להתראות בשמחו”ת
על שורשיו ותרומותיו של שטח מחקר חומרים ותהליכי
כתב פרופ' שמואל קניג בסיוע ד"ר דב דרמן, מאיר חפץ, יעקב מגד, פסח נבות וד"ר נפתלי ק.שורשי השטח
שטח שמחו”ת הוקם ב-1974 על – ידיד אברהם פור ז”ל, על בסיס תחום מטלורגיה, שעבר מבית המלאכה, ורוב התחומים של שטח כימיה (פרט לתחום הודפים שהצטרף לשטח הנעה בחטיבת אווירומכניקה). הרעיון היה לרכז ביחידה אחת את יכולות הפיתוח והייצור של רכיבים טכנולוגיים מיוחדים, שלא ניתן לייצר מחוץ לרפאל מסיבות טכנולוגיות או ביטחוניות. אנשי המפתח בהקמת השטח היו: שמואל רטנר-רונן (פושקין) ז”ל – בנושאי חומרים מרוכבים, בידודים ועוד, אדק יניב ז”ל – בנושא ציפויים, ד”ר נחום עצמון – בנושאי מטלורגיה, וד”ר שמואל קניג, בנושאי פלסטיקה וגומי.
לצוות זה, ובפרט לפושקין, כבר היו תרומות פרויקטליות נכבדות. ב-25 השנים שקדמו להקמה. כדוגמאות לתרומותיו של פושקין נציין גוף פיברגלס לסירות חיל הים, כנפיים והגאים לטילי “לוז” בטכניקת חלות דבש, בידודי דורסטוס למנועי טילים אלה וכן כנפיים מדורסטוס לטיל אוויר-אוויר “שפריר-2” (איור 1) ייזום הכניסה לטכנולוגיית מעגלים מודפסים – יוזמה שעל בסיסה הוקם שטח מע”ם.
חידושים טכנולוגיים בשמחו”ת
מעבר למוקדי הידע שקלטה, הוקמו בשמחו”ת בהמשך מוקדים חדשים לפי צורכי הזמן ובהם ציפויים אופטיים ומקורות אנרגיה עם דגש על סוללות תרמיות. את טביעות אצבעותיה של שמחו”ת ניתן היום למצוא בכל הפרויקטים של רפאל. בד-בבד עם פיתוחן של מערכות טילים מונחים ברפאלעלו הדרישות והצרכים לפיתוח טכנולוגיות מתקדמות בשטח החומרים והתהליכים, כדי לאפשר את הביצועים המערכתיים הנדרשים. ראשית נזכיר את הפיתוח של סוללות תרמיות, שהן מקור האנרגיה החשמלית של רוב הטילים הרפאליים. מוקד זה הינו אסטרטגי, בין הבודדים בעולם בכתבה זו נציין שתי דוגמאות נוספות, שבהן היה פושקין מעורב אישית: פיתוח טכנולוגיית פחמן-פחמן לצורך בידודים משופרים. טכנולוגיה זו משמשת את המנוע “אזוב”, שהינו הדרגה השלישית של משגר הלווינים של ישראל; פיתוח תהליך לייצור חלונות וכיפות מאבץ גפריתי (ZnS), המאפשר שקיפות אופטית הן בתחום הנראה והן בתחום האינפרה-אדום.
