- إنضم
- 18 نوفمبر 2021
- المشاركات
- 20,769
- مستوى التفاعل
- 77,459
- المستوي
- 11
- الرتب
- 11
مسألة سرعة؟ فهم أنظمة الصواريخ الفرط صوتية
X – 51A Waverider. مصدر الصورة: رسم سلاح الجو الأمريكي X – 51A Waverider. رصيد الصورة: رسم القوات الجوية الأمريكية
4 فبراير 2022
كولجا بروكمان والدكتور ماركوس شيلر
خلال الأسابيع والأشهر الماضية ، احتلت "الصواريخ التي تفوق سرعتها سرعة الصوت" عناوين الأخبار مرة أخرى في أخبار الدفاع العالمية. في 5 و 11 يناير ، أجرت كوريا الشمالية رحلات تجريبية لما تدعي أنه "صاروخ تفوق سرعته سرعة الصوت". يشير الإعلان والصور المنشورة ومسار الرحلة إلى أن كوريا الشمالية اختبرت مركبة انزلاقية متناظرة دوارة فوق صاروخ معزّز يقوم بمناورات سحب ومناورات عبر المدى خلال رحلاتها. ومع ذلك ، جادل العديد من المحللين بأنه في هذه الحالة ، فإن تسمية مركبة العودة التي يمكن المناورة بها ستكون أكثر ملاءمة. في سبتمبر 2020 ، اختبرت كوريا الشمالية ما أسمته أول "صاروخ تفوق سرعة الصوت" ، وهو صاروخ باليستي معزز بمركبة انزلاقية تفوق سرعة الصوت على شكل إسفين. مثال آخر حيث استخدمت وسائل الإعلام مصطلح "صاروخ تفوق سرعة الصوت" في أغسطس 2020 ، عندما ورد أن الصين اختبرت "طائرة شراعية تفوق سرعة الصوت".
توضح هذه الأمثلة مدى إرباك مصطلح "فرط الصوت" - وربما تشويهه - عندما يتم تطبيقه على مجموعة كاملة من أنظمة الصواريخ من قبل مجموعة من الجهات الفاعلة المختلفة. كما أشارت بعض التغطيات الإخبارية لهذه الأحداث إلى عدم فهم الأنواع المختلفة لـ "الصواريخ الفائقة السرعة" ، ودور سرعتها وقدراتها على المناورة ، والفيزياء التي تقف وراءها ، وقدراتها ومهامها العسكرية. يسعى برنامج SIPRI Topical Backgrounder إلى تحسين فهم السرعة الفائقة للصوت ، وطبيعة أنظمة الصواريخ فوق الصوتية ، فضلاً عن الأنظمة الفرعية والتقنيات الرئيسية الخاصة بها. إن تحسين التفاهم بين صانعي السياسات والصحفيين يمكن أن يساعد في إعلام الخطابات السياسية والعامة وتحديد الفرص لتطبيق تدابير تستهدف منع الانتشار وتحديد الأسلحة لتقليل المخاطر المرتبطة بها.
فهم السرعة الفرط الصوتية
يتم تعريف مصطلح "السرعة الفرط الصوتية" على نطاق واسع على أنه أي سرعة تتجاوز Mach 5 ، مما يعني خمس مرات أسرع من سرعة الصوت. تُستخدم هذه العتبة لتحديد مجموعة فرعية من المركبات الجوية لأن مجموعة من التأثيرات المادية تبدأ في أن تصبح تحديًا هندسيًا كبيرًا بهذه السرعة. على وجه التحديد ، يتحمل الجسم تدفقًا هائلاً للحرارة عندما يطير عبر طبقات كثيفة من الغلاف الجوي للأرض بسرعات تفوق سرعة الصوت. هذه الآثار المادية وغيرها تجعل تطوير المركبات الجوية للطيران فوق سرعة الصوت أمرًا صعبًا ومكلفًا بشكل خاص. ومع ذلك ، هناك أيضًا بعض المشكلات المرتبطة بتعريف "السرعة فوق الصوتية" ، ومع ذلك ، جزء من تعريف "الصواريخ فوق الصوتية".
