פיתוח טכנולוגיות אנרגיה מכוונת כהשלמה למערכות הקינטיות הקיימות כדי לשפר ההגנה מפני רחפנים וטילים עוינים

1.הקדמה

בשנים האחרונות התרבו והתעצמו האיומים מסוגי נשקי ההתקפה שמפתחים ומפעילים אויבינו ויריבנו. זה התחיל מקסאמים, אחרי כן טילים, שנעשים יותר מדויקים, מהירים וקטלניים,  רחפנים ומטוסים ללא טייס (מל”ט) ו מ 2018 בלוני תבערה ונפץ. סוגי הנשק האלו עשויים להביא לנזקים בנפש ובתשתיות, במיוחד מן הטילים המדויקים והמהירים. לכן נוצר הצורך שלנו ושל בעלי בריתנו לפתח הגנה מנשקים אלו. ארה”ב וישראל החלו בתחילת המאה והנוכחית לפתח מערכת הגנה באנרגיה מכוונת באמצעות לייזר כימי רב עוצמתי בפרויקט NAUTILUS שהופסק, כיוון שהטכנולוגיה לא הייתה עדיין בשלה לדברי רוב מנהלי הפרויקט. למרות שפתוח וייצור מערכות נשק הגנה הרבה יותר מסובכות ויקרות ממערכות נשק התקפה, ולנוכח האיומים, החליטה הממשלה להשקיע  בהם סכומים עצומים. לכן, חברות ביטחוניות ישראליות בראשות רפאל, החלו בפתוח וייצור מערכות נשקי ההגנה קינטיות (מכניות) של כיפת ברזל, שרביט קסמים וחץ, המשוכללות ומן המתקדמות בעולם. מערכות קינטיות אלו, שחלקן אומץ מאוחר יותר על ידי מערכת הביטחון של ארה”ב ומדינות ידידותיות אחרות, מגינות מפני רוב האיומים, אך מאוד יקרות בהפעלה שלהן, במיוחד בגלל העלות הגבוה של הקלעים. לכן כדי לשפר מערכות ההגנה הקיימות וליעל אותן, נדרשים פתוח וייצור של מערכות הגנה יותר מהירות, מדויקות ועם הפעלה מאוד זולה המבוססות על אנרגיה  מכוונת, בעיקר באמצעות לייזר וגם מיקרוגל, אשר חלו בהם הרבה שיפורים בשנים האחרונות. אולם המערכות הקינטיות יישארו חיוניות  כי אנרגיה מכוונת מוגבלת  ע”י תנאים אטמוספריים.

2.הגנה מאיומי בלוני תבערה ונפץ

נתחיל מבלוני התבערה ו הנפץ המזיקים שמחירם אפסי ונתן ליצרם ולשלחם בקלות אפילו על ידי ילדי מחבלים, ועדיין נשק הגנה מתאים כנגדם. גם בימי קיץ לוהטים אלו אויבינו מן החמס מתקיפים את דרום מערב ארצנו בבלוני תבערה ונפץ הגורמים לנזקים  חמורים חומריים, פסיכולוגים ואפילו בחיי אדם ואין לנו עדיין מענה מתאים. לכן כל הכבוד לחלוצים ולנחשונים, כמו המפכ”ל של המשטרה כיום ומפקד משמר הגבול לשעבר, ניצב יעקב שבתאי שיזם, עודד ומימן, פרופסור עמיאל ישעיה מאוניברסיטת בן גוריון ואנשי  חברת אופטידפנס, שפתחו ב2020 את “להב אור”, המערכת הישראלית הראשונה מדגם מסחרי הפועלת להגנת דרום-מערב המדינה מבלוני תבערה ורחפנים. המערכת פועלת על העיקרון של אנרגיה מכוונת ע”י הפעלת קרן לייזר שיכולה להשמיד או להפיל את הבלונים המזיקים במקרים רבים עוד בשטח האויב. המערכת פועלת כמעט במהירות האור ועלות הפעלתה מאוד נמוכה באמצעות דלק רגיל וספק כוח חשמלי.

