בתוך מנוע של כיפת ברזל

במתקן של חברת רפאל, אי שם בצפון הארץ, שוקד צוות מהנדסים ומדענים על פיתוח מנועים לטילים המספקים מעטפת הגנה אווירית לשמי המדינה. בראיון מיוחד לישראל דיפנס טק מספרים דני, נתן ועמי על האתגרים בפיתוח מנועים רקטיים

ייצור מנועים של כיפת ברזל (צילום: רפאל)

פיתוח מנועים רקטיים על בסיס דלק מוצק הוא בין התחומים המסורתיים והבסיסיים בהם עוסקת רפאל מזה עשרות שנים. קבוצת הפיתוח המובילה את הנושא ברפאל היא מחלקת הנעה רקטית, המחולקת לשלוש יחידות משנה. תחום מנועים טקטיים - אחראי על פיתוח מנועים קטנים יחסית, ליישומי ים, אויר-אויר, נ.ט., הגנה אווירית ועוד. בין פיתוחיו ניתן למנות את מנועי ה"ברק", "פיתון", "דרבי", "ספייק", "כיפת ברזל", "שרביט קסמים" ועוד.

תחום מנועים מיוחדים - אחראי על פיתוח מנועים בגודל בינוני, ליישומי אויר-שטח, הגנה אווירית, משגרים לחלל ויישומים מיוחדים נוספים. בין פיתוחיו ניתן למנות את מנועי ה"פופאי", "אנקור שחור", "אנקור כחול" או "חץ" ומחלקת פיתוח הודפים ומטעני הודף - אחראית על פיתוח הרכבי ההודף (דלק מוצק), בידודי המנוע וטכנולוגיות יישום הדלק במיכל המנוע.

כל רכיבי המנוע הרקטי מפותחים ומיוצרים בתוך רפאל ובהם גם המכלים, מכלולי הפיה והמדליק. כדי להמחיש את המורכבות הטכנולוגית של פיתוח מנועים רקטיים מתקדמים, נכחו בחדר בזמן הראיון שלושה מנהלים, מובילים טכנולוגיים מתחומי השכלה ומקצוע שונים. דני - מהנדס כימיה, עמי - מהנדס מכונות ונתן - מהנדס אווירונאוטיקה. לצדם עובדים עוד מספר רב של מהנדסים, מדענים, טכנאים ומומחים ממגוון רחב של עיסוקים האמונים על פיתוח מנועים המשולבים במערכות הטילים, האמורות בין היתר, לעצור את האיומים על אזרחי ישראל.

"מדובר על קהילת מומחים קטנה", מסבירים ברפאל. על אף שעקרון הפעולה הוא פשוט יחסית, והידע הבסיסי זמין, אין הרבה מדינות וגופים בעולם, להם יש את הידע והיכולת לפיתוח מנועים רקטיים מתקדמים. מדובר על סף כניסה גבוה מאוד, הן ברמת ההשקעה הכספית והן ברמה הטכנולוגית, ולכן מספר השחקנים הבכירים בזירה הבינלאומית מצומצם.

קודם כל המנוע

"מנוע רקטי לא ניתן לבדוק לפני השימוש", אומר נתן. "הוא חייב לעבוד בהצלחה בפעם הראשונה שמפעילים אותו. זהו עקרון הרכיב הגפרורי. בנוסף, אין כפתור כיבוי - לאחר הפעלת המנוע לא ניתן לכבותו והוא יסיים פעולה רק לאחר גמר הבעירה. עובדות אלה, והקריטיות של מערכת ההנעה בטיל מחייבות תכן וייצור באמינות גבוהה ביותר שתבטיח פעולה תקינה ובטוחה בכל מצב ותרחיש מבצעי.

המנוע הרקטי מופעל ראשון בשרשרת הפעולות של הטיל. בין אם מדובר בסמיכות לכנף המטוס, ליד כתף הלוחם או על גבי סיפון הספינה, בשל מיקום הפעלתו של המנוע, בטיחותו ואמינותו הם קריטיים לסביבתו. הן בהיבט הבטיחותי של המשתמש והן בהיבט המבצעי. תקלה במנוע רקטי משמעותה, לא פעם - פיצוץ. במקרה ה"קל" מדובר באובדן משימה, על כל משמעויותיה ובמקרה הגרוע - נזק כבד לציוד ואובדן חיי אדם.

