بازگشت «جانور قندهار»؛ پهپاد RQ-170 که در عملیات دستگیری مادورو نقش داشت

اگرچه طراحی پهپاد رادارگریز RQ-170 سنتینل به بیش از دو دهه پیش بازمی‌گردد و نیروی هوایی ایالات متحده حدود ۱۵ سال پیش رسماً وجود آن را تأیید کرد، اما حضور غافلگیرکننده‌ی آن در عملیات اخیر دستگیری نیکلاس مادورو در ونزوئلا، نشان از تأثیرگذاری تکنولوژی‌های نسبتاً قدیمی دارند.

این پهپاد که توسط اسکانک ورکس شرکت لاکهید مارتین توسعه یافت و زمانی به جانور قندهار معروف بود، برای چشم‌دوختن طولانی‌مدت و بی‌وقفه به اهداف ساخته شده است. طبق گزارش‌ها، سنتینل در مأموریت اخیرش، وظیفه داشت چتر اطلاعاتی زنده‌ای بر فراز منطقه‌ای پرخطر برای ثبت الگوهای زندگی و ارسال تصاویر لحظه‌ای به فرماندهان فراهم کند.

دسامبر ۲۰۱۱، یک فروند از همین پهپاد هنگام عبور از حریم هوایی ایران در حوالی کاشمر به‌دست نیروهای ایرانی افتاد و تهران اعلام کرد که با استفاده از عملیات جنگ الکترونیک و نفوذ در سیستم هدایت پهپاد، آن را سالم به زمین نشانده است.

با ما همراه باشید تا نگاه نزدیک‌تری داشته باشیم به RQ-170 که البته بسیاری از جزئیاتش همچنان محرمانه مانده‌اند و گزارش‌ها از مشاهده‌ی دوباره‌ی آن در آسمان کارائیب می‌گویند.

وقتی به نمای جانبی یا از بالای RQ-170 نگاه می‌کنیم، با چیزی روبرو می‌شویم که بیشتر به یک بومرنگ خاکستری شباهت دارد تا یک هواپیمای کلاسیک. در مهندسی هوافضا، به این فرم «بال پرنده» (Flying Wing) گفته می‌شود. اما چرا طراحان اسکانک ورکس چنین فرم پیچیده‌ای را انتخاب کردند و چگونه توانستند آن را در آسمان نگه دارند؟

در طراحی‌های مرسوم، بدنه استوانه‌ای وظیفه حمل بار را دارد و بال‌ها وظیفه تولید نیروی برآ. دم هواپیما نیز مسئولیت پایداری را بر عهده می‌گیرد. اما این ساختار سنتی یک مشکل بزرگ دارد: تمام اجزا به‌جز بال، نیروی پسا تولید می‌کنند و انرژی موتور را هدر می‌دهند.

سکان عمودی در هواپیماهای معمولی نقش لنگر پایداری را در محور عرضی ایفا می‌کند و با ایجاد نیروی جانبی، مانع از آن می‌شود که دماغه‌ی هواپیما به‌طور ناخواسته به چپ یا راست منحرف شود. به بیان ساده، سکان عمودی همان قطعه‌ای است که باعث می‌شود هواپیما مستقیم فکر کند.

در پهپادی مانند RQ-170 Sentinel، این قطعه عمداً حذف شده تا سازه از نظر راداری بسیار تمیز و کم‌انعکاس باشد. اما از دید دینامیک پرواز بدون این قطعه، هواپیما مانند یک برگ کاغذ رها شده در باد، تمایل دارد به‌دور خود بچرخد و کنترلش غیرممکن می‌شود.

برای مثال، اگر کامپیوتر پرواز بخواهد دماغه‌ی پرنده به سمت چپ بچرخد، فلپ شکافته در انتهای بال چپ باز می‌شود. این کار پسا را در آن سمت افزایش می‌دهد، بال چپ را اندکی عقب می‌کشد و در نتیجه، دماغه به سمت چپ می‌چرخد.

