השם "כיפת ברזל" מוכר בכל בית בישראל. זוהי מערכת הגנה המאתרת ומיירטת איומים אוויריים: רקטות קצרות טווח, פצצות מרגמה ואף כלי טיס בלתי מאוישים. איך היא עובדת ומה הופך אותה ל"מערכת"? נשתמש בה כדי לתאר את עבודתם של מהנדסי מערכות.

נחזור כמה שנים אחורה. אתם צריכים לעצור רקטות פשוטות כך שלא יפגעו במדינה שלכם. זהו אתגר לא פשוט מכיוון שמדובר בגופים קטנים יחסית הנעים במהירויות גבוהות בזמנים קצרים מאוד. לדוגמה, רקטת קסאם 1 היא באורך של 0.79 מטר ובקוטר של 0.06 מטר [1].

איך אפשר להתמודד עם האתגר? זו בדיוק השאלה שעמדה בפני אנשי החברות הביטחוניות הישראליות (רפאל, התעשייה האווירית ואלתא). הפתרון שהם בחרו מוכר לנו בתור "כיפת ברזל", מערכת חדשנית וייחודית בעולם עם סיכויי יירוט גבוהים במיוחד. היא מורכבת ממספר רכיבים שונים: מערכת אלקטרונית לגילוי מיקום (קרון מכ"ם - מגלה כיוון מרחק), מערכת שליטה ובקרה (קרון שו"ב), קרון תקשורת, משגר היורה את הטילים המיירטים ("פלטפורמת שיגור") וגנרטור (קרון אנרגיה). המערכת ניידת לחלוטין על גבי משאיות מנוף כך שניתן לפרוס אותה ברחבי הארץ בהתאם לצרכים ולאילוצים. כתבנו בעבר על הניסויים הדינמיים שנערכו כדי לבדוק את מעטפת הביצועים והבטיחות של כלי הרכב והמערכת [2].

תכנון "כיפת ברזל" הוא דוגמה מצוינת לתחום שנקרא הנדסת מערכות. זהו ענף בהנדסה העוסק בניתוח דרישות ובהגדרת מענה טכני לצרכים וליעדים, תוך שימוש בגישה רב-תחומית והתייחסות למרכיבי המערכת השונים, ליכולותיהם ולמגבלותיהם. אם נבחן את הטיל המיירט למשל: ראש ביות טוב יותר ישפר את ביצועיו, אבל הוא יהיה כבד ויקר יותר. מנוע גדול יותר יגדיל את טווח היירוט, אבל אז נקבל טיל גדול יותר, דבר שיקטין את כמות הטילים המיירטים על פלטפורמת השיגור. יתרה מכך, במקרה של מערכת מורכבת, כזו הכוללת תת-מערכות, נדרש מעין "מנצח תזמורת" שאחראי לכל השלבים, החל משלב האפיון דרך תהליכי התכנון והמימוש, ועד להעמדת מערכת שעובדת בתיאום וסנכרון בין כל חלקיה. תכנון ופיתוח מערכת "כיפת ברזל" נמשך פרק זמן קצר במיוחד של שנתיים וחצי בלבד. אחד הגורמים שאפשר זאת היה התבססות על טכנולוגיה מפרויקטים קיימים והתאמתה לדרישות ולאילוצי המערכת. לדוגמה, המכ״ם שבשימוש ״כיפת ברזל״ הוא מכ״ם ר״ז (רב זרועי), מכ"ם לאיתור ירי תלול מסלול שתהליך הפיתוח שלו החל קודם לכן (בשנת 2002).

הדרך לפתרון מתחילה בתיאור הבעיה. רקטה היא גוף גלילי המכיל דלק (חומר הודף), נחיר פליטה בחלקו האחורי וראש נפץ או לפעמים מרעום (מנגנון הפעלת ראש הנפץ) בחלק הקדמי. הבערת הדלק גורמת לשיגור של הרקטה בזווית כלשהי יחסית לקרקע. בהתחלה היא מאיצה כי הגזים המשתחררים בתהליך הבעירה מעלים מאוד את הלחץ בתוך המכל המוצק, נפלטים במהירות אחורה ודוחפים את הרקטה קדימה. אם נזניח את החיכוך עם האוויר ומכיוון שתאוצת הכבידה קבועה, נקבל לאחר סיום שלב הבעירה מסלול בליסטי בקירוב. כלומר, בפשטות, ניתן לתאר את תנועת הרקטה על ידי משוואה ריבועית המחולקת לשניים: כאשר הדלק בוער ולאחר שהוא מפסיק לבעור. לאחר סיום שלב הבעירה, אפשר להניח שבציר האנכי פועלת תאוצת הכובד, ובציר האופקי נעה הרקטה במהירות קבועה בקירוב. זה מכונה תנועה בליסטית [3]. אגב, צורת התנועה של פצצות מרגמה קרובה יותר לפרבולה מזו של רקטה (זריקה משופעת).

