كيف يؤثر دوران الأرض على مسار الصواريخ الباليستية؟

عند إطلاق صاروخ باليستي، يدخل في تفاعل معقد تحكمه الفيزياء، وبينما يتخيل معظم الناس أن الصواريخ تحلق في قوس مكافئ بسيط من نقطة الإطلاق إلى الهدف فإن الواقع أكثر تعقيدًا بكثير، حيث يُعد دوران الأرض أحد أهم العوامل المؤثرة على مسار الصاروخ، وخاصةً لمسافات طويلة.

ويُقدم هذا الدوران العديد من التأثيرات الفيزيائية التي يجب على مصممي الصواريخ والمخططين العسكريين مراعاتها بعناية، بل قد يؤدي تجاهلها إلى أخطاء جسيمة في الاستهداف، تتراوح من مئات الأمتار إلى عدة كيلومترات.

الأرض.. إطار مرجعي دوار

ولفهم كيفية تأثير دوران الأرض على الصواريخ، علينا أن نُدرك أن الأرض ليست ثابتة، بل تدور حول محورها من الغرب إلى الشرق، لتكمل دورة واحدة كل 24 ساعة.

وعند خط الاستواء، يتحرك سطح الأرض شرقًا بسرعة حوالي 1670 كيلومترا في الساعة، وتتناقص هذه السرعة كلما اقتربنا من القطبين، لتصبح صفرًا تمامًا عند القطبين الشمالي والجنوبي.

ومع إطلاق صاروخ، فإنه لا يترك الأرض فحسب، بل يحتفظ بسرعة دورانها عند نقطة انطلاقه، ويشبه ذلك أن تقذف صخرة صغيرة للأعلى وأنت في سيارة ما فستجد أنها تتخذ سرعة هذه المركبة، وإذا أسقطت شيئا ما من طائرة فإنه سيتخذ سرعة الطائرة أثناء سقوطه.

تأثير كوريوليس

ويمتد الأمر لما هو أعمق من ذلك، حيث يُعد تأثير كوريوليس أحد أهم وأشهر عواقب دوران الأرض، ويعرف بأنه ظاهرة تنشأ عن دوران الأرض، وتتسبب في انحراف الأجسام المتحركة عن مسارها المستقيم بالنسبة لمراقب على سطح الأرض.

وتخيل مثلا أنك وصديقك تلعبان في لعبة “الدوامة” التي تدور بسرعة في الملاهي ويجلس فيها الأطفال على مقاعد بشكل دائري، وتجلسان على مقعدين متقابلين، وبدأت اللعبة تدور بسرعة. وفي هذا السياق قررت أن ترمي كرة لصديقك مباشرة، ورغم أنك رميتها “بشكل مستقيم” نحوه، إلا أنها ستنحرف وتذهب إلى جانب آخر.

ونفس الكلام ينطبق على سطح الأرض الدوارة، فإذا انطلق صاروخ شمالًا أو جنوبًا، فإنه يتحرك بين مناطق من الأرض بسرعات دوران مختلفة، ولذلك فإن الصاروخ المنطلق شمالا (أعلى خط الاستواء) سيبدو وكأنه ينحني إلى اليمين. وفي نصف الكرة الجنوبي، يحدث العكس، حيث ينحني إلى اليسار.

وهذا ليس بسبب وجود قوة فعلية تدفع الصاروخ، بل لأن الأرض تحته تتحرك بسرعة مختلفة عن سرعة انطلاقه.

وبالنسبة للصواريخ قصيرة المدى (أقل من 100 كيلومتر) يكون تأثير كوريوليس ضئيلًا ولكنه قابل للقياس، ولكن بالنسبة للصواريخ الباليستية العابرة للقارات -التي يمكنها قطع مسافة تتراوح بين 5 آلاف و15 ألف كيلومتر، يمكن أن يتراوح الانحراف الناتج عن تأثير كوريوليس بين عشرات ومئات الكيلومترات.

تأثير إيتفوس

وهناك أيضا ما يطلق عليه تأثير إيتفوس على حركة الصواريخ، وسمي بهذا الاسم تيمنًا بالفيزيائي المجري لوراند إيتفوس، وهو تغيّر صغير في الإحساس بالجاذبية عندما يتحرك جسم بسرعة شرقًا أو غربًا على سطح الأرض، بسبب دوران الأرض.

