چه شد که ایالات متحده در زمینه موشک های مافوق صوت از روسیه و چین عقب افتاد؟

در ۱۸ مارس سال جاری و حدود یک ماه پس از حمله به اوکراین بود که یک فروند MiG-31B متعلق به نیروی هوایی روسیه با یک راکت سفید ۸ متری به آسمان بلند شد، راکتی که هدف آن نابود کردن یک انبار مهمات در غرب اوکراین بود. این نوع از راکت که Kh-47M2 Kinzhal (کینژال به معنای خنجر در زبان روسی) نام دارد تا آن زمان تنها دو بار شلیک شده بود که هر دو بار شلیک های آزمایشی بود و این اولین باری بود که در یک نبرد واقعی به کار گرفته می شد. به ادعای وزارت دفاع روسیه، راکت کینژال توانست با موفقیت این انبار مهمات را نابود کند و جنگ اوکراین را به فاز جدیدی از عدم قطعیت و تنش بیشتر وارد کرد.

با برد گزارش شده بیش از ۱,۹۰۰ کیلومتر و سرعت حداکثری ۱۰ ماخ، راکت Kinzhal یک سلاح هواپرتاب است که بر اساس موشک بالستیک برد کوتاه ۹K720 Iskander ساخته شده است. همانند تمام موشک های بالستیک، Kinzhal نیز به کمک موتور راکتی خود و مسیر پروازی بالستیکی منحنی وار به سرعت های مافوق صوت می رسد. اما روسیه مدعی است که این راکت می تواند مانورهای گمراه کننده را در هر بخش از مسیر خود انجام دهد که باعث شده آن را موشکی بدون امکان توقف لقب دهند.

موشک مافوق صوت یا هایپرسونیک چیست؟

هایپرسونیک یا مافوق صوت (Hypersonic) به پرتابه ها یا ماشین هایی اطلاق می شود که می توانند با سرعت بیش از ۵ ماخ یا ۶,۱۳۷.۵ کیلومتر بر ساعت حرکت کنند که مرز جدیدی در دنیای تکنولوژی نظامی به شمار می آید. سلاح های مافوق صوت تاکنون دو شکل اصلی داشتند: سلاح های با توانایی بوست-گلاید (boost-glide) و موشک های کروز مافوق صوت. نوع اول، که از موشک های بالستیک مشتق شده، مسیر پروازی صاف تری را در پیش می گیرد و مسیر خود را در طول پرواز تنظیم می کند. دومی اما به کمک یک سیستم پیشرانه جدید پرواز می کند که اسکرمجت نام دارد. سلاح های بوست-گلاید قابلیت مانور بیشتر و سرعت های بالاتری را ممکن می سازند. این سلاح ها می توانند به سرعت بیش از ۲۰ ماخ برسند در حالی که حداکثر سرعت موشک های کروز مافوق صوت ۵ ماخ است.

راکت Kh-47M2 Kinzhal نه از نوع بوست-گلاید و نه یک موشک کروز است. این راکت یک بدنه گلایدری دارد و به جای اسکرمجت، با یک راکت قدیمی نیروی پروازش را تامین می کند. راکت کینژال در واقع یک موشک بالستیک هواپرتاب است که بر اساس ادعاهای روسیه، می تواند در میانه پرواز مسیر خود را تغییر دهد. البته این اوج تکنولوژی مدرن موشکی نیست اما اولین مورد در نوع خود است که در میدان نبرد ظاهر می شود و روسیه، ایالات متحده و چین را وادار کرده تا توانایی های مافوق صوت خود را مورد تجدیدنظر قرار دهند.

