אינטרנט  |  ynet  |  בעלי מקצוע  |  קניות  |  ספקים למשרד
|שלום אורח
התחבר
|הירשמו ל-ynet

   חדשות תוכן ועדכונים 24 שעות - Ynet


 מכ"ם גילוי.
מכ"ם גילוי. צילום: לע"מ
 
מכ"ם מזג אוויר.
מכ"ם מזג אוויר. צילום: Gettyimages Imagebank
 
 פורמט להדפסה  הדפס

ערכים קשורים
 רדיו, שידור וקליטה
 מכונית
 אפנון
 טלוויזיה, שידור וקליטה
 אלקטרון
 אסטרונומיה
 היינריך רודולף הרץ
  ג'יימס קלרק מקסוול
 גוליילמו מרקוני
 אטמוספירה
 קרינה תת-אדומה
 הקרב על בריטניה
 מלחמת העולם השנייה
 גלי מיקרו
 צוללת
 קרב פרל הרבור
 המלחמה הקרה
 טיל
 תוצא דופלר
 ירח
 לוויינים
 זוהר קוטבי
 אלקטרומגנטיות
 ניווט
 ספינה
 מטוס


תחומים קשורים
 מדידה
 פיסיקה


 
 
 

מכ"ם


Radar

מבנה המכ"ם ועקרונות פעולתו |  היסטוריה ופיתוחים |  רעשים וחמקנות

מכ"ם (ר"ת: "מגלה כיוון מרחק"; רדאר), מכשיר לאיתור וזיהוי עצמים באמצעות שיגורם של גלים אלקטרומגנטיים בתדר גבוה וקליטת ההד המוחזר מן העצם שאותו רוצים לזהות.

 

שימושי המכ"ם רבים ומגוונים, וכוללים בין היתר ניווט ספינות ומטוסים, פיקוח אווירי, מדידת מהירות, הנחיית מערכות נשק וחימוש, מיפוי טופוגרפי וסקרי שטח, מטאורולוגיה , תצפיות אסטרונומיות ומעקב אחרי נדידת ציפורים.

 


מבנה המכ"ם ועקרונות פעולתו

מערכת המכ"ם מורכבת משלוש יחידות עיקריות: משדר/מקלט, אנטנה ומערכת תצוגה (או משקף): המשדר משדר אותות רדיו או גלים אלקטרומגנטים בתדרים שונים, המקלט קולט את האותות המוחזרים בעזרת האנטנה, מעבד ומגביר אותם, ומערכת התצוגה מציגה את הנתונים על גבי צג או מזינה אותם למחשב.

 

המשדר שולח פעימות או דְפָקִים (Pulse; החלופה שהציעה האקדמיה העברית: מִתקָפים) בעזרת המגנטרון (magnetron) - שפופרת אלקטרונית להפקת גלים אלקטרומגנטים (בתחום גלי הרדיו) בעוצמה גבוהה. המשדר כבה בין פעימה לפעימה. ישנן מערכות שמשדרות שידור רצוף דוגמת מכ"ם של מערכות נשק, או מכ"ם למדידת מהירותם של כלי רכב.

 

גלים אלקטרומגנטיים נעים במהירות קבועה במרחב (במהירות האור – 300,000 קילומטר לשנייה לערך), ועל כן ניתן להיעזר בהחזר גלים אלו למדידת המרחק של עצמים. על מנת לקבל תמונת מכ"ם אמינה ישנה חשיבות לסנכרון מדויק בין שידור הגלים לבין קליטתם ולמדידה מדויקת של משך הזמן העובר שידור וקליטת הדפקים. לכן להתקן האפנון (מודולציה) הנמצא במשדר ובמקלט ואחראי על כיול הדפקים לאורכי גל מתאימים, תפקיד מרכזי בפעולת המכ"ם.

 

אנטנת המכ"ם מרכזת את האלומה ומשגרת אותה לכיוון המטרות ולאחר מכן אוספת את "ההדים" או את האותות האלקטרומגנטים המוחזרים. ההדים נקלטים באנטנה במרווחי הזמן בהם המשדר לא משדר. עוצמת האותות המוחזרים מהעצמים נמוכה בהרבה מאלו המשודרים ותפקיד המקלט הוא לעבדם ולהגבירם.

