איך מייצרים הודפים למנועי טילים בעזרת מערבל שוקולד…

נתחיל בהסבר קצר...

חומר הודף משמש כספק האנרגיה לכל מערכות הרקטות, הטילים והלוויינים ויכול להיות מוצק או נוזל. במערכות של רפא”ל הוא בדרך כלל מוצק ומורכב מהדלק ומהחומר המחמצן הדרוש לבעירת הדלק. חומרי הדלק העיקריים הם פולימרים מיוחדים (תרכובות סינתטיות), המשמשים גם לחיבור כל המרכיבים ויוצרים את מבנה החומר ההודף. כלומר, שילוב של מרכיבי הפולימרים עם דלקים נוספים ועם אבקות המחמצן המוצק נותן תערובת היוצרת את הדחף למנועים בעת הבעירה.
בתכנון רקטות וטילים חשוב למתכנן לקבל מהמנוע דחפים בעוצמות משתנות במהלך המעוף. לדוגמה, תכנון מערכת “כיפת ברזל” מחייב בעת השיגור דחף חזק מאוד, ובהמשך המעוף דחף משתנה בהתאם לשלבי היירוט. ככל שהמנוע יעיל יותר, ניתן להקצות יותר
נפח ומשקל למערכות ההנחיה והראש הקרבי, וככל שמפתחי ההודף והמנוע הרקטי שולטים יותר בטכנולוגיות התכנון והייצור, כך תגדלנה האפשרויות של מתכנן הטילים להתאים את ביצועיהם ביתר יעילות למטרותיהם.
מהסבר קצר זה נדלג כעת אחורנית, אל סוף שנות השישים וראשית שנות השבעים

חדשנות כנגד סטנדרטיזציה

הפיתוח של חומרי ההדף והמנועים הרקטיים בשנות השישים בוצע במעבדת חומרים ואומת במתקן חצי חרושתי (“פיילוט”) בשטח כימיה שברפא”ל, ואילו הייצור בוצע במפעל “גבעון” של התעשייה הצבאית (תעש). באותם ימים, כל ידע חדש שפותח ברפא”ל הועבר לייצור בתעשיות. בנושא ההודפים היינו נוסעים תכופות מרפא”ל לתעש/גבעון כדי לתאם העברת ידע על פיתוחים חדשים ולאשר את התאמת הייצור השוטף עבור מערכותינו.
הפיתוח ברפא”ל התאפיין בחדשנות מתמדת בחומרי הגלם ובשינויים בתהליכי הייצור, במטרה להשיג שיפור מתמיד בדחף ליחידת משקל ויתר שליטה בפרופיל הדחף. שכן ביצועי מנוע משופרים הם הכרחיים כדי להתאים לדרישות המחמירות והולכות מצד מתכנני מערכות הטילים. מאידך-גיסא, אופי הייצור בתעש הינו חיפוש סטנדרטיזציה ושימוש בחומרי גלם זמינים מסחרית וככל האפשר ללא שינויים. זאת כדי לאפשר ייצור הדיר וזול, תוך מינימום שינויים בחומרי הגלם ובתהליכים.

לא כל שיגעון חדשני שלנו הוא בר ייצור סדרתי

לקראת סוף שנות השישים מצאנו את עצמנו מפתחים הרכבים חדשניים של חומרי הדף, שלא ניתן היה עדיין לייצרם במתקני התעש. למרות העובדה שהידע הועבר לתעש, הובהר לנו על ידי מהנדסי הייצור שעלינו להגביל את תכנוני המערכות ליכולות הייצור של התעש ושלא כל שיגעון חדשני שלנו הוא בר ייצור סדרתי כרצוננו. הצורך להתמודד ברפא”ל עם בעיית ייצור המנועים וההודפים הגיע לידי הכרה עקב הצהרה מפורשת של תעש על אי נכונותה לייצר את מנועי הטיל החדש “פיתון -3” בחומרים חדשים שפיתחנו.

המתקן – ציון דרך במעבר רפא”ל מפיתוח בלבד לייצור 

סירוב זה של תעש הוא שהניע את מנכ”ל רפא”ל דאז, ד”ר זאב בונן, להחליט שאין מנוס מלהקים תשתית ייצור מינימלית ברפא”ל. בונן קרא לנו לתכנן מתקן ששמו, מתקן ה’, העיד על הזהירות שלא לקרוא לילד בשמו המלא. כדי שלא יזוהה כמפעל לייצור הודפים. שכן באותה תקופה הייתה למשרד הביטחון מדיניות שלפיה על רפא”ל לעסוק בפיתוח בלבד, ואילו הייצור הסדרתי הוטל על התעשייה הצבאית ועל התעשייה האווירית. החדשות הטובות היו שעדיין נמצאו במכון דוד הרבה שטחים פנויים, ולכן נתנו לנו שטח גדול יחסית הרחק מאזורי הפיתוח במכון של סוף שנות השישים.

תכנון המתקן – מהיכן מתחילים?