פיתוח מנוע מחייב מתודולוגיה מסודרת וייחודית הכוללת, בין היתר, סימולציות, ניסויים, מבחנים ובדיקות שונות, וזו פותחה ברפאל במשך שנות דור של ניסיון בפרויקטים רבים ומגוונים. "אם פיתוח מנוע חדש היה נמשך בעבר כ- 10 שנים, כיום אורכת אותה משימה 3-5 שנים", מסביר נתן. "ההישג הוא בזכות הניסיון המצטבר הרב שמתורגם לשכלול שיטת העבודה, החיזוי והבחינה שהשתפרו עם השנים ועם שיפורי הטכנולוגיה. צריך לזכור כי מנוע רקטי עובד שניות בודדות, לפעמים גם חלקי שנייה, וצוות הפיתוח יכול למצוא את עצמו עובד 10 שנים בשביל אותן 10 שניות".

"המנוע הרקטי חייב בדרך כלל להיות מוכן בשלב מוקדם יחסית בתכנית פיתוח הטיל", אומר דני. "מפתחי הטיל ישאפו לבצע ניסויי טיסה מוקדם ככל האפשר ועל המנוע להיות בשל ומוכן לניסויים ראשוניים אלה".

אין שדרוגים

אחד המאפיינים הנוספים הייחודיים למנוע הרקטי הוא העובדה שאין מנוע גנרי. לכל טיל יש לפתח מנוע ייעודי, בהתאם לדרישות המערכת הייחודית. כמו כן, בניגוד לאפשרויות במוצרים מבוססי האלקטרוניקה או התוכנה, את המנוע לא ניתן לשדרג. לאחר שמנוע נמצא לא מתאים - יש להחליפו. בדרך כלל זה יהיה עם המעבר לדור הבא של הטיל.

פיתוח המנוע דורש שילוב מגוון רחב של תחומי ידע וטכנולוגיות, ביניהם חוזק מבנה המיכל והרכיבים האחרים, תהליכי הבעירה והאבלציה, זרימה, תהליכים כימיים, יכולות חיזוי ואנליזה, ועוד. את כל אלו נדרשים אנשי הפיתוח להכיר ולהבין לעומק. בדיוק כפי שהקמת התשתיות הפיזיות לפיתוח ולייצור דורשות השקעה רבה של זמן וכסף, גם הקמת היכולת הטכנולוגית ושימור הידע וההון האנושי דורשים השקעה רבה.

ברפאל מדגישים כי מדובר על תהליך הכשרה רב שנים, אליו הודבק הכינוי 'לונג-טק'. "אנחנו משקיעים הרבה מאוד במהנדסים הצעירים. במובן זה, אנו לא דומים לחברת הייטק טיפוסית שבה קצב תחלופת העובדים גבוה יחסית והחלפת תפקיד ומעבר בין חברות מאוד מקובלים לצורך קידום אישי ומקצועי, ואפילו זוכים לעידוד", מסביר דני.

"אנחנו רואים את ניצני הפירות מהמהנדס המתחיל לאחר שנתיים-שלוש, ולשיאו המקצועי הוא מגיע בדרך כלל רק לאחר 10-15 שנים בתפקיד, כאשר הוא מתמנה להוביל צוות או מספר צוותי פיתוח. זוהי השקעה ארוכת טווח, הבאה לידי ביטוי בחניכה, הכשרה, השתלמויות, לימוד ואימון תוך כדי עבודה (OJT), בשילוב ותיקים בחניכה ובבקרה מתמשכת של צעירים, והמערכת כולה מתייחסת אליו ככזה. באורך נשימה גדול".

בנוסף לתכן הרכיבים השונים, מפתחים ברפאל גם חלק מהכלים האנליטיים הייחודיים לחיזוי ולהבנת פעולת המנוע. מדובר לא פעם בכלים ובתוכנות שאינן זמינות בשוק החופשי ושפיתוחם יקר, דורש השקעה ראשונית גדולה ותחזוקה ושיפור מתמידים. אלה מסייעים לתהליכי פיתוח קצרים יותר, להפחתת מספר הניסויים, ובסופו של דבר גם להוזלת הפיתוח.