شرایط ایالات متحده، روسیه و چین در زمینه موشک های مافوق صوت

ایالات متحده از سال ۲۰۱۰ تاکنون ۱۷ آزمایش متفاوت موشک های مافوق صوت انجام داده و در ۱۰ مورد با شکست مواجه شده است. تازه ترین آزمایش هایپرسونیک ایالات متحده در مارس ۲۰۲۲ بود که یک آزمایش موفقیت آمیز اعلام شد اما این کشور دستکم یک سال تا به کارگیری چنین سلاح مافوق صوتی در میدان نبرد فاصله دارد. این موضوع در حالی است که هم روسیه و هم چین مدعی هستند که سلاح های مافوق صوتشان در حالت فعال و آماده بکارگیری در میدان نبرد هستند. علاوه بر اولین پرتاب موشک Kinzhal در ۱۸ مارس، روسیه دومین موشک از این نوع را یک روز بعد برای نابود کردن یک انبار سوخت در بندر میکولایف در دریای سیاه به کار گرفت. بر اساس برد موشک کینژال، منطقی است که حدس زد این موشک ها از داخل فضای هوایی روسیه شلیک شده اند و بدین ترتیب هرگونه شانسی را از سیستم دفاع موشکی اوکراین برای متوقف کردن حمله از طریق نابود کردن جنگنده حامل موشک قبل از پرتاب گرفته است.

و وقتی این موشک در حالت پرواز قرار می گیرد، نیروهای نظامی کنونی تقریباً هیچ کاری برای ساقط کردن آن نمی توانند انجام دهند، موضوعی که باعث نگرانی پنتاگون شده است. کوتاه ترین مسیر فنی برای ساخت یک موشک مافوق صوت، توسعه و تولید یک نوع بوست-گلاید است. این سلاح ها معمولاً با استفاده از بوسترهای راکتی معمول وارد آسمان می شوند- درست شبیه موشک های هسته ای قاره پیما- و سپس از راکت جدا شده و یک شیرجه بدون نیاز به سوخت و نیرو را آغاز می کنند. این طراحی خاص بر اساس تکنولوژی با قدمت چند دهه ای موشک های بالستیک ساخته شده و تنها کمی دانش مدرن هوانوردی به آن اضافه شده است و این بدان معناست که قدرت هایی مانند روسیه و چین می توانند سلاح های مافوق صوت را با هم ترکیب کنند و از لحاظ فنی آن ها را «آماده عملیات» بنامند، حتی اگر در زمینه استفاده از آن ها محدودیت وجود داشته باشد.

سلاح های بوست-گلاید به سرعت های باورنکردنی می رسند- برخی حتی سریع تر از ۲۰ ماخ یا ۲۴,۶۹۵ کیلومتر بر ساعت برسند اما این توانایی گریز آن ها و نه شتاب بالایشان است که باعث شده به آن ها لقب سلاح هایی بدون قابلیت انهدام و توقف داده شود.سیستم های دفاع موشکی مدرن از یک ریاضی پیچیده برای تحلیل مسیر حرکت یک موشک و پرتاب رهگیرها برای قطع کردن مسیر پرواز آن در یک نقطه پیش بینی شده استفاده می کنند. اما سلاح های مافوق صوت بوست-گلاید، مسیر پرواز خود را برای ناکام گذاشتن چنین پیش بینی هایی تغییر می دهند و بدین ترتیب سیستمی که از این پیش بینی های ریاضی استفاده می کند عملاً بلااستفاده خواهد شد.

برای قدرت های نظامی که در رقابت بر سر سلاح های مافوق صوت هستند، اینکه چطور چنین سلاح هایی مسیر خود را تغییر می دهند موضوعی سری است. سطوح کنترلی متحرک- مانند باله های متحرک کوچکی که در هواپیماها می بینید- در ارتفاعات بالا عملکرد خوبی ندارند، جایی که هوا برای شکل باله به منظور خلق قدرت لیفت بسیار رقیق است. در چنین ارتفاعاتی، بسیاری از تجهیزات نظامی از پیشرانه های شیمیایی موسوم به سیستم های کنترل واکنش (Reaction Control Systems (RCS)) برای تنظیم پیچ و تاب، حرکت جنبی و بالا و پایین رفتن استفاده می کنند. این مواد شیمیایی قابل سوختن مانند پروکسید هیدروژن یا سوخت اشتعال زا (hypergolic) برای ایجاد پیشرانه های کوچک انرژی در مسیرهای خاص و تنظیم مسیر سلاح به کار گرفته می شوند.