 

ישנן מספר תצורות של אנטנות מכ"ם והן נקבעות על פי סוג המכ"ם ושימושו. למשל, למכ"ם המיועד לחיפוש יש אנטנה הבנויה ממסבך מתכת בצורת משושה, ריבוע או עיגול. אנטנה זאת מסתובבת סביב צירה ומשדרת גלים על פני גזרה רחבה. ניתן לשלוט במספר הסיבובים ולכוונה במדויק למטרה. האנטנה סורקת במעגל של 360 מעלות במהירות 5 – 30 סל"ד בערך. חלק מהאנטנות מוגנות על ידי חופה קשיחה כהגנה מפני מזג האוויר או במטרה להפחית את "חתימת" המכ"ם (או מקדם ההחזרה).

 

מכ"ם בתוך כיפה מקורה בסוללה של טיל החץ (צילום: חיים זיו)

 

מערכת התצוגה מצוידת בשפופרת קרן קתודה (שק"ק) המבוססת על אוסצילוסקופ (משקף תנודות). פעולת השפופרת דומה לפעולתה בטלוויזיה: היא משגרת אלקטרונים אל צג המצופה בחומר כימי. עם פגיעתם של האלקטרונים מופיעים על הצג כתמים זוהרים (בצבעי כתום או ירוק בדרך כלל) המציינים את האותות המוחזרים.

 

אלומת השק"ק נעה בסנכרון עם תנועתה של האנטנה. כאשר מגלה המכ"ם מטרה מופיע מעין כתם זוהר או "בליפ" – מיקומו על הצג מציין את מרחק המטרה ואת הכיוון אליה (על הצג ישנן שנתות דיגיטליות המציינות זוויות ומרחקים). גם לאחר שעברה אלומת השק"ק את המטרות הן ממשיכות לזהור, והן זוהרות ביתר שאת כאשר היא חולפת שוב מעליהן.

 

כושר ההפרדה של המכ"ם הוא המרחק המצומצם בין שתי מטרות שמהם מתקבלים הדים נפרדים, והוא תלוי במימדי אלומת השידור, בגודלה של האנטנה המחזירה ובאורך הגל. לתצפיות אסטרונומיות למשל, שלהן דרושה עוצמת שידור גבוהה, מגדילים את אורך הגל (מטרים עד עשרות מטרים) על חשבון כושר ההפרדה – שהוא פחות חשוב במקרה זה, ואילו למטרות קטנות יותר בטווחים קצרים דרוש אורך גל קצר יותר (מילימטרים בודדים ופחות מכך) כדי להגיע להפרדה גדולה ולדיוק גדול. תדירות של 15,000 מגה-הרץ (דהיינו 15 מיליארד מחזורים בשניה) למשל שווה לאורך גל של כמעט 2 ס"מ.

 

על מערכות מכ"ם מודרניות שולט מחשב שבכוחו לעקוב על מספר מטרות בבת אחת, להציגן בסימנים שונים על מנת להקל את זיהוין ועל תמונת המכ"ם, וכן לבטל מטרות לא רלוונטיות.

 

 

יחידת בקרה אווירית בהר מירון (צילום: אפי שריר)

 


היסטוריה ופיתוחים

שורשי המכ"ם נעוצים בניסויים בגלים אלקטרומגנטיים שביצע הפיסיקאי הגרמני היינריך הרץ ב-1888. הניסויים אימתו את התיאוריה של הפיסיקאי הסקוטי ג'יימס מקסוול כי גלים אלקטרומגנטים בתדרים מסוימים מוחזרים מעצמים בדומה לגלי אור.

 

ב-1904 פיתח הגרמני כריסטיאן הילסמייר (Christian Hülsmeyer) מתקן רדיו שהיה מסוגל לאתר ספינות ממרחק של כ-3,000 מ'. המתקן שכונה טלמובילסקופ (telemobiloscope) נבנה לסייע במניעת התנגשויות בין ספינות, אולם הצי הגרמני וציים נוספים בספנות העולמית לא מצאו בו עניין למרות שניסויים בו הוכתרו בהצלחה.