תמיד בחזית הידע

אחד האתגרים של חברת רפאל, טמון בעובדה שנדרש שיפור טכנולוגי מתמיד, גם בהיבט המנועים הרקטיים. זאת, על מנת להבטיח את היתרון האיכותי של צה"ל, ובו זמנית להבטיח יכולת שיווק וייצוא מוצרים תחרותיים בשוק העולמי.

"לכל פרויקט שלנו יש מספר רגליים", אומר עמי. "מצד אחד אנו עוסקים במחקר פנימי ברפאל גם בנושאים להם אין עדיין דרישה מבצעית מיידית, אלא מתוך הבנה שזו טכנולוגיה שתשמש אותנו בעתיד. אלו בדרך כלל פרויקטים הממומנים על ידי משרד הבטחון והון עצמי של רפאל. לעומת זאת, ישנם פרויקטים המגיעים כדרישה מבצעית, ושם אנחנו משתדלים להוריד מהמדף טכנולוגיות שעברו את שלב ההנבטה ובשלות יותר לשימוש.

"חשוב לציין כי בדרך כלל לא מפתחים טכנולוגיות חדשות של הנעה רקטית תוך כדי פרויקט, אלא מפתחים אותן ברמת בדיקת ההיתכנות לפני התנעת הפרויקט. אנחנו אלו שאמורים לומר למקבלי ההחלטות המקצועיים האחראים על פיתוח הטיל, מהן הטכנולוגיות העתידיות ומה הן תאפשרנה למוצרים שלנו לעשות. אמנם מדובר על טכנולוגיה בתחילת הפיתוח שלה כי הושקעו בה משאבים קטנים יחסית, אך השקעות אלה, בהנחה שהושקעו בתבונה ובזמן, מאפשרות לנו לספק את המענה הטוב ביותר בזמן כשנידרש למימושן. אם לדוגמא נתבקש לפתח את 'כיפת ברזל 2', בזכות המחקר הפנימי נדע לומר מה ניתן לעשות כדי להעניק מוצר טוב יותר בעתיד.

"בנוסף, אנו מבצעים גם תמיכה בייצור השוטף של המנועים ובאלו הנמצאים אצל לקוחות. אנחנו הסמכות המקצועית הבלעדית לטיפול/תחזוקה ותחקור (במקרה של תקלה) במנועים הנמצאים אצל הלקוחות בחו"ל, בארץ ובכל מקום בו נמצאים הטילים שלנו".

יחד עם זאת, גם ברפאל האילוצים הכלכליים לא פחות חשובים מהאתגרים והשאיפות הטכנולוגיות, וכאשר מדובר במוצרים יקרים כמו טילים, הנטייה של הלקוחות היא בדרך כלל למתוח את השימוש במוצרים ובטכנולוגיה הנוכחית עד קצה גבול היכולת. "צריך לזכור כי המוצרים שלנו יכולים לחיות שנים רבות במלאי והלקוחות לא ממהרים להיפטר או להשמיד טילים. גם תהליך הגריטה הוא יקר מאוד ומצדיק את שימור המלאי, כל עוד יש לו ערך מבצעי ונשמרת אמינותו", מסביר עמי.

אתגרים לעתיד

"בדרך כלל נדרש לתכנן מנוע ייעודי לכל טיל, בהתאם לביצועים הנדרשים ממנו. דרישה אופיינית, לדוגמא, היא לשני פרופילי התקדמות" , אומר נתן. "אחד מאיץ, לצורך השיגור והתמרון הראשוני והאחר מיועד לשיוט עד לפגיעה במטרה. ההאצה למהירות גבוהה צריכה להיות בדרך כלל בזמן פעולה קצר, ואילו השיוט צריך להיות יותר איטי בכדי לחסוך באנרגיה. עם השנים הדרישות לגבי פרופיל הדחף הנדרש אתגריות יותר בהיבטים כגון 'צורת' הפרופיל וזמני הפעולה.

