سلاحهای هایپرسونیک اغلب به سادگی به عنوان موشکهایی توصیف میشوند که با سرعتی بیش از پنج برابر سرعت صوت حرکت میکنند. اما دستیابی به آن سرعت تنها بخشی از چالش است. یک سلاح باید همچنین گرمای شدید را تحمل کند، خود را در سرعت بالا کنترل نماید و در مورد موشک کروز، موتور خود را در حالی که از جو عبور میکند روشن نگه دارد.
این همان چالشی است که پشت موشک حمله کروز هایپرسونیک یا HACM نیروی هوایی ایالات متحده نهفته است. برخلاف یک سلاح بوست-گلاید که از یک راکت برای شتاب دادن به یک گلایدر قبل از حرکت عمدتاً بدون پیشرانش استفاده میکند، HACM طوری طراحی شده که در کل پرواز هایپرسونیک کروز پیشران خود هوا را تنفس کند. سیستم پیشرانش آن از یک استرامجت استفاده میکند و به موشک اجازه میدهد پس از شتاب اولیه، سرعتهای هایپرسونیک را حفظ کند.
HACM چیست؟
HACM یک موشک هایپرسونیک هواپرتاب با پیشرانش استرامجت است که برای نیروی هوایی ایالات متحده در حال توسعه است. این سرویس در سال ۲۰۲۲ قراردادی به ارزش حداکثر ۹۸۵ میلیون دلار به شرکت ریثیان برای توسعه و نمایش نمونههای اولیه HACM اعطا کرد. این برنامه از آزمایش یکپارچه تحقیقات پروازی جنوب صلیب ایالات متحده-استرالیا یا SCIFiRE رشد کرد که فناوری موشک کروز هایپرسونیک هواتنفس را بررسی میکرد.
ایده این است که به هواپیماها سلاح برد بلندی دیگر برای حمله به اهداف با ارزش بالا یا حساس به زمان داده شود، در حالی که آن هواپیماها را از مناطق به شدت دفاعشده دورتر نگه دارد.
نیروی هوایی همچنین HACM را به عنوان سلاحی توصیف کرده است که میتواند گزینههای حمله اضافی را برای جنگندهها فراهم کند و بمبافکنها را برای سایر مأموریتها آزاد بگذارد.
استرامجت چگونه کار میکند؟
یک موتور جت معمولی از ماشینآلات چرخان برای فشرده کردن هوای ورودی قبل از مخلوط کردن آن با سوخت و سوزاندن مخلوط استفاده میکند. یک استرامجت که مخفف «رمجت با احتراق فوق صوتی» است، متفاوت عمل میکند.
در سرعت هایپرسونیک، خودِ موشک هوا را به داخل موتور فشار میدهد. جریان هوای ورودی توسط هندسه موتور فشرده میشود، نه توسط یک کمپرسور معمولی. سپس سوخت تزریق و سوزانده میشود در حالی که جریان هوا در داخل محفظه احتراق همچنان فوق صوتی باقی میماند.
یک استرامجت نیازی به حمل اکسیدکننده به روشی که یک راکت انجام میدهد ندارد. آن اکسیژن را از جو جذب میکند و اجازه میدهد حجم و جرم داخلی بیشتری از موشک به سوخت و سایر اجزا اختصاص یابد.
اما یک نکته وجود دارد. یک استرامجت عموماً نمیتواند موشک را به تنهایی از حالت سکون به سرعت هایپرسونیک برساند. بنابراین HACM به مرحله پیشرانش دیگری نیاز دارد تا آنقدر سریع حرکت کند که استرامجت بتواند به طور مؤثر عمل کند.
مفهوم سلاح هواتنفس هایپرسونیک یا HAWC دارپا این رویکرد اساسی را زودتر نشان داد. در یک پرواز در سال ۲۰۲۱، یک وسیله نقلیه HAWC از یک هواپیما رها شد، بوستر آن را شتاب داد و سپس یک استرامجت کنترل را به دست گرفت و آن را به فراتر از ماخ ۵ راند.
چرا ماخ ۵ بسیار دشوار است؟
در ماخ ۵، هوای اطراف یک وسیله نقلیه هنگامی که فشرده میشود و توسط حرکت وسیله مختل میگردد، بسیار داغ میشود. این مسئله یک مشکل عمده مواد و مدیریت حرارتی ایجاد میکند.
