משחר האנושות נפש האדם כמהה לעוף באוויר כציפור, להשתחרר מכבלי הקרקע ומקשיי הטופוגרפיה. תעופה היתה, ועודנה, סמל לחופש ולהרפתקה.
מעוף או, נכון יותר לזמננו, טיסה, זה כבר דבר שבשגרה עבורנו (ואנחנו מקווים שהשגרה הזאת תחזור מהר לשגרתה…), הודות למאמצים של אינספור מדענים, מהנדסים ו…כן, גם חולמים וממציאים, שלבני דורם נראו בוודאי מטורפים. בימי קדם, החיבור היחיד בין האדם למעוף היה זה המסופר במיתולוגיה היוונית, על איקרוסודדלוס–אב ובנו שיצרו בעצמם כנפיים לעוף לחופשי מכלאם. אבל ההרפתקה הזאת לא הסתיימה בטוב. סיפורי טיסה מוקדמים יותר כוללים התערבות אלוהית ברמה כזאת או אחרת. תשאלו את אליהו הנביא.
ואז הגיע לאונרדו דהוינצ'י. מבחינות רבות הוא ניצב בעצם במרכז הצומת שבין האמנות למדעים ושם, ממקומו הייחודי ומוחו פותר הבעיות, יצר בדמיונו וגם במציאות מכונות מופלאות. פריצת הדרך היתהכאשר הבין שיש לתאר את המעוף באופן מתמטי. או אז, כל חידת הטיסה תהפוך למשוואה, שהצבת הפרמטרים הנכונים בה תאפשר לאדם לעוף.
רובנו מכירים את השרטוטים הרבים של דהוינצ'י,שבהם אפשר למצוא דברים עתידניים לאותם ימים, כמו כלי רכב משוריין, מצנח, מתקן לנשימה מתחת לפני המים ואפילו אביר מכני, שיֵצא להילחם לשחרור ירושלים. רק מעטים מהשרטוטים האלה אכן הפכו ל"מוצרים", מאחר שלרובם לא היתה בנמצא הטכנולוגיה הנדרשת לייצר אותם. המשותף לכולם הוא ההזדמנות להציץ לעולמו הפנימי המרתק של אחד הממציאים והיוצרים החשובים בהיסטוריה. רבות מהמצאותיו שאבו השראה מעולם הטבע ובעיקר מציפורים, שכן לדהוינצ'י היה עניין יוצא דופן בתעופה.
אבל דה וינצ'י לא היה לבד. אחרים לפניו הבחינו כי עצמים כבדים נופלים מהר יותר מעצמים קלים כשהם נעים דרך האוויר. משמע, לאוויר יש התנגדות למעבר החומר דרכו. אחרים זיהו זאת בשַיט על המים – כשהמים זזים ומפנים דרך לגוף העובר דרכם ויוצרים חיכוך – אבל החיבור בין השניים מעולם לא נעשה.
אחד השרטוטים המפורסמים של דה וינצ'י מתאר משאבת מים המשתמשת במעֵין בורג ארוך כדי להעלות מים מגוף מים לתעלה (טכנולוגיה של העולם העתיק, בשם "בורג ארכימדס"). ייתכן שהוא הבין את יחס הגומלין בין הבורג למים וציפה כי האוויר יתנהג בדומה לנוזל תחת השפעת הבורג. כשהוא מיישם את הרעיון של המשאבה הקדומה הוא הגדיל מאוד את קוטרה, לארבעה מטרים, והציב את הבורג כך שיהיה אנכי. התוצאה הצפויה היתה כי סיבוב הבורג ידחוף אוויר כלפי מטה והמתקן כולו ימריא לריחוף, כמו הליקופטר."המכונה תעבוד כאילו היתה בורג אשר חודר לאוויר שמעליו, ולכן הוא ייצור עילוי בעת סיבובו", הוא אמר. בשרטוטים נראה מקום לארבעה אנשים, שכוחם אמור היה לגרום לכלי להתרומם לאוויר.
