به گزارش پارسینه به نقل از فارس، وقتی یک کلاهک قاره‌پیما پس از طی هزاران کیلومتر مسیر به سمت هدف بازمی‌گردد، با یکی از شدیدترین محیط‌های حرارتی قابل تصور در مهندسی هوافضا روبه‌رو می‌شود. در مرحله ورود مجدد، سرعت کلاهک به چندین برابر سرعت صوت می‌رسد و هوای مقابل آن به شدت فشرده و گرم می‌شود. در نتیجه، در ناحیه جلوی کلاهک دما به چند هزار درجه سانتی‌گراد می‌رسد و شرایطی ایجاد می‌شود که بدون سامانه‌های حفاظت حرارتی، نابودی سازه اجتناب‌ناپذیر خواهد بود.

برای درک بهتر این موضوع می‌توان مسیر یک کلاهک قاره‌پیما مانند کلاهک موشک هواسونگ-۱۷ را در نظر گرفت. پس از پایان کار موتور‌های موشک، کلاهک در خارج از جو مسیر خود را ادامه می‌دهد. سپس در مرحله نهایی مأموریت، با سرعت بسیار بالا وارد لایه‌های متراکم جو زمین می‌شود. در این لحظه شدیدترین بار‌های حرارتی و آیرودینامیکی به کلاهک وارد می‌شود و بقای آن تا رسیدن به هدف کاملاً به عملکرد سامانه حفاظت حرارتی وابسته است.

راه‌حل کلاسیک و اثبات شده برای عبور از این محیط خشن، استفاده از سپر‌های حرارتی فداشونده (Ablative Heat Shield) است. برخلاف تصور عمومی، این سپر‌ها گرما را دفع نمی‌کنند؛ بلکه با مصرف تدریجی خود، انرژی حرارتی را جذب می‌کنند. لایه‌های بیرونی سپر در اثر حرارت تجزیه، ذوب یا تبخیر می‌شوند و در این فرایند بخش بزرگی از انرژی گرمایی را با خود حمل می‌کنند. به همین دلیل، دمای لایه‌های داخلی و محموله اصلی در محدوده قابل تحمل باقی می‌ماند( به تصویر اصلی خبر توجه کنید).

اساس این فناوری بر قوانین ترمودینامیک و انتقال حرارت استوار است. موادی مانند رزین‌های فنولیک، کامپوزیت‌های کربن-فنولیک و سایر مواد سایشی، هنگام قرار گرفتن در معرض شار حرارتی شدید، دچار تجزیه کنترل‌شده می‌شوند. این فرآیند گرماگیر بوده و باعث کاهش انتقال حرارت به سازه اصلی می‌شود. به همین دلیل سپر‌های فداشونده دهه‌هاست که در کپسول‌های فضایی، وسایل ورود مجدد و کلاهک‌های بالستیک مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در سامانه‌های پیشرفته، سپر فداشونده تنها بخش حفاظت حرارتی نیست. در نقاط حساس مانند دماغه و لبه‌های آیرودینامیکی، از مواد فوق‌دما (Ultra High Temperature Ceramics یا UHTC) و کامپوزیت‌های کربنی استفاده می‌شود. این مواد وظیفه متفاوتی دارند؛ آنها به جای مصرف شدن، شکل آیرودینامیکی و استحکام سازه را در دما‌های بسیار بالا حفظ می‌کنند. به همین دلیل در بسیاری از طراحی‌ها، سپر‌های فداشونده و مواد فوق‌دما مکمل یکدیگر هستند و نه جایگزین هم.

در سال‌های اخیر، وسایل گلاید هایپرسونیک (HGV) نیز توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. این سامانه‌ها پس از ورود به جو، برخلاف کلاهک‌های بالستیک معمولی، قادر به سرش (Glide) و انجام مانور هستند. همین ویژگی باعث می‌شود زمان بیشتری را در محیط گرم جو سپری کنند و در نتیجه چالش‌های حرارتی آنها پیچیده‌تر از کلاهک‌های بالستیک کلاسیک باشد. به همین دلیل طراحی حفاظت حرارتی برای HGV‌ها معمولاً نیازمند ترکیبی از سپر‌های سایشی، مواد فوق‌دما و راهکار‌های پیشرفته آیرودینامیکی است.

موشک فتاح ۲ به یک سرجنگی گلایدکننده (HGV) مجهز است. همچنین منابع رسمی داخلی از قابلیت گلاید، مانورپذیری و تغییر مسیر این سرجنگی سخن گفته‌اند؛ بنابراین می‌توان گفت که طبق توصیف رسمی منتشر شده، مکانیزم اعلام‌شده برای فتاح ۲ با مفهوم HGV همخوانی دارد.

موضوع مهم دیگر، ارتباط فناوری فضایی و فناوری ورود مجدد است. بازگرداندن سالم یک کپسول فضایی از جو زمین بدون بهره‌گیری از سامانه‌های حفاظت حرارتی امکان‌پذیر نیست. به همین دلیل، موفقیت در بازگردانی محموله‌ها یا کپسول‌های فضایی نشان‌دهنده دستیابی به بخشی از دانش ورود مجدد، تحلیل گرمایش آیرودینامیکی و طراحی سپر‌های حرارتی است.