פחמן/פחמן- Carbon/Carbon
פיתוח הטכנולוגיות של פחמן/פחמן החל בסוף שנות השבעים כשעלה הצורך לפתח פיות למנועים רקטיים בעלי עמידה טובה יותר מגרפיט, במשקל מופחת, באווירה של אלפי מעלות צלסיוס ומאמצי שחיקה גבוהים- תנאים הקיימים בחומרי הדף מתקדמים. פחמן/ פחמן משלב בתכונותיו את החוזק של סיבי פחמן והעמידה התרמית של גרפיט. התהליך לייצורו הוא רב-שלבי וכולל קבלת שריג רבממדי של סיבי פחמן המאוגד במאגד פחמני. מכיוון שבתהליך הפיכת המאגד הפלסטי לפחמן חלק מהחומר (שאינו פחמן) מתאייד, נוצר מבנה נקבובי בעל תכונות מכניות ירודות. כדי לשפר את התכונות המכניות יש צורך בהספגה ובפחמון חוזרים, עד לקבלת התכונות הנדרשות. המבנה הנקבובי הוא סגור ונדרש לבצע את שלב ההחדרה של החומר הפלסטי והפחמון בטמפרטורה הגבוהה תחת לחץ של כ- 1000 אטמוספרות. השילוב של הטמפרטורה הגבוהה והלחץ הגבוה דורשים ציוד מיוחד – מכבש איזוסטטי חם (HIP (Hot Isostatic Press. בסוף שנות השבעים ותחילת שנות השמונים לא הייתה קיימת בשמחו”ת טכנולוגיית ה-HIP ולא ניתן היה לרכוש את הציוד הנדרש בחו”ל עקב מגבלות ביטחון והצורך בהצהרות לשימוש סופי.
עם הגדרת דרישות מערכת ה- HIP הן מבחינת טמפרטורות ולחצים והן מבחינת הגדלים, החלה בשמחו”ת פעילות מו”פ אינטסיבית. השאלה המרכזית הייתה איך עונים לתנאי הייצור הקיצוניים בגדלים של עשרות סנטימטרים והפעלה בתנאי בטיחות. חישוב פשוט מצביע על צורך בעוביי דופן גבוהים. גושי פלדה בגדלים אלו לא היו קיימים. נדרש פתרון יצירתי שניתן ליישם במכונות העיבוד השבבי אשר היו בישראל באותה תקופה. הפתרון שנהגה היה פשוט – ייצור המכבש ללחץ גבוה על ידי טבעות-פלדה עבותדופן, המורכבות על מעטפת פנימית דקה לצורך אטימה. רבים ממהנדסי המכונות שעברו על עקרונות התכנון הרימו גבה והיו ספקניים לגבי האפשרות לממש את התכנון. אבל בשמחו”ת לא נרתעו. תוך חודשיים היו כל השרטוטים בבית המלאכה ותוך שנה עמד ה-HIP כחול – לבן (איור 2) אז החלה תוכנית פיתוח מואצת של החומר פחמן/פחמן, כדי ללמוד על הקשר בין תנאי התהליך לתכונות החומר. הפיתוח של שנות השמונים והוכחת ביצועי החומר המרוכב פחמן/פחמן עמדו בבסיס התכנון של מנוע שלב שני שפיתחה רפא”ל לטיל ה”חץ” (איור 3) וכן מנוע שלב שלישי (“אזוב”) של משגר הלוויינים הישראלי.
אבץ גפריתי (ZnS)
באמצע שנות השבעים החל ברפא”ל מאמץ אינטנסיבי לפיתוח טיל אוויר-קרקע שלימים נודע בכינויו “פופאי”. לאחת הגרסאות של טיל זה יש מערכת ביות תרמית ( FLIR (Forward Looking Infra Red שדרשה חלון קדמי המאפשר מעבר קרינה בתחום אורכי הגל של האינפרה-אדום. אחד החומרים המבטיחים מבחינה אופטית ומכנית לשימוש בתחום אורכי גל אלו הינו האבץ הגפריתי או בסימולו הכימי ZnS. חומר זה פותח ויוצר בשנות השבעים על ידי חברת KODAK בשיטות של כבישת אבקות שאיפשרו קבלת חלונות ועדשות בגדלים קטנים יחסית ובצורות גיאומטריות לא מורכבות במיוחד. מאוחר יותר, ובמימון משרד ההגנה האמריקני, החלה בחברת RAYTHEON פעילות לפיתוח תהליך שיקוע כימי מפאזה גזית (או בשמו הלועזי CVD – Chemical Vapor Deposition) לייצור חלונות מ-ZnS (איורים 4 ו- 5). עיקרו של תהליך זה הינו יצירת ריאקציה כימית מבוקרת היטב בין אדים של שניים או יותר חומרים שונים כאשר תוצר הריאקציה הינו אבץ גפריתי, השוקע באופן איטי ורציף על דפנות של תבנית צורתית. כעבור מאה שעות ויותר מתקבל משקע בעובי הרצוי וקרוב מאוד לצורה הגיאומטרית הסופית.
