תארו לכם עולם בלי WAZE, GOOGLE MAPS או כל אפליקציית ניווט אחרת שהתרגלנו אליה במהלך השנים האחרונות. אין ספק שהעולם מתחלק כיום לתקופה של לפני ואחרי המצאת הניווט הלוויני. אלא שההסתמכות ההולכת וגוברת על GPS יוצרת תלות מסוכנת בטכנולוגיה, כל שכן כאשר מדברים על המימד הצבאי, ולא רק הוא. כולנו זוכרים את הפרעות ה GPS המוזרות באזור נמל התעופה בן גוריון’ שגרמו למטוסי הנוסעים לעבור במשך כמה שבועות לניווט עצמאי בדרך לנחיתה והמראה. באופן כללי ניתן לומר כי התעשיות הביטחוניות כבר חושבות על הדבר הבא, או ליתר דיוק על הדרך לעקוף את חסמי ה GPS שהפכו זמינים מאד ברחבי העולם. אחת הטכנולוגיות הותיקות היא ניווט אינרציאלי, יכולת ניווט עצמית על סמך טווח, כיוון ומרחק. בשנים האחרונות קיבלה הטכנולוגיה הזו שדרוג משמעותי במפעל תמ”מ של התעשייה האווירית, המשמש גם כמרכז הידע הלאומי למערכות ניווט.
פיתוח וייצור רכיבי ניווט אינרציאלי במפעל תמ”מ של התעשייה האווירית צילומים: תעשייה אווירית
ניווט במרחב דורש שני נתונים: כיוון התקדמות ומרחק. בעזרת שני הפרמטרים הללו ניתן לקבוע את המיקום העצמי של הפלטפורמה ולבצע ניווט מנקודה לנקודה. מערכת ניווט אינרציאלית מורכבת משני מדידים פיזיקאליים עיקריים: ג’יירו (סביבון), למדידת מהירות זוויתית ומציאת כיוון הגוף, ומד תאוצה קווי למדידת התאוצה והמהירות. החישוב של שני הפרמטרים הללו קובע את המרחק אותו עבר הגוף. בכל מערכת ניווט משולבים שלושה מדידים מכל סוג. מדידות הג’יירו נעשות בשלושה צירים במקביל וכך מקבלים את כיוון התנועה של הפלטפורמה. להשלמת המדידה וביצוע ניווט, מד התאוצה מודד כמה מרחק עברה הפלטפוקמה בכל ציר. שילוב כל הצירים ביחד מאפשר למצוא את מיקום המערכת ולנווט במרחב.
“רמת הדיוק בניווט אינרציאלי תלויה באופי הפלטפורמה”, אומר זלמן, ראש תחום טכנולוגיות ניווט מחקר ופיתוח במפעל תממ של התעשייה האווירית. “העקרון הוא להתאים רכיב אינרציאלי בהתאם לטווח התנועה/טיסה של הפלטפורמה. לדוגמא טיל “טמיר” של כיפת ברזל לא צריך רכיב אינרציאלי מתקדם שכן זמן המעוף שלו הוא כ 30 שניות. במקרה הזה נזדקק לרכיב אינרציאלי עם סחיפה של 25 מעלות בשעה. לעומת זאת בפלטפורמה דוגמאת טנק או ספינה הדיוק חייב להיות גדול יותר שכן זמן התנועה ארוך יותר, במקרים הללו אנחנו משתמשים ברכיבים אינרציאליים עם סחיפה של עשירית מעלה ובפלטפורמות שטסות מרחק רב כמו מטוס או טיל הריכ יהיה בעל סחיפה של מאית המעלה”.
ש: האם ניתן לומר שאתם מפתחים כיום תשתית שתהווה תחליף מלא ללוויני GPS?
“אין כיום תשתית חליפית מלאה ל GPS, אבל באופן כללי ומבלי להיכנס לפרטים אני יכול לדבר על כיוונים. הפיתוח הולך לכיוון GPS LESS, כלומר להוריד עד כמה שאפשר את ההסתמכות על מערכות ניווט לוויניות ולהחליפן במערכות אינרציאליות. לצורך כך חייבים לפתח יכולת ניווט אינרציאלית טובה יותר. אם במעוף או תנועה של פלטפורמה אני יכול להרשות לעצמי סחיפה מסויימת – ברת תיקון, הרי שבחימוש אני חייב לעמוד ברדיוס פגיעה זהה לחלוטין לזה המבוסס על GPS“.