در نهایت، اگر کشوری به فناوری سپر‌های فداشونده، مواد مقاوم دمای بالا و طراحی وسایل ورود مجدد دست یافته باشد، بخش مهمی از مسئله بقای کلاهک در مرحله ورود مجدد به جو را حل کرده است. به همین دلیل، سپر‌های فداشونده همچنان یکی از مهم‌ترین فناوری‌های هوافضایی به شمار می‌روند؛ فناوری‌ای که از کپسول‌های فضایی گرفته تا کلاهک‌های برد بلند، نقش حیاتی در عبور از جهنم حرارتی ورود مجدد به جو ایفا می‌کند.

نکته مهم این است که در یک کلاهک بالستیک بدون مانور، مشابه آنچه برای کلاهک‌های قاره‌پیما در نظر گرفته می‌شود، ترکیب سپر حرارتی فداشونده و مواد مقاوم دمای بالا می‌تواند عامل اصلی بقای کلاهک در مرحله ورود مجدد باشد. سپر فداشونده با جذب و دفع بخش عمده انرژی حرارتی از طریق سایش و تجزیه کنترل‌شده، بار حرارتی وارد بر سازه را کاهش می‌دهد؛ در حالی که مواد فوق‌دما و کامپوزیت‌های پیشرفته مورد استفاده در وسایل هایپرسونیک، شکل آیرودینامیکی و استحکام نقاط حساس سازه را حفظ می‌کنند.

این ترکیب باعث می‌شود کلاهک بتواند در برابر گرمایش شدید ورود مجدد مقاومت کرده و بدون ذوب شدن یا متلاشی شدن ناشی از حرارت، تا رسیدن به هدف به مسیر خود ادامه دهد. به همین دلیل، استفاده هم‌زمان از سپر‌های فداشونده و مواد مقاوم دمای بالا، یکی از اصول بنیادین طراحی وسایل ورود مجدد و کلاهک‌های برد بلند محسوب می‌شود.

ترکیب سپر فداشونده و مواد مقاوم دمای بالا از نوع مورد استفاده در سامانه‌های هایپرسونیک، یک راهکار اثبات‌شده برای محافظت از کلاهک در مرحله ورود مجدد به جو محسوب می‌شود. با توجه به دستاورد‌های ایران در حوزه حفاظت حرارتی، وسایل ورود مجدد به جو زمین در فعالیت‌های فضایی و کلاهک‌های هایپرسونیک، می‌توان گفت بخش مهمی از چالش حرارتی چنین مأموریتی قابل مدیریت است. این صحبت صرفاً نظری نیست؛ بلکه با موفقیت بازیابی کپسول زیستی ۵۰۰ کیلوگرمی ایران در آذر ۱۴۰۲ که مجهز به «سامانه سپر حرارتی و سامانه فناشونده» بود، پرتاب و بازگشت موفق کپسول‌های زیستی پیشین مانند «میمون فضایی» در سال ۱۳۹۲ و همچنین طراحی نسل جدید کپسول‌های بازگشت‌پذیر برای آزمایش‌های زیستی مداری و کاوشگر پیشگام به‌صورت عملی به اثبات رسیده است؛ بنابراین از دیدگاه رفع مشکل حرارت زیاد، فناوری‌های موجود می‌توانند از ذوب شدن یا متلاشی شدن یک کلاهک بالستیک بدون مانور در شرایطی مشابه کلاهک‌های قاره‌پیما مانند هواسانگ ۱۷ جلوگیری کنند. در واقع با استفاده از سپر فداشونده و متریال کلاهک هایپرسونیک. البته از منظر علمی باید توجه داشت که میان بازگشت یک کپسول فضایی زیرمداری و ورود مجدد یک کلاهک قاره‌پیما تفاوت قابل توجهی وجود دارد. کلاهک‌های قاره‌پیما با سرعت بسیار بیشتری وارد جو می‌شوند و در نتیجه با بار‌های حرارتی و آیرودینامیکی شدیدتری مواجه هستند؛ بنابراین موفقیت در بازگردانی کپسول‌های فضایی به‌تنهایی به معنای اثبات کامل عملکرد در شرایط یک کلاهک قاره‌پیما نیست.

با این حال، این دستاورد‌ها نشان‌دهنده دستیابی به بخش مهمی از دانش طراحی سپر‌های فداشونده، تحلیل گرمایش ورود مجدد، مواد مقاوم دمای بالا و فناوری وسایل بازگشت‌پذیر هستند. از این رو می‌توان گفت که در صورت برخورداری از طراحی مناسب و انجام آزمون‌های لازم، بخش مهمی از چالش حرارتی مربوط به بقای یک کلاهک بالستیک بدون مانور در مرحله ورود مجدد به جو قابل مدیریت است. با توجه به سوابق و دستاورد‌های اعلام‌شده ایران در حوزه فناوری‌های ورود مجدد، حفاظت حرارتی و سامانه‌های هایپرسونیک، می‌توان ارزیابی کرد که زیرساخت‌های علمی و فنی لازم برای توسعه سپر‌های فداشونده متناسب با مأموریت‌های پیشرفته مانند هواسونگ-۱۷ حد قابل توجهی فراهم شده است.