 

רק בשנות ה-20 וה-30 של המאה ה-20 נרשמה התעניינות מחודשת בפיתוח מכ"ם, והיא התרחשה במקביל באנגליה, בארה"ב, בגרמניה, בברה"מ ובצרפת.

 

ב-1922 הציג הממציא האיטלקי גוליליימו מרקוני תוכניות לפיתוח מכ"ם אך הן לא יצאו לפועל, ובמקביל ערך חיל הים האמריקני מספר ניסויים פוריים בגלי רדיו שלא זכו להתעניינות. ב-1924 אימת הפיסיקאי האנגלי אדוארד אפלטון (Edward Appleton) את קיומה של היונוספירה ואת היקפה בעזרת שימוש בגלי רדיו – ניסוי שתרם בסופו של דבר לפיתוחו של המכ"ם ולתקשורת רדיו. ב-1925 ביצעו החוקרים גרגורי ברייט (Gregory Breit) ומרל טיוב (Merle Tuve) ניסויים דומים שתרמו אף הם להתפתחות המכ"ם.

 

ב-1930 פיתחו לראשונה מדענים אמריקאים מערכת מכ"ם המסוגלת לאתר מפציצי אויב שהיוו באותה תקופה איום חדש לאוכלוסייה אזרחית. ב-1935 בנו האנגלים בראשות רוברט וטסון-וט (Robert Watson-Watt) שנחשב בעיני רבים ל"אבי המכ"ם", מערכת לאיתור מוקדם של מטוסים. מערכת זאת סיפקה נתונים לגבי מרחק המטוס, גובהו וכיוונו והיתה מבצעית כבר ב-1938. באותה תקופה נעשו ניסיונות לאתר מטוסים על ידי רעשים אקוסטיים ושימוש במערכות לגילוי קרינה תת-אדומה אך כולם נכשלו. הממשלה הבריטית אף ביקשה מווטסון-וט לפתח מעין קרן קטלנית מגלי רדיו שתשמיד מטוסים במעופם.

 

למרות שפעלה בגלים ארוכים למדי היעילים פחות לגילוי מטוסים, היתה מערכת המכ"ם הבריטית מהגורמים העיקריים שסייעו לטייסים הבריטים להביס את הלופטוופה, חיל האוויר הגרמני, במהלך הקרב על בריטניה בתחילת מלחמת העולם השנייה. ב-1940 נחשף המכ"ם באמצעי התקשורת וכונה תחילה "רדיולוקציה". שנה לאחר מכן קיבל המכשיר את שמו (באנגלית: radar = radio detecting and ranging)

 

התקדמות חשובה בפיתוח המכ"ם נרשמה עם המצאת שפופרת המגנטרון על ידי הבריטים ב-1939. מתקן רב עוצמה זה שידר דפקים אלקטרומגנטים בהספקים גדולים ואפשר בהמשך פיתוח מכ"ם המשדר גלי מיקרו – עד אז כשלו הניסיונות לשדר אותות חזקים בתדר גבוה (מעל ל-1,000 מגה-הרץ). גלים אלו הם חלק מן הספקטרום האלקטרומגנטי, בין גלי הרדיו לבין הקרינה התת-אדומה. למעשה, מקובל לראות את גלי המיקרו כפס בתחום הרחב של גלי רדיו: אורך גלי המיקרו 1 - 300 מ"מ. הירידה באורכי הגל אפשרה להקטין את מימדי האנטנה ולהרכיב מערכות מכ"ם גם על מטוסים וספינות קטנות.

 

צג של מכ"ם ימי, 1947 (צילום: Gettyimages Imagebank)

 

מערכות מכ"ם מוקטנות הורכבו על גבי מטוסים אמריקאים ב-1942, והיו מסוגלות לאתר ספינות וגם צוללות שעלו על פני המים. מערכות אלו תרמו תרומה חשובה להבסת ציי הגרמנים והיפנים שהסבו אבדות עצומות לספינות בעלות הברית בחלקה הראשון של מלחמת העולם השנייה. במהלך המלחמה פותחו עשרות סוגים של מערכות מכ"ם, ביניהן מערכות לטיווח נ"מ וגם פצצות דואות מונחות מכ"ם.

