Latest News

אפשרויות הגנה מפני בלוני תבערה, חומרי נפץ ואיומים יותר חמורים באמצעות לייזר או מיקרוגל

הקדמה

תמונה microwave :1

לכוחות הביטחון שלנו הצלחות  מפני איומי הטרוריסטים מרצועת  עזה של  הקסמים והרקטות וגם  של המנהרות, אבל עדיין לא  מפני איומי בלוני התבערה וחומרי ה נפץ. הטרוריסטים מצאו במקרה  ב סוף אפריל 2018 שיטה פשוטה, עם עלות מאוד נמוכה  ותמימה כביכול של משחקי ילדים, להעיף עפיפונים או בלונים עם חומרי תבערה  ואפילו חומרי נפץ או מטענים יותר מסוכנים.  הרוחות  מעבירות אותם לשטחינו ומבעירות את שדותינו, משמידות החי והצומח ומסכנות את אזרחינו והחיילים שלנו. כמעט בלתי אפשרי למנוע ישירות את הנזקים, כי מפקדי וחיילי המחבלים בונים ה בלונים המשחיתים  וילדים מעיפים אותם. לכן מבחינה מוסרית יש בעיה לפגוע בילדים וחייבים למצוא  פתרון  יעיל ומוסרי  להצילנו מאיומים שפלים אלו. לפתחון יעיל  ומהיר יחסית  להגשמה ניתן להשתמש ב טכנולוגיות  מסוימות שחלקן  כבר פותחו ב ישראל ו ה מחברים  קשורים בהן

2.טכנולוגיות לייזר, מיקרו-גלים ומל”טים שפותחו בישראל

בשנת 64 של המאה הקודמת פותח בישראל הלייזר הרפואי “שרפלן” וכאשר ד”ר אייזיק קפלן מבית חולים בילינסון ביצע הניתוח הראשון בעולם בקרני הלייזר קיבל הדבר פרסום עולמי ומאז שנות ה-70 של המאה הקודמת הושמה הטכנולוגיה לפעולות רפואיות מגוונות. כיום קיימים “שרפלנים” רבים עם לייזרים שונים כולל לייזרYag, לייזר רובי, לייזר דו תחמוצת הפחמן ועוד (ראה תמונה   שרפלן 4 oc.

להעברת אנרגיה לצרכנים מבודדים פיתחנו עם ה מכון הטכנולוגי של ניו יורק מערכת המעבירה אנרגיה בעוצמות גבוהות במיקרו-גלים של 94 גיגה הגץ (ראה תמונה microwave  ותמונה  ( a1headלצרכי השמדה או להעברת אנרגיה  חשמלית לבלונים ומל”טים לשהייה ארוכה שלהם בשמים .

בשנות ה-80 של המאה הקודמת פיתחנו את המל”ט הראשון, והפכנו למעצמה טכנולוגית בתחום זה אחרי ארה”ב (ראה תמונה  מל”ט   ותמונת high altitude).

פיתוח חשוב שעשינו בארץ היה כאשר הרכבנו לייזר דו תחמוצת הפחמן שהיה מבוסס על לייזר שפותח בבולגריה בעוצמה של 3 קילוואט לחיתוך פחים בעובי 11 מילימטר של טנק המרכבה. המעשה קבל בזמנו ברכתו הגדולה של האלוף ישראל טל ז”ל. השימוש בלייזר למטרות אלה לדוגמא היה עוד לפני שנעשו שימושים כאלה בארה”ב ובאירופה. כמו כן יש לציין שישראל כיום היא בין המובילות בעולם בתחום המל”טים ושימושים בהם לירוט מטרות כגון ברצועת עזה.

  1. פיתרון מוסרי אפשרי להגנה מפני הבלונים המשחיתים באמצעות לייזר.