איור 1:
איומי בלוני התבערה

המערכת הפועלת באנרגיה מכוונת לייזר להגנה הינה רק השלב הראשון במיגור איום בלוני התבערה, כי לדברי מתכנני המערכת דרושות לפחות 5 יחידות דומות וייצורן דורש זמן, מאמץ ועלות כספית נכרת. המערכת היחידה הפועלת לפי המתכנן שלה איננה עדיין מבצעית, אבל פועלת היטב למגור הבלונים בגזרת הפעולה שלה. לכן אולי ישנה אפשרות לחסוך חלק מן הזמן הדרוש לייצור והפעלת המערכות האלה, להקטנת עלותן ולשיפור הביצועים שלהן ע”י מאמץ משולב של רוב המומחים בתחום והקצבת המשאבים הדרושים.

איור 2: דוגמה לנזקי בלוני תבערה בשדות דרום מערב של הנגב שלנו ב
10.05.21 . אמנון זיו . JNF-USA

בשנים האחרונות חלה התקדמות גדולה ומהירה בפתוח טכנולוגית אנרגיה מכוונת באמצעות לייזרים ומיקרו גלים בעיקר ע”י בעלי בריתנו בארה”ב ובמיוחד להגנה מפני רחפנים וטילים. כיום בפעולה בארה”ב מערכות נשק לייזר אמינות ליירוט  עד ל 50KW ובפתוח עד ל KW300. להגנה מפני עצמים פשוטים ואיטיים, כמו בלוני תבערה ורחפנים, נדרש הספק נמוך בהרבה של מערכות הלייזר בסדר גודל של KW בודדים בלבד, כי מרווחי זמני פגיעת הלייזר ארוכים. לכן יש לשקול את האפשרות של מאמץ משותף מהיר לפתוח וייצור מערכות ההגנה של מפתחי להב אור, החברות הביטחוניות הישראליות ושל ארה”ב, המובילות בפתוח מערכות אנרגיה מכוונת באמצעות לייזר. אנחנו מקווים כי בעתיד הקרוב, המאמץ המשותף יימצא פתרון מלא נגד איומי בלוני התבערה, כמו שמצאנו פתרון נגד איומי מנהרות האויב ולאחרונה פתוח מערכת מעיל הרוח ע”י רפאל. אם נשיג זאת, הטרוריסטים מעזה לא יוכלו יותר להזיק ולסחוט אותנו ע”י איום על אזרחנו ושרפת שדותינו במיוחד בחודשי הקיץ היבשים והחמים.

 3.הגנה מאיומי רחפנים וטילים

איומים הרבה יותר חמורים הינם הטילים הנמצאים בידי אויבינו. במיוחד המדויקים ביותר, שקשה ליירט אותם ויכולים לגרום לנזקים עצומים בחיי אדם ובתשתיות גם החיוניות ביותר. לכן טוב שישראל פתחה במאמץ רב ובגאוניות מיוחדת מערכות קינטיות להגנה מפני טילים: כיפת ברזל, שרביט קסמים, חץ ועוד, מן המתקדמות בעולם אבל התפעול שלהן מאוד יקר ועם תגובה מאוד איטית ביחס למערכות לייזר הפועלת במהירויות גדלות במאות אלפים פעמים שכמעט שוות למהירות האור. תפעול מערכות הלייזר תהיינה גם זולה בהרבה, כיוון שהן צורכות רק אנרגיה חשמלית במחיר מאוד נמוך. אבל להגנה מטילים מדויקים ועל-קוליים דרושות מערכות לייזר עם הספקים מאוד גבוהים שעדיין לא קיימות, ושבעלי בריתנו מנסים לפתח בימים אלו.

איור S.J. Freedberg, Jr, “An early :3
experimental50kW laser-armed Stryker vehicle, the
MEHEL “,Breaking Defense, 4 August 2020

