הגיבורים הנסתרים – מנועי המל"טים

This post is also available in: English (אנגלית)

לא ירחק היום וכלי טיס בלתי מאויישים ייצמדו באוויר לצינורות התדלוק של מטוס מתדלק, הדלק יזרום למכלים והכטב"ם ימשיך במשימתו, כשהוא בעל יכולת לשהות זמן בלתי מוגבל מעל למטרה.

אין זה תסריט דמיוני: חברת נורת'רופ גרומן כבר ביצעה ניסויי תדלוק אווירי של מל"טי GLOBAL HAWK, כאשר הרעיון המבצעי הוא להעניק למל"טים כבדים, מגביהי–טוס וארוכי–טווח יכולת טיסה כמעט בלי מוגבלת. כי זה הרי יתרונו הגדול של כלי בלתי מאוייש על פני כלי מוטס–טייס: היכולת לשהות באוויר שעות רבות, ימים ואולי אף יותר. אין עדיין בעולם מערכות מבצעיות לתדלוק אווירי של כטב"מים, אך בוצעו ניסויים מוצלחים, ומערכות האוטומציה מאפשרות המשך הפיתוח. היכולת להגדיל את טווח הטיסה ע"י תדלוק אווירי חשוב למטוסי הצי האמריקני והמארינס שהם מוגבלים במשקל כיוון שהם ממריאים מנושאות מטוסים.

בעת התדלוק האווירי הדלק יוזרם מהמטוס המתדלק למכלי המל"ט. השאלה היא: איזה דלק ואיזה מנוע. אלו שאלות שכיום מתחבט בהם עולם הכלים הבלתי מאויישים, המנסה, ומשקיע מיליארדים, לאתר את המנוע המתאים ביותר לכל סוג של מזל"ט–מל"ט, מקטון ועד גדול.

עמנואל צבי ליבן, יו"ר אגודת מהנדסי מכונות ומומחה רב–מוניטין למנועי כטב"מים, מצביע על העובדה, כי בעוד שהכלי הבלתי מאויש והמטע"ד שלו זוכים לפיתוח מואץ בכל העולם, הרי נושא המנועים מצוי בפיגור מסוים: "העולם המסחרי לא פיתח מנועים לכטב"מים טקטיים ובינוניים, כי פיתוח מנוע דורש השקעות אדירות, ואילו מספר המל"טים מסוגים אלו המיוצרים בעולם הוא קטן יחסית. בשביל להחזיר את השקעה על פיתוח מנוע חדש, צריך לייצר רבבות או מאות אלפי כטב"מים, והעולם טרם הגיע לקצב ייצור כזה של כטב"מים. התוצאה: אין כיום על המדף מנועי שריפה פנימית (מנועי בוכנה) לכטב"מים, ויצרניות כלי הטיס נאלצות לפתח גם את המנועים, בניגוד ליצרניות מטוסי נוסעים כמו בואינג ואיירבוס, המשאירות את פיתוח ויצור המנועים בידי רולס רויס, פראט אנד ויטני, ג'נרל אלקטריק וסנקמה".

עקרונית אין הבדל בין מנוע של מטוס מאויש למנועו של בלתי מאויש. אלא שלאחרון יש דרישות מיוחדות הנובעות מהיעדרו של טייס: "בכטב"ם כל מערכות הפיקוד, הפיקוח והבקרה של המנוע חייבות להיות אוטונומיות או לפחות אוטומטיות, כי אין טייס שיעשה MONITORING. חייב להיות מנגנון דיווח אוטומטי בזמן אמת על תקלות במנוע, שהרי אין טייס שיראה מחוונים ושעונים. כטב"ם חייב בדרגת אמינות גבוהה ביותר. מטוס שמתגלית בו תקלה, הטייס יכול להנחיתו. כטב"ם הפועל מעל שטח אויב, אינך רוצה שינחת בגלל תקלה.

טיסה שקטה. כדי שלא יתגלה, חייב מנוע הכטב"ם להיות שקט, ולכן מונעים מזל"טים קטנים טקטיים הטסים נמוך במנועים חשמליים שקטים".

מבחינים היום בכמה משפחות של מנועי כטב"מים: מנוע חשמל, מנוע בוכנה, מנוע סילוני ומנוע הברידי, המוגדר כמנוע המנצל לפחות צירוף של שני מקורות אנרגיה, כמו חשמל ומנוע שריפה פנימי, תאי דלק או תאים סולאריים.