תמונה a1head :2

 איום הבלונים מאוד מטריד אותנו וחשבנו על פיתרון באמצעות לייזר. הבלונים או העפיפונים  נשלחים מאות מטרים מן הגבול שלנו. הם עולים למעלה ונשאים ע”י רוחות  במהירויות הרבה יותר נמוכות ממהירות הקול קרוב ל 330 מטר\שנייה, אבל מהירות קרן הלייזר הינה גדולה בהרבה, כמעט שווה למהירות האור של 300 אלף ק”מ\שנייה. לכן  יש אפשרות לפגוע בבלונים ולהורידם  כבר בשטח האויב. אבל פיתרון זה הנראה פשוט דורש עדיין הרבה מאמץ כדי שיפעל ביעילות מרבית.

במשך שנים חקרנו העברת חשמל ב הספקים גדולים למרחוק באמצאות מיקרוגלים או לייזר,  תחומים שמאוד התפתחו בשנים האחרונות. כמו כן, יחד עם הצוות שלי ותלמידים במסגרת קורס לתקשורת לוויינים וחלל, חקרנו גם ניקוי פסולת החלל ע”י חלליות עם מערכת לייזר, מאמר שפורסם בעיתון  New Tech Magazineלפני חודשיים.  לפני  מספר שבועות פורסם כי אלביט מערכות פתחה מכשיר אלקטרו אופטי שיכול להציג על מסך את הבלונים ו העפיפונים שנשלחים משטח האויב. לכן כדאי לחקור אם אפשרי להצמיד למערכת זו  או למערכת אלקטרו אופטית דומה רובה לייזר משוכלל הנישא ברכב או במל”ט.

4 אפשרויות פיתוח רובי לייזר להפלת בלונים עם חומרי תבערה מעל לשטחי האויב

כוחות הביטחון הישראלים היו החלוצים  בתחום פיתוח  תותחי לייזר  להפלת טילים  בסוף המאה העשרים בפרויקט  Nautilusהמשותף עם כוחות הביטחון של ארה”ב. ה חברות ה מעורבות היו אלביט, רפאל  ו TRW now Northrop Grumman.אבל העלות הייתה גבוהה מידי ו הטכנולוגיה לא הייתה בשלה, לכן הופסק הפרויקט לטובת פיתרונות  (בליסטים) מכנים להפלת טילים, למרות מחאותיהם של מדענים כדוגמת אלוף מילואים  פרופסור יצחק בן ישראל שהבינו את חשיבות ויתרונות  נשק הלייזר על פני הבליסטי.

בשנים האחרונות  השתכללו ובשלו טכנולוגיות העברות אנרגיה  גם כנשק  להגנה מטילים באמצאות לייזר ומיקרוגל. ל מערכות אנרגיה ישירה  של  לייזר ומיקרוגל המתפשטות ב מהירות קרובה למהירות האור יתרונות רבים על מערכות  מנשק קינטיות  המתפשטות במהירות בסדר גודל של מהירות הקול  ודורשות קליעים  מאוד יקרים במקום אנרגיה דלק או חשמל זולות .לכן עכשיו מפתחים  ומכניסים לשימוש, בעיקר ב ארה”ב, תותחי לייזר שיכולים להשמיד טילים ומטרות גדולות עד למרחק  של עשרות ק”מ בהספקים  עד מאה kW ויותר. מערכות אלו  היכולות להיות מופעלות  מכלי רכב מיוחדים, מאוניות או ממטוסים מאוד מבטיחות גם להפלת מל”טים ומטוסי האויב ,עדיין יקרות וקיימות בעיות בטיחות  בגלל צפיפות ההספק שלהם שמאוד גדולה. גם רפאל חזרה בקנה מידה מצומצם לפיתוח נשק לייזר נגד איומים מפני טילים.רפאל הציגה ב תערוכה אווירית בסינגפור ב 2014 מערכת חדשה של קרן ברזל של  kW מועטים. המערכת השתכללה ולפי הכתוב  יכולה להשמיד מטרות עוינות של פגזים, טילים או מלטים קטנים עד למרחק של 7 ק”מ ע”י ירי של 5 שניות בלבד. סוללת נשק ה לייזר של רפאל מורכבת  מ מכ”מ אווירי,יחידת פקוד ובקרה ושני לייזר בהספק של kW מועטים כל אחד  כפי ש מוצג כאן באיור. אבל להפלת בלונים בממדים קטנים ו ב טווחי מרחק יותר קצרים דרושים הספקים  הרבה יותר נמוכים  ובצענו  ב מסמך נוסף  באנגלית עבודה וסקירה ביבליו גרפית ענפה על פי החומר שאגרנו ו חיפוש ב גוגל, בנושא העברת הספק  למטרת הגנה מפני איומים בלייזר  ו במיקרוגלים למטרותינו.

