ביום שלישי בשבוע שעבר הלך לעולמו בגיל 95 ג'וזף פרדריק (ג'ו) סאטר, המהנדס הראשי של ה"ג'מבו" - הבואינג 747, אחד ממטוסי הנוסעים המפורסמים בעולם, שנחשב לבעל השפעה מכרעת על התפתחות התעופה האזרחית בעולם כולו. ה-747 היה מטוס הנוסעים הגדול בעולם במשך 37 שנים, ונשא בכנפיו חידושים רבים. בפוסט זה נסקור חלק ממאפייניו ושימושיו המיוחדים של המטוס שזכה לכינוי "מלכת השמיים".

מטוס מטען ומטוס נוסעים רחב גוף

אחד מסימני ההיכר הידועים של ה-747 הוא ה"גיבנת" שבקידמתה נמצא תא הטייס. בתכנון המקורי של המטוס, אזור זה נמשך לכל אורך הגוף וכלל סיפון עליון בעל מושבים לנוסעים. אולם, לפי תקנות התעופה האזרחית, במקרה חירום יש לפנות את כלל הנוסעים מכל חלקי המטוס בתוך 90 שניות (באמצעות פתיחה מהירה של הדלתות ומגלשות הפינוי) ולא ניתן היה לעמוד בדרישה זו עבור מי שישבו בחלקו האחורי של אותו סיפון עליון, ולכן הרעיון נזנח. עם זאת, בואינג הותירו את תא הטייס ממוקם ב"גיבנת" מעל הגוף, מתוך הנחה שבדרך זו ניתן יהיה להסב את ה-747 למטוס מטען בקלות על ידי הוספת אף נפתח כלפי מעלה שישמש כדלת להעמסת ופריקת מטען. הנחה זו הייתה ברוח התקופה: באמצע שנות ה-60 מרבית מתכנני המטוסים העריכו שמטוסי נוסעים תת-קוליים יצאו מן השירות בתוך שנים ספורות, יוסבו למטוסי מטען ויוחלפו על ידי מטוסי נוסעים על-קוליים, כדוגמת הקונקורד שהיה אז בפיתוח. עליית מחירי הנפט בשנות ה-70 שינתה את המגמה, והפכה את הפעלתם של מטוסי הנוסעים התת-קוליים לכלכלית יותר מזו של העל-קוליים. בנוסף, מספר הנוסעים הגדול שיכול היה לשאת ה-747, הרבה יותר מכל מטוס שנמצא אז בשירות, הפכו אותו למועדף על לקוחות שונים מספר שנים לאחר טיסתו הראשונה.

הדרישה למטוס נוסעים בעל קיבולת גדולה בהרבה מן הקיים הועלתה באמצע שנות ה-60, בזמן שהשימוש במטוסי נוסעים לטווח ארוך כגון הבואינג 707 וה-DC-8 של דגלס הלך והורחב על ידי חברות תעופה רבות. "פאן אמריקן", אחת מן הלקוחות הגדולים של בואינג, דרשה לפתח מטוס כפול בגודלו מן ה-707 וכך להוזיל את עלויות הטיסה לנוסע. כיוון שאפשרות הסיפון העילי נפסלה מסיבות בטיחות, החליט סאטר לתכנן לראשונה מטוס נוסעים "רחב גוף", כלומר בעל שני מעברים בתא הנוסעים, המפרידים בין שלוש קבוצות של שורות מושבים, כולל קבוצה אמצעית של ארבע שורות. גישה זו הייתה בתחילה למורת רוחה של פאן אמריקן, שכבר הזמינה מספר עשרות מטוסי 747, אולם לאחר שנבנה אב הטיפוס הראשון הסכימו מנהליה לתצורה החדשה.

חידושי הטכנולוגיה

כדי להעניק למטוס הגדול והכבד מהרגיל דחף מספיק לצורך המראה, נסיקה ומהירות שיוט בתחום התת קולי הגבוה (בערך 85% ממהירות הקול, או 0.85 מאך) נבחר מנוע סילון חדש מתוצרת "פראט אנד ויטני" מדגם JT9D, מסוג טורבו מניפה בעל יחס עקיפה גבוה. הכוונה בכך היא שבחזית המנוע הותקנה מניפה סובבת, הדומה במקצת למדחף בעל להבים רבים וצפופים (בימינו מרבית מטוסי הנוסעים הסילוניים מצויידים במנועים מסוג זה, וניתן לראות את המניפה כשמביטים אל חלקו הקדמי של המנוע), ואשר מזרימה את מרבית האוויר שהיא הודפת מסביב לבית המנוע, שהוא החלק בו פועלים המדחס והטורבינה ומתבצעת שריפת הדלק. יחס העקיפה נמדד בין ספיקת האוויר העוקף את גוף המנוע לזה המוזרם דרכו והמשמש לשריפת הדלק והנעת הטורבינה; מנועים מסוג זה, המיועדים לפעולה בתחום התת קולי הגבוה הנ"ל מייצרים דחף גבוה יחסית במהירויות נמוכות ובכך מאפשרים להמריא ממסלולים קצרים על ידי מתן תאוצה גדולה למטוס. בנוסף, מנועים אלו חסכוניים יותר ממנועים ללא מניפה בעלי דחף דומה.