איפה עומד כיום הפיתוח הזה?
“אנחנו בהחלט מתקדמים. כיום מה שמחליף את רכיב ה GPS הוא בדרך כלל ראש ביות אופטי שמעבד תמונה לצורך ניווט, איתור ופגיעה. הרכיב הזה נחשב יקר מאד, ולכן במפת הדרכים שלנו אנחנו מכוונים להחליף את רכיב ראש הביות בעוד רכיבים אינרציאלים, מבלי לפגוע ברמת הדיוק אבל במחיר זול באופן משמעותי. כרגע הפתרון הזה מוכוון לחימוש שנע באוויר עד 10 דקות”.
ש: מה לגבי שימוש במערכות אינרציאליות לפלטפורמות גדולות יותר כמו למשל מל”טים? כיום ההסתמכות בכלים האלה על GPS גדולה מאד.
“זה בהחלט הכיוון העתידי. יכולת ניווט אינרציאלית במל”ט היא מכפיל כוח. כיום אין כמעט סביבה מבצעית שאין בה הפרעת GPS ברמה כזו או אחרת. למל”ט שטס באזור פעולה, איבוד קשר לוויני בשל שיבוש הוא מימד קריטי, או שהמל”ט יפול או שייאלץ לטוס חזרה. לכן, ניווט אינרציאלי פותח בפני מערך המל”טים, יכולת שרידות מבצעית משופרת: יותר זמן באוויר, ברמת דיוק גבוהה וללא הסתמכות על לוויני ניווט”.
טכנולוגיית הניווט האינרציאלי של התעשייה האווירית
בתחום הניווט האינרציאלי קיימות כמה סוגי מערכות: מערכות המורשת – המבוססות על טכנולוגיה מכאנית של מדידים, מערכות FOG – מבוססות ג’יירו בטכנולוגיה של סיב אופטי, ומערכות RLG המבוססות על ג’יירו בטכנולוגיה של מהוד אופטי מבוסס לייזר. בשוק קיימים גם יישומים פשוטים יותר המסתפקים בשימוש במדידים בטכנולוגיות MEMS.
מפעל תממ של התעשייה האווירית, מפתח ומייצר את שלושת סוגי המערכות האינרציאליות. בשנות ה- 60 פותחו המערכות המבוססות ג’יירו מכאני. השלב הבא היה פיתוח מערכות ג’יירו אופטי – FOG. הג’יירו האופטי מתבסס על ההבדל הנוצר בין שתי קרני אור או לייזר שעוברות במסלול סגור המסתובב בכוונים מנוגדים. הוא פועל על בסיס שימוש בסיב מלופף על ליבה, עם מקור אור חיצוני, ובו שתי קרני אור בכיוונים מנוגדים שצריכות להגיע לאותה נקודה באותו זמן. מכיוון שהפלטפורמה, עליה מורכבת המערכת זזה, הג’יירו מרגיש את התנועה הזוויתית ומודד את את הפרש הפאזה בין הקרניים ביחס ישר למהירות הסיבוב. היתרון ב- FOG הוא היכולת למדוד מהירויות גבוהות מאוד בדינאמיקה מורכבת.
השלב הבא בתחום היה פיתוח מערכות ניווט מבוססות ג’יירו לייזר בשם RLG (Ring Laser Gyroscope). ג’יירו RLG מממש את עקרון הפעולה של ג’יירו אופטי באמצעות מערך של מראות על מהוד אופטי סגור (לרוב בצורת משולש). העיקרון הפיזיקאלי הוא של שתי קרני לייזר המתקדמות בכיוונים מנוגדים בתעלות של המהוד. בין שתי הקרניים נוצרת תבנית התאבכות עם קשר למהירות הסיבוב של הג’יירו. כאשר הקרניים נפגשות, נוצרת תבנית התאבכות בתדר קבוע ובעזרת סנסור מחושב השינוי. ה- RLG נחשב למדיד מדויק מאד עם סחיפה נמוכה בהשוואה למערכות מקבילות.