أولاً ، يؤدي تعريف السرعة فوق الصوتية على أنها أي شيء يتجاوز Mach 5 في الواقع إلى اختلاف في سرعة الجسم ، اعتمادًا على ارتفاعه. سرعة الصوت ، التي تحدد سرعة Mach 1 ، لا تعتمد فقط على التركيب الكيميائي للغاز الذي يتحرك الصوت خلاله (في هذه الحالة ، الهواء في الغلاف الجوي للأرض) ولكن أيضًا على درجة حرارته. يُظهر النموذج القياسي الأكثر شيوعًا للغلاف الجوي للأرض ، الغلاف الجوي القياسي للولايات المتحدة ، تغيرًا كبيرًا في درجة الحرارة مع الارتفاع. ينتج عن هذا قياس مختلف لسرعة صاروخ يتحرك بـ Mach 5 - بالكيلومترات في الساعة ، اعتمادًا ببساطة على الارتفاع الذي يحلق به الصاروخ (انظر الشكل 1).
هناك أيضًا عامل آخر يجب إضافته إلى هذا الاختلاف. نظرًا لأن رقم Mach يعتمد بشدة على الغاز المحيط الذي يتحرك الجسم خلاله ، فإن استخدام رقم Mach للتعريف يصبح أكثر صعوبة بمجرد أن يصبح الغاز المحيط أرق وأرق - ويختفي تمامًا على ارتفاعات أعلى. بينما يتفق العلماء والمهندسون على أنه لا يزال من المنطقي التحدث عن أرقام ماخ على ارتفاعات تبلغ حوالي 30 كم - والتي يمكن أن تصل إليها مناطيد الطقس والطائرات الخاصة - فمن المؤكد أنه لا يوجد غلاف جوي كافٍ على ارتفاع 300 كم - حيث تدور الأقمار الصناعية بالفعل حول الأرض . نظرًا لطبيعة الغلاف الجوي للأرض ، والذي يصبح أرقًا بشكل كبير مع الارتفاع ، فمن الصعب الاتفاق على حد ارتفاع واضح حيث يجب استخدام أرقام الماخ كمقياس للسرعة ، ومع ذلك ، حيث يمكن تعريف الصواريخ التي تفوق سرعة الصوت بشكل معقول بالقول إن هذه الصواريخ تسافر أسرع من 5 ماخ.
التمييز بين أنظمة الأسلحة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت
غالبًا ما يُشار إلى السرعة فوق الصوتية على أنها أحد العوامل الرئيسية - إن لم تكن العامل الرئيسي - التي تميز الصواريخ "فوق الصوتية" عن الصواريخ الأخرى. ومع ذلك ، فإن سرعة الصواريخ الباليستية (التي سبقت الضجة الحالية حول الصواريخ التي تفوق سرعتها سرعة الصوت بحوالي قرن) في كثير من الحالات تتجاوز بكثير سرعة "الصواريخ التي تفوق سرعتها سرعة الصوت" اليوم. تم إطلاق سلف الصواريخ الباليستية ، الألمانية A-4 (التي عُرفت فيما بعد باسم V-2) لأول مرة في أربعينيات القرن الماضي. أثناء الصعود ، يمكن أن تصل إلى سرعة أكبر من ماخ 5 (على الرغم من أن لفترة وجيزة فقط) ويمكن أن تفعل ذلك مرة أخرى للحظات في طريقها للأسفل. لكن ، لن يدعي أحد أن V-2 صاروخًا تفوق سرعته سرعة الصوت. في سياق مماثل ، هل ينبغي للمرء أن يطبق هذا الملصق على الصواريخ الباليستية الحديثة العابرة للقارات التي تصل سرعتها إلى ماخ 20 عند الصعود والعودة؟
بالتأكيد لا ، وهناك خصائص أخرى يتم الاستشهاد بها بشكل شائع عند تعريف "الصواريخ التي تفوق سرعتها سرعة الصوت". ومع ذلك ، في حين يتم اعتماد مزيج من الخصائص المحددة بشكل متزايد بين الخبراء ، غالبًا ما لا يتم فهم الصواريخ فوق الصوتية بشكل جيد في المناقشات العامة في السياسة والإعلام. تعرف ويكيبيديا ، وهي نقطة انطلاق مشتركة لأولئك الجدد في هذا الموضوع ، "رحلة فرط صوتية" على أنها "رحلة عبر الغلاف الجوي أقل من 90 كم بسرعات تتراوح بين 5-10 ماخ ، وهي سرعة يبدأ فيها تفكك الهواء بالتحول إلى حرارة كبيرة وعالية الأحمال موجودة. 'ومع ذلك ، يمكن تصنيف صاروخ V-2 على أنه صاروخ تفوق سرعته سرعة الصوت بموجب هذا التعريف. ينص تحالف الدفاع الصاروخي ومقره الولايات المتحدة على أن "الأسلحة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت تشير إلى الأسلحة التي تنتقل أسرع من 5 ماخ (حوالي 3800 ميل في الساعة) ولديها القدرة على المناورة أثناء الرحلة بأكملها. هناك نوعان من الخصائص المحددة الرئيسية [التي] تعتبر من المتطلبات الأساسية لتسمية سلاح "فرط صوتي": السرعة التي تتجاوز 5 ماخ [] والقدرة على إجراء مناورات (رأسية وأفقية) أثناء السفر بهذه السرعة داخل الغلاف الجوي. يقع العديد من الصواريخ الباليستية خارج التعريف لأنها لا تلبي هذه الشروط المسبقة.
