ערך זה עוסק באמצעי לחימה. אם התכוונתם למשמעות אחרת, ראו טיל (פירושונים).
טיל הוא עצם הנע באוויר או בחלל והוא בעל מנוע כגון מנוע רקטי או מנוע סילוני. לטילים מונחים יש גם מערכת הנחיה עצמית או הנחיה מרחוק המכוונות אותו למטרה. המונח "טיל" בעברית משמש בדרך כלל לתיאור סוג של כלי נשק, אך גם משגרי לוויינים ומשגרי חלליות הם טילים. רקטה היא טיל ללא אמצעי ניווט, אמצעי הנחיה ויכולת כוונון.
קיים קושי באיתור תאריך הופעת הרקטות משום שהמונח הסיני לחץ-אש ולרקטה זהים. על כל פנים ציור סיני משנת 1045 מראה בבירור רקטות היורות את עצמן מתוך אשפת חיצים, כמו גם את הלוחם היורה מחזיק בלפיד לצורך הצתת הרקטות[1].
פיתוח הנשק הרקטי בהודו, מהמאה ה-13 עד למאה ה-17
העדויות הראשונות לשימוש ברקטות בהודו מאוחרות יותר ב-150 שנה, אך עדויות אלו מעידות על רקטות מתקדמות הרבה יותר, כך שייתכן שההמצאה ההודית קדמה לסינית. בעוד טכנולוגיית הרקטות הסינית נותרה פרימיטיבית – רקטות קטנות בגלילי נייר, שהטווח שלהן נמוך מ-300 מטר – טכנולוגיית הרקטות ההודית כללה שימוש בגלילי מתכת, המסוגלים לעמוד בלחצים גבוהים הרבה יותר. טווח הרקטות ההודיות הגיע לשני קילומטר כבר במאה ה-15 ומשקלן עלה לשלושה קילוגרם, והן היו הנשק בעל הטווח הארוך ביותר בתקופה זו. סולטאןממלכת מייסורחיידר עלי הקים חיל רקטות של 1,200 איש, והטווח הוגדל ל־6 קילומטר[2]. בנו טיפּוּ סאהיב הרחיב את חיל הרקטות ל-5,000 איש, בניסיון לעצור את חילות הכיבוש הבריטיים, אך הדיוק הנמוך של הרקטות עמד בעוכריו[1].
קטלוג מאויר של "קונגריביות" מתחילת המאה ה-19
פיתוח הנשק הרקטי במערב, המאות ה-18 וה-19
הרקטות היו ידועות באירופה כבר במאה ה-13, אם לא קודם לכן, אך למרות מספר ניסיונות ראשוניים הן נותרו אטרקציה שולית. המערכה הבריטית בהודו שינתה מצב זה. בקרב צ'רינגפטם בשנת 1792 נפצע יזם בריטי בשם סרויליאם קונגריב מאש הרקטות של טיפו סאהיב. קונגריב הביא עמו את הרעיון למערב, ושילב אותו בשיטות מערביות של ייצור המוני. הוא הציע בקטלוג שלו עשרה דגמי מנוע רקטי, משלושה ק"ג ועד 150 ק"ג, עליהם היה ניתן להרכיב ארבעה סוגים של ראש קרבי: ראש נפץ, ראש נפץ עם רסיסים (שרפנל), ראש הצתה וראש תאורה. עם הרקטות הוא סיפק ערכת כלים אחידה. הרקטות החדישות כונו על שמו, "קונגריביות".
הקונגריביות, בזכות ייצור תעשייתי אחיד, היו מדויקות וצפויות הרבה יותר מהמהדורות של דרום-מזרח אסיה, וזכו לשימוש נרחב. ב-1806 השתמשו הבריטים במאות קונגריביות בהתקפה על בולון. שנה לאחר מכן קונגריביות בעלות ראש הצתה שרפו את קופנהגן עד עפר. הקונגריביות היו נשק משלים מצוין לתותחים – הטווח שלהן היה גדול יותר, אך התותחים היו מדויקים. בשל הרתע, תותחים ניתן היה להתקין רק על ספינות בינוניות ומעלה, אך רקטות ניתן היה לשגר גם מתוך סירות.