 

למרות יעילותו המוכחת, לא ידעו תמיד מפקדי הצבאות השונים, במיוחד בתחילת המלחמה, לעבד ולפרש את המידע שהתקבל מהמכ"ם, ובכמה מקרים אף התייחסו אליו בביטול. הדוגמה הבולטת לכך התרחשה כשעה לפני תקיפת בסיס הצי האמריקני בפרל הרבור על ידי מטוסים יפנים בדצמבר 1941: מכ"ם אמריקני זיהה את הכוח התוקף כאשר היה במרחק של 200 ק"מ מהנמל, אולם במפקדה בפרל הרבור בחרו להתעלם מהמידע.

 

גרמניה הנאצית רשמה הצלחות לא מעטות בפיתוח מערכות מכ"ם במהלך שנות ה-30, אולם לאחר כיבוש מרבית מערב אירופה ב-1940 נזנח הפיתוח וחודש רק עם התגברות הפצצות בעלות הברית על גרמניה. למערכות המכ"ם הגרמניות ולחלק מהמערכות של מדינות בעלות הברית שפעלו בתדר גבוה מאוד (VHF), כלומר בעלי אורך גל גדול יחסית (80 ס"מ), היו מספר חסרונות בולטים: כושר הפרדה לקוי, דיוק נמוך, הפרעות אטמוספריות והחזרות מהקרקע.

 

לאחר המלחמה פחתה ההתעניינות במכ"ם והפיתוח התמקד בשכלול המערכות שפותחו במהלך המלחמה, אך עם תחילת המלחמה הקרה ופתיחת מרוץ החימוש הגרעיני (1949) החלו המדינות לפרוש מערכות מכ"ם לגילוי מפציצים ממרחקים גדולים. חלקן צוידו במגבר רב עוצמה, קליסטרון (klystron), והיו בעלות אנטנות גדולות (יותר מ-30 מ' גובהן וקוטרן).

 

האמריקאים פרשו מערכת לגילוי מפציצי אויב (Distant Early Warning; DEW), ולאחר מכן, עם פיתוח טילים בליסטיים נושאי ראשים גרעיניים, הותקנו גם מערכות לגילוי טילים אלו בארה"ב ובחלקים מאירופה.

 

פיתוח חשוב בשנות ה-50 היה "שפופרת הגלים המתקדמים" (TWT- traveling wave tube) ששימשה כמגבר בתחום המיקרוגל והובילה במהלך השנים להתפתחות מכ"ם קוהרנטי, כלומר מערכת המסוגלת בין היתר לפענח את הפרשי התדר בין הגלים המשודרים לבין הגלים המוחזרים ולנצל את תוצא דופלר. עקרונות דופלר היו ידועים עוד במאה ה-19, אך יישומן במערכות המכ"ם הראשונות לא צלח. מכ"ם זה אינו מגיב להדים בעלי תדרים זהים לאלו ששידר אלא רק לתדרים בתחומים אחרים שמקורם בהדים של מטרות נעות. כאשר הגל האלקטרומגנטי מוחזר ממטרה הנעה כלפי המכ"ם או ממנו משתנה תדירות הגל, ובעזרת שינויים אלו ניתן לחשב את מהירות המטרה ביחס למשדר.

 

כך, בעזרת תוצא דופלר, ניתן לאכן, להנחות ולשלוט בתעבורת כלי שיט ומטוסים וגם לחזות שינויים במזג האוויר על ידי מעקב אחר עננים - סוגים רבים של חומרים בולעים גלי מיקרו, חומרים אחרים מחזירים אותם, ואילו אחרים שקופים להם. לדוגמה, גלי מיקרו עוברים דרך עשן, אך נבלעים במים. בעננים, העשויים בעיקר טיפות מים, מקצת הגלים נבלעים, אחרים מתפזרים ואחרים מוחזרים. לכן הם יכולים לשמש למיפוי מערכות מטאורולוגיות, כעזר בחיזוי מזג האוויר.

 

שימוש נוסף הוא מדידת מהירותם של כלי רכב העוברים על המהירות המותרת. מכ"ם מעין זה או מד מהירות אלקטרוני, היה בשימוש משטרת ארה"ב כבר ב-1954.

