبلغ قوة دفع المحرك الصاروخي (RD-180) الروسي الصنع 3820 كيلو نيوتن (kN) عند سطح البحر، ويبلغ وزنه 5307 كيلوجرام. وباعتبار أن عجلة الجاذبية الأرضية تبلغ 9.807 متر / ثانية /ثانية، يمكن حساب نسبة الدفع إلى وزن المحرك عند مستوي البحر كالآتي:

${\frac {T}{W}}={\frac {3,820\ \mathrm {kN} }{(5,307\ \mathrm {kg} )(9.807\ \mathrm {m/s^{2}} )}}=0.07340\ {\frac {\mathrm {kN} }{\mathrm {N} }}=73.40\ {\frac {\mathrm {N} }{\mathrm {N} }}=73.40$

حيث :

T دفع المحرك،

W وزن المحرك.

و 1kN = 1000 N = 1000 kg.m/s²

أي أن نسبة دفع المحرك إلى وزنه تبلغ نحو 73، مع ملاحظة أن تلك النسبة تؤول إلى المحرك ذاته بدون أخذ وزن الوقود في الحسبان.

الاستعمالات

تستعمل الصواريخ لأغراض متعددة منها:

• التجسس واثبات القدرة: أطلق السوفييت سبوتنيك 1 في الرابع من أكتوبر عام 1957م، ومنذ ذلك اليوم كانت بداية سباق الفضاء بين الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة، حيث أطلقت كلتا الدولتين أقماراً صناعية وسفن فضاء مأهولة وغير مأهولة على متن صواريخ ضخمة لاستكشاف الفضاء ودراسة خطط مستقبلية لبناء محطات فضائية مأهولة بالبشر. وكان هناك أبحاث سرية لتحقيق ذلك. واستـُخدمت الصواريخ لحمل أقمارا صناعية تستخدم بغرض التجسس، تحمل تلك الصواريخ مناظير ومستشعرات حرارية وأجهزة تصنت ذات قدرات هائلة قادرة على كشف مواقع المنشآت العسكرية ورصد تحركات القطع العسكرية على سطح الأرض، وكل ذلك يتم من خلال أقمار صناعية تحلق في مدارات خارج الغلاف الجوي للأرض، وما زال هذا السباق مستمراً وتشارك فيه دول عديدة مثل الصين وفرنسا واليابان وتايوان وإنجلترا، ولكن أصبح الهدف هو الأستفادة من الاستطلاع من الفضاء.

• من الاستخدامات الأخرى للصواريخ حمل الأقمار الصناعية وسفن الفضاء إلى مداراتها حول الأرض.

• الاستخدام العسكري : حيث تلعب الصواريخ دوراً هاماً في الحروب الحديثة، فهي تهدد المدن، وتعتبر من وسائل الضغط على العدو لاملاء سياسات الدولة، وهيي أيضا العمود الفقرى للدفاع جوي. كما توجد صواريخ مضادة للدبابات، والموجهة نحو أهداف أرضية أو بحرية أو حتى فضائية.

وتصنف الصواريخ في هذا المجال كالآتي:صواريخ(أرض-أرض)مثل صواريخ سكود الروسية وأرض-جو مثل صواريخ سام الروسية وباتريوت الأمريكية صواريخ و(أرض-سطح) - وهذا النوع من الصواريخ ينطلق من محطات أرضية، هناك أيضاً صواريخ جو-جو مثل صواريخ سايد وايندر و(جو-سطح) و(جو-أرض) - وهذه الصواريخ تطلقها الطائرات، وهناك صواريخ(سطح-أرض) مثل صواريخ كروز ويمكن أن يطلقها الأسطول البحري، وأيضاً هناك صواريخ (سطح-جو)و(سطح-سطح)وهذه الصواريخ تطلقها السفن، وأيضاً تنطلق الصواريخ من الغواصات وإلى الغواصات، وغالبا تحمل تلك الصواريخ التي تنطلق من الغواصات روءساً نووية.

أنظر أيضا

• صاروخ ذو وقود صلب
• محرك صاروخي

مواقع على الشبكة

من البي بي سي - صواريخ كروز

من البي بي سي - طرادات الصواريخ الموجهة

عينة من بعض الصواريخ

• الولايات المتحدة الأمريكية :Aerobee,Vanguard,Thor,Atlas,Redstone,Saturn, Scout,Titan,Delta,Pegasus,Booster