בשל יתרונות אלו השימוש ברקטות התפשט במערב, והן זכו לסדרת שיפורים. מוט הייצוב הצדדי המסורתי, שנשאר ללא שינוי מהמאה ה-10, הוחלף במוט ייצוב מרכזי. כך שופרה יציבות המסלול של הרקטה, ובנוסף ניתן היה לירות אותה מתוך קנה גלילי שקבע את מסלולה. בחציה הראשון של המאה ה-19 פותחו טכניקות לדחיסת אבק השרפה שהגדילו את טווח הרקטות ואת משקל הראש הקרבי כמה מונים. יזם אנגלי בשם הייל הגה את רעיון פתחי הפליטה המוטים, שגרמו לסחרור הרקטה סביב צירה ושיפרו עוד יותר את הדיוק – עד לרמה המודרנית של כאחוז אחד מטווח הרקטה (לרקטה ללא מנגנון הנחיה).
בחצי השני של המאה ה-19 ירדה קרנן של הרקטות. טכניקות לייצור המוני של פלדה, והמעבר לתותחים בעלי מכנס אחורי, שיפרו את טווח התותחים, את דיוק התותחים ואת קצב הירי עד לרמה שהרקטות בנות התקופה לא יכלו להתחרות בה[1].
המאה ה-20 וטילאות בת זמננו
המאה ה-20 הביאה לפריצת דרכים רבות ולפריחת הטילאות. קונסטנטין ציולקובסקי הציע את רעיון הטיל הרב-שלבי כפתרון להארכת טווחי הטילים בסדרי גודל שלמים, והציע שימוש בטילים למסע בחלל. מהנדסים שגדלו על סיפוריו של ז'ול ורן מימשו חזונות מוקדמים אלו[1].
פיתוחיו של גודרד
רוברט גודרד פיתח בשנות ה-20 של המאה ה-20 את עקרונות הטיל המודרני. בסך הכל רשם גודארד מאות פטנטים שכיסו את כל הבעיות המעשיות – הנעה בדלק ומחמצן נוזלים, מנגנוני הפרדת שלבים, משאבות דלק לטמפרטורה נמוכה ולחץ גבוה, הנחיה באמצעות גירוסקופ ושימוש בסכיני אוויר להטיה, ועוד.
פיתוחיו של גודארד זכו להד מועט בארצות הברית, אך נלמדו בקפדנות בגרמניה[1].
ה-V-1 הוא הטיל המונחה הראשון בהיסטוריה. הוא פותח בגרמניה הנאצית במהלך מלחמת העולם השנייה, נכנס לשימוש מבצעי החל מיוני1944, ושימש ככלי נשק הרסני וזול לטווח ארוך. חסרונו של טיל זה היה שהבריטים זיהו אותו בקלות בעת מעופו באוויר בגלל הרעש שהוא יצר, ולכן הצליחו לרוב להפילו.
ה-V-2, הוא הטיל הבליסטי הראשון בהיסטוריה, הוא גם פותח בגרמניה הנאצית ומטרתו הייתה לפגוע בערים המרכזיות של בעלות הברית. הטיל נשא כטון חומרי נפץ בראשו, הוא היה בעל דיוק גבוה, הגיע למהירויות על קוליות והיה שקט ביותר, כך שאי אפשר היה לזהותו בזמן הטיסה ליעד.
בזמן מלחמת העולם השנייה ואחריה, ראו בעלות הברית את הפוטנציאל החבוי במדעי הטילים, והיו במרוץ אחד נגד השני למצוא את מפתחי הטילים הגרמניים ולשלבם במחקרים שיקדמו את הידע על הטילים בארצם.
המעצמות השקיעו סכומים ומאמצים גדולים, וההישגים לא איחרו לבוא. צוותים המבוססים על מומחים גרמניים פיתחו בארצות הברית ובברית המועצות טילים ארוכי טווח שנועדו מחד לנשיאת מטען מועיל לחלל, ומאידך ליכולת שיגור בין-יבשתית. מאמצים אלו הביאו בארצות הברית לפיתוח הטיל סטורן 5, המחזיק בשיא העוצמה עד ימינו והביא את משימות אפולו לירח, ואילו הסובייטים פיתחו את פלטפורמת סויוז האמינה יחסית, המחזיקה בשיא בלתי מעורער של שיגורים מוצלחים ובטיחות ונמצאת בשימוש עד ימינו.