 מספר הנחות יסוד היו נר לרגלנו בעת התכנון של מתקן ה’:

1. חלק גדול מהפעילות היא מסוכנת ולכן  חילקנו את המתקן לאזור “קר”, פתוח לתנועה חופשית, ולאזור “חם” שבו נעשו פעולות מסוכנות המחייבות הפעלה ובקרה מרחוק, כולל מערכות טלוויזיה במעגל סגור; 

2. אמנם התקציב מוגבל מאוד, אבל אנו נתכנן מראש כך שהמרחקים והשליטה יאפשרו גידול עתידי, כולל ייצור עצמי של חלק מהחומרים החיוניים, אם לא נמצא מקורות אספקה אמינים; 

3. המתקנים יותאמו לטכנולוגיות הייצור הנוכחיות, אבל יתוכננו עם מרב האופציות לשדרוג הציוד והטכנולוגיות ללא השקעות בבינוי.
בשלב ראשון קיבלנו את האישור לעשות “פרוגרמה” שבה ישבנו עם מתכננים אזרחיים, אבל שחקן המפתח היה מהנדס הבטיחות של רפא”ל שקבע לנו תקני בטיחות גבוהים, אשר קבעו במידה רבה את עלויות הבנייה. על-אף שנלחמנו עמו על הורדת העלויות, התעקשותו על תקנים בטיחותיים גבוהים מאפשרת שימוש במתקן גם היום, ארבעים שנה לאחר הקמתו!

בלית ברירה נעזרים במערבל שוקולד… 

עקב מגבלות התקציב נדרשנו בשלב ההקמה הראשוני לרכוש ציוד זול. הציוד היקר ביותר והרגיש ביותר מבחינה בטיחותית של מתקנים מסוג זה הוא מערבל תרכובות ההודפים. המערבל נדרש לערבב תרכובות צמיגות מאוד, שבקושי זורמות ומחייבות מרווחים קטנים בין הסכינים לבין מכל המערבל ומערכות הנעה מיוחדות (פלנטריות), שבהן לא רק להבי המערבל מסתובבים, אלא גם כל המערכת המחזיקה את הלהבים מסתובבת. המרווחים הקטנים חיוניים להשגת ערבוב תקין, אך פגיעה בדופנות הכלי עלולה לגרום לבעירה ולניפוץ של הציוד. מערכת ייעודית למטרה זו, מתוצרת , הייתה אז Baker Perkins החברה היוקרתית יקרה מדי עבורנו. בלית ברירה אפַיינו מערכת חלופית שמשיגה את הביצועים ושכנענו מפעל לייצור מערבלי מזון תעשייתיים להתאים מערבל לייצור שוקולד לצרכינו (ראה איור 1 ) העלות ירדה לרבע מהמערכת הייעודית, והביצועים הנדרשים הושגו. לימים, כאשר רווח תקציב ההשקעות, התווספו למתקן מספר מערבלים יוקרתיים (כדוגמת זה המוצג באיור 2).
מערכת הבקרה מרחוק, מתוצרת חברת Foxborough  , הייתה אף היא יקרה מדי. שכנענו חברת בקרה חדשה לייצר עבורנו ציוד בקרה ברבע ממחיר הציוד היוקרתי. למדנו שחוסר תקציב מחדד לעיתים את השכל ואת היכולו.

חשיבותה של איכות… 
לאור מגבלות התקציב חילקנו את הבינוי לשלבים. בשלב הראשון בנינו את המבנים הקריטיים בשטח החם והסבנו את אחד המבנים כמבנה פיקוד זמני עם אפשרות הפעלה מרחוק. את פעולות ההכנה ה”קרות”, המכינות את החומרים האינרטיים הלא מסוכנים, עשינו במבנה החצי חרושתי הישן. זו הייתה תקופה של חלוציות והתלהבות, כי כולנו נדרשנו למאמצים רבים של נסיעות פנימיות ואלתורים תוך עמידה בהתחייבויות כלפי יצרני הטילים, אבל ידענו שיש לנו תוכנית ארוכת טווח והאמנו שככל שנצליח בייצור המאולתר בשלב א’, כך יגדלו סיכויינו לקבלת התקציב להמשך.

לצורך הפיקוח על ההקמה שכרנו כמקובל מהנדס פיקוח מנוסה. לחץ הזמנים לסיום שלב א’ היה גדול כי תחילת ייצור מנועי ה”פיתון” היה תלוי בנו כצוואר בקבוק, ודווקא אז קיבלנו דיווח שריתוכי הצנרת לאורך קילומטרים רבים אינם מבוצעים ברמה הנדרשת. אנשי הקבלן טענו ש”זו לא חריגה קריטית וגם כך תחזיק הצנרת עשרות שנים”. הבנו שאורך חיי הריתוכים כפי שבוצעו יהיה מוגבל. אמנם אז נראה היה שעשרות שנים זה די מספק ושריתוך מחדש יחייב את הקבלן להפסדים ואותנו לפיגור בלוח הזמנים. כינסנו דיונים פנימיים והחלטנו שגם מבחינה בטיחותית וגם להבטחת תקינות רבת שנים, חובתנו להתעקש. התברר שבכל מדינת ישראל יש רק שניים-שלושה קבלנים שיודעים לרתך נירוסטה כזאת. לכן היה צורך להביא מומחה כזה למספר חודשי עבודה אצלנו, וכך היה. מאז חלפו ארבעים שנה, ואין ספק שההתעקשות הייתה במקום. ההתעקשות על איכות גם בביצוע הייתה נר לרגלנו בגישה לעבודה של אנשי רפא”ל. כבר אז לא הבנו איך אפשר אחרת.