רחפן

כלי טיס בלתי מאויש

רחפן או רב-להב (באנגלית: Multirotor או Multicopter) הוא כלי טיס בלתי מאויש היוצר עילוי באמצעות סיבוב מדחף בעל להבים. בשנים האחרונות (מ 2020 ואילך לערך), מספר חברות מנסות לייצר כלי טיס שמסוגלים לשאת נוסעים, בתצורת רחפנים. כלים אלה בדרך כלל מסווגים בז'ארגון המקצועי כ-EVTOL.

רחפן מסוג קוודקופטר עם מצלמה
עין נקובא ממעוף הרחפן
תמונה אווירית שצולמה על ידי רחפן בחוף בתל אביב

היסטוריהעריכה

כלי הטיס הכבד מן האוויר הראשון שהצליח להמריא באופן אנכי, היה מסוק בעל 4 פרופלורים שתוכנן על ידי לואיס ברגנט. כלי טיס זה ביצע את טיסתו כאשר הוא קשור ברצועה אל הקרקע, ולא המריא לגובה יותר גדול מכ-2 מטרים. בשנת 1908 דווח כי כלי טיס זה טס "מספר פעמים", אך אמינותם של דיווחים אלו נמוכה.

בשנות ה-20 של המאה הקודמת, המהנדס הצרפתי אטיאן אואמיצ'ן, התנסה עם מגוון סוגים של כלי טיס בעלי הנעה רוטורית. בין מגוון העיצובים שתכנן, לדגם "היליקופטר מס' 2" שלו היו 4 רוטורים ו-8 פרופלורים, כולם מונעים על ידי מנוע אחד. דגם זה היה בנוי ממסגרת צינורית אשר עשויה מפלדה. בכל אחת מהזרועות היה רוטור בעל שני להבים, כאשר ניתן היה לשנות את זווית הלהבים באמצעות פיתולם. 5 פרופלורים הוצבו באופן אנכי אל הקרקע, בכדי לייצב את כלי הטיס מצדדיו. פרופלור אחד הוצב בחזית כלי הטיס בכדי לשמש כהיגוי, ושני הפרופלורים הנותרים שומשו כמייצרי דחף.

כלי טיס זה היה בעל יציבות גבוהה יחסית, ובעל שליטה מיודקת ביכולת הטסתו, דבר אשר היה יוצא דופן באותם ימים. בוצעו איתו אלפי טיסות ניסוי בשנות ה-20. בשנת 1923, הוא הצליח להישאר באוויר כמספר דקות,וב-14 באפריל 1924 הוא שבר את השיא עבור הליקופטרים של הארגון "הפדרציה הלאומית לאווירונאוטיקה", כאשר טס למרחק של כ-360 מטרים. הוא הצליח להדגים טיסה במסלול מעגלי, ויותר מאוחר הדגים את הטיסה הראשונה באורך קילומטר של מעגל סגור.

 
"מסוק דה בוטזאט", תמונה משנת 1923
 
"קורטיס רייט VZ-7", "ג'יפ מעופף"

ד"ר ג'ורג' דה בוטזאט, ואיוון ג'רום, פיתחו את "מסוק דה בוטזאט", הליקופטר בעל 6 להבים בכל זרוע בצורה של X, כאשר 2 פרופלורים בעלי זווית משתנה שומשו כמפעילי דחף, וכמשנים כיוון סביב הציר האנכי של כלי הטיס. הכלי נבנה על ידי שירות האוויר של ארצות הברית וטס לראשונה בשנת 1922. עד סוף שנת 1923 בוצעו כ-100 טיסות. הגובה המקסימלי אליו הצליח להגיע הוא כ-5 מטרים. אך למרות שהראה היתכנות מעשית, כלי טיס זה היה בעל הנעה חלשה, בעל תגובת היגוי מועטה, מורכב מכנית ולא אמין. כמו כן ניסיונות לטוס בטיסה צידית לא עלו יפה בעקבות משקלו של הטייס.