وبسبب هذا التأثير، فإن التحرك شرقًا (مع دوران الأرض) يجعلك تشعر كأنك أخفّ قليلا، وحينما تتحرك غربًا (عكس دوران الأرض) تشعر كأنك أثقل قليلا.

وتخيل مثلا أنك واقف داخل قطار سريع جدًا، يمشي شرقًا، وأنت تقفز عموديًا، وهنا قد تلاحظ كأنك “طفوت” قليلا في الهواء، ونزلت على الأرض متأخرا عن توقعك، والسبب أن القطار يُعطيك سرعة إضافية مع قفزتك، فتحس أنك أخف.

ولو أن القطار كان يسير غربًا، فإنك تشعر أنك تقفز أسرع، لأن حركة القطار تقلّل من السرعة التي تساعدك في “الطفو” فتحس أنك أثقل.

وفي حالة الصواريخ الباليستية، فإن الصاروخ المتجه شرقًا سيتعرض لقوة جذب أقل قليلًا نحو الأسفل، مما يجعله يبقى في الأعلى فترة أطول، وربما يتجاوز هدفه عموديًا، وعلى العكس سيهبط الصاروخ المتجه غربًا بسرعة أكبر قليلًا.

ورغم أن الفرق في قوة الجاذبية ضئيل (بحدود أجزاء من المئة) فإنه في الرحلات طويلة المدى، قد يُترجم هذا الفرق إلى أمتار أو عشرات الأمتار في الارتفاع، وهو فرق كافٍ للتأثير بشكل كبير على دقة الاستهداف إذا لم يُصحح.

اتجاه الإطلاق وكفاءة الوقود

ومن المثير للاهتمام أن دوران الأرض يمكن أن يكون ميزةً أيضًا إذا استُغل بشكل صحيح. لأن الأرض تدور شرقًا، ومن ثم فإن إطلاق صاروخ شرقًا يمنحه دفعةً في السرعة من دوران الأرض، وهذا يعني الحاجة إلى وقود أقل للوصول إلى سرعة معينة، أو يمكن أن تكون حمولة أثقل بنفس كمية الوقود.

ولهذا السبب، تُطلق معظم الصواريخ الفضائية باتجاه الشرق، بما في ذلك التي تُطلق من مركز كينيدي للفضاء التابع لناسا في فلوريدا، والواقع أن هناك سببا لاختيار هذا المكان، فكلما كان إطلاق الصاروخ أقرب لخط الاستواء كانت سرعة الأرض أكبر كما أسلفنا، ومن ثم كان الصاروخ بحاجة لوقود أقل. ومن ناحية أخرى، يتطلب الإطلاق غربًا (عكس اتجاه دوران الأرض) وقودًا أكثر.

وتستخدم أنظمة الصواريخ الحديثة أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي وأنظمة تحديد المواقع العالمية للتعامل مع هذه الانحرافات البسيطة، حيث تُنمذج حسابات ما قبل الإطلاق مسار الرحلة ثلاثي الأبعاد بالكامل باستخدام معادلات فيزيائية، تتضمن انحناء الأرض وتباين الجاذبية والسحب الجوي وقوة كوريوليس وخط العرض والسمت للإطلاق أثناء الطيران، وتُعدّل الجيروسكوبات ومقاييس التسارع وأجهزة الحاسوب اتجاه الصاروخ باستمرار للبقاء على المسار المُصحّح. وفي بعض الصواريخ المتطورة، يضمن التوجيه النهائي باستخدام بيانات الرادار أو الأقمار الصناعية الدقة في الثواني الأخيرة من الرحلة.

ولكن حتى قبل ظهور الصواريخ، كان تأثير كوريوليس معروفًا بالنسبة للمدفعية بعيدة المدى. فمثلا في الحرب العالمية الأولى، أطلق مدفع “باريس” الألماني قذائف تصل إلى 120 كيلومترا. وكان لا بد من تصحيح انحراف كوريوليس بمئات الأمتار. وفي الحرب البحرية، تطلبت القذائف بعيدة المدى تصحيحات زاوية بناءً على نصف الكرة واتجاه الإطلاق. ومهدت هذه الدروس المبكرة الطريق لعلم مسارات الصواريخ الحديث.