این روش کنترل، اگرچه پیچیدگی نرم‌افزاری بالایی دارد، اما به پرنده اجازه می‌دهد بدون برهم‌زدن فرم صیقلی و رادارگریز خود، مانور دهد.

علاوه بر کنترل جهت، پرنده باید بتواند بالا و پایین برود یا به طرفین کج شود. در هواپیماهای عادی، این کار توسط بالابرها و شهپرها انجام می‌شود، ولی در RQ-170، این دو وظیفه در یک سطح کنترلی واحد به نام Elevon ادغام شده‌اند.

تغییر زاویه هماهنگ یا غیرهماهنگ این سطوح در لبه عقبی بال، به پرنده اجازه می‌دهد تا در فضای سه‌بعدی مانور دهد. همه این‌ها تحت نظارت لحظه‌ای کامپیوترهایی انجام می‌شود که هزاران بار در ثانیه وضعیت پرنده را چک می‌کنند تا از ناپایداری ذاتی آن جلوگیری کنند.

اگر آیرودینامیک علم غلبه بر هواست، پنهان‌کاری، علم مدیریت نور و امواج رادیویی است. رادارها اساساً ساده کار می‌کنند: یک سیگنال قوی می‌فرستند و منتظر بازتاب آن می‌مانند. درست مثل‌اینکه در غاری تاریک فریاد بزنید و منتظر اکو باشید. وظیفه‌ی طراحان RQ-170 این بوده که کاری کنند این پرنده در برابر امواج رادار، مثل یک حفره سیاه رفتار کند؛ صدایی می‌آید، اما اکویی برنمی‌گردد.

نخستین لایه‌ی این فریب، از هندسه و ظاهر RQ-170 می‌آید، چنان‌که هیچ خبری از سطوح عمودی صاف یا گوشه‌های قائمه نیست.

به بیان ساده، پرنده مانند آینه‌ای چندوجهی عمل می‌کند که نور را به‌جای بازتاب به سمت چشم ناظر، به اطراف پخش می‌نماید. طراحان این زوایا را طوری تنظیم می‌کنند که انرژی بازتابی به سمت آسمان یا فضاهایی هدایت شود که گیرنده‌ی رادار دشمن در آن حضور ندارد. این رویکرد هندسی، بدون نیاز به سامانه‌های فعال، نقش مهمی در کاهش قابلیت کشف پرنده ایفا می‌کند.

بااین‌حال هندسه به‌تنهایی کافی نیست و حتی با بهترین طراحی زاویه‌ها، اگر بدنه فلزی و صیقلی باشد، همچنان می‌تواند در برخی شرایط راداری بدرخشد. به همین دلیل، لایه‌ی دوم پنهان‌کاری وارد عمل می‌شود: مواد جاذب رادار (RAM).

بدنه‌ی این پهپاد عمدتاً از مواد کامپوزیتی ساخته شده و با لایه‌هایی پوشانده شده است که انرژی امواج رادیویی را جذب می‌کنند. این مواد معمولاً شامل ترکیبات فریتی یا ساختارهای کربنی هستند که هنگام برخورد موج رادار، انرژی الکترومغناطیسی را به مقدار بسیار اندکی گرما تبدیل می‌کنند.

در نتیجه موجی که به سطح برخورد می‌کند، بخش قابل‌توجهی از توان خود را از دست می‌دهد و بازتاب ضعیف‌تری به سمت گیرنده بازمی‌گردد.

از طرفی حتی یک برآمدگی کوچک می‌تواند در صفحه رادار مثل یک چراغ چشمک‌زن عمل کند. به همین دلیل سطح بدنه RQ-170 به‌شدت یکدست و صیقلی است.

برخلاف جنگنده‌های معمولی که موشک‌ها و مخازن سوخت را زیر بال حمل می‌کنند، در این پهپاد همه چیز باید درونی باشد. سنسورها، دوربین‌ها و آنتن‌های ارتباطی همگی درون محفظه‌هایی با درپوش‌های مخصوص مخفی شده‌اند.