תמונה 3: מל”ט

בחיפושי נתקלתי ברובי לייזר זעירים להשמדת יתושי קדחת, שפותחו ע”י מדענים  ו חברות Intellectual Ventures and Global Good, במימון קרן הצדקה של   Bill Gatesורעייתו. הרובה המגן על שטח מיוחד של חדר בבית למשל יכול לפגוע ביעילות  עד לטווח של 30מ  ביתושי הקדחת בלבד ולא ביתושים מסוג אחר שחלקם מועילים. רובי  יתושי הקדחת יכולים  להיות מופעלים למרחקים יותר גדולים גם באמצאות מל”ט זעיר .בשנת 2017 פתחו גם מכשיר לייזר  על מל”ט להשמדת נחילי ארבה . אבל בלונים הרבה יותר גדולים מיתושים ומרחק פעולה דרוש עד ק”מ בודדים, לכן דרושים  תכנון וייצור רובי לייזר עם צפיפויות הספק הרבה יותר גדולות מרובי הלייזר הזעירים, אבל הרבה פחות מ תותחי לייזר. בשנים האחרונות גם הסינים פתחו רובי לייזר מאוד יעילים . לפי טענות ממקורות סינים רובי הסער שלהם עם לייזר  בהספק  של   kWבערך יכול לשרוף בגדים של מטרה עד מרחק של ק”מ ממקור הירי. הספקים בסדר גודל זה  יכולים להתאים  למערכות העתידיות נגד בלוני תבערה. פרטים  נוספים מופיעים ב מסמך

תמונה High Altitude :4

מורחב באנגלית.

תותח לייזר בעל עוצמהkW100של חברת לוקהיד מרטין  ברכב של חברת דינטיק הנמצא ב תכנון להשמדת טילים ומטרות גדולות לעומת השמדת יתוש קדחת ע”י קרן אינפרא אדום

סוללת  נשק הלייזר קרן הברזל  שפותחה  על ידי רפאל

  1. העברה אלחוטית של אנרגיה  למרחוק  למטרות אזרחיות וצבאיות  באמצעות מיקרוגל  או לייזר : מה עדיף?

אפשרויות של העברה אלחוטית של אנרגיה למרחוק באמצעות מיקרוגל קדמה  בעשרות שנים  את העברת אנרגיה באמצעות  לייזר. המדען TESLA כבר ניסה בתחילת המאה ה20 להעביר אנרגיה חשמלית למרחוק באמצאות אלחוט. אבל למרות גאוניותו הוא נכשל  במשימה זו כי הטכנולוגיה  בתחום זה לא הייתה בשלה עדיין .לעומתו  MARCONI וממשיכיו הצליחו מאותה תקופה לפתח מערכות  תקשורת אלחוטיות יותר ויותר משוכללות בתחומי תדרי הרדיו. בתקופת מלחמת העולם השנייה חלה התפתחות עצומה ב תחומי ה מכ”מ RADAR עם הספקי שדור גדולים בעיקר בתחומי ה מיקרוגל מה שסלל הדרך ל נשק אנרגיה ישירה ב אלחוט.  במערכות תקשורת רדיו  המקלט שהינו המטרה של השידור נמצא כמעט תמיד בשדה הרחוק של המשדר ולכן קיימים הפסדי פיזור גדולים היחסיים לרבוע המרחק ביניהם כך ש ההספק המגיע למקלט  הינו מאוד נמוך וקיימת מגבלות של יחס אות לרעש. במערכות אנרגיה ישירה אנו מעוניינים כי רוב ההספק של המשדר יגיע למטרה כמעט ללא הפסדי פיזור ולכן  היא צריכה להיות בגבולות השדה הקרוב של המשדר.  ניתן להוכיח  שכדי לקבל נצילות העברת הספק גבוהה  קרוב ל100%, כלומר להיות בגבולות השדה הקרוב, קוטר ה אנטנה או של מערך אנטנות המשדר  הדרושים  נמצא ביחס ישר לרבוע המרחק בין המשדר למטרה וביחס הפוך לרבוע תדר הפעולה. לכן כדי לפגוע במטרות רחוקות בנצילות הספק גבוהה זקוקים לקוטרי ולשטח אנטנות ענקיות  מה שמייקר ומסרבל המערכת, במיוחד ב תדרים נמוכים יחסית.  לכן  ב מערכות לייזר, אפוא ש  תחומי התדר השימושיים  גדולים ממאה אלף  GHz גם עבור מטרות רחוקות ממדי ומשקלי האנטנות יהיו הרבה יותר  קטנים  מאשר במיקרוגל ,אבל ה טכנולוגיה לא הייתה עדיין בשלה לשימוש ב לייזר. היפנים נסו במלחמת העולם השנייה להפיל  מטוסים של בעלות הברית  באמצעות אנרגית מיקרוגל אבל ללא הצלחה גדולה. כיום היפנים משקיעים הרבה מאמצים כדי לפתח לוויינים גיאוסטציונרים בגובה של 36000 ק”מ  עם מערכת  מאנרגית השמש להעברת כמויות גדולות של אנרגיה חשמלית נקייה לכדור הארץ, אבל הדרך עדיין רחוקה.