 

צג מכ"ם של משטרת התנועה הארצית (צילום: יריב כץ)

 

בשנות ה-50 פותח גם מכ"ם המִפתח הסינטטי (Synthetic aperture) המותקן בין היתר על מטוסים. המכ"ם מנצל את תנועת המטוס לבניית מפתחי אנטנה גדולים יותר. כושר ההפרדה של מכ"ם זה גדול יותר ומאפשר מיפוי מדויק יותר של הקרקע, מסיבה זו חלק מטילי השיוט מנמיכי טוס מתבססים על מכ"ם זה.

 

באותה תקופה נפתח עידן אסטרונומית הרדיו רדיו (radar astronomy) כשאסטרונומים מארה"ב שלחו וקלטו אותות מכ"ם מהירח. מלבד תצפיות אסטרונומיות ניתן בעזרת מכ"ם לחשב את שיעור הסיבוב ואורך היממה של כוכבים וכוכבי לכת: גל אלקטרומגנטי הפוגע בעצם מתקרב או מתרחק הוא בעל אורך קטן יותר מן הגל המשודר או גדול ממנו. על כן גל אלקטרומגנטי המוחזר מצדו המתקרב של כוכב (הסובב סביב צירו) יהיה קטן יותר מאורך הגל המוחזר מצדו המתרחק – מהפרש שני הגלים ניתן לחשב את שיעור סיבוב הכוכב סביב עצמו ואת אורך היממה שלו.

 

בשנות ה-70 הורכבו מערכות מכ"ם על גבי לוויינים למיפוי טופוגרפי של כדור הארץ. בנוסף נעזרים מדענים במערכות דומות למיפוי כוכבי לכת.

 

לשימוש חילות האוויר פותחו מערכות לזיהוי עמית/טורף (IFF; Identification Friend or Foe): מערכת המכ"ם הקרקעית משדרת תדר בקוד מיוחד שנקלט על ידי מטוסים המשדרים בחזרה קוד מוסכם בעזרת משדר/משיב (טרנספונדר). מתקן זה מספק למערכת הקרקע נתונים שונים דוגמת גובה, מהירות ונתיב טיסה. לטרנספונדר היתה תרומה חשובה לפיקוח אווירי בעיתות מלחמה, אך עם העלייה הגדולה בנפח התעבורה האווירית האזרחית בשנות ה-60 הוסבו מערכות זע"ט רבות לשימוש אזרחי.

 

בטרנספונדר נעשה שימוש חשוב לאיכון מטוסים אזרחיים באופן אוטומטי, ובמטוסים רבים מותקן גם מכ"ם המתריע מפני מטוסים מתקרבים במטרה למנוע התנגשויות אוויריות.

 

למערכות מכ"ם בעלות אנטנה מכנית מספר מגבלות: מלבד תחזוקה שוטפת נפגעת יעילותן כאשר הן אמורות לאכן מספר רב של מטרות מהירות – גם האנטנות המכניות המהירות ביותר המשלימות סיבוב סריקה מלא בכחצי שניה (30 סל"ד) יתקשו לספק תמונת קרב בהירה בתרחיש של מטח טילים. על כן פיתחו אנטנה סטטית המבצעת, בעזרת אנטנות קטנות יותר, סריקה אלקטרונית של מספר אלומות בבת אחת. הסריקה מתבצעת למעשה על ידי שינוי מופע הגלים המשודרים מחלקי האנטנות השונות. בעזרת אנטנה סטטית יכול מכ"ם לנעול ולעקוב אחרי מספר רב של מטרות וביתר דיוק.

 

טווח הגילוי של מערכות מכ"ם רבות מוגבל לקו האופק (לכן ככל שהאנטנה ממוקמת גבוה יותר כך גדל טווח הגילוי של המכ"ם) ולא מאפשר איתור מטרות הנמצאות "מעבר לאופק". ישנן מערכות הפועלות בין היתר על עקרון החזרת הגלים האלקטרונים מגנטיים מהיונוספרה המסוגלות לאתר מטרות מטווחים של יותר מ-5,000 ק"מ ולאתר עצמים זעירים בקוטר של חצי מטר ממרחק של יותר מ-2,000 ק"מ. אחד מחסרונותיהן הוא היותן מושפעות מתנאים אטמוספריים.