עם היווצרות הצורך בכיפה קדמית עבור טיל ה”פופאי” זוהה החומר ZnS ושיטת ייצורו מהפאזה הגזית כחומר ושיטת ייצור מובילים. עתה החלה בשמחו”ת פעילות אינטנסיבית לפיתוח טכנולוגיית הייצור של החומר הזה באיכות אופטית ומכנית שיתאימו לשימוש המיועד.
למי שאינו בקי בטכנולוגיות וברזי הריאקציות הכימיות נראה תהליך זה כמו “קסם שחור”, ובמידה רבה מאוד הוא מכונה כך גם בין אלו העוסקים במלאכה. פיתוח תהליך מורכב זה לווה בבעיות טכנולוגיות ובטיחותיות לאין ספור, שמהן נמנה רק חלק קטן: חומרי הגלם המשמשים לריאקציה הכימית הנם חומרים רעילים ביותר – בפאזה הגזית ובטמפרטורה הגבוהה הנדרשת לתהליך – חומרים אלו תוקפים כמעט כל מתכת ומפוררים אותה. בקרת התהליך (בפרט פרופיל טמפרטורה והזנת חומרי הגלם) חייבת להיות מדויקת ביותר. המינון היחסי של המגיבים לתא הריאקציה צריך להיות מדויק וקבוע לכל אורך התהליך. אלה ועוד אתגרים טכנולוגיים רבים דרשו חשיבה יצירתית ומקורית, שהביאה את התהליך לרמת בשלות וליכולת ייצור עצמאית. הודות לכך התאפשר לרפא”ל לפתח ולייצר ראשי ביות תרמיים ודואליים למגוון טילי נ”ט כגון “גיל” (איור 6) טילי אוויר-קרקע כגון “פופאי” ופודי ניווט ומטעדים למטוסים כגון “לייטנינג” ו”טופז”.
להתראות בשמחות…
שמואל רטנר-רונן (“פושקין”) ז”ל
שמואל רטנר-רונן, שהיה ידוע ברפא”ל בכינויו “פושקין”, נולד בפולין ב- 1922. עלה ארצה בגיל 12, תוך כדי לימודיו בתיכון התגייס לחילות השדה של ההגנה (חי”ש). בגיל 20 החל ללמוד הנדסה כימית בטכניון ובמקביל שירת בנוטרות וכן התברג לבולשת הבריטית. ב-1948 התגייס לצה”ל ונמנה עם דור המייסדים של חיל המדע (חמ”ד), שממנו צמחה רפא”ל. מאז ועד פרישתו ב-1987 עסק בהנדסת חומרים פלסטיים, עם “פזילה” להנדסת מכונות, תוך גילויי תושיה ויצירתיות מתמידים.
פושקין היה ידוע ברפאל כמהנדס המכונות הטוב ביותר בקרב מהנדסי הכימיה (וכנראה גם מהיצירתיים בקרב מהנדסי המכונות). היה איש צנוע להפליא, לא חתר לתפקידי ניהול וליכד סביבו קבוצה של מהנדסים ומדענים שעסקו במחקר ובפיתוח של טכנולוגיות מתקדמות. על תרומותיו הרבות בתחום הטכנולוגי הוא זכה ב-1979 בפרס ברגמן היוקרתי, שהוענק לו על ידי נשיא המדינה. גם לאחר פרישתו המשיך פושקין לתרום מהידע הרב שלו כמתנדב ויועץ ברפא”ל.
פושקין נפטר לפני 20 שנה, ובשני העשורים האחרונים לחייו הוא תרם את שני המרכיבים המרכזיים לטכנולוגיות של פחמן/פחמן וכיפות שקופות HIP
ומתקן ייצור לכיפות ZnS.
