زومیت/ چرخش بعضی موشک‌ها در هوا، فقط نمایش بصری نیست؛ پشت این حرکت، مهندسی پیچیده و دلایل فنی دقیقی پنهان شده است.

موشک‌ها، از نوع هدایت‌شونده گرفته تا کروز و ابرصوت‌، اوج مهندسی مدرن محسوب می‌شوند؛ سازه‌هایی که برای حرکت با سرعت‌های خارق‌العاده و برخورد دقیق با اهداف طراحی شده‌اند. اگر تا‌به‌حال ویدیویی از پرواز موشک‌ها دیده باشید، احتمالاً متوجه چرخش برخی از آن‌ها در حین پرواز شده‌اید. این چرخش نه تصادفی است و نه اشتباه و دراقع هدف مشخص و علمی دارد.

چرخش، راه‌حل مهندسی برای ثبات و هدایت بهتر

چرخش حین پرواز در موشک‌های دوربرد، یکی از ترفندهایی است که به ساده‌سازی سیستم هدایت کمک می‌کند. این چرخش به موشک اجازه می‌دهد فقط با یک کانال کنترلی، همزمان حرکات عمودی و افقی خود را تنظیم کند. به بیان ساده، چرخش می‌تواند ناپایداری‌هایی مثل تعادل وزنی، رانش نامتقارن یا نقص‌های جزئی طراحی را جبران و مسیر حرکت موشک را پایدارتر کند.

آغاز ماجرا از قرن نوزدهم

ایده‌ی چرخش موشک‌ها از مدت‌ها قبل وجود داشت، اما ویلیام هِیل مخترع بریتانیایی، برای اولین‌بار در سال ۱۸۴۴ میلادی از آن به‌طور کامل استفاده کرد.

موشک‌هایی که هیل طراحی کرد، با استفاده از پره‌های دم و نازل‌های اگزوز چرخش کنترل‌شده‌ای ایجاد می‌کردند. این موشک‌های بردکوتاه اگرچه با نمونه‌های مدرن امروزی قابل مقایسه نبودند، اما نسبت به نمونه‌های پیشین دقت بسیار بیشتری داشتند.

چالش موشک‌های ابرصوت با چرخش

درحالی که موشک‌های ابرصوت از نظر سرعت شگفت‌انگیز هستند، اما چرخش در سرعت‌های بسیار بالا می‌تواند اثرات منفی هم داشته باشد.

وقتی موشک نسبت به جریان هوا با زاویه حرکت می‌کند (زاویه‌ی حمله یا Angle of Attack)، نیروهای جانبی و پیچشی اطراف بدنه افزایش می‌یابد. در این شرایط، پدیده‌ای به‌نام اثر مگنوس (Magnus Effect) رخ می‌دهد؛ حالتی که باعث نوسان در نوک موشک می‌شود و مسیر آن را کمی منحرف می‌کند. در فیزیک به این حرکت Coning می‌گویند.

سیستم کنترل داخلی و چالش تأخیر واکنش

به‌نوشته‌ی SlashGear، یکی دیگر از مشکلات موشک‌های چرخان، به نحوه‌ی عملکرد سیستم هدایت داخلی آن‌ها مربوط می‌شود. زمانی‌که موشک درحال چرخش است، خلبان خودکار داخلی برای اصلاح مسیر باید دائماً با چرخش هماهنگ شود.

اگر عملگرهایی (Actuators) که سطوح کنترل را می‌چرخانند، تأخیر داشته باشند یا دقت کافی را ارائه ندهد، احتمال دارد واکنش به تغییرات مسیر با کندی انجام بگیرد. این تأخیر در ترکیب با تعاملات پیچیده بین کانال‌های کنترلی، باعث ناپایداری مسیر و احتمال انحراف موشک می‌شود.

تأثیر ساختار کشیده و تقویت‌کننده‌ها بر عملکرد پروازی

بسیاری از موشک‌ها برای افزایش بُرد، از موتورهای کمکی یا بوستر استفاده می‌کنند که باعث کشیده‌تر شدن بدنه می‌شود. پس از اتمام سوخت، این ساختار بلند و باریک می‌تواند در حین پرواز کمی خمیده شود. این انحنا در ترکیب با چرخش و سایر حرکات دینامیکی، معادله را برای مهندسان پیچیده‌تر می‌کند و به طراحی دقیق‌تری نیاز دارد.