نظرًا لخصائص السرعة والقدرة على المناورة ، يتم تقسيم الأسلحة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت إلى نوعين مختلفين من أنظمة الصواريخ: صواريخ كروز التي تفوق سرعتها سرعة الصوت (HCMs) ومركبات الانزلاق الفرط صوتية (HGVs). تحافظ HCMs على سرعة تفوق سرعة الصوت ثابتة (وعادة ما تكون على ارتفاع) ويتم تشغيلها على مدار الرحلة بأكملها. على النقيض من ذلك ، عادةً ما يتم إطلاق HGVs على قمم الصواريخ الباليستية (يشار إليها غالبًا باسم نظام الانزلاق المعزز) ثم تنزلق مرة أخرى عبر الغلاف الجوي إلى هدفها بسرعات تفوق سرعة الصوت. هناك أيضًا حالات مختلطة لا تتطابق مع أي من هاتين الفئتين ، ولكن استكشاف هذه الحالات خارج نطاق هذه الخلفية.
X – 51A Waverider. مصدر الصورة: رسم سلاح الجو الأمريكي X – 51A Waverider. رصيد الصورة: رسم القوات الجوية الأمريكية
4 فبراير 2022
كولجا بروكمان والدكتور ماركوس شيلر
خلال الأسابيع والأشهر الماضية ، احتلت "الصواريخ التي تفوق سرعتها سرعة الصوت" عناوين الأخبار مرة أخرى في أخبار الدفاع العالمية. في 5 و 11 يناير ، أجرت كوريا الشمالية رحلات تجريبية لما تدعي أنه "صاروخ تفوق سرعته سرعة الصوت". يشير الإعلان والصور المنشورة ومسار الرحلة إلى أن كوريا الشمالية اختبرت مركبة انزلاقية متناظرة دوارة فوق صاروخ معزّز يقوم بمناورات سحب ومناورات عبر المدى خلال رحلاتها. ومع ذلك ، جادل العديد من المحللين بأنه في هذه الحالة ، فإن تسمية مركبة العودة التي يمكن المناورة بها ستكون أكثر ملاءمة. في سبتمبر 2020 ، اختبرت كوريا الشمالية ما أسمته أول "صاروخ تفوق سرعة الصوت" ، وهو صاروخ باليستي معزز بمركبة انزلاقية تفوق سرعة الصوت على شكل إسفين. مثال آخر حيث استخدمت وسائل الإعلام مصطلح "صاروخ تفوق سرعة الصوت" في أغسطس 2020 ، عندما ورد أن الصين اختبرت "طائرة شراعية تفوق سرعة الصوت".