פיתוח הטילים התרחב לכלי נשק קצרי טווח אך מדויקים וקטלניים. במהלך שנות ה-50 של המאה ה-20 פותחו טילי אוויר-אוויר שנועדו להפיל מפציצים נושאי חימוש גרעיני, ובהדרגה התפתחו עד שהחליפו כמעט לגמרי את השימוש בתותחים בקרבות אוויר-אוויר. במקביל פותחו מערכות טילים נגד מטוסים, וטילים נגד טנקים שהם למעשה דורות ההמשך של הרקטות נגד טנקים משנות מלחמת העולם השנייה.
קיימים טילים בעלי יכולת הנחיה עצמאית לחלוטין, או נשלטים מרחוק בעזרת קשר רדיו ומצלמה, ומשפחות רבות מסוגים שונים של טילים.
החל משנות ה-60 פותחו במסגרת התוכנית האמריקאית Safeguard טילים נגד טילים. טילים אלו נדרשו לתאוצה עצומה, להנחיה מהירה מאוד ולכושר תמרון חסר תקדים. הטילים משנות ה-60 לא הגיעו לרמת הדיוק הנדרשת לפגיעה ישירה או כמעט ישירה, ולכן השתמשו בראשי נפץ גרעיניים, מה שהגביל את השימוש בהם ליירוט טילים בליסטיים בגובה רב.
טילים נגד טילים זכו לסבב פיתוח משמעותי שני במאה ה-21, ובפרט בישראל, בה פותחו טילי החץ וכיפת ברזל שהציגה הצלחות מרשימות. טכנולוגיות חדשות ומיזעור המחשוב הביאו ליכולת פגיעה ישירה בסבירות גבוהה, מה שביטל את הצורך בראש נפץ רב עוצמה ומסוכן לסביבה ואפשר שימוש לטווח קצר ובינוני.
מבנה
מבנה הטיל, ללא תלות בייעודו, הוא דומה – דמוי גליל המורכב ממספר מקטעים:
מקטע ההנעה, המורכב ממנוע ומכל דלק, נוזלי או מוצק המיועד להניע את הטיל לייעדו. לעיתים ובטילים בליסטיים – ישנם מספר מקטעי הנעה שונים המיועדים לשלבים שונים במעוף או מספר מכלי דלק (מנוע דו-שלבי או תלת-שלבי). החלוקה לשלבים מאפשרת לוותר במהלך מעוף הטיל על חלק ניכר ממשקלו, וכך להגדיל את הטווח.
מקטע ניווט וההנחיה (נקרא גם ראש הנחיה – רה"ן), המיועד להוביל את הטיל אל ייעדו. הניווט מתבצע לרוב באמצעות מערכת ניווט אינרציאלית ו/או לווינית המעבדות את מצב הטיל ובהתאם לתוכנית הטיסה המחשב המוטס (OBC) מעביר פקודות הנחיה לאמצעי הניהוג לתיקון.
ראש ביות (רב"ת) – משמש רק חלק מהטילים וממוקם לרוב בחלק הקדמי של טיל. המידע ממנו מועבר למקטע הניווט וההנחיה שמעבד אותן לפקודות היגוי ותיקון סופי לעבר המטרה.
מטען מועיל – המטען שהטיל נדרש להביא למטרתו. המטען עשוי להיות חללית, לוויין או ראש קרב (רש"ק) שהוא חומר נפץ, פצצת אטום, נשק כימי או נשק ביולוגי. בטילי אימונים הרש"ק עשוי מגבס או חומר דומה. הרש"ק מצויד במרעום שתכליתו ליזום את הפעלת הרש"ק שתביא לפגיעה במטרה או בסמוך לה.
מקטע ניהוג וייצוב – ייצוב טיל מתבצע באמצעות כנפונים סטטיים השומרים על מעוף אווירודינמי, ואילו תיקוני ההיגוי יכולים להתבצע בשיטות שונות כגון שימוש בקנארדים, הנעה וקטורית, הטיית דחף ונחיר גמיש.