אחת הדרישות המחייבות שעמדה בפני המתכננים היה הצורך להתאים המטוס לשדות תעופה קיימים, אחרת השימוש במטוס יוגבל לאלו שהם בעלי מסלולים ארוכים במיוחד. לשם כך צריך המטוס להגיע לעילוי הנדרש להמראה תוך כדי ריצה על מסלול קיים, וגם לנחות בבטחה כשהוא מאט את מהירותו לקראת הנגיעה במסלול, למהירות שממנה יספיק להאט למהירות הסעה (זו שבה הוא ממשיך לנסוע לעבר אזור החניה) לאחר הנחיתה על המסלול. לכן נדרש היה להגדיל את כוח העילוי של כנפי ה-747 במהירויות נמוכות יחסית. לשם כך הוסיפו המתכננים מדפים לכל אורכה של שפת ההתקפה (השפה הקדמית של הכנף). כאשר מדפים אלו נעים קדימה, הם מתכופפים מעט כלפי מטה; דבר זה משנה את תצורת הכנף לקמורה יותר ומגדיל את שטחה, כך שכוח העילוי שיוצרת זרימת האוויר על פניה גדל. אפקט זה מתגבר יחד עם הגדלת זווית ההתקפה, הנמדדת בין הכנף לכיוון זרם האוויר. בשפת הזרימה של הכנף (השפה האחורית) הותקנו מדפים בעלי שלושה משטחים, המיועדים גם הם להגדיל את שטח הכנף ואת מידת העקמומיות שלה. האפקט המשולב של כלל המדפים כשהם פתוחים מגדיל את כוח העילוי ב-90% ביחס למצב בו הם סגורים.

סאטר ומהנדסי המטוס האחרים הוסיפו גיבויים רבים כדי להקטין השפעת תקלות ולהגדיל את רמת הבטיחות של המטוס. הם תכננו מערכת הידראולית (זו המפעילה בין היתר את משטחי ההיגוי) בעלת ארבע מערכות יתירות, שכל אחת מהן מסוגלת להפעיל לבדה את כל הנדרש, והוסיפו חיזוקים למבנה המטוס ולכני הנסע. ארבעת כני הנסע הראשיים (אלו הנמצאים באזור הכנפיים) הם בעלי ארבעה צמיגים כל אחד, ובמקרה של תקלה המטוס יכול לנחות רק על שני כני נסע ראשיים, כל עוד הם בצדדים מנוגדים של הגוף.

לצורך בחינה ראשונית של אמינות ובטיחות התכן הם ערכו ניתוח אמינות למטוס בשיטה חדשה יחסית לאותה תקופה, ניתוח עץ תקלות (Fault Tree Analysis). בשיטה זו מגדירים את התקלות האפשריות בכל תת מערכת, את רמת הסיכון הנובעת מהן למערכת כולה, את הגורמים לכל תקלה ואת ההסתברות להתרחשות כל גורם. כל הגורמים האפשריים לתקלה מסויימת מקושרים בדיאגרמה אל אותה תקלה תוך ציון קשרי התלות (לדוגמה, האם התרחשות של אחד מהם בלבד גורמת לתקלה, או שהתרחשות של שניהם במקביל תגרום לה), מה שיוצר את צורת העץ וכך מחשבים את ההסתברות לכל תקלה. שימוש בשיטה זו הפך לאחר מכן לדרישה בסיסית ומחייבת להוכחת אמינותן ובטיחותן של מערכות מוטסות.

משימות מיוחדות

טיסת הבכורה של ה-747 נערכה בתשעה בפברואר 1969, ובמשך השנים שלאחר מכן הוסיפה בואינג לשכלל אותו ופיתחה דגמים חדשים, חסכוניים יותר ובעלי טווח טיסה מוגדל, וכן מערכות ומנועים משוכללים יותר. גודלו של המטוס, אמינותו וטווח הטיסה הגדול שלו (כמו גם העובדה שיוצר על ידי חברה אמריקנית) היוו שיקול חשוב בבחירתו למשימות שונות ומגוונות בתחומים שונים.