מנוע חשמל של כטב"ם, כמו של מכונית חשמלית, שואב את האנרגיה שלו ממצבר, ובעולם משקיעים מאמצים עצומים כדי לפתח מצבר קטן, קל משקל ובעל עוצמה ואמינות שיספק די אנרגיה לכלי טיס, למכונית או לחייל בשדה הקרב המודרני, הנושא על גבו מצברים להפעלת מכשירי קשר, מערכות לראיית לילה וכיוצא באלה. "פיתוח המצברים הוא תהליך איטי", מסביר ליבן, "טרם נמצאה הנוסחה המספקת מבחינת צפיפות אנרגיה (קילוואט–שעה לק"ג משקל) ומחיר. ולכן מניעים מל"טים במנוע הברידי, חשמל ודלק. בהמראה יפעילו את המנוע החשמלי, כי המצבר נותן למנוע הספק גבוה מאוד לזמן קצר. וכאשר יגיע המל"ט לגובה שיוט כדי לבצע את משימתו, הוא יעבור להנעה במנוע בוכנה מבוסס דלק."

"התפתחות של השנים האחרונות במגמה לעקוף את חסרונו העיקרי של המצבר, המשקל: מנוע מופעל ע" תאי דלק, FUEL CELLS. מנוע זה פועל על בסיס חמצן ומימן, המייצרים חשמל. החמצן נלקח מהאוויר, ואילו המימן מאוחסן בלחץ גבוה בתוך בקבוקים מיוחדים ממתכת קלה ומלופפים בסיבי פחמן. שני הגזים עוברים דרך מערכת ממברנות ונוצר חשמל. יש כבר מערכות מוטסות המונעות במנוע מסוג זה, המתאים לכלי טיס קטנים, כיוון שבכלי טיס גדול וכבד משקל בקבוקי המימן ישווה למשקלם של מצברים כבדים. תאי הדלק יכולים לספק פי שניים עד פי שלושה יותר אנרגיה מהמצברים המתקדמים ביותר, ולכן משקיע העולם האוטומטיבי מאמצים גדולים לפיתוח טכנולוגיה זו. בעד כשנתיים נראה כלי רכב מונעים בתאי דלק".

iHLS – Israel Homeland Security

רעיונות של שימוש בתאים סולאריים ובאנרגיית השמש להנעת מנועי כטב"מים מצויים אף הם על הפרק למטוסים לגובה רב ושהייה ללא מגבלת זמן. זה יהיה מנוע הברידי: הכטב"ם ימריא על מנוע החשמל, וכשיגיע לגובה שיוט יתחיל לקלוט אנרגיה מקרני השמש, בדומה לחלליות השואבות אנרגיה מן השמש. ומה יקרה בלילה כשאין שמש? במשך היום יאגרו התאים הסולאריים כמות אנרגיה שתספיק להנעת כלי הטיס ביום ובלילה. ליבן אומר, כי הטכנולוגיה של הנעה סולארית עדיין איננה מפותחת דיה, ולכן מנועים מסוג זה טסים כמדגימים טכנולוגיים לטיסות קצרות. כדי להגיע לטיסה לתקופה ארוכה יום ולילה נדרשת מוטת כנפיים דומה לזו של בואינג 747 ג'מבו, וזו רק אחת המיגבלות הטכנולוגיות.

סוגיה נוספת היא סוגי הדלקים של כטב"מים: הנטייה היא כיום – בנזין "OUT", דלקים כבדים, כמו נפט וסולר, IN. הסיבה: דליקותו של הבנזין ושיקולים לוגיסטיים לשימוש בסוג דלק אחיד. צבא ארה"ב אינו מרשה לרכוש כטב"ם המונע בבנזין, אלא רק בסולר, נפט או דלק סילוני (דס"ל), שהוא למעשה נפט שבעת זיקוקו עובר תהליכים המסלקים ממנו חלקיקים המזיקים למנוע.

דלק נוסף, חדש ומדליק את הדמיון: BIO FUEL. דלקים ביולוגיים, המופקים מצמחים, קני סוכר, תירס, תפוחי אדמה, צמח מדברי מסוים ואפילו אצות–ים. בשמי העולם כבר טסים מטוסי נוסעים של חברות תעופה מסחריות, שמנועיהם מונעים באורח ניסיוני בתערובת של דלק סילוני רגיל ודלק ביולוגי, העשוי מצמחים, הוא נקי ו'ירוק' יותר מכל דלק אחר ואינו מזהם את הסביבה. ליבן: "מייצרים דלק ביולוגי ע"י בניית המולקולות שלו באופן מלאכותי, וכך הדלק אינו מכיל את החומרים המזיקים הנמצאים בנפט שמקורו בבטן האדמה, חומרים הגורמים לקורוזיה ולנזקים אחרים למנוע המטוס. לכן מנוע מונע בדלק ביולוגי יתאים גם למנועי סילון של כטב"מים". אפשרות נוספת להפקת דלק נקי מפותחת בעולם ע"י הפיכת גז טבעי לדלק סילוני או לסולר.