سیستم های کنترل واکنش نیز در اتمسفر رقیق ارتفاعات بالا کار می کنند اما در هواهای فشرده تر نزدیک به هدف به اندازه هوای رقیق موثر نیستند. دکتر کریستوفر کامب، استادیار آیرودینامیک در دانشگاه سن آنتونیو، تگزاس و از محققان سابق ناسا می گوید که این موانع باعث شده تا سلاح های پیشرفته هایپرسونیک بوست-گلاید احتمالاً به سمت استفاده از ترکیبی از این دو روی بیاورند. این همان اتفاقی بود که در مورد Space Shuttle افتاد که اغلب در جریان بازگشت به جو زمین از سرعت ۲۵ ماخ نیز عبور می کند. اما حتی با این ترکیب نیز چالش های هدایت یک سلاح یا وسیله در سرعت مافوق صوت قابل توجه است. سطوح کنترلی مانند باله ها بر نیروهای ثابت هوایی که از روی آن ها عبور می کند وابسته هستند اما سایش و اصطکاک شدید و فشار پروازهای مافوق صوت می تواند فیزیک و ویژگی های انتقالی خود هوا را تغییر داده و این نیروها را غیرقابل پیش بینی نماید و بدین ترتیب فیزیک معمول کارآیی خود را از دست می دهد.

متغیرهای داخل خود وسیله نیز فاکتور دیگری هستند و در سرعت های مافوق صوت، سیستم های کنترل واکنش، نتایج ناخواسته ای را ایجاد می کنند. کامب در این باره می گوید: «شما جتی را پرتاب می کنید که باید در یک مسیر شما را به پیش ببرد اما در مسیر مخالف حرکت می کنید. عجیب و غریب می شود. من نسبت به ادعایی مبنی بر مانورپذیری معنادار [در سلاح های مافوق صوت بوست-گلاید] مشکوک هستم». علیرغم سرعت های مافوق صوت، سلاح های بوست-گلاید در واقع سریع تر از موشک های بالستیک معمول به هدف خود نمی رسند. مسیر پروازی صاف تر موشک های هایپرسونیک و تغییرات در مسیر پرواز باعث کاهش سرعت آن ها در نزدیک شدن به هدف می شوند.

با این وجود، در لحظه برخورد، انرژی بسیار زیادی تولید می کنند، حتی در صورتی که از کلاهک غیرهسته ای استفاده شود. انرژی جنبشی یک شیء با افزایش سرعت آن به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد و این بدان معناست که پتانسیل ویرانگری موشک های مافوق صوت در سرعت های بالاتر بسیار بیشتر خواهد بود. دکتر جوزف جول، استادیار کالج هوانوردی و فضانوردی دانشگاه پوردو که پنج سال در شاخه علوم هایپرسونیک آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی ایالات متحده فعالیت داشته است، در این باره می گوید: «به طور کلی، یک سیستم با سرعت ۶ ماخ، شش برابر انرژی جنبشی بیشتری نسبت به یک سیستم مشابه با سرعت ۱ ماخی ندارد بلکه این عدد حدود ۳۶ برابر است».

در یک سخنرانی در سال ۲۰۱۸، ولادیمیر پوتین، رییس جمهور روسیه از دو سلاح رونمایی کرد که به ادعای او سیستم های دفاع موشکی ایالات متحده را «بی ارزش» می کردند. یکی از آن ها یک موشک بوست گلاید آوانگارد (Avangard) بود و دیگری هم راکت کینژال. هر دو سلاح، به ادعای کرملین، دارای قابلیت حمل کلاهک هسته ای هستند. روسیه در حال حاضر ۱۰ هواپیما دارد که می توانند موشک های با کلاهک هسته ای کینژال را حمل کنند که ناوگانی از هواپیماهای MiG-31 مدرن شده و شبیه MiG-31B هایی است که در ماه مارس در حمله به اوکراین مورد استفاده قرار گرفتند.

