صاروخ

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.

في أي نظام ما يساوي مضروب التسارع في الكتلة أي (مضروب المعدل الزمني لتغير 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.

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

وتعطينا المعادلة التالية دفع الصاروخ:

${\displaystyle F_{n}={\dot {m}}\;v_{e}}$[1]

حيث:

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

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

وعادة ما تكون سرعة خروج الغاز المحترق ${\displaystyle v_{e}}$ 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.

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 إلى الضغط 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 نفسه. 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 أن نسبة الدفع إلى الوزن لمحرك الصاروخ تكون أكبر بالنسبة إلى وزن المحرك نفسه عن النسبة إلى وزن الصاروخ كله. وفائدة تعيين نسبة الدفع إلى وزن المحرك أنها 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.

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

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

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.

تُستعمَل الصواريخ لأغراض متعددة منها:

• التجسس واثبات القدرة: أطلق السوفييت سبوتنيك 1 في الرابع من أكتوبر عام 1957 م، ومنذ ذلك اليوم كانت بداية سباق الفضاء بين الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة الأمريكية، حيث أطلقت كلتا الدولتين أقماراً صناعية و سفن فضاء مأهولة وغير مأهولة على متن صواريخ ضخمة لإستكشاف الفضاء ودراسة خطط مستقبلية لبناء محطات فضائية مأهولة بالبشر. وجرت أبحاث سرية لتحقيق ذلك. واستـُخدمت الصواريخ لحمل أقماراً صناعية تُستخدَم بغرض التجسس، تحمل تلك الصواريخ مناظير ومستشعرات حرارية وأجهزة تنصت ذات قدرات هائلة قادرة على كشف مواقع المنشآت العسكرية ورصد تحركات القطع العسكرية علىَ سطح الأرض، وكل ذلك يتم من خلال أقمار صناعية تحلق في مدارات خارج الغلاف الجوي للأرض، وما زال هذا السباق مستمراً وتشارِك فيه دول عديدة مثل الصين وفرنسا واليابان وتايوان وإنجلترا، ولكن أصبح الهدف هو الاستفادة من الإستطلاع من الفضاء.
• حمل الأقمار الصناعية وسفن الفضاء إلى مداراتها حول الأرض.
• الاستخدام العسكري: حيث تؤدي الصواريخ دوراً هاماً في الحروب الحديثة، فهي تهدد المدن، وتُعتبَر من وسائل الضغط على العدو لإملاء سياسات الدولة، وهي أيضاً العمود الفقري للدفاع جوي. كما توجد صواريخ مضادة للدبابات، والموجَّهة نحو أهداف أرضية أو بحرية أو حتىَ فضائية.

وتصنَّف الصواريخ في هذا المجال كالآتي: صواريخ (أرض-أرض) مثل صواريخ سكود الروسية وَ أرض-جو مثل صواريخ سام الروسية وَ باتريوت الأمريكية صواريخ وَ (أرض-سطح) - وهذا النوع من الصواريخ ينطلق من منصات أرضية، هناك أيضاً صواريخ جو-جو مثل صواريخ سايدويندر وَ (جو-سطح) وَ (جو-أرض) - وهذه الصواريخ تطلقها الطائرات، وهناك صواريخ (سطح-أرض) مثل صواريخ كروز ويمكن أن يطلقها الأسطول البحري، وأيضاً هناك صواريخ (سطح-جو) وَ (سطح-سطح) وهذه الصواريخ تطلقها السفن، وأيضاً تُطلَق الصواريخ من الغواصات أو نحو الغواصات، وغالباً تَحمِل الصواريخ التي تَطلَق من الغواصات رؤوساً نووية.

هناك أربعة أنواع رئيسية من الصواريخ: 1- صواريخ الوقود الدافع الصلب 2- صواريخ الوقود الدافع السائل 3- الصواريخ الايونية 4- الصواريخ النووية.

• 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 :شافيت
• 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

• بومبر 8 (صاروخ)
• صاروخ ذو وقود صلب
• محرك صاروخي
• صاروخ متعدد المراحل
• كتلة شغالة
• أريان 5
• ساتورن 5
• صاروخ بروتون
• صاروخ حامل
• سبيس إكس

• من البي بي سي - صواريخ كروز
• من البي بي سي - طرادات الصواريخ الموجهة

• بوابة الفضاء
• بوابة رحلات فضائية
• بوابة طيران
• بوابة علم الفلك