"במנוע הרקטי המוצק כל פרופיל הפעולה נקבע מראש, ולא ניתן לשנותו תוך כדי תנועה. היתרון הגדול של המנוע הזה הוא בפשטות פעולתו ובמחירו הזול יחסית, אך חוסר הגמישות בהפעלתו, ולמעשה בניצול האנרגיה, הוא גם מחסרונותיו הבולטים. בתחום ניהול האנרגיה במנועים מוצקים, יש התקדמות רבה בשנים האחרונות, עם פיתוחים המאפשרים פעולה לא רציפה של המנוע באמצעות כיבוי והדלקה שלו בהתאם לאופטימיזציה של המסלול (הנעה בפולסים) ובכך מושגות יכולות שלא היו בעבר".

"השאיפה היא לספק יותר אנרגיה לטיל מבלי להעלות את משקל המנוע. זה יכול להגיע משני כיוונים: האחד - הפחתת משקל של רכיבים אינרטיים, כמו חומרי מבנה של המיכל, הבידודים או הפיה. השני - מהרכבי דלק יעילים יותר וניצול יעיל יותר של שריפתם. בשני כיוונים אלה מבוצעת פעילות מחקרית ברפאל" מסביר דני.

"קצב הגילוי וההכנסה לשימוש של חומרים אנרגטיים ודלקים חדשים הוא איטי יחסית ומדובר באתגר מדעי והשקעה כספית גדולה מאד בפיתוח, התאמה וכניסה לייצור של מולקולת והרכבים חדשים. גם לסוגיות הבטיחות המורכבות משקל מרכזי בקצב האיטי יחסית של הכנסת דלקים חדשים לשימוש.

"לעומת זאת, בתחומים כמו שימוש בחומרי מבנה מתקדמים וקלים (להפחתת משקל המנוע), שיפור יכולת החיזוי של תכונות ההודף, כולל בתנאים קיצוניים, וניהוג הדחף, יש התקדמות רבה בשנים האחרונות".

נושא נוסף שמטופל ברמה המחקרית, לקראת יישום בפרויקטים בעתיד, הוא הורדת רגישות המנוע לפגיעות חיצוניות, כדי להבטיח את אי ייזומו בצורה לא מתוכננת ולא מבוקרת, דבר שיכול לגרום לתגובת שרשרת "אלימה" . זאת, במסגרת הכיוון הכללי בעולם להורדת רגישות התחמושת, כדי להפחית את הסיכוי לאירועים קטסטרופליים בריכוזי תחמושת גדולים, כמו גם את נזקי הפגיעה בלוחמים ובציוד יקר כתוצאה מאירוע כדוגמת שריפה או פגיעת רסיס.

"עוד נושאים הזוכים לתשומת לב מעמיקה הם עמידות המנועים בכלל, וההודפים בפרט, לאורך זמן. כאמור, המנועים נדרשים לחיי מדף הולכים ומתארכים, בין היתר בשל מחירי המערכות והקיצוץ בתקציבי הלקוחות, ומתבצעת פעילות מתמדת לחיזוי מראש ו'ניטור בריאות' בזמן אמיתי של המנועים אצל הלקוחות השונים, כמו גם להבנת תהליכי ההתיישנות של החומרים והרכיבים שבמנוע", מסביר דני.

"כיוון נוסף, שהולך וצובר יותר עניין ותשומת לב בשנים האחרונות, הוא לכאורה פחות מבצעי או צבאי טהור. מדובר ביישור קו עם כלל התעשייה בנוגע לשימוש בחומרים ידידותיים יותר לסביבה, גם בתהליכי הייצור, גם במנועים עצמם, ואפילו בתהליכי הפירוק והמחזור שלהם, תוך התאמה לתקני איכות הסביבה והגהות המחמירים.

"אין ספק כי האתגרים והעניין המקצועי מכתיבים את החשיבות וההתייחסות המיוחדת של הצוות המקצועי לכל נושא שימור הידע והמומחיות המצטברים בחברה והעברתם מדור הותיקים לצעירים. המחויבות וההזדהות עם משמעות המשימה והאתגר, ביחוד בהקשר של בטחון המדינה, הם הוכחה לכך שאנשים ברפאל אוהבים את מה שהם עושים".

You might be interested also