בראשית המאה ה21 ישראל החלה לפתח עם חברתNOC    מארה”ב מערכות נשק לייזר כימי מאוד עוצמתיות בפרויקט  NAUTILUS. אבל הפרויקט הופסק באמצע למרות שמקצוענים כדוגמת הפרופסורים מישה ארנס  ז”ל, לשעבר שר הביטחון, ויצחק בן ישראל, לשעבר ראש מפא”ת, התנגדו להפסקתו. כיום, לנוכח האיומים המתגברים, נדרשים מאמצים גדולים בתכנון, פתוח ויצור מערכות חדשות לאנרגיה מכוונת להגנה מטילים. בנוסף יש לחקור ביסודיות את הבטיחות, פתרון מגבלות התאימות האלקטרומגנטיתEMC , הדיוק והיציבות של מערכות ההגנה עם הספקים גבוהים נגד טילים מדויקים ומהירים. לשם כך יש לרתום מהנדסים ומדענים ישראלים מוכשרים ומובילים בתחומם ולהקדיש מיטב המאמץ בפתוח מערכות אנרגיה מכוונת עם לייזרים בעלי עוצמה. באמצעות שיתוף פעולה עם בעלי בריתנו, נדרש לפתח מערכות אנרגיה מכוונת שבשילוב עם המערכות הקינטיות הקיימות שלנו שהינן חיוניות ויהוו מגן בטוח מפני כל סוגי הטילים. הסיבה כי המערכות הקינטיות הקיימות יכולות לפעול בכל מזג אוויר, שלא כמערכות הלייזר הקיימות והעתידניות, שמוגבלות ע”י התנאים האטמוספריים. כך שבעתיד בהגנת ישראל מטילים, כאשר  ברוב הזמן מזג האוויר יפה ואין הפרעות אטמוספריות, יפעלו המערכות האנרגיה המכוונת ובחלק הזמן המצומצם, שתופרע פעילותן, יופעל באופן אוטומטי הנשק הקינטי עם ההפעלה המאוד יקרה.

איור S.J. Freedberg J ” Air Force’s THOR :4
high-powered microwave system as protection
from drones,” Breaking Defense, 8 July 20

בנוסף ישנה אפשרות לפתח מערכות התראה מפני טילים ופגיעה בהם מעל שכבות העננים (שלא תהיינה תלויות בשנויים בשכבות האטמוספירה הנמוכות) באמצאות מערכות לייזר עתידיות המורכבות בכלי טייס או לוויינים. ישנה אפשרות להוסיף למעטפת ההגנה  העתידניות מפני טילים מכל סוג שהוא, גם מערכות אנרגיה מכוונת באמצעות מיקרוגל, שחלקן יעילות בכל מזג אוויר שיכולות לתרום לשיבוש ולהשמדת מערכות הניווט האלקטרוניות במיוחד של טילים מדויקים. צעדים מורכבים אלו אם יצליחו, בתוספת למערכות הקינטיות הקיימות, יכולים להוות כיפת פלדה כמעט מושלמת נגד כל סוגי הטילים וירתיעו אויבים קיימים ופוטנציאלים. בשנים האחרונות חלה בארה”ב האצה גדולה בהשקעות ופיתוח מערכות  DEWלהגנה מפני רחפנים וטילים גם במערכות חלל, למרות חלופי המשטר וזאת נוכח ההישגים וההתחרות של הסינים והרוסים בתחומי הטילים המהירים והמדויקים, כפי שמוצג ברשימה הספרותית בסוף הכתבה. ההתקדמות של חברות בארה”ב גם מערכות לייזר וגם מיקרוגל כולל שימוש בחלל.