היירוט מתאפשר על ידי איתור הרקטה, חישוב מסלולה המשוער ושיגור טיל מיירט. איתור הרקטה ומסלולה מתבצע בעזרת מכ"ם. עקרון הפעולה שלו הוא שידור קרינה אלקטרומגנטית שפוגעת ברקטה ומוחזרת לגלאי שבמכ"ם. מכיוון שאנו יודעים את מהירות האור, אפשר לחשב את המרחק עד לרקטה על פי הפרש הזמנים בין השידור לקליטה של הקרן. מכיוון שגם זווית השידור ידועה, ניתן לשערך את המיקום של הרקטה. כשעושים זאת שוב ושוב, מקבלים את מיקום הרקטה כפונקציה של הזמן. אבל אנחנו מעוניינים לדעת את המסלול העתידי כדי להבין היכן תתפוצץ הרקטה וכדי ליירט אותה. לכן, בהינתן המסלול שהרקטה עברה, השלב הבא הוא שימוש בשלל אלגוריתמים להערכת המסלול העתידי שהיא תעשה. תהליך זה מתרחש בקרון השו''ב ובמכ''ם במקביל.

מדוע המסלול מוערך רק בקירוב? כי המציאות דואגת שיהיה הרבה יותר ״מעניין״. האוויר סביב הרקטה מאט את תנועת הרקטה. נוסף על כך, הרקטה אינה בדיוק מסה נקודתית ולכן בחיים האמיתיים התנועה שלה משתנה וקשה לחיזוי. לכן על המערכת לעמוד בשלוש משימות: לזהות במהירות היכן עומדת הרקטה לפגוע, להחליט אם ליירט, וכן להחליט לאיזו נקודה לאורך מסלולה יש לשגר טיל שיירט אותה. כאן נכנס לתמונה קרון השו"ב, עם מחשבים מתקדמים שמבצעים חישובים והערכות של מסלול הרקטה. כל זה מבוצע בזמן קצר ביותר בשל הטווחים הקצרים של הרקטות. על מנת לחסוך בטילי יירוט, אם החישוב מראה שהרקטה צפויה לפגוע בשטח פתוח, לא משוגר מיירט. אחרת, המערכת מחשבת את המיקום המיטבי לביצוע היירוט באוויר. טיל מסוג "טמיר" (במקור ראשי תיבות של טיל מיירט) משוגר ובעל יכולת לתקן את מסלולו תוך כדי תנועה. כיצד? הטיל מצויד במנוע רקטי המקנה לו מהירות גבוהה, בראש ביות מכ"מי ובמספר ״כנפוני היגוי״ (או ״משטחי ניהוג״) המקנים לו כושר תמרון גבוה. כנפוני היגוי הם כנפיים קטנות הממוקמות על גבי הטיל, ותנועה שלהן גורמת לשינוי כיוון התנועה של הטיל, בדומה לכנפוני היגוי של מטוסים. העיקרון הזה מזכיר טילים שמטוסי קרב נושאים (טילי אוויר-אוויר), וכתבנו עליהם פוסט [4]. במהלך תעופת הטיל הוא ממשיך לקבל נתונים מקרון השו״ב, ובשילוב עם הנתונים מראש הביות הטיל מזיז את הכנפונים ומתמרן בהתאם. כך הטיל המיירט נע לכיוון הרקטה, וכשהוא מתקרב אליה מספיק הוא מתפוצץ בקרבתה. ההדף והרסיסים של הטיל המיירט פוגעים בראש הקרב של הרקטה ומפוצצים אותה באוויר, וכך הוא מיירט אותה בבטחה.

על-פי נתוני חיל האוויר, מאז הפעלתה הראשונה באפריל 2011, יירטה כיפת ברזל אלפי רקטות בלמעלה מ-90% אחוזי הצלחה (ואף עד 97% בחלק מהמבצעים), ובכך הצילה חיים ומנעה נזק רב לרכוש [5]. המערכת מהווה חלק משכבות ההגנה של ישראל מפני טילים, לצד מערכות יירוט נוספות. "כיפת ברזל" מיועדת נגד רקטות קצרות טווח, מערכת ״קלע דוד״ (נקראה בעבר ״שרביט קסמים״) נגד טילים בטווח בינוני, ומערכות "חץ 2״ ו"חץ 3" ליירוט טילים בליסטיים לטווח ארוך.

נקווה לימים שקטים יותר.

עריכה: שיר רוזנבלום-מן