שני מטוסי 747, מדגם המכונה VC-25, נרכשו על ידי חיל האוויר האמריקני לצורך הטסת נשיאי ארה"ב. הם מוכרים יותר בשם "אייר פורס 1", שזהו למעשה אות הקריאה, או הכינוי ברשתות התקשורת האוויריות, הניתן לכל כלי טיס של חיל האוויר של ארה"ב בו שוהה הנשיא. הסיפון הראשי הוסב כך שיכיל משרדים וחדר שינה ומגורים עבור הנשיא, בית חולים נייד, חדרי דיונים ועוד. כל מערכות האלקטרוניקה במטוס נעטפו בסיכוך מגן כדי לשרוד פעימה אלקטרומגנטית העלולה להווצר בזמן פיצוץ גרעיני, וכן הותקנו מערכות לוחמה אלקטרונית לשיבוש פעולת מכ"ם אויב וטילי נ"מ.

בשנות ה-70 המאוחרות נבנו מעבורות החלל הראשונות על ידי סוכנות החלל האמריקנית NASA. המעבורות היו מתוכננות לשיגור מקייפ קנוורל שבפלורידה, אך היו צפויות לנחות במספר שדות תעופה, חלקם רחוקים (כמו בסיס חיל האוויר אדוארדס בקליפורניה). כדי להחזיר את המעבורת לקייפ קנוורל לאחר נחיתתה ולשנע אותה בין אתרים מרוחקים, הוחלט להטיסה על גבו של מטוס גדול מפני שמימדיה לא אפשרו להובילה בכבישים או ברכבת, וגם הובלה ימית נחשבה למורכבת מדי. NASA בחרה למשימה שני מטוסי 747, והעדיפה אותם על פני מטוסי גלקסי C-5 של לוקהיד כיוון שמיקום הכנפיים הנמוך יותר של ה-747 הקל על העמסת המעבורת ופריקתה ממנו. בנוסף, מטוסי הגלקסי היו בבעלות חיל האוויר ולא בהכרח היו זמינים לפי צרכי NASA. בשני המטוסים שנבחרו נעשו חיזוקים משמעותיים בגוף, ונוספו להם שני מייצבי כיוון, אחד בקצה כל הגה גובה, כדי לשמור על יציבות בזמן הטיסה עם המעבורת. בנוסף, מהירותם, טווחם וגובה הטיסה עם המעבורת הוגבלו לשם הפחתת המאמצים הנוצרים מן הכוחות הפועלים על המטוס ובשל צריכת הדלק המוגברת.

בתחילת העשור הקודם נערכו בארה"ב מספר ניסויים בתותח לייזר נישא על גבי מטוס 747-200 שכונה YAL-1. מערכת הלייזר הותקנה באף המטוס, במטרה לבחון את יכולתה ליירט טילים בליסטיים טקטיים ובשלב מאוחר יותר טילי שיוט, מטוסים ולווינים במסלול נמוך. למרות מספר ניסויים מוצלחים, הפרויקט בוטל בסופו של דבר בשל חוסר בשלות של טכנולוגית הלייזר, שלא יכול היה ליצור קרן בעלת אנרגיה מספיקה להשמדת טילים בטווחים הנדרשים.
בנוסף למטוסי ה-747 הנ"ל, הוסבו עוד מטוסים לשימושים מיוחדים, כמו מצפה הכוכבים המעופף SOFIA עליו כתבנו לאחרונה (16), ומטוס הכיבוי המפורסם "סופר טנקר" שהשתתף בין היתר בכיבוי השריפה הגדולה בכרמל ב-2010.

לקראת סיום תקופה

בשנה האחרונה שבה, דרך אגב, מלאו מאה שנים ליסודה של חברת בואינג, מסתמן ככל הנראה שסיום ייצורו של ה-747 מתקרב: מספר ההזמנות עבורו הולך וקטן, והמשך הפעלת מערך הייצור הגדול עבורו נעשה בלתי כדאי, עד כדי כך שבואינג שוקלת ברצינות את סגירתו, וזאת בשל העדפתן של חברות התעופה השונות לרכוש מטוסים מתקדמים וחסכוניים יותר, כמו דגמי ה-777 החדשים וה-787 של בואינג, וה-A-350 של איירבאס המתחרה. מטוסי ה-747 שעדיין טסים ילכו ויתמעטו עם הזמן, אך גם לאחר ש"מלכת השמיים" תנחת בפעם האחרונה, היא תיזכר בתור מטוס ששינה את פני התעופה האזרחית ונשא מגוון תפקידים מיוחדים.