تخلیه گاز کم‌سرعت پسا پایه گلوله‌های توپخانه را بدون پیشرانش موشکی تا ۵۰ درصد کاهش می‌دهد

پرتابه‌های تقویت‌شده با راکت (RAP) برد توپخانه را با احتراق یک موتور سوخت جامد در میانه پرواز افزایش می‌دهند و با افزودن رانش رو به جلو، مقاومت آیرودینامیکی را مغلوب می‌کنند. اما فناوری بیس‌بلید (تخلیه گاز از پایه گلوله) تقریباً به همین افزایش ۳۰ درصدی برد دست می‌یابد، بدون اینکه حتی یک پوند رانش اضافی تولید کند. این سازوکار به جای هل دادن گلوله به جلو، مکش ناشی از خلأ را که آن را به عقب می‌کشد خنثی می‌سازد.[3]

هنگامی که یک گلوله توپخانه ۱۵۵ میلی‌متری با سرعت فراصوت حرکت می‌کند، جریان هوا نمی‌تواند خطوط انحنای انتهای تخت آن را به نرمی دنبال کند. این جدایش جریان، دنباله‌ای بسیار کم‌فشار و گردابه‌ای را درست در پشت مقطع تخت پرتابه پدید می‌آورد؛ خلأ حاصل، نیروی مکش پیوسته‌ای را در جهت عقب به گلوله وارد می‌آورد.[1][2]

این مکش که در میان مهندسان آیرودینامیک به «پسای پایه» شناخته می‌شود، تا ۵۰ درصد از کل مقاومت آیرودینامیکی وارد بر یک پرتابه فراصوت را به خود اختصاص می‌دهد. غلبه بر این پسا به طور سنتی مستلزم استفاده از خرج‌های پرتاب بزرگ‌تر یا لوله‌های بلندتر توپ بود. با این حال، سامانه‌های بیس‌بلید با دستکاری مستقیم جریان هوا، این محدودیت‌های مکانیکی را دور می‌زنند.[1]

این سامانه شامل یک مولد گاز کوچک درون حفره‌ای در انتهای پرتابه است که معمولاً با یک گرین سوخت جامد کندسوز پر می‌شود. هنگام شلیک، این پیشران مشتعل شده و گازهای احتراقی کم‌سرعت را به درون خلأ پشت پرتابه می‌دمد. این تزریق پیوسته جرم، دینامیک فشار در ناحیه دنباله را به بنیادین‌ترین شکل دگرگون می‌کند.[3]

سامانه مذکور با پر کردن خلأ انتهای پرتابه با گاز داغ، در طول فاز فراصوت پرواز، پسای پایه را تا ۵۰ درصد کاهش می‌دهد. در توپخانه مدرن ۱۵۵ میلی‌متری، این افزایش بهره‌وری آیرودینامیکی برد مؤثر آتش را بین ۲۰ تا ۳۵ درصد—معادل ۱۵ کیلومتر برد بیشتر—افزایش می‌دهد.[1][3]

آیرودینامیک خلأ انتهای پرتابه

یک گلوله استاندارد ۱۵۵ میلی‌متری با سرعتی فراتر از ۲ ماخ از لوله هویتزرهای مدرن خارج می‌شود. از آنجا که پرتابه هوا را با خشونت کنار می‌زند، امواج ضربه‌ای شدیدی در دماغه ایجاد می‌شود که انرژی جنبشی آن را هدر می‌دهد. در حالی که پسای دماغه نمود بصری چشمگیری دارد، انتهای تخت گلوله افتی به همان اندازه سنگین در بازده آیرودینامیکی بر جای می‌گذارد.[1]

هوایی که با سرعت بالا روی بدنه استوانه‌ای گلوله حرکت می‌کند، نمی‌تواند در لبه‌های انتهایی پایه زاویه تندی به خود بگیرد. در نتیجه، جریان هوا از سطح فلزی جدا شده و یک ناحیه چرخش آشفته را در پشت پرتابه شکل می‌دهد. این جریان جداشده، توده‌ای از هوای کم‌فشار را محبوس می‌سازد که به موازات حرکت گلوله جابه‌جا می‌شود.[1][2]