תמונה 5: תותח לייזר בעל עוצמה 100kW של חברת לוקהיד מרטין ברכב של חברת דינטיק הנמצא ב תכנון להשמדת טילים
ומטרות גדולות לעומת השמדת יתוש קדחת ע”י קרן אינפרא אדום מרובה לייזר זעיר

 יותר מסובך להעביר אנרגיה חשמלית למרחוק מאשר לפתח נשק אנרגיה אלחוטית  כי  לקבלת אנרגיה חשמלית דרוש רכיב ש יהפוך אנרגית  עלומת המיקרוגל לאנרגיה חשמלית. רכיב מסוג שיאפשר העברת אנרגיה יעילה  עם נצילות המרה עד 90%   ה RECTENNA (אנטנה ומיישר) פותח בשנות השמונים של המאה שעברה  על ידי   Bill Brownמדען עובד חברת   Raytheon ש הזמין אותי לבקר ב מעבדתו בבוסטון מה שהלהיב אותי לרעיון העברת אנרגיה חשמלית מיקרוגל באלחוט.בינתיים פותחו מערכות להעברת הספק במיקרוגל עם נצילות גבוהה אבל רק למרחק של  מספר ק”מ בלבד.

 למרות ש ארכימדס במאה השנייה לפני הספירה  כבר השתמש באנרגית אור  להשמדת אוניות רומאיות רק בסוף המאה ש עברה החלו לפתח מערכות  נשק לייזר להעברת אנרגיה ישירה אבל ב נצילות נמוכה ועם מרכיבים  מסורבלים ויקרים.  זאת אחת הסיבות ש פרויקט נוטילוס  נכשל .בעשור האחרון חל פתוח עצום בטכנולוגיות הלייזר  והצליחו בזמן האחרון לפתח מערכות בהן ההמרה  מאנרגית חשמל ל אופטית יכולה לעלות מעל  ל85% .פתוחים אלו גרמו  להתקדמות עצומה בפתוח מערכות נשק והעברת אנרגיה  ישרה באמצעות לייזר.

מסתבר שיש יתרונות גדולים לשימוש ב תותחי ורובי  לייזר  בתחומי  ה   Infra Red מבחינה טקטית  ועלויות כי דרושים ממדים ומשקלים הרבה יותר קטנים  מ מערכות  בתחומי המיקרוגל. בנוסף, לרובי לייזר עלות פגיעה למטרה  מאוד נמוכה, דיוק רב יותר,צפיפויות הספק הרבה יותר גדולות  עבור שדור מסוים ועלומה  הרבה יותר צרה, מה שמונע אפשרויות של הפרעות למערכות התקשורת הקיימות ש חלקן הניכר בתחומי המיקרוגל.