توضح هذه الأمثلة مدى إرباك مصطلح "فرط الصوت" - وربما تشويهه - عندما يتم تطبيقه على مجموعة كاملة من أنظمة الصواريخ من قبل مجموعة من الجهات الفاعلة المختلفة. كما أشارت بعض التغطيات الإخبارية لهذه الأحداث إلى عدم فهم الأنواع المختلفة لـ "الصواريخ الفائقة السرعة" ، ودور سرعتها وقدراتها على المناورة ، والفيزياء التي تقف وراءها ، وقدراتها ومهامها العسكرية. يسعى برنامج SIPRI Topical Backgrounder إلى تحسين فهم السرعة الفائقة للصوت ، وطبيعة أنظمة الصواريخ فوق الصوتية ، فضلاً عن الأنظمة الفرعية والتقنيات الرئيسية الخاصة بها. إن تحسين التفاهم بين صانعي السياسات والصحفيين يمكن أن يساعد في إعلام الخطابات السياسية والعامة وتحديد الفرص لتطبيق تدابير تستهدف منع الانتشار وتحديد الأسلحة لتقليل المخاطر المرتبطة بها.
فهم السرعة الفرط الصوتية
يتم تعريف مصطلح "السرعة الفرط الصوتية" على نطاق واسع على أنه أي سرعة تتجاوز Mach 5 ، مما يعني خمس مرات أسرع من سرعة الصوت. تُستخدم هذه العتبة لتحديد مجموعة فرعية من المركبات الجوية لأن مجموعة من التأثيرات المادية تبدأ في أن تصبح تحديًا هندسيًا كبيرًا بهذه السرعة. على وجه التحديد ، يتحمل الجسم تدفقًا هائلاً للحرارة عندما يطير عبر طبقات كثيفة من الغلاف الجوي للأرض بسرعات تفوق سرعة الصوت. هذه الآثار المادية وغيرها تجعل تطوير المركبات الجوية للطيران فوق سرعة الصوت أمرًا صعبًا ومكلفًا بشكل خاص. ومع ذلك ، هناك أيضًا بعض المشكلات المرتبطة بتعريف "السرعة فوق الصوتية" ، ومع ذلك ، جزء من تعريف "الصواريخ فوق الصوتية".
أولاً ، يؤدي تعريف السرعة فوق الصوتية على أنها أي شيء يتجاوز Mach 5 في الواقع إلى اختلاف في سرعة الجسم ، اعتمادًا على ارتفاعه. سرعة الصوت ، التي تحدد سرعة Mach 1 ، لا تعتمد فقط على التركيب الكيميائي للغاز الذي يتحرك الصوت خلاله (في هذه الحالة ، الهواء في الغلاف الجوي للأرض) ولكن أيضًا على درجة حرارته. يُظهر النموذج القياسي الأكثر شيوعًا للغلاف الجوي للأرض ، الغلاف الجوي القياسي للولايات المتحدة ، تغيرًا كبيرًا في درجة الحرارة مع الارتفاع. ينتج عن هذا قياس مختلف لسرعة صاروخ يتحرك بـ Mach 5 - بالكيلومترات في الساعة ، اعتمادًا ببساطة على الارتفاع الذي يحلق به الصاروخ (انظر الشكل 1).
هناك أيضًا عامل آخر يجب إضافته إلى هذا الاختلاف. نظرًا لأن رقم Mach يعتمد بشدة على الغاز المحيط الذي يتحرك الجسم خلاله ، فإن استخدام رقم Mach للتعريف يصبح أكثر صعوبة بمجرد أن يصبح الغاز المحيط أرق وأرق - ويختفي تمامًا على ارتفاعات أعلى. بينما يتفق العلماء والمهندسون على أنه لا يزال من المنطقي التحدث عن أرقام ماخ على ارتفاعات تبلغ حوالي 30 كم - والتي يمكن أن تصل إليها مناطيد الطقس والطائرات الخاصة - فمن المؤكد أنه لا يوجد غلاف جوي كافٍ على ارتفاع 300 كم - حيث تدور الأقمار الصناعية بالفعل حول الأرض . نظرًا لطبيعة الغلاف الجوي للأرض ، والذي يصبح أرقًا بشكل كبير مع الارتفاع ، فمن الصعب الاتفاق على حد ارتفاع واضح حيث يجب استخدام أرقام الماخ كمقياس للسرعة ، ومع ذلك ، حيث يمكن تعريف الصواريخ التي تفوق سرعة الصوت بشكل معقول بالقول إن هذه الصواريخ تسافر أسرع من 5 ماخ.