از آنجا که فشار هوا در دماغه بسیار بالا و در پایه در حد خلأ است، این اختلاف فشار شدید، گلوله را مدام به سمت عقب می‌کشد. این پسای پایه همچون لنگری نامرئی عمل می‌کند که شتاب منفی شدیدی به پرتابه وارد کرده و آن را در مسیر صعود به اوج قوس بالستیک متوقف می‌سازد.[2]

مهندسان در ابتدا برای مهار این مکش، انتهای گلوله‌ها را مخروطی می‌کردند؛ طراحی هندسی موسوم به دم‌قایقی (Boat-tailing). شیب ملایم دم‌قایقی با زاویه استاندارد هشت درجه، مساحت سطح پایه را کاهش داده و دامنه ناحیه چرخش آشفته را محدود می‌سازد، اما هندسه به تنهایی قادر به از میان بردن کامل خلأ نیست.[1][3]

شبیه‌سازی‌های دینامیک سیالات محاسباتی نشان می‌دهند که حتی بهینه‌ترین مقطع دم‌قایقی نیز خلأ کم‌فشار قابل‌توجهی پشت سر بر جای می‌گذارد. برای افزایش برد آتش توپخانه به بیش از ۳۰ کیلومتر، طراحان به سازوکاری نیاز داشتند که فشار درون این حفره دنباله‌ای را به طور فعال بالا ببرد. بیس‌بلید به عنوان سبک‌ترین و کارآمدترین پاسخ برای این مسئله آیرودینامیکی پدیدار شد.[1][2]

خنثی‌سازی پسا بدون پیشرانش

سامانه بیس‌بلید با تزریق فعال جرم به جای تکیه بر تغییرات هندسی، مسئله خلأ را حل می‌کند. این سازوکار یک محفظه احتراق کوچک را در انتهای پرتابه، درست در پشت کلاهک شدیدالانفجار، تعبیه می‌کند که حامل گرین ویژه‌ای از پیشران کامپوزیت است.[1][2]

سازندگان عموماً از پلی‌بوتادین با پایانه‌های هیدروکسیل (HTPB) بهره می‌برند؛ پلیمری مصنوعی و لاستیکی که بدون انفجار به آرامی و به صورت پیوسته می‌سوزد. حرارت و فشار فوق‌العاده ناشی از شلیک اولیه در لوله، گرین HTPB را همزمان با خروج گلوله شعله‌ور می‌سازد و سوختن آن به مدت ۳۰ ثانیه در ابتدای پرواز ادامه می‌یابد.[4]

با سوختن پیشران، گاز داغ با سرعتی اندک از یک روزنه مرکزی در کف گلوله خارج می‌شود. نکته حیاتی آن است که گاز با سرعتی به مراتب کمتر از سرعت رو به جلوی گلوله در هوا تخلیه می‌شود؛ از این رو که سرعت خروجی گاز در مقیاس نسبی مادون‌صوت است، هیچ پیشرانش خالصی به جلو پدید نمی‌آورد.[3]

جرم تزریق‌شده به جای به پیش راندن گلوله، صرفاً خلأ کم‌فشار موجود در ناحیه جریان گردابه‌ای را پر می‌کند. ورود پیوسته گاز داغ، فشار محلی پشت گلوله را به فشار جو نزدیک‌تر می‌کند و این پدیده موسوم به بازیابی فشار، دنباله متلاطم پشت پرتابه را هموار می‌سازد.[1][2]

با خنثی شدن خلأ، واحد بیس‌بلید در واقع همان لنگر نامرئی را که گلوله را به عقب می‌کشید از میان برمی‌دارد. پرتابه انرژی جنبشی خود را طولانی‌تر حفظ کرده و مسیر پروازی صاف‌تر و سریع‌تری را در لایه‌های رقیق جو فوقانی طی می‌کند.[4]