הנעה
הנעת הטילים מבוססת על חוק שימור התנע: במנוע הטיל מתקיימת תגובה כימית אקסותרמית מאוד. הגזים שהם תוצרי התגובה מתלהטים לטמפרטורה של אלפי מעלות צלזיוס ונפלטים כסילון מהיר של גזים לוהטים לאחור. מאחר שהטיל פולט מסה לאחור, הוא עצמו נורה קדימה. עוצמת המנוע בכל זמן נתון היא מכפלת המסה של הגזים הנפלטים במהירות הפליטה.
עקרון פעולה זה זהה לזה של מנוע סילון, ברם, בטיל כל החומרים הדרושים לתגובת הבעירה מאוכסנים בטיל עצמו. במנוע סילון רק הדלק מאוחסן בגוף המטוס, בעוד המחמצן – חמצן מהאוויר – נשאב מבחוץ.
שני הסוגים הנפוצים של התגובה הכימית הם מנועי דלק מוצק בהם הדלק והמחמצן הם מוצקים המעורבים יחדיו (כדוגמת אבק שרפה, ומנועי דלק נוזלי שעבורם מותקנים בטיל מיכלים של גז הדחוס לנוזל, ומערך צינורות ומשאבות המזריק את הדלק והמחמצן לחלל המנוע, בו מתרחשת הצתה.
דלק מוצק לעומת דלק נוזלי – יתרונות וחסרונות
מנועי דלק מוצק הם פשוטים ולא כוללים חלקים נעים, על כן האמינות שלהם גבוהה מאד, כדי 99% ויותר. מנועי דלק נוזלי סבוכים הרבה יותר וכוללים מערך מורכב של משאבות, שסתומים וצינורות, ועל כן אמינותם נמוכה יותר, ואף בטילים המתקדמים ביותר ממין זה תאונות אינן נדירות.
יתרון נוסף של מנועי דלק מוצק הוא שהנוזלים המשמשים במנועי דלק נוזלי הם לעיתים קרובות חומרים מאכלים (קורוזיביים) שלא ניתן לאחסן אותם בגוף הטיל לאורך זמן. הדבר דורש תדלוק של הטיל לפני השיגור ממש, מה שמעכב את השיגור למשך זמן התדלוק שאינו מבוטל (בדרך כלל כמה דקות). לעומת זאת טיל בעל דלק מוצק מוכן לשיגור בכל עת.
יתרון נוסף של דלק מוצק הוא שהוא מחזק את גוף הטיל מעצם היותו מוצק. הדבר מאפשר לבנות את גוף הטיל מחומר חלוש וקל יותר, ומעלה את יעילותו הכללית.
מנגד, לדלק מוצק מגבלות רבות: טילים בעלי דלק נוזלי משתמשים בנוזלי הדלק עצמו לקירור מעטפת המנוע (הנוזלים מועברים בצינורות סביב המנוע לפני שהם מוזרקים לתוך המנוע ומוצתים). דבר זה אינו אפשרי במנועי דלק מוצק, ועל כן הם מתלהטים במהירות רבה לטמפרטורה שאין חומר שיכול לעמוד בה ללא התכה. הדבר מחייב לבנות את המנוע מהחומרים העמידים ביותר הקיימים, וגם בהם משך פעולת המנוע מוגבל לפני שהמנוע יותך והטיל יתפרק. מנוע דלק מוצק מוגבל לפעולה קצרה, עד שתי דקות לכל היותר ובדרך כלל שניות ספורות. כמובן מאליו, הטווח של טיל בעל דלק מוצק ויכולת התמרון שלו מוגבלים בהשוואה לטילי דלק נוזלי. טילים שמחייבים הנעה ארוכה משתמשים אך ורק בדלק נוזלי.
רק במנועי דלק נוזלי ניתן לשלוט בצורה מדויקת על קצב הבעירה לפי הצורך בעת הטיסה על ידי קצב השאיבה של הדלק הנוזלי. לעומת זאת קצב הבעירה במנוע דלק מוצק אינו ניתן לשליטה, ולכל היותר ניתן לעצב את חומר הדלק מראש למספר מוגבל של "פרופילי בעירה" באמצעות עיצוב צורת הדלק המוצק (ראו להלן).