  1. רקע שלי וחשיבות תחום האנרגיה המכוונת

תחום התמחותי העיקרי במשך קרוב ל 65 שנה הוא תקשורת אלחוט. תקשורת אלחוט או רדיו הינו כיום אחד מן התחומים הטכנולוגים החשובים והשימושיים ביותר (כגון G5 ותקשורת לוויינים) שהחלו להתפתח בהצלחה גדולה מתחילת המאה ה 20, בהובלה של MARCONI והרבה מדענים ואנשי מקצוע אחרים. באותה תקופה החל הגאון באלקטרו מגנטיות  TESLA לנסות להעביר אנרגיה מכוונת למרחוק באמצעות אלחוט במקום בחוטים וכבלים ונכשל כי הטכנולוגיה לא הייתה בשלה עדיין. העברת אנרגיה מכוונת באמצעות מיקרוגל ומאוחר יותר-באמצעות לייזר, התאפשרו רק לאחר פתוח ויישום ה RADAR במלחמת העולם השנייה ופתוח משדרים בהספק גבוה בתחומי המיקרוגל ולאחר המצאת ה RECTENNA לקליטה של האנרגיה בנצילות מאוד גדולה ע”י צרוף של פעולת אנטנה עם מיישר מותאם הממיר את האנרגיה מתדר גבוה לזרם ישר DC . זאת בעקבות ההמצאה והפתוח של המהנדס,   W.C BROWN מחברת RAYTHEON  ב- 1973. ישנה תנופת התפתחות גדולה בתחום להעברת אנרגיה מכוונת למרחוק לפרויקטים אזרחיים באמצעות המיקרוגל  ויותר מאוחר נוסף גם הלייזר וגם למטרות צבאיות. כבר יותר מ-25 שנה נכנסתי לתחום המאלף של העברת אנרגיה מכוונת באמצעות מיקרוגל ויותר מאוחר לייזר באלחוט למרחקים גדולים למטרות אזרחיות כתוצאה מפגישה עם BROWN   W.Cבכנס של     IEEE בBOSTON USA. ממאי 2018, עם שילוח בלוני התבערה הראשונים, הסכתי מיד כי ההגנה הטובה ביותר היא מערכות אנרגיה מכוונת באמצעות לייזר. אספתי חומר והשקעתי הרבה מאמצים בחקר תחום מערכות הגנה מבלוני תבערה, רחפנים וטילים באמצעות אנרגיה מכוונת. שלחתי מדגם של החומר שאספתי בתחום והגרסה הראשונה של מסמך דעה לגורמים המתאימים. הצטרפו אלי מספר קטן של עמיתים מקצוענים ופרסמנו מאמרים בעיתונות מקצועית מכובדת, כדי לעורר את דעת הקהל. אני יכול לשלוח חומר והסברים יותר מפורטים. יותר מאוחר עברתי גם לנושא הגנה מטילים מהירים ומדויקים.

יש לציין כי בשנים האחרונות חלק ניכר מן החברות הביטחוניות הישראליות נכנס שוב לתחום פתוח וייצור מערכות הגנה מכוונות להגנה מפני רחפנים וטילים אבל יש צורך להגביר  שיתוף הפעולה בין החברות והמשאבים הניתנים כדי להגיע להגנה אופטימלית במהירות מרבית.

איור 5: מערכת נשק לייזר שפותחה ע”י רפאל
לפני מספר שנים

איור 6: פעולה עתידית משולבת של מערכת כיפת ברזל הקינטית עם
מערכת אנרגיה מכוונת באמצעות לייזר

לכן כדאי לידע את המנהיגים, אנשי המקצוע והצבור הרחב שלנו על חשיבות המאמץ להגנה באמצעות מערכות חדשות לאנרגיה מכוונת ומערכות קינטיות (מכניות) שארה”ב וישראל פתחו , מפתחות ויפתחו. כדאי גם להשפיע ולתמוך ב מספר סטודנטים  מצטיינים  ומוכשרים שישקיעו את עבודת המחקר שלהם לתואר שני ושלישי בתחום זה ואני מוכן לעזור בהנחייה שלהם.

  1. מסקנות

הגנה ב מערכות אנרגיה מכוונת מפני בלוני תבערה הינה משימה קלה ויעילה כיום, כי  הבלונים מהירותם מאוד נמוכה ותלויה ברוח  וזמן פגיעת הלייזר גדול כך ש כדי לחסל אותם נדרשים הספקים נמוכים מאוד בסדר גודל של KW . כמוכן לא ניתן להשתמש בבלוני תבערה בתנאים אטמוספריים קשים שלא כמו קטיושות או טילים אשר  נשק אנרגיה מכוונת לא יעיל חלק מן הזמן עבורם. לכן שימוש ב מערכות הגנה קינטית הקיימות הכרחי חלק מן הזמן כאשר התנאים האטמוספריים קשים . להגנה מרחפנים מספיקים רוב הזמן מערכות אנרגיה מכוונת עם הספקים שנתן לקבל מציוד המצוי כיום בעלות יחסית נמוכה ובמחיר הפעלה מאוד נמוך. אבל כדי להגיע להגנה יעילה  ובטוחה מטילים, במיוחד המדויקים ו העל קוליים, נדרשים עוד הרבה מאמצים ,משאבים ידע ונחישות  כדי לפתח מערכות הגנה חדשות המשלבות הפיתוחים של ישראל במערכות קינטיות עם הפיתוחים העתידים של מערכות אנרגיה ישירה רבות העוצמה ש יפותחו וייוצרו  במאמץ משותף עם בעלי בריתנו . יש לפעול כך שמערכות ההגנה ה משולבות של האנרגיה המכוונת יפעלו במהירות המרבית  וישולבו עם המערכות הקינטיות הקיימות כי הן חיוניות לביטחוננו ולהצלת נפשות רבות ותשתיות חיוניות במקרי שנותקף מטילים.