התוכנית הזאת של דהוינצ'י לא התממשה מעולם. ראשית כל, מכיוון שהכוח שארבעה אנשים יכולים להפיק רחוק מלהספיק כדי לגרום לבורג כזה לעוף, ושנית, הסיכוי כי הבסיס שעליו הם עומדים הוא אשר ייסוב, ולא הבורג,גדול מאוד. הייתכן כי הכוח האנושי היה רק כדי לראות האם הבורג לבדו יתרומם לאוויר? האם האיור הזה היה רק שלב ראשון בפיתוח של כלי מאויש? אולי. כך או אחרת, יחלפו המון שנים, 427 ליתר דיוק, עד לריחוף המאויש הראשון.
זה קרה בצרפת, שנת 1907. שני אחים, ז'אק ולואי ברֶגֶה, החלו לבצע ניסויים ברחפנים ממונעים גדולים בעלי מנועי בעירה פנימית, ועליהם טייס. העסק לא היה ממש יציב, אבל הם הצליחו לקבל ריחוף בגובה כ-60 ס"מ, כשכל פינה של כלי הטיס מעוגנת כדי שלא תתרחש תאונה איומה. הניסוי הזה נחשב עד היום לטיסה המאוישת הראשונה בהליקופטר, הדבר הזה שחמישים שנה אחר כך יקבל את השם העברי מסוק.
המלחמה הניעה את הפיתוח
עוד לפני שהיו מסוקים ממש היה האוטוג'ירו, כלי הטיס היעיל הראשון בעל כנף סובבת (שזה הכינוי בעולם התעופה לרוטור הגדול שמסתובב שם למעלה). ההבדל העיקרי בינו לבין המסוק המוכר לנו הוא בכך, שבאוטוג'ירו האוויר עובר מלמטה למעלה דרך דיסקת הכנף הסובבת, והתנועה לפנים מתרחשת באמצעות מדחף קטן מלפנים או מאחור. אוטוג'ירו לא מסוגל לרחף ממש, אלא רק ברוח חזית, שתאפשר לו לשמור על מהירות איטית מאוד כלפי הקרקע. מסוק, לעומת זאת, דוחף את האוויר למטה ולאחור כדי ליצור עילוי ותנועה קדימה, לצדדים או אחורה.
כמו במטוסים הרגילים, את הפיתוח המהיר של המסוקים הניעה מלחמת העולם השנייה. בה כבר היו כמה מסוקים מוקדמים בשירות הנאצים. עוד לפני תום המלחמה הופיע בארצות הברית המסוק הראשון שיוצר בייצור המוני: סיקורסקיR4, שנקרא על שם המתכנן שלו,איגור סיקורסקי,מהנדס יליד רוסיה שהיגר לארצות הברית והקים את אימפריית ייצור המסוקים הקרויה על שמו. המסוק נבנה על פי הזמנת הצבא האמריקאי ונשלח מיד לחזית, למשימות חילוץ והצלה במקומות קשיםלנגישות, כמו בבורמה ובאלסקה. הסיקורסקי הגיע בתצורה של רוטור גדול מלמעלה, וזנב ארוך שבקצהורוטור קטן המספק לכלי את המומנט הנגדי ומאפשר לשלוט בכיוונו.
הלכה למעשה, התצורה הבסיסית הזאת לא השתנתה מאז ועד היום. נכון, נעשו שיפורים אדירים בתחומי האירודינמיקה, שילוב של מנועי סילון וכמובן אוויוניקה ומערכות מחשב מתקדמות, אבל אותה תצורה בסיסית עדיין אתנו. ויש לה חסרונות רבים: הראשון שבהם – מהירות הטיסה מוגבלת מאוד. בעוד שמטוסים בעלי כנף קבועה יכולים לטוס במהירות העולה פי כמה על מהירות הקול, ואפילו מטוס נוסעים צנוע מסוגל לצייר קו על המפה במהירות אלף קמ"ש (בהינתן התנאים הנכונים), מהירות המסוק מוגבלת מאוד, בשל המבנה שלו. המגבלה העיקרית מגיעה מקצה הרוטור. הקצה הזה–בזמן טיסה אנכית ואופקית –יחתוך דרך האוויר במהירויות שונות אם הוא בכיוון הטיסה או בניגוד לכיוון הטיסה. כך יוצא שצד אחד של הדיסקה יוצר כוח עילוי גדול יותר מאשר הצד השני. יכול בהחלט להיווצר מצב שבו קצה הרוטור עובר את מהירות הקול, וזה הורס את היעילות האירודינמית שלו וכן יוצר ויברציות חזקות ורעשים. זה מצב כה קיצוני, עד כי צד אחד של הדיסקה עלול להזדקר (לא ליצור כוח עילוי כלל) והמסוק יאבד שליטה וייפול כמו מקרר מהשמים.