موشک باید همزمان پایداری آیرودینامیکی را حفظ کند، از اجزای داخلی محافظت نماید و موتوری را در محیطی که جریان هوا به طور غیرعادی سریع حرکت میکند، اداره کند.
برنامه HAWC دارپا چندین چالش بنیادین مشابه را شناسایی کرد: طراحیهای کارآمد وسایل نقلیه هایپرسونیک، استرامجتهای سوخت هیدروکربنی، مدیریت تنشهای دمای بالا و رویکردهای تولیدی که میتوانند چنین سلاحهایی را مقرون به صرفه کنند.
برنامههای قبلی ایالات متحده نشان دادهاند که فیزیک پایه میتواند کار کند. در سال ۲۰۲۳، نسخه لاکهید مارتین از HAWC سریعتر از ماخ ۵، بالای ۶۰,۰۰۰ فوت و بیش از ۳۰۰ مایل دریایی پرواز کرد و دادههایی را برای برنامههای هایپرسونیک بعدی نیروی هوایی فراهم آورد.
HACM چه تفاوتی با یک وسیله نقلیه گلاید هایپرسونیک دارد؟
سادهترین تمایز، پرواز پیشران در مقابل گلاید بدون پیشرانش است. یک وسیله نقلیه گلاید هایپرسونیک توسط یک بوستر راکتی به سرعت بالا شتاب داده میشود و سپس جدا میشود تا از طریق جو گلاید کند. در مقابل، HACM قصد دارد در طول کروز هایپرسونیک خود با استفاده از استرامجت، همچنان تراست تولید کند.
این امر دو مفهوم را با الزامات آیرودینامیکی و پیشرانشی متفاوت مواجه میکند. یک موشک کروز میتواند در کل پرواز پیشران خود مانور دهد. در همان زمان، موتور آن به کار ادامه میدهد، در حالی که یک سلاح بوست-گلاید به انرژی و مسیر تعیین شده در مرحله بوستر خود متکی است. نیروی هوایی هر دو رویکرد را دنبال میکند زیرا میتوانند نقشهای عملیاتی متفاوتی را ایفا کنند.
کدام هواپیماها میتوانند HACM را حمل کنند؟
نیروی هوایی بر ادغام جنگنده برای HACM تأکید کرده است. F-15EX Eagle II به ویژه مرتبط است زیرا این هواپیما با ظرفیت تسلیحات بزرگ طراحی شده و توسط نیروی هوایی به عنوان قادر به حمل سلاحهای هایپرسونیک توصیف شده است.
واحدهای نیروی هوایی که B-1، B-2، B-52 و F-15E را پرواز میدادند نیز در آموزش آشنایی با سلاحهای هایپرسونیک که به طور خاص شامل HACM بود در سال ۲۰۲۳ شرکت کردند. توانایی پرتاب یک سلاح هایپرسونیک از یک هواپیما لایه دیگری به برد بالقوه آن اضافه میکند. موشک مجبور نیست از زمین شتاب بگیرد و به هواپیمای پرتابکننده اجازه میدهد ارتفاع و سرعت را قبل از شروع پرواز خود سلاح ارائه دهد.
HACM چه زمانی ممکن است وارد خدمت شود؟
این برنامه از مرحله اولیه نمایش فناوری فراتر رفته است. نیروی هوایی در ابتدا برنامهریزی کرده بود که قابلیت HACM را با کاربرد عملیاتی تا سال مالی ۲۰۲۷ تحویل دهد.
اسناد بودجه اخیرتر نیروی هوایی نشان میدهد که HACM در حال دریافت بودجه قابل توجهی برای توسعه و خرید مستمر است. اسناد خرید FY2027 مقادیر برنامهریزی شده ایالات متحده را طبقهبندی میکنند؛ با این حال، سوابق عمومی تعداد قابل اعتمادی از موشکهای در حال خرید را ارائه نمیدهند.
این موضوع HACM را کمتر درباره صرفاً اثبات اینکه یک استرامجت میتواند در ماخ ۵ پرواز کند و بیشتر درباره تبدیل سالها تحقیق هایپرسونیک به یک سیستم سلاح تکرارپذیر که در نهایت میتواند تولید و مستقر شود، میسازد.
بنابراین چالش مرکزی دیگر فقط سرعت نیست. بلکه ساخت یک موشک کروز هایپرسونیک است که بتواند سریع پرواز کند، گرما را تحمل کند، مانور دهد، به هدف خود اصابت کند و به تعداد مفید تولید شود.