:רשימת ספרות

  • Gavan, S. Tapuchi,. “Microwave Wireless- Power Transmission to High- Altitude Platform Systems”, Radio Science Bulletin, N 334 ,September 2010, pp (25-42)
  • Lara, Seligman, The Air Force of the future: Lasers on Fighters Jets, Planes that Thinks”, Defense news, 20 February 2016.
  • Henry, Trey, Obering, ” 3 Reasons Why the time is now for Directed Energy”, Defense news, 2 August 2018 ( Retreated USAF General to fight UAV threats)
  • Hogan, “New Laser Technologies Displacing Old.” Photonics Spectra, pp (64-69) Jan. 2018.
  • Hecht, “High-Power Fiber Lasers.” Optics& Photonics News, pp (31-37), Oct . 2018 .
  • Egozi, “Israeli seek lasers Vs Hamas, Hezbollah rocket barrages” Breaking Defense, 11.12.18
  • R Wilson, “Directed Energy weapons taking big steps forward”, Military & Aerospace Electronics, 1.7.2019
  • J. Freedberg, Jr, “An early experimental laser-armed Stryker vehicle, the MEHEL”, Breaking Defense (BD), 4 August 2020
  • J. Freedberg Jr, “Breaking Defense,. Air Force’s THOR high-powered microwave system as protection from drones,”, BD, 8 July 2020
  • Keller, “Army seeks to move power of laser weapons from kilowatts to terawatts to destroy targets with quick pulses”, Military &Aerospace Electronics, (M&AE) May 18 2021.
  • Hitchens, “MDA Director Sees New Space Investment”, BD, June 29.2021(Missile defense)
  • Keller, “Air Force approaches industry for enabling technologies in high-power electromagnetic and microwave weapons”, M&AE, July 7. 2021
  • י. גוון, א. לביא, ” אפשרויות הגנה מפני בלוני תבערה, חומרי נפץ ואיומים יותר חמורים  באמצעות לייזר או מיקרוגל New- TECH Microwave, Magazine, Nov 2018, pp. (54-59)
  • י. גוון, א. לביא,  “מערכות לייזר ומיקרוגל להגנה מפני איומי בלוני תבערה ואחרים”, חשמל ואנשים, SEEEI  גיליון 74 אוקטובר 2018 . pp(78-80)
  • י. גוון, א. לביא, ” אפשרויות של הגנה מפני עפיפונים ובלונים הנושאים חומרי תבערה ונפץ”  New-Tech Military Magazine, July\ August 2018, pp(36-39)
  • פרופסור יעקב גוון, פרופסור אריה לביא, ד”ר אירית יובילר, ו ד”ר אנטולי צליוביץ.   “אפשרויות הגנה מפני בלוני תבערה, חומרי נפץ  ו איומים חמורים באמצעות לייזר ומיקרוגל” New-Tech Military, Sept\October 2019  7.
  • פרופסור יעקב גוון, פרופסור אריה לביא, ד”ר אירית יובילר, ו ד”ר אנטולי צליוביץ. “מערכות לייזר  למיגור איומי בלוני  בעירה, רחפנים ואיומים חמורים יותר”,   October,2019pp (50-55) חשמל ואנרגיה         , SEEEI
  • פרופסור יעקב גוון, פרופסור אריה לביא, ד”ר אירית יובילר, ו ד”ר אנטולי צליוביץ.   “אפשרויות הגנה מפני בלוני תבערה, חומרי נפץ  ו איומים חמורים באמצעות לייזר ומיקרוגל” New-Tech Military Sept\October 2019
  • . משה נצר, פרופסור יעקב גוון ,אלי רכט, אבי כהן ואורן הר טל, ” “תאימות אלקטרו-מגנטית מגמות ופיתוחים”. חשמל ואנרגיה, גיליון 86, ע”מ 36-38, מאי 2021.
  • פרופסור יעקב גוון. “הגנה יעילה מפני איומי בלוני תבערה, רחפנים וכל סוגי הטילים”.,pp(38-39) New Tech Military Magazine, Q2, 2021

פרופסור יעקב גוון עמית LIFE FELLOW IEEE

תגובות סגורות