التحكم في الصواريخ

السلام عليكم و رحمة الله و بركاته

قبل أي شيء يجب التعرف على حركات الصواريخ و المحاور الرئيسية لها:

محاور الصاروخ الرئيسية:
للصاروخ (و الأجسام الطائرة الأخرى) ثلاثة محاور رئيسية :
Longitudinal Axis x المحور الطولي
Lateral Axis y المحزر العرضي
Vertical Axis z المحور الرأسي
و للصاروخ حرية الحركة على أي من المحاور.. فيمكنه الحركة الانتقالية على أي محور و الحركة الدورانية حول أي محور.. أي 3 حركات انتقالية و 3 حركات دورانية,6 أنواع من الحركات, لذا يقال أن للصاروخ 6 درجات من حرية الحركة...
6 Degrees Of Freedom DOF
و كلما زاد عدد درجات الحرية كان وصف الحركة أكثر تعقيدا..
و توصف الحركات الدورانية للطائرة حول محاورها كالآتي:
الحركة الدورانية حول المحور الطولي Longitudinal x
Roll

الحركة الدورانية حول المحور العرضي Lateral y
Pitch

الحركة الدورانية حول المحور الرأسي Vertical z
Yaw

و التحكم لتلك الحركات يكون بتغيير حركة أسطح التحكم لتكون عزوم تغير لنا من وضع الصاروخ, مهما كان مكان تلك الأسطح فالحركات هي نفسها و هي مشابهة لحركات الطائرات.
في حالات المحاكاة لتبسيط دراسة حركة الصواريخ يتم التعامل مع عدد أقل من درجات الحرية و اعتبار الصاروخ محدد بها.. لكن ذلك بغرض الدراسة فقط...

يختلف التحكم في الصواريخ على حسب نوع الصاروخ أي:
1- الصواريخ البالستية
2- الصواريخ المتتبعة للهدف
3- الصواريخ التي تسير في مسار محدد مسبقا مثل الطائرة
4- الصواريخ التي يتم توجيهها أثناء طيرانها

و يتم التحكم في الصوارخ عبر عدة وسائل أهمها:
1- التحكم عبر الذيل
2- التحكم عبر سطوح تحكم أمامية Canard
3- التحكم عبر الجناح
4- التحكم عبر طرق أخرى مثل توجيه قوة الدفع TVC



لكل نوع مميزاته و عيوبه و يعتمد استخدام نوع معين على حسب الهدف من الصاروخ.. مثلا في حالة المدى الطويل يكون التحكم باستخدام الذيل مع وجود أجنحة لتعطي رفع عالي, و عند الحاجة لمناورة عالية يكون التحكم عن طريق توجيه قوة الدفع.
في معظم الحالات يستخدم زوج من أسطح التحكم و في الغالب يكون التحكم باستخدام الذيل, و يختلف عدد الأسطح لكن في الغالب 4 و شكلها يكون في شكل + أو حرف X و تمكن هذه الأسطح الصاروخ من القيام بكل المناورات المتطلبة و حركاته شبيهة بحركات الطائرات.

أيضا يأتي مع موضوع التحكم بالصواريخ موضوع ءاخر مهم جدا و هو المحافظة على استقرارية الصاروخ في الهواء دون أي معوقات و دون أن يلتف على نفسه أو يسقط أو يتغير اتجاهه, خصوصا في الصواريخ البالستية حيث لا توجد أنظمة تعيد  الصاروخ إلى حالته الأساسية , و يكون الصاروخ مستقرا عندما العزوم حول مركز ثقله تساوي صفرا.
و أحيانا يستخدم جيروسكوب لضمان استقرار الصاروخ في مساره, و هو من أبسط و أسهل الطرق لضمان ذلك.

تكامل الأنظمة في الصاروخ للتحكم به و ضمان وصوله إلى الهدف:
يحوي الصاروخ بالإضافة إلى أسطح التحكم (نتكلم هنا عن الصواريخ الموجهة) عدة أنظمة تقوم يمراقبة مساره و توجيهه نحو الهدف و منها:

نظام التوجيه (الملاحة):
و هو يقوم بتخزين معلومات الهدف و يستقبل الإشارات من العالم الخارجي لتحديد موقع الصاروخ و بعده عن الهدف و حالة الهدف الحالية, فهو يقوم بتحديد الموقع الحالي و عمل التصحيح و و إرسال إشارة بالموقع الذي من المفترض أن يكون فيه الصاروخ بالنسبة لموقعه الحالي.
به منظومة القياس الداخلية و التي بها مستشعرات للحركة الدورانية و مستشعرات للحركة الدورانية (أكسيليروميتر و جيروسكوب)  و هي التي تتعرف على حالة الصاروخ الحالية و بناءا عليها يقوم النظام بعمل التصحيح.

نظام الطيار الآلي:
و هو نظام يقوم فقط بتنفيذ الأوامر أي هو يستقبل الإشارة من نظام الملاحة (التوجيه) و يقوم بترجمتها إلى حركة لأسطح التحكم بناءا على الإشارة لتتم الحركة المطلوبة.

بتكامل الأنظمة مع بعضها تتم دائرة التحكم في الصاروخ.
ينبغي الإشارة إلى أن الصواريخ البالستية إذا احتوت على نظام ما قد يكون نظام الملاحة و يستخدم فقط لضمان استقرارية الصاروخ.


توليد العزوم لتغيير مسار الصاروخ:
يتم توليد العزوم لتوجيه الصاروخ كما الطرق المذكورة سابقا...
الصورة من موقع ناسا توضح كيفية تغيير مسار الصاروخ تبعا لنوع التحكم, لاحظ الأنواع المختلفة من التحكم عن توجيه قوة الدفع Thrust Vectoring Control TVC

و في الرسومات التوضيحية بالأسفل نرى مثالين لكيفية التحكم في حركة الpitching باستخدام أسطح الذيل و أسطح الCanards.
في كلتا الحالتين يتحرك السطح ليولد قوة رفع يتحدد اتجاهها بحسب اتجاه تحرك السطح. و من قوة الرفع هذه تتولد لدينا عزوم حول مركز ثقل الصاروخ و هي تقوم من تعديل وضعه في الجو.
في الرسم:
L: قوة الرفع
D: قوة الكبح
P.M.: Pitching Moment العزم حول محور y
sm:Stability Margin هامش الاستقرارية
و هو المسافة بين مركز ثقل الصاروخ و المركز الإيروديناميكي للجناح.
alpha: الزاوية ألفا هي زاوية الهجوم (الزاوية بين المحور الطولي و اتجاه الطيران)

(و للكلام بقية)




مصادر:
NASA-Rocket Control
ِAerospaceweb Missile Control Systems

و جزاكم الله خيرا.
محبكم في الله.

.