التمييز بين أنظمة الأسلحة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت
غالبًا ما يُشار إلى السرعة فوق الصوتية على أنها أحد العوامل الرئيسية - إن لم تكن العامل الرئيسي - التي تميز الصواريخ "فوق الصوتية" عن الصواريخ الأخرى. ومع ذلك ، فإن سرعة الصواريخ الباليستية (التي سبقت الضجة الحالية حول الصواريخ التي تفوق سرعتها سرعة الصوت بحوالي قرن) في كثير من الحالات تتجاوز بكثير سرعة "الصواريخ التي تفوق سرعتها سرعة الصوت" اليوم. تم إطلاق سلف الصواريخ الباليستية ، الألمانية A-4 (التي عُرفت فيما بعد باسم V-2) لأول مرة في أربعينيات القرن الماضي. أثناء الصعود ، يمكن أن تصل إلى سرعة أكبر من ماخ 5 (على الرغم من أن لفترة وجيزة فقط) ويمكن أن تفعل ذلك مرة أخرى للحظات في طريقها للأسفل. لكن ، لن يدعي أحد أن V-2 صاروخًا تفوق سرعته سرعة الصوت. في سياق مماثل ، هل ينبغي للمرء أن يطبق هذا الملصق على الصواريخ الباليستية الحديثة العابرة للقارات التي تصل سرعتها إلى ماخ 20 عند الصعود والعودة؟
بالتأكيد لا ، وهناك خصائص أخرى يتم الاستشهاد بها بشكل شائع عند تعريف "الصواريخ التي تفوق سرعتها سرعة الصوت". ومع ذلك ، في حين يتم اعتماد مزيج من الخصائص المحددة بشكل متزايد بين الخبراء ، غالبًا ما لا يتم فهم الصواريخ فوق الصوتية بشكل جيد في المناقشات العامة في السياسة والإعلام. تعرف ويكيبيديا ، وهي نقطة انطلاق مشتركة لأولئك الجدد في هذا الموضوع ، "رحلة فرط صوتية" على أنها "رحلة عبر الغلاف الجوي أقل من 90 كم بسرعات تتراوح بين 5-10 ماخ ، وهي سرعة يبدأ فيها تفكك الهواء بالتحول إلى حرارة كبيرة وعالية الأحمال موجودة. 'ومع ذلك ، يمكن تصنيف صاروخ V-2 على أنه صاروخ تفوق سرعته سرعة الصوت بموجب هذا التعريف. ينص تحالف الدفاع الصاروخي ومقره الولايات المتحدة على أن "الأسلحة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت تشير إلى الأسلحة التي تنتقل أسرع من 5 ماخ (حوالي 3800 ميل في الساعة) ولديها القدرة على المناورة أثناء الرحلة بأكملها. هناك نوعان من الخصائص المحددة الرئيسية [التي] تعتبر من المتطلبات الأساسية لتسمية سلاح "فرط صوتي": السرعة التي تتجاوز 5 ماخ [] والقدرة على إجراء مناورات (رأسية وأفقية) أثناء السفر بهذه السرعة داخل الغلاف الجوي. يقع العديد من الصواريخ الباليستية خارج التعريف لأنها لا تلبي هذه الشروط المسبقة.
نظرًا لخصائص السرعة والقدرة على المناورة ، يتم تقسيم الأسلحة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت إلى نوعين مختلفين من أنظمة الصواريخ: صواريخ كروز التي تفوق سرعتها سرعة الصوت (HCMs) ومركبات الانزلاق الفرط صوتية (HGVs). تحافظ HCMs على سرعة تفوق سرعة الصوت ثابتة (وعادة ما تكون على ارتفاع) ويتم تشغيلها على مدار الرحلة بأكملها. على النقيض من ذلك ، عادةً ما يتم إطلاق HGVs على قمم الصواريخ الباليستية (يشار إليها غالبًا باسم نظام الانزلاق المعزز) ثم تنزلق مرة أخرى عبر الغلاف الجوي إلى هدفها بسرعات تفوق سرعة الصوت. هناك أيضًا حالات مختلطة لا تتطابق مع أي من هاتين الفئتين ، ولكن استكشاف هذه الحالات خارج نطاق هذه الخلفية.