حتی لوله‌های پیتو (سنسورهای سنجش سرعت باد) و درزهای بدنه بادقت بسیار بالایی طراحی شده‌اند تا هیچ زاویه قائمه یا شکافی ایجاد نکنند. همین دقت طراحی باعث می‌شود سطح مقطع راداری (RCS) پرنده از یک عقاب هم کمتر باشد.

برای دستیابی به پنهان‌کاری کامل، عبور از سد رادار کافی نیست؛ چراکه سامانه‌های پیشرفته‌ی مادون‌قرمز (IRST) مدام در حال پایش آسمان برای شکار منابع گرما هستند. در چنین شرایطی، موتور جت به خودی خود یک نقطه ضعف آشکار محسوب می‌شود:

هم تیغه‌های فلزی کمپرسور در ورودی هوا و هم گازهای داغ خروجی می‌توانند موقعیت پرنده را افشا کنند. طراحی پیشرانه در RQ-170 Sentinel دقیقاً با هدف کاهش همین ردپاها انجام شده است.

بزرگ‌ترین بازتاب‌دهنده امواج رادار در نمای روبروی یک هواپیما، تیغه‌های فلزی کمپرسور موتور است که با سرعت بالا می‌چرخند و مثل یک دیسک درخشان در رادار دیده می‌شوند.

این طراحی که با نام Serpentine Inlet شناخته می‌شود، خط دید مستقیم بین بیرون و موتور را از بین می‌برد. امواج رادار که وارد دهانه می‌شوند، به دیواره‌های خمیده کانال که با مواد جاذب پوشانده شده‌اند برخورد می‌کنند و قبل از رسیدن به موتور، مستهلک می‌شوند. علاوه بر این، طراحی ورودی در بالای بدنه، آن را از دید رادارهای زمینی مخفی می‌کند.

در بخش خروجی موتور نیز تمرکز اصلی کاهش ردپای حرارتی است. اگر گازهای داغ به‌صورت متمرکز خارج شوند، ردپای حرارتی شدیدی ایجاد می‌کنند که از کیلومترها دورتر می‌تواند کشف شود.

در RQ-170 خبری از لوله اگزوز گرد و کلاسیک نیست. خروجی موتور در سطح بالایی بدنه تعبیه شده و به شکلی پهن و تخت طراحی شده است که اصطلاحاً به آن دم‌نوک‌اردکی (Platypus Exhaust) می‌گویند. این فرم هندسی دو کارکرد حیاتی دارد:

دوم، شیلدینگ (Shielding)؛ بخش انتهایی بدنه موسوم به Deck طوری امتدادیافته که خروجی موتور را از دید سنسورهای زمینی یا موشک‌های دوش‌پرتاب پنهان می‌کند. در واقع، سنسوری که از پایین به پهپاد نگاه می‌کند، بدنه سرد را می‌بیند، نه اگزوز داغ را.

اگرچه نوع دقیق موتور رسماً اعلام نشده، اما تحلیل‌های صوتی و ابعادی نشان می‌دهد که این پهپاد احتمالاً از یک موتور توربوفن با ضریب بای‌پس بالا استفاده می‌کند، مشابه موتورهایی مثل سری TF34 یا TFE731.

در این موتورها، بخش بزرگی از هوای ورودی بدون اینکه وارد محفظه احتراق شود، از کنار هسته موتور عبور می‌کند و وقتی به خروجی می‌رسد، با گازهای داغ مخلوط می‌شود.

این لایه هوای سرد مثل یک عایق صوتی و حرارتی عمل می‌کند که هم صدای موتور را کاهش می‌دهد و هم دمای خروجی را پایین می‌آورد. این ویژگی برای پهپادی که قرار است بدون جلب‌توجه ساعت‌ها بر فراز مناطق حساس پرواز کند، ضرورتی مهندسی به‌شمار می‌رود.

تا اینجا از پلتفرمی گفتیم که از نظر آیرودینامیکی بهینه، از نظر راداری پنهان‌کار و از نظر مداومت پروازی کارآمد است. اما چنین سازه‌ای به‌طور ذاتی پایدار نیست و ارزش عملیاتی آن صرفاً به توان پرواز محدود نمی‌شود.

