הטיל שאוכל את עצמו
חוקרים מאוקראינה ובריטניה פיתחו דרך משופרת לבניית טילים, שעשויה לייעל אותם באופן משמעותי
אחת הבעיות הגדולות של טילים בימינו, ובמיוחד טילים גדולים שמיועדים לשיגור לוויינים וחלליות, היא הבזבוז. רוב מסת הטיל מורכבת מדלק, שנועד להניע את המשקל של עצמו ודורש מכלי אחסון גדולים. טכנולוגיה חדשנית מציעה פתרון חלקי לבעיה - טילים חסכוניים יותר, שאוכלים את עצמם, ללא צורך במכלים.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון :
מלח, חול וצדפים: המדע של חוף הים
הכול על מדע באפליקציה של מכון דוידסון - להורדה באייפון ובאנדרואיד
טילים משמשים לצרכים צבאיים, אך גם לשיגור לוויינים וחלליות. עקרונות הפעולה הבסיסיים של טילים מודרניים ידועים כבר שנים רבות, ולא השתנו משמעותית. את העיקרון הבסיסי שלפיו הם פועלים מתארת נוסחת ציאולקובסקי, שאומרת כי כדי שטיל יאיץ, עליו להקטין את מסתו על ידי פליטת גזים כמה שיותר מהירה מחלקו האחורי.
את המטרה הזאת משיגים בדרך כלל על ידי תגובה של דלק עם חומר מחמצן, היוצרת גזים לוהטים הנפלטים מזנב הטיל במהירות רבה. אחת הבעיות המרכזיות של טילים היא שהם צריכים לשאת בתוכם את הדלת שמניע אותם, דבר שמעלה את משקלם ומחייב לפצות על כך בדלק נוסף, שמגדיל אף הוא את המסה ומחייב פיצוי נוסף. כך קורה שרוב משקלם של טילים הוא הדלק שהם נושאים.
כדי להתגבר חלקית על הבעיה הזאת פותחה גישת הטיל הרב-שלבי: במקום מנוע אחד גדול ומכל דלק גדול, הוא מורכב מכמה מנועים, שנקראים "שלבים", ומכל דלק מתאים לכל מנוע. לאחר שכל הדלק של השלב הראשון נוצל, הוא מתנתק מהטיל וניצת השלב השני, שיהיה בדרך כלל קטן יותר, וכן הלאה. כך הטיל יכול לאבד מסה במהלך מסלולו ולכן הוא יכול לשאת פחות משקל עודף לעומת טיל עם מנוע אחד.
בכל זאת, גם כך עדיין יש מסה עודפת רבה שמגדילה את צריכת הדלק של הטיל ופוגמת ביעילותו. בשל כך, כשמשגרים לוויין לחלל, מסתו אינה עולה בדרך כלל על חמישה אחוזים ממסת הטיל הכוללת. טילי סטורן-5 הענקיים, שנשאו את חלליות אפולו בטיסות לירח, הביאו למסלול סביב כדור הארץ מטען של כ-140 טון, ולשם כך היה צורך בטיל רב-שלבי שמשקלו קרוב ל-3,000 טון. כמעט כל המשקל הזה היה דלק.
גליל בתוך גליל
חוקרים בריטים ואוקראיניים פיתחו כעת תפיסה חדשה של שיגור טילים: בשיטה שהם מציעים, הטיל אינו מורכב ממכל מוצק שמחזיק בתוכו את הדלק ומושלך לאחר מכן, אלא המכל עצמו הוא הדלק. בתכנון הזה הדלק המוצק יצוק בצורת גליל חלול, שבתחתיתו נמצא המנוע, והוא חזק מספיק כדי להיות גם החלק החיצוני של גוף הטיל. המחמצן הוא תערובת אבקות הממלאת את החלל בתוך הגליל.
ככל שהבעירה מתקדמת, המנוע "אוכל" את הגליל ועולה לאורכו, ובתוכו מתאדים בחימום גם הדלק וגם המחמצן. האדים מוזרמים בנפרד לתא בעירה, שבו הם מגיבים, פולטים גזים חמים בכיוון המתאים ויוצרים דחף. כך יש בטיל פחות משקל לא מנוצל והוא צורך פחות דלק. עם זאת, יש לציין כי לא את כל חלקי הטיל אפשר לייצר מדלק מוצק, ונותרים חלקים לא מתכלים בטיל נוסף על המטען שלו.
הגישה הזאת עשויה לאפשר צמצום משמעותי בגודלם של טילים לשיגור לוויינים וחלליות ובכמות הדלק שהם נושאים לעומת טילי השיגור הנוכחיים. המדענים ביצעו ניסוי נייח במנוע כזה על הקרקע, אך עדיין לא שיגרו בפועל טיל שמשתמש במנוע החדשני.
יתרון נוסף של המנוע הוא בכך שהוא משתמש בדלק מוצק, ששוקל פחות מדלק נוזלי. בנוסף, קל יותר לאחסן אותו בטיל ולהשאירו מוכן לשימוש למשך פרקי זמן ארוכים, מכיוון שהוא אדיש יחסית מבחינה כימית. דלק נוזלי, לעומת זאת, מורכב בדרך כלל מנוזלים רעילים, שדורשים קירור, והם חומרים מְאַכְּלים או נפיצים.
בשל כך, טילים שנועדו לשימושים צבאיים, כמו הרקטות שמשוגרות לישראל מרצועת עזה או טילים בין-יבשתיים, משתמשים בדרך כלל בדלק מוצק. לעומת זאת, יצרני טילים שמשגרים לוויינים מעדיפים לרוב דלק נוזלי, כיוון שאפשר לשלוט בקלות בזרימתו למנוע וכך לווסת את עוצמת המנוע והדחף של הטיל. כדי לא לאבד את יכולת השליטה הגבוהה המאפיינת טיל המונע בדלק נוזלי, החוקרים שלטו בכמות הדלק המוצק שבמנוע החדש על ידי דחיפה מדורגת של הגליל העשוי מהמחמצן והדלק. כך הם הצליחו לטענתם לשמר במידה מסוימת את יתרונותיו של הדלק הנוזלי.
למרות היתרונות הפוטנציאליים הרבים של התכנון החדש, נראה שיהיה קשה ליישם אותו בטילים גדולים והתועלת הצפויה במקרה שלהם תהיה קטנה יותר. נראה שהשימוש העיקרי בתכנון הזה, אם הוא אכן ייצא לפועל, יהיה לשיגור לוויינים קטנים. אף שהתכנון נמצא עדיין בשלביו הראשונים, הרעיון הבסיסי מבטיח, ואולי אכן יצליח להתרומם.
אורי טייכמן, סטודנט לתואר שני במכון ויצמן למדע וכתב באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי
לפנייה לכתב/ת 