تبدیل فشار به مسافت

دستاوردهای آیرودینامیکی حاصل از این بازیابی فشار فوق‌العاده است. آزمایش‌های تونل باد و الگوهای محاسباتی نشان می‌دهند که تزریق جرم در پایه، پسای پایه را در سرعت ۲ ماخ تا ۵۰ درصد کاهش می‌دهد. با توجه به اینکه پسای پایه نیمی از کل مقاومت هوا را تشکیل می‌دهد، مقاومت کل هوا حدود ۲۵ درصد افت می‌کند.[1][2]

در سامانه‌های توپخانه‌ای استاندارد ۱۵۵ میلی‌متری، کاهش ۲۵ درصدی کل پسا مستقیماً به جهش چشمگیر برد منجر می‌شود. یک گلوله شدیدالانفجار متداول که از لوله‌ای با طول ۳۹ کالیبر شلیک می‌شود، بردی در حدود ۲۴ کیلومتر دارد، در حالی که جایگزینی آن با مدل بیس‌بلید برد را به بیش از ۳۰ کیلومتر می‌رساند.[4]

هنگامی که این مهمات از لوله‌های ۵۲ کالیبر مدرن شلیک می‌شوند که سرعت دهانه بالاتری تولید می‌کنند، گلوله‌های بیس‌بلید به طور معمول اهدافی در فاصله ۴۰ کیلومتری را می‌کوبند. این جهش ۲۰ تا ۳۵ درصدی، هندسه میدان نبرد را تغییر داده و به آتشبارها اجازه می‌دهد مواضع دشمن را از بیرون از شعاع آتش تلافی‌جویانه هدف قرار دهند.[3][4]

بازدهی بیس‌بلید در قیاس با پرتابه‌های راکتی حتی بیش از پیش نمایان می‌شود. موتورهای راکتی نیازمند پوسته فولادی سنگین، نازل و حجم بالایی از پیشران پرانرژی هستند تا نیروی رانش فیزیکی ایجاد کنند؛ این پیشرانه سنگین بخش عظیمی از حجم داخلی گلوله را می‌بلعد.[3]

در مقابل، مولد گاز بیس‌بلید تنها به یک محفظه کم‌فشار کوچک و یک گرین کندسوز نیاز دارد. کل این مجموعه تنها وزنی ناچیز—معمولاً کمتر از سه درصد وزن پرتابه—به گلوله می‌افزاید و فضای بسیار بیشتری را برای سر جنگی و خرج انفجاری آزاد می‌گذارد.[4]

بهای سر جنگی و پراکندگی پرتابه

با وجود کارآمدی بسیار، افزودن سامانه بیس‌بلید همچنان مستلزم چشم‌پوشی از بخش کوچکی از فضای داخلی گلوله است. مولد گاز، بخشی از انتهای بدنه فولادی را اشغال می‌کند که در غیر این صورت با تی‌ان‌تی یا ترکیب B پر می‌شد و این امر شعاع ترکش‌زایی مرگبار گلوله را اندکی می‌کاهد.[3]

طراحان نظامی این کاهش جزئی سر جنگی را به سادگی می‌پذیرند، زیرا مزیت راهبردی برتری برد بر توپخانه دشمن انکارناپذیر است. شلیک کلاهکی اندکی کوچک‌تر از فاصله‌ای امن، به مراتب برتر از رساندن کلاهکی سنگین‌تر از موضعی آسیب‌پذیر است؛ در نبردهای ضدآتشبار مدرن، برد بقا می‌آورد.[4]

این سامانه همچنین نوسانات جزئی در خط سیر گلوله ایجاد می‌کند که حاصل آمیختگی آشفته گاز خروجی با دنباله فراصوت است. با سوختن گرین پیشران، جرم پرتابه تغییر کرده و فشار انتهای آن دستخوش افت‌وخیزهای اندک می‌شود که می‌تواند پراکندگی اصابت را افزایش دهد.[2]

