"כנפי נשרים" - פלטפורמת שיגור אווירית למיקרו-לווינים

אוראל פורטל, אורן פישמן, איתי פרג'ון, בני ביגון, מירה טל, ספי קלינגל, ספיר אמסלם, עומר ויצמן, ערן בן-שמעון, שי רנצר
דר' מיכה בועזון
project image

פרויקט "כנפי נשרים – פלטפורמת שיגור אווירית למיקרו-לווינים" הינו פרויקט גמר במסגרת תואר ראשון בפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל שבטכניון, חיפה.

מטרת הפרויקט היא יצירת מערכת המאפשרת שיגור מיקרו-לווין והכנסתו למסלול נמוך סביב כדור"א באמצעות כלי-טיס בזמן המעוף.

שיגור אווירי הוא תחום מתפתח שנחקר ונבדק על ידי חברות תעופה וחלל שונות כגון נאס"א, DARPA, לוקהיד מרטין ועוד.

המוטיבציה ברורה: שיגור קרקעי דורש מיכלי דלק גדולים, מערכת השיגור יקרה ויש תלות משמעותית בתנאי הסביבה (מזג אוויר ומיקום על פני כדור הארץ) – לקשיים אלה הפרויקט נותן מענה.

מערכת שיגור אווירית מאפשרת חיסכון בדלק, ניידות בשיגור, הקטנת מכלולים וזמינות שיגור גדולה יותר.

דרישות מערכת:

תכן המערכת צריך לעמוד בדרישות הבאות:

  1. יכולת שיגור מכלי מוטס.
  2. נשיאת משקל לווין מרבי – 50 ק"ג.
  3. ביצוע הכנסה לגובה מסלול בתחום .
  4. אפשרות נשיאה ע"י מטוס חיל האוויר F-15I.
  5. אפשרויות נשיאה גם ע"י מטוסים שבלא שירות ח"א הישראלי (למטרות מסחר).

בתוך כל אחת משלושת השלבים של המשגר, נמצא מנוע דלק מוצק – על מנת לספק את הדחף הדרוש למשימה. 4 מנועי הידרזין יחודיים וקטנים מאוד מתוכננים לשלב האחרון – דבר המאפשר שליטה מדויקת יותר בהכנסת המיקרו-לווין למסלול. מסת ההודף מהווה 85% מכלל מסת המשגר שהיא 3115 קילוגרם. סוג הדלק נבחר כך שיספק את התקיפה הסגולית הגבוהה ביותר ודחף מרבי בהינתן אילוצים גיאומטריים.

חישובי מסלול בוצעו על ידי סימולציה נומרית על מנת להבטיח מעקב מדויק של מסלול הרקטה וכך ששלבי המשגר ייפלו על כדור הארץ באזורים לא מיושבים. המסלול חושב באמצעות סימולציה 6DOF. הסימולציה הכוללת בין היתר מודל גרביטציה ואטמוספרה, מבצעת חישובים המבוססים על מבנה הטיל, פעולת המנוע ותא הבעירה ותצורה אווירודינמית. בנוסף, על מנת להבטיח שהטיל יישאר במסלול למרות ניתוח דינמיקה לא-אידאלי והפרעות, תוכננה מערכת בקרה וכן נסקרה שיטת הנחייה מועדפת.

התייחסות מיוחדת נעשתה כדי להפחית את משקל המערכת ולאפשר נשיאה פשוטה יותר. על ידי ניתוח מאמצים, הוחלט להשתמש בחומר מרוכב (Kevlar epoxy) למיכלי המנוע ואלומיניום 229-1T81 למבנה המשגר. טבעות הפרדה נועדו להבטיח הפרדה בטוחה ומתוזמנת. חבקים, המחברים את הרקטה למטוס, תוכננו כך שיוסיפו את מינימום הגרר והמשקל האפשריים.

הגאי המשגר, המוציאים לפועל את הבקרה, נבחרו לאחר ניתוח משטחי היגוי אווירודינמיים. באמצעות חישוב אנליטי, תכנית הטילים Missile Datcom וסימולציית CFD להשוואה – הותקנו 4 משטחי היגוי על החלק האחורי של השלב הראשון, ו4 לוחות נוספים, קטנים יותר,הותקנו בסוף השלב השני – שניהם מתוכננים לטיסה על-קולית. דגם מנהרה (מודפס על ידי מדפסת תחת ממדית) נבדק בניסוי מנהרת הרוח בפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל.

לאחר ביצוע סימולציות רבות והוכחה בניסויים, התקבל כי פרויקט "כנפי נשרים" הצליח ליצור פלטפורמת שיגור אווירית למיקרו-לווינים.