شاید تکنولوژی موشک کینژال قدیمی باشد اما آوانگارد یک سلاح مافوق صوت واقعی به معنای مدرن آن است، با برد و قدرت بیشتر از کینژال. آوانگارد که از سال ۲۰۱۹ در سرویس بوده و انتظار می رود با ورود موشک های قاره پیمای هسته ای RS-28 Sarmat در سال آینده میلادی، در عمل آزمایش شود، دارای برد ۵,۹۵۴.۵ کیلومتری و حداکثر سرعت ۲۰ ماخ است و قدرت انفجاری به اندازه یک بمب هسته ای دو مگاتنی دارد. این عدد ۱۲۵ برابر بیشتر از بمب اتمی است که در سال ۱۹۴۵ روی هیروشیما رها شد.

ایالات متحده چقدر از روسیه و چین در زمینه سلاح های هایپرسونیک عقب افتاده است؟

سلاح مافوق صوت بوست-گلاید چین به نام DF-ZF اما برد کمتری نسبت به آوانگارد دارد (حدود ۲,۵۰۰ کیلومتر). گزارش های منابع اطلاعاتی ایالات متحده چیزی در مورد قدرت انفجار این موشک ندارند اما گفته اند که قابلیت حمل کلاهک هسته ای را داراست. گفته می شود که این سلاح به عنوان یک سلاح ضد کشتی با توانایی غرق کردن ناوهای هواپیمابر ایالات متحده به کار گرفته می شود اما هدف قرار دادن یک ناو از فاصله چند هزار کیلومتری بسیار دشوار و چالش برانگیز به نظر می رسد. در دنیایی که فلسفه هایی مانند ویرانی تضمین شده متقابل باعث ایجاد توازنی ترسناک در آن شده، نیاز مبرمی توسط کشورهای رقیب احساس می شود که توانایی های نظامی مشابهی داشته باشند تا از وقوع جنگ جلوگیری شود.

اما هزینه بالای جنگ با تروریسم ادعایی این کشور، ایالات متحده را وادار کرده است تا منابع مالی خود را از هزینه برای تکنولوژی های تسلیحاتی جدید دور کرده و این تغییر کانون توجه، هایپرسونیک ها و دیگر بازدارنده های مشابه این کشور را در حالت دفاعی قرار داده است. اکنون ایالات متحده دستکم یک سال تا بکارگیری اولین سلاح مافوق صوت خود در میدان نبرد فاصله دارد که باعث می شود این کشور سه تا شش سال از روسیه و چین در این زمینه عقب تر باشد. در واقع پنتاگون در حال حرکت به سمت استادیومی است که رقبایش از قبل در داخل زمین آن قرار دارند. و مسیر پنتاگون شاید کارآمد هم نباشد زیرا این نیرو متعهد شده که تنها سلاح های هایپرسونیک متعارف را توسعه دهد که توسعه و بکارگیری آن ها بسیار دشوارتر از انواع هسته ای آن است. کامب در این باره می گوید: «وقتی مجبورید یک هدف کوچک را با دقت بالا هدف قرار دهید، این موضوع توسعه را بسیار بسیار پیچیده تر می کند».