אחרי מלחמת העולם השנייהעריכה

בשנת 1956, טס לראשונה כלי טיס בעל 4 פרופלורים, אשר הפגין יכולת מוצלחת של טיסה קדימה. כלי טיס זה היה בעל 4 מנועים אשר הופעלו באמצעות רצועות V, כאשר הכוונתו בוצעה על ידי הפחתה של מהירות הסיבוב של הפרופלורים בהתאם לצורך. אך כלי הטיס לא היה מוצלח מסחרית בעקבות חוסר ביקוש בשוק הצבאי והאזרחי, ולכן הפרויקט הופסק.

ב-1958 פותח כלי טיס בשם "קורטיס רייט VZ-7" אשר היה כלי טיס אשר ממריא ונוחת אנכית. הוא פותח עבור צבא ארצות הברית אשר דרש" ג'יפ מעופף". השליטה בו הייתה באמצעות שינוי מהירות הסיבוב של הרוטורים.

בפיתוח כיוםעריכה

כיום חברת בואינג מפתחת קוודקופטר אשר יהיה לשימוש צבאי. כמו כן חברת "Airbus" מפתחת קוודקופטר חשמלי אשר ישמש בעתיד כ"מונית מרחפת". בתחילה באמצעות טייס אנושי, אך בעתיד התוכנית היא שתהיה טיסה אוטונומית לחלוטין.

רחפניםעריכה

בעשורים הראשונים של המאה ה-21, הרחפן נהיה פופולרי ביותר. הצורך בכלי טיס קטן, נייד ובעל אפשרות של ריחוף ממושך גרמה לעלייה במחקר של סוג כלי טיס זה. העיצוב בעל ארבעת הרוטורים, מאפשר לרחפן להיות פשוט לייצור אך עם זאת נייד ביותר ובעל אמינות גבוהה. בנוסף להתקדמות הטכנולוגית שהולכת ובגדלה בייצור רחפנים, בנוסף נחקרת ומתפתחת הטכנולוגיה של הטסת מספר רב של כלי טיס במקביל. שילוב טכנולוגיות זה, יאפשר בסופו של דבר מגוון פעולות אשר מתרחשות במקביל של רחפנים אוטונמיים.

רחפנים שנשלטים מרחוק על ידי שלט יוצרו ביפן כבר בתחילת שנות ה-90 של המאה ה-20 אך הרחפן בעל מצלמה אשר יוצר בצורה מסחרית מוצלחת לא היה קיים עד שנת 1999.

בין השנים 2005–2010, התפתחות טכנולוגית משמעותית בתחום האלקטרוניקה איפשרה לייצר שלטי שליטה מרחוק קלים וזולים, חיישני מהירות סיבוב הרוטור, וטכנולוגיות צילום ו-GPS. התפתחויות אלו הובילו לפופולריותם הגדולה של הרחפנים, אשר יכולים לטוס בתוך מבנה סגור כמו שהם טסים מחוץ לו.

שימושים פלילייםעריכה

במהלך המאה ה-21, דווחו על מספר שימושים בעל אופי עברייני ולא חוקי באמצעות רחפנים. בעקבות הקמת החומה בין ארצות הברית למקסיקו, דווח על קרטלי סמים שהבריחו סמים באמצעות רחפנים. כמו כן, התבצע שימוש של הברחת נשק ושלל מוצרים אסורים עבור אסירים בבתי כלא ברחבי העולם.

תיאור כלליעריכה

רחפן הוא כלי טיס בלתי מאויש בעל שני מדחפים או יותר, בעל מכניקה פשוטה יחסית, וקל לשליטה בטיסה. ברוב המקרים הרחפן הוא בעל זווית פסיעה קבועה, בניגוד למסוק בעל מדחף אחד (או שניים) המשתמש במערכת להבים מורכבת עם זווית פסיעה משתנה, דבר המקשה על השליטה במסלול הטיסה וביציבותו של כלי הטיס.

השליטה בתנועת הטיסה של הרחפן מושגת על ידי שינויי המהירות היחסיים בין המדחפים השונים, באופן המשפיע על הדחף והכוח של כל מדחף.

סוגי רחפניםעריכה

 
קוואדקופטר מסוג "Parrot AR.Drone" מרחף מעל למדבר נבדה.