  ישנם גם חסרונות  של  לייזר  בגלל הפרעות אטמוספריות בתחומי גלי ה IR של הלייזר, בעיקר בתנאי גשם , ערפל וסופות חול למשל . אולם זה כמעט לא מפריע  למערכת לייזר עתידית להפלת בלוני תבערה כי בתנאי מזג אויר אלו  אי אפשר להעיף בלונים ועפיפונים.  אפילו בהספקים הנמוכים יחסית הנדרשים  עבור  לייזרים אלו יש בעיות בטיחות בעיקר סיכון ל עיניים המחייבים הרכבת משקפי הגנה מיוחדים. אולם ב מערכות לייזר העתידיות להגנה מפני טילים  שצריכות  לפעול גם בתנאי מזג אויר קשים, מערכות  צבאיות הנדרשות לאמינות של קרוב ל 100% חיבות, בנוסף לנשק לייזר, להשתמש בסוג אחר של נשק החסין לתנאי מזג אויר. הנשק הנוסף יכול להיות תותח אלחוטי מיקרוגל הפועל בתחומי תדרים נמוכים  של GHz2.45  למשל, שיכול לפעול גם ב תנאי גשמים חזקים ו בסערות ברקים ,כפי שמוצג באיור.בכל שתדר  הפעולה עולה  תפחת האפשרות לפעול ב תנאי מזג אויר קשים. אולם כלי נשק  באמצעות מיקרוגל זקוקים לאנטנות מאוד מסורבלות ויקרות ויכולים להפריע למערכות תקשורת ידידותיות. בזמן האחרון חברת  Raytheonהחלה לפתח  בנוסף למערכות לייזר נשק  מיקרוגל אלחוטי להגנה מפני טילים.  הנשק  ה עתידי האידיאלי להגנה  מפני טילים צריך להיות שילוב של מערכות אלחוטיות  באנרגיה ישירה מסוג לייזר עם  גבוי מיקרוגל  בתנאי מזג אויר קשים.ן

הפסדים אטמוספריים יחסיים בתלות  בתדר ו במזג האוויר.

  1. מסקנות

תמונה 6: סוללת נשק הלייזר קרן הברזל שפותחה על ידי רפאל

מסתבר שיש יתרונות גדולים לשימוש ברובי ו בתותחי  לייזר או מיקרוגל  המופעלים מאנרגיה ישירה בתחומי  ה   Infra Red  או הרדיו  מאשר נשק בליסטי מכני  הקיים כיום בעיקר בגלל פעולה במהירויות קרובות למהירות האור במקום במהירויות  הקרובות ל מהירות הקול ,בגלל נגישות והמחיר ה נמוך של דלק ו אנרגיה חשמלית לעומת המחיר הגבוה של  ה קלעים המכנים.

בהשוואה בין לייזר ו מיקרוגל  בדרך כלל עדיף  הלייזר ל רוב ה משימות שהינן טקטיות כי דרושים ממדים ומשקלים הרבה יותר קטנים . בנוסף לרובי לייזר דיוק רב יותר ועלומה מאוד צרה, מה ש מגדיל את צפיפות ההספק (עוצמה) של הפגיעה ומונע אפשרויות של הפרעות למערכות התקשורת הקיימות שרובן פועלות בתחומי תדרי הרדיו והמיקרוגל. אולם  בתנאי מזג קשים של גשם, ערפל  וסופות חול  הפסדי ההתפשטות  הגדולים של אטמוספרת כדור הארץ  אינם מאפשרים ל מערכת הלייזר לפעול ביעילות  ולכן אין בררה אלא להשתמש  ב  מערכת מיקרוגל בתחומי התדר הנמוכים  מ     3GHz שיכולים לפעול ביעילות  בכל מזג אויר אפילו בגשם חזק.במערכות העתידיות  להפלת בלוני תבערה בשטח האויב  מספיק הלייזר כי לא ניתן להעיף הבלונים ב תנאי מזג אויר קשים.