سلاح های هسته ای می تواند دقت بسیار کمتری در مقایسه با سلاح های بالستیک متعارف داشته باشند زیرا شعاع انفجار قابل توجه آن ها حتی بدون برخورد مستقیم نیز هدف را در خود خواهد داشت. بر اساس گزارش سرویس تحقیقاتی کنگره، سلاح های متعارف باید ۱۰۰ برابر دقیق تر از سلاح های هسته ای باشند تا به اندازه آن ها کارآیی داشته باشند. ایالات متحده به خوبی از چالش های سلاح های مافوق صوت متداول آگاه است اما موانع مهندسی تاکنون نشان داده اند که غلبه کردن بر آن ها برای پنتاگون دشوار بوده است. هر دو سلاح بوست-گلاید ایالات متحده- سلاح موسوم به Conventional Prompt  متعلق به نیروهای هوایی و دریایی و سلاح هواپرتاب واکنش سریع AGM-183 از کمپانی لاکهید مارتین- در تست های اخیرشان شکست خورده اند.

در این شرایط، پنتاگون در حال تکمیل توسعه سلاح های بوست-گلاید خود با برناامه موشک کروز مافوق صوت است که از یک روش جدید پیشرانه ای استفاده می کند که از لحاظ تئوریک می تواند توانایی های سلاح های مافوق صوت این کشور را از روسیه و چین پیش بیندازد. ساییدگی و اصطکاک با هوا مهم ترین چالش در موشک های مافوق صوت است. وقتی یک هواپیما به سرعت صوت نزدیک می شود، هوا شروع به فشرده شدن در اطراف بدنه آن می کند و مانع صوتی واقعاً شکل می گیرد. مانع مافوق صوت تاکنون تعریف خاصی نشده است- هوا رفتار متفاوتی بین سرعت ۴ و ۵ ماخ ندارد- اما چالش های پرواز با سرعت بالا، هر چه که با سرعت بیشتری پرواز کنید بیشتر و پیچیده تر خواهند شد.

در مقایسه با شتاب هواپیما، مقاومت هوا با بالا رفتن سرعت افزایش بیشتری خواهد داشت، پس هر چه موشکی با سرعت بیشتری پرواز کند، ساییدگی و اصطکاک بسیار بیشتری را با هوا تجربه خواهد کرد. این اصطکاک نه تنها از سرعت سلاح می کاهد بلکه انرژی جنبشی را به انرژی گرمایی تبدیل می کند که باعث افزایش شدید دمای سلاح و هوای اطراف آن می شود. در سرعت های مافوق صوت، نوک هدایت گر سلاح می تواند به دمای هزاران درجه سانتیگراد برسد. برای بقا در چنین دماهایی، زره موشک باید از تیتانیوم های خاص گرید هوانوردی یا آلیاژهای خاص آلومینیوم ساخته شود.

تفاوت رمجت و اسکرمجت در چیست؟

رمجت احتراقی مافوق صوت- اسکرمجت- فشار هوایی نزدیک شونده را برای فشرده سازی هوای داخل محفظه فشرده سازی اش مهار می کند، پیش از آنکه آن را با سوخت ترکیب کرده و مشتعل کند. یک رمجت معمولی به قیفی ورودی برای کاهش سرعت جریان هوا و رساندن آن به سرعت های زیر سرعت مافوق صوت نیاز دارد اما اسکرمجت به هوا امکان می دهد که پیش از احتراق با سرعت های مافوق صوت به حرکت خود ادامه دهد. در حالی که ناسا پیش بینی کرده یک موتور رمجتی می تواند به سرعت ۶  ماخ برسد، اسکرمجت می تواند برای مدتی طولانی سرعت هایی تا ۱۵ ماخ را نیز حفظ کند اما عملی کردن چنین چیزی بسیار دشوارتر از صحبت کردن در مورد آن است.