רחפנים נקראים על פי מספר המנועים שלהם:

  • טריקופטר – 3 מנועים
  • קוודקופטר – 4 מנועים; זהו סוג הרחפן השכיח יותר.
  • הקסאקופטר – 6 מנועים
  • אוקטוקופטר – 8 מנועים

השליטה ברחפןעריכה

הרחפנים הם בלתי-יציבים מבחינה אווירודינמית בהשוואה לסוגי כטב"מים אחרים, ונשלטים על ידי בקר טיסה, או לוח בקרה, כדי לשמור על תנועה יציבה. כדי לשמור על דיוק מצב הטיסה וכיוונה, בקר הטיסה משלב נתונים של גירוסקופים ומדי תאוצה, וברחפנים מתוחכמים יותר משולבים גם GPS, מצפן וחיישנים חזותיים למניעת היתקלות במכשולים.

ברחפן מסוג קוואדקופטר, שני מנועים הממוקמים באלכסון מסתובבים לכיוון אחד, והשניים האחרים בכיוון ההפוך. בתצורה כזו קל לשלוט בציר הגלגול או העלרוד (הגברת המהירות של שני מנועים בצד אחד והאטת שני המנועים האחרים בצד השני). נסיקה לגובה מבוצעת על ידי האצה של כל המנועים בו-זמנית, והנמכה על ידי האטה של כולם.

הכוחות שמפעילים הרוטורים תלויים במהירות סיבוב המנועים, ההנחה המקובלת היא שכוח העילוי יחסי לריבוע המהירות הזוויתית.[1]

שימושים ברחפניםעריכה

 
קוודקופטר של חברת Agridrones הישראלית, מבצע ריסוס חקלאי. רחפן זה מסוגל לשאת עד 25 ק"ג של חומרי ריסוס.

השימוש ברחפנים החל כאמצעי שעשוע או צילום לחובבים. עם הגידול בתפוצת הרחפנים ויכולותיהם, נוספו להם שימושים שונים, כאמצעי צילום מהיר וזול:

  • רחפנים משמשים גופי אבטחה וחוקרים פרטיים.[2]
  • רחפנים נכנסו לשימוש ביחידה האווירית של משטרת ישראל לפעולות אכיפה שונות. כן משמשים רשויות מקומיות בפעילות פיקוח.[2]
     
    קוודקופטר לפיזור גז מדמיע שנפל במהלך הפגנה בביתא, אוקטובר 2021
  • רחפנים נכנסו לשימוש בצה"ל בחיל האיסוף הקרבי, פיקוד המרכז[3], פיקוד העורף (במבצעי חילוץ והצלה[4] ולשם איתור נפילות רקטות[2]) וביחידות מיוחדות בהן היחידה הרב-ממדית. הרחפנים משמשים בין היתר לתחקור אימונים, לפעילות מבצעית כגון מעצר מבוקשים, פעילות פיזור הפגנות. כן מפותח רחפן בשם "צור" שתהיה לו יכולת נשיאה מוגדלת, זמן שהייה ארוך יותר ומדחפים שקטים.[4] רחפנים משמשים לפיזור גז מדמיע על מפגינים[5]
  • רחפנים בגרסה התקפית משמשים כחלופה בסיסית וזולה לכלי טיס בלתי מאוישים (כטב"מים). אמנם יכולות התקיפה של רחפנים מוגבלות מאוד בהשוואה לכטב"מים, אך נעשה בהם שימוש אפקטיבי לפגיעה במטרות, בין אם על ידי הטלת מטען נפץ מהרחפן ובין אם על ידי הטסת רחפן נפץ אל עבר המטרה.[6] יחידת יפת"ח של צה"ל פתחה רחפן שיורה רימוני 40 מ"מ בשם "קרנף" והוא נמצא בשירות היחידה הרב-ממדית "רפאים" והימ"מ.
  • קיימת מערכת לניטור מזיקים בשדה חקלאי.[7]
  • רחפנים סייעו לארכאולוגים לאתר אתרים פוטנציאליים לחפירה.[8]