مأموریت واقعی RQ-170 Sentinel در لایه‌ای فراتر تعریف می‌شود: کنترل دقیق ناپایداری و جمع‌آوری اطلاعات بدون آشکارشدن. در این بخش، به سامانه‌های کنترلی و سنسورهایی می‌پردازیم که نقش سیستم عصبی و حواس این پرنده را ایفا می‌کنند.

همان‌طور که در بخش اول گفتیم، حذف دم باعث ناپایداری دینامیکی پهپاد می‌شود. پرواز با چنین وسیله‌ای برای انسان امکان‌پذیر نیست زیرا سرعت واکنش انسان به تغییرات جریان هوا بسیار کندتر از آن است که بتواند تعادل پرنده را حفظ کند.

کامپیوتر مرکزی پرواز، این دستور را دریافت کرده، وضعیت لحظه‌ای باد، سرعت و زاویه حمله را تحلیل می‌کند و سپس تصمیم می‌گیرد که کدام‌یک از درگ-رادرها یا الِوون‌ها را و با چه زاویه‌ای حرکت دهد تا دستور اجرا شود؛ بدون اینکه پهپاد کنترلش را از دست بدهد. این فرایند صدها بار در ثانیه تکرار می‌شود.

داخل دماغه بدون درز RQ-170، احتمالاً یک رادار آرایه فازی فعال (AESA) نصب شده است. تفاوت این رادار با رادارهای مکانیکی قدیمی در این است که دیش متحرک ندارد. این رادارها از هزاران ماژول فرستنده/گیرنده کوچک تشکیل شده‌اند که می‌توانند امواج را به‌صورت الکترونیکی هدایت کنند.

در نتیجه سیستم‌های هشداردهنده دشمن متوجه نمی‌شوند که تحت تابش رادار قرار گرفته‌اند؛ آن‌ها امواج رادار RQ-170 را صرفاً به‌عنوان نویز پس‌زمینه شناسایی می‌کنند. این رادار قادر است با تکنیک روزنه مصنوعی (SAR)، حتی از پشت ابرها نقشه‌هایی با کیفیت عکس‌برداری تهیه کند.

در زیر بدنه، معمولاً محفظه‌ای برای سنسورهای بصری تعبیه می‌شود، مجموعه‌ای شامل دوربین‌های با زوم بالا برای نور مرئی روز و سنسورهای مادون‌قرمز (شب/حرارتی) است.

نکته مهندسی در اینجا، جنس پنجره محافظ این دوربین‌هاست. این شیشه‌ها باید شفافیت نوری داشته باشند، اما هم‌زمان باید رسانای جریان الکتریسیته باشند تا مانع عبور امواج رادار به داخل محفظه دوربین شوند.

اگر امواج رادار وارد محفظه دوربین شوند، بازتاب بسیار شدیدی ایجاد می‌کنند که کل پنهان‌کاری پرنده را بی‌اثر می‌کند.

پروژه RQ-170 Sentinel را می‌توان نمونه‌ای از همگرایی چند شاخه مهندسی در یک سامانه واحد دانست. در طراحی این پرنده، آیرودینامیک نقش کلیدی در بازآفرینی پیکربندی پهپاد ایفا می‌کند تا مداومت پروازی بالا بدون اتکا به سطوح کنترلی متعارف ممکن شود.

هم‌زمان، اصول الکترومغناطیس در شکل‌دهی هندسه و انتخاب مواد، بازتاب امواج راداری را به حداقل می‌رساند. از منظر ترمودینامیک نیز، گازهای داغ خروجی طوری مدیریت می‌شوند که ردپای حرارتی کاهش یابد و قابلیت اختفای حرارتی حفظ شود.

 و درنهایت پایداری سازه‌ای که ذاتاً ناپایدار است، تنها باتکیه‌بر سامانه‌های کنترلی پیشرفته و پردازش رایانه‌ای پیوسته امکان‌پذیر می‌شود.