לדלק נוזלי יש צפיפות טובה הרבה יותר של אנרגיה למשקל הדלק והמחמצן. אומנם דלק מוצק דחוס יותר וגם מאפשר בניית גוף קל יותר, אך מגוון האפשרויות לחומר דלק מוצק מוגבל, בעוד שבדלק נוזלי ניתן להשתמש בחומרים בעלי צפיפות האנרגיה הטובה ביותר שקיימים. התוצאה היא שלמרות המשקל העודף הרב שטיל דלק נוזלי נושא עימו – גוף חזק יותר, מערכות של משאבות וצינורות – בכל זאת טיל דלק נוזלי יהיה בעל עוצמה גדולה הרבה יותר משל טיל בעל דלק מוצק באותו משקל.
סיווג
טיל חץ 2 במהלך ניסוי בקליפורניה, יולי 2004מטוס F-15 איגל משגר טיל נגד לוויין ASM-135 במהלך ניסוי. הטיל השמיד לוויין מחקר
סיווג מקובל
ניתן לסווג טילים על פי מספר קריטריונים שונים. אולם עם השנים התקבעו שמות נפוצים לסוגים השונים שלא על פי קריטריון אחיד, אלא כסיווג מקובל.
טיל קרקע-קרקע: לרוב מדובר דווקא ברקטה קצרת טווח, אך התחום כולל את כלל הטילים המשוגרים מהקרקע לטווח בינוני-ארוך, המיועדים לפגוע במטרות קרקעיות למיניהן.
טיל כתף: טיל אישי, שלרוב מתופעל על ידי צוות מצומצם של אנשים (אחד עד שלושה). מיועד למטרות שונות – לרוב כטיל נ"ט או נ"מ.
טיל נגד טילים: טיל המיועד להגנה כנגד טילים. טילים אלו נורים לאחר גילוי הטיל המאיים על כן עליהם להיות בעלי יכולות המאפשרות לנטרל אותו. המגמה היא פיתוח מערכת שבה ההנחיה נעשית על ידי מערכת חיצונית, מונחית מכ"ם השולח נתוני ניהוג רציפים לטיל צייד הטילים, כאשר הטיל עצמו יהיה פשוט וזול. הבעיה היא עלות-תועלת והאתגר כעת הוא היכולת להתמודד עם רקטות קטנות וזולות הנמצאות בשימוש ארגוני טרור.
משגרים הם הטילים הגדולים והחזקים ביותר שקיימים. הם משמשים לשיגור לוויינים וחלליות, וגם כטילים ביניבשתיים לשיגור נשק גרעיני היכולים להגיע לכל נקודה על פני כדור הארץ.
לעיתים קרובות משתמשים במונח "הנחיית טילים" כדי להתייחס לשלושה תפקידים שונים, המבוצעים על ידי מנגנונים נפרדים בגוף הטיל, שכולם יחד אחראים לדיוק הטיל ולהגדלת הסיכוי שלו ליירט את המטרה. מנגנונים אלו הם: ניווט, הנחיה וניהוג (לעיתים מוסיפים מנגנון ביות).
מנגנון הנחיה האחראי לממש את "כלל ההנחיה" – כלומר להעביר פקודות תיקון מסלול להגאים בהתאם למיקום הרצוי הנדרש בשביל ליירט את המטרה ביחס למיקום המצוי שהתקבל ממנגנון הניווט.
ניהוג הכוונה למנגנונים האחראים להעביר את הפלט הסופי של מנגנוני ההנחיה בצורה יעילה להגאי הטיל; מדובר בתהליך של תרגום פקודות ההנחיה של הטיל (המנוסחות בצורה קינמטית) לפקודות ניהוג אווירודינמיות להגאים, בהתאם למודל של ההתנהגות האווירודינמית של הטיל (תרגום הפקודות עשוי להיות מבוצע גם על ידי מחשב ההנחיה). בין המנגנונים הנכללים בתפקיד הניהוג נכללים גם האמצעים האלקטרומכניים שמניעים את הגאי הניהוג של הטיל.
המונח ביות בדרך כלל מתייחס למנגנון של הטיל לזהות את מיקום המטרה ומאפייני תנועתה (מהירות, כיוון, תאוצה וכדומה), והוא מבוצע על ידי ראש ביות – רכיב אופטי, מכ"מי או אקוסטי. מידע זה מועבר לצד המידע המועבר ממנגנון הניווט למחשב ההנחיה, וזה שולח פקודות תיקוני מסלול להגאים בהתאם לשני המרכיבים.