פיתוחים עתידיים ושימושים מתפתחיםעריכה

בין הפיתוחים שנמצאים בפיתוח

  • חברת אמזון מתכננת להתבסס על רחפנים לביצוע משלוחים מהירים במשקל נמוך וטווח קצר. חברת גוגל מתכננת להשיק שירותי משלוחי מזון באמצעות רחפנים.[9]
  • חברה Parrot פיתחה רחפן לשימוש עבור כוחות כיבוי.[10]
  • קיימים מרוצי רחפנים ואירועים תחרותיים אחרים שצוברים תאוצה ומשמשים גם כמנוע לפיתוח של טכנולוגיות ושיטות פיקוד יעילות יותר.[11]
  • הסטארט-אפ קלקונה מפתח אוטובוס-רחפן שיוכל לשאת 40 בני אדם. החברה מצפה כי הנסיעות הראשונות לציבור יהיו ב-2024.[12]

תפוצהעריכה

עד שנת 2020, לפי אתר "סטטיסטה", סופקו כ-5 מיליון רחפנים לשוק הצרכני. האתר צופה שעד שנת 2030 יסופקו קרוב לעשרה מיליון רחפנים לשוק הצרכני.[13]

לפי אתר הרשות התעופה הפדרלית של ארצות הברית, ה-FAA, נכון למאי 2022, יש בארצות הברית 865,505 רחפנים רשומים ו-280,214 מטיסים רשומים.[14] לפי אתר seedscientific יש למעלה מ-1,700,000 רחפנים רשומים הארצות הברית (לא ברור המקור להבדל הגדול בנתונים).[15]

לפי אתר רשות התעופה האזרחית, בישראל רשומות כ-200 התאגדויות שיש להן היתר להפעלת כטב"ם קטן או רחפנים. לפי רישומי רשות תעופה אזרחית, נרשמו עד היום בישראל כ-2500 כלי טיס (חובת הרישום, נכון ל-2022, חלה רק על כלי טיס לצרכים מסחריים). לפי דו"ח מבקר המדינה מ-2017, יש בישראל כ-30,000 רחפנים שרובם הגדול מופעלים על ידי חובבים. בנוסף, יש לא מעט כלים המופעלים על ידי הצבא, המשטרה, כוחות הביטחון וחברות ממשלתיות רבות.

אסדרה בישראל (רגולציה)עריכה

 
רחפן מטריס 600 בחיפה

תקופה ארוכה, הרחפנים נחשבו סוג של "צעצועים". ככל שבשנים האחרונות, מתרבים השימושים המסחריים ברחפנים, התברר שחסרה מאוד אסדרה מתאימה. נכון ל-2022, יש כבר אסדרה, בישראל. רשות התעופה האזרחית הקימה תחום ייעודי לנושא, כולל גיבוי ארגוני, הן לצד ההנדסי, הן לצד התשתיות האוויריות והן לנושאי פיקוח אווירי. במסגרת זו, גובשו נהלים להפעלת כלי טיס שמשקלם המרבי בהמראה עד 25 ק"ג, אוסדרו תשתיות שמאפשרות הכשרת מטיסים והסמכתם, הוגדרו "בועות ייעודיות" להפעלת כטב"ם קטן ורחפנים ועוד ועוד. בתחילת 2020, גובש מהלך שבמסגרתו הוקמה ועדת היגוי ממשלתית שכללה את משרד התחבורה, רשות התעופה האזרחית, רשות החדשנות, מנהלת תחבורה חכמה במשרד ראש הממשלה[16] וחברת נתיבי איילון כזרוע ביצוע מטעם הממשלה. הרשות לחדשנות פרסמה קול קורא ייעודי (5185),[17] קול קורא שתכליתו לקדם הקמת "אקו סיסטם" שלם שיאפשר מתן שירותים לאזרחים דרך המימד האווירי בגובה הנמוך מאוד. במסגרת המיזם בוצעו עד אוקטובר 2022 למעלה מ-15,000 גיחות מה שאפשר הגדרת נהלים להפעלת "מרחב אווירי מנוהל לכטב"ם קטן ורחפנים", כולל הפעלת רחפנים מחוץ לטווח קשר העין של המטיס, הפעלת ריבוי כלי טיס על ידי מפעיל בודד, הכשרת "מטיסי פנים". כלל פעילות המיזם שלימים כונה בשם: "מיזם הרחפנים הלאומי", מתואמת הן עם רשות התעופה הפדרלית של ארצות הברית והן עם EASA שהיא רשות התעופה האזרחית של האיחוד האירופאי, כמו גם עם ה-הפורום הכלכלי העולמי, World Economic Forum. קול קורא נוסף, פורסם והוא אמור לכסות את תקופת הזמן של השנים 2023–2024. קול קורא זה מאפשר הפעלה גם של רחפנים וגם של מטוסי EVTOL.[18]

בישראל, כמו ברוב מדינות העולם, ישנה אבחנה באסדרה בין שימוש ברחפן למטרות ספורט ופנאי לבין שימושים אחרים (מסחריים ואחרים), וכן ישנן אבחנות התלויות במשקל של הרחפן בהמראה.