 

הוריקן המופיע על צג מכ"ם אווירי (צילום: Gettyimages Imagebank)

 


רעשים וחמקנות

מערכות מכ"ם סובלות ממספר הפרעות או "רעשים" המשפיעים על תפקודן: שינויים בצפיפות האטמוספרה בגובה רב יוצרים עיוותים בתמונת המכ"ם ולעתים גם "קרעים" ללא קליטה על פני שטחים גדולים; הפרעות שמקורן בזוהר קוטבי המקשות על זיהוי עצמים מהירים וגורמות לעתים ולמטרות דמה; החזרות מעצמים קבועים בקרקע, גלי ים, שלג, ברד, גשם וציפורים; הפרעות שמקורן במערכות מכ"ם סמוכות או במכשירים אלקטרונים הפולטים קרינה בעוצמה גבוהה.

 

ישנם אמצעים ייעודיים שמטרתם להטעות ולשבש את פעולת המכ"ם, למשל מוץ המורכב מאלפי רסיסי מתכת הנורה מרקטות ומתפזר באוויר, מטרות דמה המפוזרות על הקרקע ולעתים באוויר ואמצעים אלקטרוניים המדמים מטרות או מעלים את כמות הרעש. כמו כן קיימים אמצעים אקטיביים לנטרול מערכות מכ"ם, ביניהם טיל המתביית על תדר המכ"ם ומשמידו ומכונה "ארם" (ARM ;anti-radiation missile).

 

מערכות מכ"ם מודרניות מסוגלות לסנן באופן אוטומטי את מרבית ההפרעות שהוזכרו לעיל.

 

במטרה לחמוק מזיהוי מכ"ם אויב פיתחה ארה"ב במהלך שנות ה-70 טכנולוגית המכונה "חמקנות". מטוסים, הראשון בהם היה ה-F-117 שטס לראשונה ב-1981, נבנו בתצורות גיאומטריות מיוחדות ומחומרים מרוכבים במטרה להוריד את "חתימת" המכ"ם שלהם.

 


יש לכם הערה לערך ?


חזרה לעמוד הקודם
חזרה לעמוד הראשי של האנציקלופדיה

חדשות
דעות
כלכלה
ספורט
צרכנות
תרבות ובידור
רכילות Pplus
מחשבים
בריאות
ירוק
יהדות
תיירות
רכב
אוכל
יחסים
סרטים
הוט
כלכליסט
משחקים
מקומי
לימודים
מדע
לאישה
דרושים
ynet-shops
ynettours
winwin
בעלי מקצוע
ביגדיל
 

אודות ועזרה
כתבו אלינו
עזרה
מדיניות פרטיות
תנאי שימוש
מפת האתר
ארכיון
מרכזי המבקרים
Israel News
 
אודות האתר
RSS
הפוך לדף הבית
ynet בסלולר
ניוזלטרים
פרסמו אצלנו
אנציקלופדיה
באבלס
ערוצי תוכן
חדשות
כלכלה
ספורט
תרבות
בריאות
מחשבים
נופש
Xnet
Yschool
יהדות
דעות
צרכנות
תיירות
אוכל
רכב
בעלי חיים
שופינג לאשה
כיכר השבת
יחסים
אסטרולוגיה
מעורבות
ירוק
לאשה
דילים
ynetArt
kick
כלכליסט
בלייזר
רכילות Pplus
מנטה
משחקים
mynet
מפות
פרוגי
כלים ושירותים
קניות
מניות
דרושים
מחירון רכב
דירות להשכרה
קופונים
זיכרונט
ידיעות בתי ספר
ידיעות אחרונות
דירות למכירה
לוח רכב
יד שניה
בעלי מקצוע
משחקים Games
עברית
דירות חדשות


YIT  - פיתוח אינטרנט ואפליקציותApplication delivery by radwarePowered by Akamaiהאתר פועל ברישיון אקו"םהאתר פועל ברישיון תל"יאקטיב טרייל
-nc  כל הזכויות שמורות לידיעות אינטרנט ©