מה עושים בינתיים יצרני הכטב"מים לסוגיהם השונים? דוגמה ישראלית – חברת אלביט מערכות מייצרת בכוחות עצמה את מנועי הכטב"מים מתוצרתה. בארה"ב מתאימים למל"טים גדולים וכבדים מנועים של מטוסים אזרחיים. כך נעשה במנועו של אחד המל"טים הגדולים בעולם, פרדיטור. לפתרון זה יש גם יתרון: כיוון שאין טייס, אין צורך בדיחוס והמטוס יכול לטוס בגובה רב, וכידוע טיסה בגובה רב חוסכת דלק.

מומחי מל"טים משרטטים כך את דמותו של המל"ט האידיאלי: כלי טיס שימריא במהירות, יגיע במהירות ובגובה רב, כדי לחסוך דלק, לאזור הפעולה המבצעית שלו, ושם יכול לשהות מקסימום זמן, כאשר לביצוע משימות הצילום ואיסוף המודיעין שלו הוא יטוס בגובה נמוך יותר, הגובה האופטימלי לביצוע המשימות. כלומר, נחוצה התאמה מושלמת בין כלי הטיס לבין מנועו. מסביר צבי עמנואל ליבן: "המצב האידיאלי הוא לקחת מנוע קיים מתאים, וסביבו לבנות את כלי הטיס. כדאי שיהיה בידך מנוע בוגר, שעבר מחלות ילדות ומוכר היטב, וסביבו לבנות את כלי הטיס. כאשר עושים הפוך, או אפילו במקביל – משלמים מחירים גבוהים ביותר תמורת שגיאות תכנון ומחלות ילדות".

בספרות התעופתית מרבים לציין, כי מבין כל המרכיבים של כלי טיס, מאויישים ובלתי מאויישים, במנועים מושקעות טכנולוגיות הכי מתקדמות עתירות–ידע וגם סיכונים גבוהים. לכן תהליכי הפיתוח של מנועים הרבה יותר איטיים ושמרניים מאשר פיתוח גוף המטוס, הכנפיים ומערכות האביוניקה והאלקטרוניקה. הסיבה היא כלכלית–כספית: פיתוח מנוע דורש השקעות אדירות, תשתיות יקרות, מתכות מיוחדות, עבודה בטמפרטורות גבוהות, לכן פיתוח המנועים קובע את קצב התפתחות התעופה, וכך היה מימי ראשית התעופה.

ליבן מציין, כי דווקא במנועים של מטוסי סילון אזרחיים–מסחריים היו בשנים האחרונות התפתחויות גדולות: המנועים במטוסים שבהם אנו טסים לחו"ל הם היום הרבה יותר יעילים, חסכוניים בדלק (כי הדלק מתייקר), שקטים (כי יש תקנות למניעת רעש) ואחזקתם יותר פשוטה עם אורך חיים של רבבות שעות טיסה. מנוע ממוצע מתקדם יכול להיות מותקן על כנפי המטוס בין 6 ל-8 שנים (!) ללא צורך להורידו לצרכי אחזקה.

במעבדות פיתוח בעולם נמצא בתהליכי פיתוח מנוע טורבו מניפה (TURBO FAN) מהפכני שיאשר להתקרב ל'חלום הרטוב' של יצרני מטוסים: לטוס מהר מאוד, בצורה חסכונית, אל היעד ולשייט לאט באזור המטרה עם צריכת דלק נמוכה. פיתוח זה מיועד לדור הבא של מטוסי קרב מאויישים ולא מאויישים.

טבעי שהתפתחויות טכנולוגיות אלו משפיעות ומשליכות על פיתוח כטב"מים לצרכים צבאיים ואזרחיים. ברור שמרכיב הכטב"מים בסדר הכוחות יילך ויגדל. כבר היום מספר שעות הטיסה של כטב"מים בזרועות האוויר של צבא ארה"ב גדול מאשר במטוסים מאויישים. הכטב"מים הללו, שהפופולאריות שלהם הולכת וגדלה, ממתינים למנועים חדשים, חזקים, יעילים ושקטים, לדור חדש של מצברים ממוזערים ורבי–עוצמה, ולדלקים שיגיחו מבטן האדמה, מעולם הצומח או מכושר ההמצאה האנושית.