در گذشته، این افت جزئی در دقت سبب می‌شد گلوله‌های بیس‌بلید صرفاً برای آتشباری سطحی به کار روند نه اهداف نقطه‌ای. اما امروزه این پراکندگی به سادگی از طریق کیت‌های هدایت دقیق خنثی می‌شود؛ فیوزهای هدایت‌شونده ماهواره‌ای مسیر پرواز را در فاز نهایی اصلاح کرده و ناپایداری‌های آیرودینامیکی را بی‌اثر می‌کنند.[4]

ترکیب افزایش برد بیس‌بلید با هدایت نهایی جی‌پی‌اس، استاندارد طلایی توپخانه‌های متعارف امروزی است. این الگو به خدمه توپ اجازه می‌دهد با استفاده از هویتزرهای استاندارد، ضربات نقطه‌ای در برد ۴۰ کیلومتری وارد کرده و فاصله میان پرتابه‌های غیرهدایت‌شونده و موشک‌های پرهزینه را پر کنند.[4]

از دفاع ساحلی تا استاندارد جهانی

سازمان تحقیقات دفاعی سوئد (FOA) در اواخر دهه ۱۹۶۰ میلادی بنیان‌گذار فناوری بیس‌بلید بود. این نهاد به دنبال روشی ارزان و قابل اتکا برای افزایش برد آتشبارهای ساحلی ثابت در برابر تهدیدات دریایی بود و در آزمایش‌های اولیه سال ۱۹۶۹ از گلوله‌های اصلاح‌شده ۱۰۵ میلی‌متری بهره برد.[3]

آزمایش‌های سال ۱۹۶۹ کارایی این مفهوم را اثبات کرد و بدون نیاز به دستکاری در سامانه‌های موجود توپ، جهش بردی فوق‌العاده را رقم زد. سوئد این فناوری را در سال ۱۹۷۱ به ثبت رساند و در مهمات ضدکشتی به کار گرفت؛ دیری نپایید که این رویکرد به سراسر جهان راه یافت و جایگاه حقیقی خود را در توپخانه ۱۵۵ میلی‌متری پیدا کرد.[3]

امروزه، بیس‌بلید یکی از عناصر استاندارد در ذخایر مهمات ناتو و سایر نیروهای نظامی جهان است. این سازوکار فناوری پایه برای افزایش برد در تقریباً تمامی هویتزرهای خودکششی مدرن ۱۵۵ میلی‌متری—از ام۱۰۹آ۷ آمریکایی تا پی‌زد‌اچ ۲۰۰۰ آلمانی و کی۹ تاندر کره جنوبی—محسوب می‌شود.[4]

برنامه‌های تسلیحاتی پیشرفته امروزه فناوری بیس‌بلید را با پیشران‌های راکتی ترکیب کرده و پرتابه‌هایی دومنظوره ساخته‌اند که همزمان رانش مثبت و کاهش پسا را محقق می‌کنند. این گلوله‌های هیبریدی با موتور راکتی شتاب اولیه می‌گیرند و سپس با بیس‌بلید سرعت را تثبیت می‌کنند تا برد توپخانه‌های متعارف را به فراتر از ۷۰ کیلومتر برسانند.[4]

فناوری بیس‌بلید با بهره‌گیری هوشمندانه از فیزیک نامرئی جریان‌های فراصوت، طراحی تسلیحات توپخانه‌ای را متحول ساخت. این سامانه ثابت کرد که خنثی کردن خلأ، بسیار کارآمدتر از جنگیدن با آن از طریق نیروی محرکه صرف است؛ رویکردی که یکی از ظریف‌ترین نوآوری‌های آیرودینامیک در علم بالستیک مدرن به شمار می‌رود.[4]