להלן מספר כללי הנחיה נפוצים:
הנחיית מרדף – המכונה גם "רדיפת כלב", הוא כלל הנחיה שנעשה בו שימוש בחלק מן הטילים והפצצות המונחות הראשונות. הכלל מתבסס על הכלל האינטואיטיבי הגס שכדי ליירט מטרה בזמן קצר צריך "לכוון אל המטרה" כל העת, כלומר על הטיל לנוע כל העת לאורך קו הראייה למטרה. בפועל כלל הנחיה זה מביא לא לזמן יירוט קצר ביותר ולא לביצועים טובים ביותר. ההתפתחות של תורת הבקרה האופטימלית ובעקבותיה הנחיה אופטימלית הובילו לפיתוח מגוון רחב של סכמות תאורטיות וכללים יעילים יותר באופן כללי ולמצבים מסוימים, בהתאם לכל מקרה.
ניווט יחסי – כלל הנחיה שמשמש במרבית הטילים המתבייתים על מטרות אוויריות ואחרות (החשיבות של כלל הנחיה יעיל היא הקריטית ביותר בזירה האווירית). מתבסס על העיקרון שטיל צריך לנווט בשיעור פרופורציונלי לשינוי של קו הראייה למטרה, ובאותו כיוון של שינוי זה על ספירת הכיוונים. צורת הניסוח של הכלל הופכת אותו למתאימה ביותר לטילים בעלי מערכת ביות אוטונומית (המתבייתים באופן עצמאי ללא פקודות מתחנת שליטה), כגון טילים בעלי ראש ביות תת-אדום או מכ"מי, שמבחינים בשינוי המיקום היחסי של המטרה באופן אוטומטי. כלל זה פותח במקור משיקולים של הנחיה אופטימלית, וחשיבותו היסודית היא בכך, שתחת קירובים מתמטיים מסוימים הוא הכלל היעיל ביותר מבחינת מאמץ הבקרה הנדרש ממנו, כלומר הוא החסכוני ביותר מבחינת כמות התמרונים הנדרשת מהטיל כדי לפגוע במטרה.
הנחיה דרך קו ראייה – סכמת הנחיה שנעזרת בנקודת ייחוס שלישית (נוסף על מיקום המיירט והמטרה) כדי להתכוון למטרה. הכלל קובע שעל הטיל להימצא כל העת על הקו שמחבר בין נקודת הייחוס והמטרה, כך שקו זה למעשה מנחה את הטיל לפגיעה במטרה. עיקר השימוש בכלל זה הוא בטילים זולים חסרי ראש ביות, שנעזרים בתחנת שליטה (המהווה את נקודת הייחוס), לרוב מכ"מית, שמנווטת אותם בהתאם למדידות המיקום ומהירות המטרה. חסרונו הבסיסי הוא ביעילותו לטווחים קצרים בלבד, עקב התבדרות אלומות המכ"ם עם המרחק, שפוגעת בדיוק המדידות של תחנת המעקב. נוסף לזאת כלל זה לא יעיל נגד מטרות מתמרנות בחדות, עקב היעדר ראש ביות מובנה בטיל.
ניווט מקבילי – נקרא גם "פתרון ירי". אין זה כלל הנחיה במובן המקובל, אלא רק פרוצדורה לקביעת כיוון הירי של קליע או טיל מסוג כלשהו (למשל טורפדו) כדי לפגוע במטרה בעלת מיקום ומאפייני תנועה כלשהם.
הנחיית Q – פרוצדורה מתמטית שמשמשת להכוונת טילים בליסטיים. משמשת לקבוע מתי לכבות את מנוע הטיל, כך שלאחר רגע הכיבוי הטיל ימשיך במסלולו האליפטי בהשפעת הכבידה כדי לפגוע במטרה.
נעשו בעבר מספר ניסיונות לשליחת דואר על ידי רקטה או טיל. אלו נוחתים באמצעות מצנח פנימי שנפתח בעת ההגעה ליעד. השיטה נוסתה על ידי ארגונים שונים ברחבי העולם ולא תפסה בשל עלות גבוהה ואחוז כישלונות גבוה.