סיכונים ושימוש לרעה ברחפניםעריכה

 
רחפן בירוחם

יכולת השליטה הקלה ברחפן, והיכולת להעבירו ממקום למקום בקלות, ולהטיסו מעבר לגבול, הביאו לכך שישנם יותר ויותר שימושים לרעה ברחפן, אם בפעולות טרור בין מדינות, ואם בהשבתת אזורי טיס עקב כניסת הרחפן לשטחם (לדוגמה נמלי תעופה, מתקנים רגישים, וכדומה).

ב-2015 חוקר אבטחת מידע ב-HP הדגים תרחישים להשתלטות על רחפנים.[19][20]

באוגוסט 2017 הצבא האמריקאי הורה לכוחותיו להפסיק לעשות שימוש ברחפנים של מספר חברות בשל פרצות אבטחת מידע.[21]

בינואר 2018 דווח לראשונה על נחיל רחפנים ששימש לתקיפת יעד צבאי.[22]

היבטים חוקיים ובטיחותייםעריכה

בשל ייצור המוני של רחפנים במחיר זול יחסית, חלה עלייה משמעותית במקרים של הטסת רחפנים, פרטיים ומסחריים, במדינות המערב. קרו גם מקרים בהם הוטס רחפן במקום ציבורי או ליד נמל תעופה, ללא תיאום או יידוע של הרשויות המוסמכות. מקרים כאלה מהווים בדרך כלל סיכון בטיחותי ועבירה על החוק.[23]

בשנת 2011 פורסמו בישראל תקנות של הרשות לתעופה אזרחית המסדירות את רישוי הטסת כטב"ם באופן מסחרי, שרחפן נמצא תחת קטגוריה זו. בנוסף לכך, קיימות חברות כמו DJI שמשתפות פעולה עם הרשויות, המחזיקות במפה עם סימונים, דרגות ואזורים אסורים לטיס עבור רחפנים.[24]

דו"ח מיוחד של מבקר המדינה שפורסם ב-15 בנובמבר 2017 קבע שהמדינה כשלה בהתמודדות עם הסיכונים הנשקפים מהרחפנים.[25][26]

קיים סיכון להפרת פרטיות על ידי שימוש ברחפנים.[2][27] בישראל, החוק דורש ממטיסי טיסנים (גם רב להב) לפעול על פי סעיף 180ז לתקנות הטיס (הפעלת כלי טיס וכללי טיסה), תשמ"ב-1981. בין החוקים נדרשת פעולה תחת רישיון הפעלה מבצעית - כגון "הארגון הישראלי לרב להב", שמירה על 50 מטר גובה, 250 מטר מבניינים וכן חל איסור על הטסה מעל קהל.

יירוט רחפניםעריכה

 
רחפן מהיר ליירוט רחפנים עוינים

בעקבות הסיכונים הנשקפים מרחפנים, פותחו מערכות שונות ליירוט רחפנים. חלקן מתבססות על מניעת תקשורת מהרחפן, שתגרום לנחיתתו על הקרקע או חזרתו אל המפעיל.[28] כמו כן קיימת מערכת ישראלית המתבססת על יירוט באמצעות קרן לייזר.[29] ביפן המשטרה מפעילה רחפן גדול עם רשת שלוכד רחפנים אחרים.