• روسيا :MMR06,R-7,Sojus,N1,cyclon,Zenit، Kosmos,Proton,Energija,Volna
• أوروبا : Ariane,Meteor
• باكستان :Hatf 5
• إسرائيل :shavit
• إيران : شهاب-3
• الهند : GSLV,PSLV, SLV,SLV
• الصين :Chang Zheng,Feng bao
• كوريا الشمالية:
• حركة المقاومة الإسلامية حماس : صاروخ القسام
• الحركات الفدائية الفلسطينية فتح^{[بحاجة لمصدر]} : أقصى المطور

صواريخ مستخدمة للفضاء

الصاروخ	المصنع	تاريخ أول رحلة	الطاقة الاستيعابية (نالاطنان) مدار منخفض	الطاقة الاستيعابية(بالاطنان) مدار مواز للارض	الكتلة (نالاطنان)	ارتفاع	الرحلات الناجحة عدد الرحلات	ملاحظات	الحالة
Angara A5	روسيا	2011	24,5	4,5	759	55,4	0		في حالة تطوير
Ares V	الولايات المتحدة	2019	188	-	?	116	0		في حالة تطوير
Ares I	الولايات المتحدة	2009	25	-	?	94	0	للرحلات التي يكون بها رواد	في حالة تطوير
Ariane 5 ECA	قالب:معطيات Europe	2002	21	9,6	780	56	17/18		في نطاق الخدمة
Atlas V 400	الولايات المتحدة	2002	12,5	7,6 (GTO)	546	58,3	8/8		في نطاق الخدمة
Delta II	الولايات المتحدة	1989	2,7-6,1	0,9-2,17 (GTO)	152-232	39	140/142		في نطاق الخدمة
Delta IV Heavy	الولايات المتحدة	2004	25,8	6,3	733	777	2/3		في نطاق الخدمة
Falcon 9	الولايات المتحدة	2009	9,9	4,9 (GTO)	325	54	0		في حالة تطوير
GSLV	الهند	2001	5	2,5 (GTO)	402	49	4/5		في نطاق الخدمة
H2A 204	قالب:JPN	2006	15	6 (GTO)	445	53	1/1	السلسلة ه2ا H2A تضم نماذج أخرى. الأولى التي تديرها 2001. 14 عملية إطلاق ناجحة من اصل 15.	في نطاق الخدمة
Longue Marche 2F	الصين	1999	8,4	-	464	62	7/7	للرحلات التي يكون بها رواد	في نطاق الخدمة
Proton	روسيا	1965	22	6 (GTO)	694	62	294/335		في نطاق الخدمة
Space Shuttle	الولايات المتحدة	1981	24,4	3,8 (GTO)	2040	56	124/125	للرحلات المسكونة	في نطاق الخدمة
Saturn V	الولايات المتحدة	1967	118	-	3039	110	13/13		موقوف
Soyouz-FG	روسيا	2001	7,1	-	305	49,5	17/17	الرحلات الأولى للسلسلة في 1966 (أكثر من 1700 رحلة)	في نطاق الخدمة
Titan IV B	الولايات المتحدة	1997	21,7	5,8	943	44	15/17		موقوف
Vega	قالب:معطيات Europe	2009	1,5	-	137	30	0		في حالة تطوير
Zenit	قالب:UKR	1999	-	5,3	462	59,6	26/29	يستطيع ان يطلق من منصة متحركة عائمة في البحر	في نطاق الخدمة

Principaux lanceurs

Principales caractéristiques des ergols utilisés couramment

Carburant				Comburant				Rapport de mélange	Densité moyenne du mélange	Température de combustion	Vitesse d'éjection	Avantages et inconvénients	Utilisation
Désignation	Température ébullition	Densité	Caractéristiques	Désignation	Température ébullition	Densité	Caractéristiques
Kérosène	80 °C à 150 °C	0,8		Oxygène	-183 °C	1,14		2,4	1,02	3400 °C	قالب:Unité	cryogénique
UDMH	63 °C	0,8		Oxygène				1,7	0,97	3200 °C	قالب:Unité	cryogénique
Hydrogène	-253 °C	0,07		Oxygène				4	0,28	2700 °C	قالب:Unité	cryogénique
UDMH				Tétraoxyde d'azote	21 °C	1,45		2,7	1,17	2800 °C	قالب:Unité	hypergolique stockable toxique
Kérosène				Acide nitrique	86 °C	1,52		4,8	1,35	2950 °C	قالب:Unité	non cryogénique
Hydrazine	114 °C	1,01		Fluor	-188 °C	1,54		2	1,30	4300 °C	قالب:Unité	cryogénique
Hydrogène				Fluor				8	0,46	3700 °C	قالب:Unité	hypergolique

مواضيع متعلقة

آخر صيحة في هذا المجال هي صواريخ السكريم جيت التي يمكن أن تصل سرعتها حتى 10 مرات سرعة الصوت كما تعتبر الصواريخ الذكية مجالا جديد أيضا