תמונה 7: הפסדים אטמוספריים יחסיים בתלות בתדר ובמזג האוויר.

ישנה  אפשרות עתידית להגדיל  עוד את דיוק וצמצום צפיפות ההספק הנדרשת להפלת בלונים עם חומרי בעירה ע”י הפעלת  מערכת אלקטרו אופטית  כדוגמת מערכת חדישה  שפותחה  באלביט  בתאום עם רובה לייזר בהספק בינוני ובתוספת עלומת  לייזר ל הכוונת  מטרות כגון טיל  הצורכת  הספקים ועלויות הרבה יותר נמוכים ,כגון ה Advanced Precision Kill Weapon Systems (APKWS) מיוצרות למשל ע”י,  Raytheon TALON

ה מאמר  הזה בתוספת  סקר ו עבודה ביבליוגרפית  הוכן ע”י  שני ה חותמים וזאת רק  הקדמה  או תוספת לעבודת מחקר עתידית של צוותים מקצועיים  להסרת איום  בלונים נושאי חומרי בעירה או אחרים ל שטחינו באמצאות מערכות  לייזר חדישות. התוצאות של מחקר נוסף יוכלו לתרום גם  ל הרבה  מטרות  נוספות  אפוא ש ה שימושים ב לייזר ו במיקרוגל  יכולים להיות מאוד  מועילים  אולי יותר מ נשק בליסטי.

ביביליוגרפיה

Dany, Asher “US Military Presents: The Return of the LASER”, Israel Defense Journal,  09.03.17

  1. R. Wilson, ” At Long Last LASER Weapons are Nearing Deployment”, Military & Aerospace Electronics, 25.07.17
  2. Z. Bahman, “Directed Energy Weapons: Physics of High Energy LASERs” E Book 2016.
  3. T. Eshel, “DARPA Excalibur program aims to provide real time correction of atmospheric turbulences for a LASER weapon” , Defense Update, 07.03.14.
  4. S., Shuangyan, J., Xing, C., Hao,, ” Cleaning Space Debris with a Space Based LASER System” , Chinese Journal of Aeronautics, Volume 27 N4, August 2017: pp(805-811).
  5. C.Q., Choi., “Space Station could Get LASER Cannon to Destroy Orbital Debris” ., Space –News, 30 April 2015.
  6. מ. רוסנוורסר., א.מדר., א. ברונפמן., א. יובילר., י. גוון., “ניקוי פסולת החלל על ידי חלליות עם מערכת לייזר”., New- Tech Magazine , May 2018., pp(98-105).
  7. J. Gavan, S. Tapuchi,.”Microwave Wireless Power Transmission to High-Altitude Platform Systems”, Radio Science Bulletin, N 334, September 2010: pp (25-42).
  8. . Arie Lavie ,“Guide-Keeper security concept of operation” Int. J. Emergency Management. Vol.7.Nos ¾ 2010
  9. Arie Lavie, “PV solar pseudo-satellite high power system for electricity generation by microwave-beaming transmission in disaster areas” NYIT contract no ASA4-CT-2016-516081
  10. Arie Lavie ,Herbert Fox, “Green hybrid system application and policy for environment defense” Innovation Defense Energy & System Challenge 2017-674402
  11. R.Goot, T. Trigano, S. Tapuchi, J. Gavan “Adaptive Allocation of Power Transmission for High Altitude Platforms” Annals of Telecommunications.Volume 68, Issue 1-2, pp 107-113 (2013).

14 . E. Limer, “Watch Lockheed LASER Torch Drones on the Firing Range”, Popular mechanics, 21.09.17.

  1. J. Browne, “Lockheed Martin and DYNETICS Team on 100kW Laser Weapon”, Microwaves & RF, August 2018
  2. A. George, “Stopping Killers Drone Swarms Before they Kill us”, Popular mechanics, 05.07.18

17.י.גוון, א.לביא,. “אפשרויות של הגנה מפני עפיפונים ובלונים הנושאים חומרי תבערה                            ונפץ.”  pp(36-39), New Tech. Military magazine ,August 2018.

 

פרופסור יעקב גוון ופרופסור אריה לביא

תגובות סגורות