جول در این باره می گوید: «یک موشک کروز مافوق صوتی که از اسکرمجت استفاده می کند، در حالی که در سرعت های مخافی بسیار بالایی حرکت می کند، در شرایی که سرعت جریان هوای داخل خود اسکرمجت مافوق صوت است، باید موتور خود را روشن نگه داشته و از سوخت خود انرژی تولید کند. این موضوع با روشن نگه داشتن یک فندک در وسط طوفان مقایسه شده است». تاکنون، ایالات متحده در طول تست های اسکرمجت مافوق صوت خود توانسته این فندک استعاره ای را روشن نگه دارد اما سیستم های حمایتی دیگر ناامید کننده ظاهر شده اند. در طی ۱۲ سال، ایالات متحده هشت تست در زمینه سلاح های اسکرمجتی انجام داده که پنج مورد آن با موفقیت همراه بوده است. از سه شکست ثبت شده نیز دو مورد به دلیل مشکلات غیرمرتبط با اسکرمجت ها بوده است.

در حال حاضر پروژه های مافوق صوت نظامی ایالات متحده چگونه پیش می روند؟

در حال حاضر ایالات متحده چهار برنامه افشا شده ی موشک کروز اسکرمجتی دارد، از جمله موشک کروز تهاجمی مافوق صوت هوا به زمین نیروی هوایی و موشک ضد سطحی تهاجمی و ضد کشتی نیروی دریایی موسوم به Increment 2 که قرار است توسط جنگنده های روی عرشه ناوهای هواپیمابر ایالات متحده به کار گرفته شوند. روسیه نیز مدعی شده است که یک برنامه اسکرمجتی به نام ۳M22 Tsirkon دارد که آخرین تست آن در دسامبر ۲۰۲۱ انجام شده و در آستانه تکمیل است اما تحریم های اخیر در واکنش به حمله روسیه به اوکراین می تواند پیشرفت این پروژه را کند نماید.بدین ترتیب، در حال حاضر، در زمینه اسکرمجت ها پنتاگون از رقبای دیگر خود پیشی گرفته است.

همچنین در نوامبر ۲۰۲۱، پنتاگون به کمپانی های ریتون، نورثروپ گرومن و لاکهید مارتین ۶۰ میلیون دلار بودجه برای ادامه توسعه سیستم های دفاع موشکی مافوق صوت داد که بتوانند با زیرساخت های دفاعی کنونی ایالات متحده یکپارچه شوند. مشکل هدف قرار دادن یک موشک بالستیک در میانه آسمان اغلب با ساقط کردن یک گلوله با گلوله ای دیگر مقایسه شده است. بدین ترتیب ایالات متحده از لایه های همپوشان سیستم های دفاع موشکی برای امکانپذیر کردن چندین تلاش به منظور رهگیری یک پرتابه در حال نزدیک شده استفاده می کند. از آنجایی که موشک ها، هدف هایی کوچک و در حال حرکت با سرعت های بالا و از فاصله های بسیار دور هستند، ساقط کردن آن ها حتی پیش از سلاح های هایپرسونیک نیز دشوار بوده است و ممکن است سال ها طول بکشد تا سیستمی موثر علیه آن ها وارد سرویس شود.

در این شرایط توسعه سیستم های هایپرسونیک در جهان در حال افزایش است و برزیل، فرانسه، هند، ژاپن و کره جنوبی نیز اعلام کرده اند که برنامه های تسلیحاتی مافوق صوت خود را دارند که در دهه آینده میلادی وارد سرویس خواهند شد. در شرایط کنونی، داشتن پول مهم ترین عاملی است که می تواند یک کشور را در این رقابت مافوق صوتی پیش بیندازد اما ایالات متحده بر این باور است که تهدید اصلی در این زمینه چین است که در بسیاری از عرصه های مافوق صوت تسلیحاتی، ده ها قدم از ایالات متحده جلو افتاده است. در حال حاضر ایالات متحده بیش از ۷۰ سلاح مافوق صوت در حال توسعه دارد و تنها در سال جاری میلادی بیش از ۳.۸ میلیارد دلار در این زمینه سرمایه گذاری خواهد شد. اگر چه ایالات متحده نتوانسته در این عرصه اولین باشد اما به دلیل داشتن منابع مالی کافی می تواند بهترین سلاح مافوق صوت را تولید کند.