רחפנים בתרבותעריכה

  • בעונות המבוססות על המשחק "מגן וחרב" של פוקימון ובמשחק עצמו, הופיעה צורה ייחודית של הפוקימון רוטום שהוא ממוזג עם רחפן.[דרוש מקור]

ראו גםעריכה

קישורים חיצונייםעריכה

הערות שולייםעריכה

  1. ^ Kagan, E.; Shvalb, N.; Ben-Gal, I. (2019). Autonomous Mobile Robots and Multi-Robot Systems: Motion-Planning, Communication. New Jersey: John and Sons. ISBN 978-1-119-21286-7.
  2. ^ 1 2 3 4 ארי ליבסקר, המזל"ט של השכן גבוה יותר, באתר כלכליסט, 5 בדצמבר 2014
  3. ^ ניר דבורי, ‏צה"ל חושף: הרחפן המיוחד שמתעד גם בלילה, באתר ‏מאקו‏‏, ‏20 בנובמבר 2017‏
  4. ^ 1 2 יואב זיתון, עזרה מהאוויר: כך מפעיל צה"ל את הרחפנים, באתר ynet, 16 באוקטובר 2016
  5. ^ משה נוסבאום, ‏פיתוח נגד מפגינים: רחפן גז מדמיע, באתר ‏מאקו‏‏, ‏21 במרץ 2018‏
  6. ^ אביתר מתניה וארז סרי-לוי, בקלע ובאבן: אסטרטגיה של רדוקציה טכנולוגית, עדכן אסטרטגי 24(2), אפריל 2021
  7. ^ רחפנים: הדבר הבא בחקלאות, באתר "אנשים ומחשבים"
  8. ^ יורי ילון, ‏בעזרת רחפן: נחשף מבנה בן 2,200 שנה בלב שטח אש , באתר ישראל היום, 30 בנובמבר 2017
  9. ^ רפאלה גויכמן, אימת השליחים: גוגל תטיס מזון מהיר ללקוחות באמצעות רחפנים, באתר TheMarker‏, 11 בספטמבר 2016
  10. ^ תומר זכאי, חברת “PARROT” מציגה שני רחפנים חדשים למערכי הכבאות והחקלאות, פורטל ישראדרון, 16 בנובמבר 2017
  11. ^ תחרויות רחפנים – אז לאן כל זה הולך?, אתר ישראדרון, 24 במאי 2017
  12. ^ "רחפן בתור אוטובוס: כלי התחבורה שיטיס אנשים מעל הפקקים במנהטן". TheMarker. נבדק ב-2021-06-13.
  13. ^ פרסום של סה"כ אספקות באתר "סטטיסטה"
  14. ^ פרסום רשמי של רשות התעופה הפדרלית של ארצות הברית, בנוגע לכמות הרחפנים הרשומים אצלם
  15. ^ פרסום של רחפנים רשומים באתר של seedscientific
  16. ^ אתר מנהלת תחבורה חכמה ב"דומיין" הממשלתי
  17. ^ פרסום קול קורא 5185 באתר הרשות לחדשנות
  18. ^ פרסום קול קורא 6190 באתר הרשות לחדשנות
  19. ^ כתבה באתר thehackernews.com, 3 באוקטובר 2015
  20. ^ תקציר המאמר
  21. ^ צבא ארה”ב נתן הוראה – להפסיק להשתמש ברחפני DJI למטרות צבאיות, אתר ישראדרון, 7 באוגוסט 2017
  22. ^ רפאל קאהאן, לראשונה: נחיל רחפנים שימש לתקיפת יעד צבאי, באתר כלכליסט, 11 בינואר 2018
  23. ^ רב להב - סיכונים והזדמנויות בישראל, מרכז המחקר והמידע של הכנסת
  24. ^ רישוי מטיס כטב"מ, רשות התעופה האזרחית
  25. ^ ירון דרוקמן, דו"ח המבקר: המדינה כשלה בהתמודדות עם איום הרחפנים, באתר ynet, 15 בנובמבר 2017
  26. ^ דו"ח ההיערכות הלאומית להגנה מפני איום הרחפנים, מבקר המדינה, 15 בנובמבר 2017
  27. ^ מערכת תכניות קשת, ‏מי מטריד יישוב שלם בעזרת רחפן?, באתר ‏מאקו‏‏, ‏4 ביולי 2017‏
  28. ^ עדי פרל, הכירו את DroneDefender – רובה נגד רחפנים, 18 באוקטובר 2015
  29. ^ יובל אזולאי, ‏פיתוח ישראלי: מערכת שתאתר רחפנים ותיירט אותם בקרן לייזר, באתר גלובס, 14 באוגוסט 2015