חיסרון נוסף הוא אובדן היעילות של הרוטור הקטן שבזנב. הדבר נגרם כאשר משב הרוח היורד מהרוטור הגדול פוגש את המשב של הרוטור האחורי, ושילובם מבטל את יעילותו. תופעה זו מוכרת היטב ונגרמת בתנאים ספציפיים מאוד, של טיסה ברוחות צד ובאלכסון. זה דורש ערנות מצד הטייס או פתרון הנדסי בדמות רוטור זנב המכונס בתוך מייצב אנכי משלו.
הקונספט משתנה
בשנים האחרונות גורמים אזרחיים וצבאיים תרים אחר דרכים שונות למציאת פתרונות לנקודות החולשה האלה ולרבות אחרות. צמיחה מהירה של מטרופולינים, תשתית תחבורה יבשתית עמוסה ואיטית וגם איומים חדשים בזירה הביטחונית – כל אלה מאיצים פתרונות מגוונים למדי לבעיות מבית של המבנה הקלאסי של המסוק.
הקונספט המשלב כנף קבועה עם רוטור גדול אינו חדש. הוא לא מצליח אמנם להשתחרר לגמרי מהמורכבות המכנית של מסוק, הדורשת תיבת הילוכים מורכבת, כבדה ועתירת תחזוקה, אבל כן מאפשר להגיע למהירות טיסה גבוהה וגם –חשוב אולי יותר –לרחף במקום ולנחות על משטח, ולא על מסלול ארוך. כזה הוא, למשל, ה-Racer של איירבאס (לשעבר, יורוקופטר), המשלב שני רוטורים קטנים לדחף קדימה, רוטור גדול למעלה וגם כנפיים. המהירות שאליה הגיע כפולה מזו של מסוק רגיל –כ-400 קמ"ש בשיוט יציב, עם צריכת דלק נמוכה ב-15 אחוז מזו של מסוק רגיל שטס במהירות 240 קמ"ש. כדי להגיע לנתונים האלה, מהירות הרוטור הגדול מואטת בשיוט (זוכרים את מחסום מהירות הקול של הקצוות?) ואפילו אחד משני מנועי הסילון מדומם והכלי ממשיך לשייט על מנוע יחיד, המפיק לבדו כ-2,500 כוחות סוס. לפי איירבאס, הכלי אמור להיכנס לייצור סדרתי בשנת 2021.
הקונספט של JAXAהיפנית מגיע מהכיוון של סיוע באסונות טבע. ביפן, מוכת רעידות אדמה וצונאמי, להגעה במהירות למקום מרוחק כדי לחלץ בריחוף פצוע ומשם למהר לבית חולים יש חשיבות רבה,והיא יכולה לעשות את ההבדל בין חיים ומוות. זוהי "שעת הזהב", כפי שהוטבעה בתודעתנו במלחמת וייטנאם, שבה המסוקים הוכיחו את יעילותם כמצילי חיים. כמו אצל איירבאס, גם הקונספט שלJAXA משלב מדחפים קדמיים, כנף קבועה ורוטור, אבל בכלי טיס גדול בהרבה, כשהפיתוח האירודינמי כולו נעשה בעזרת מחשבים חזקים ומודלים ממוחשבים. כלי יעיל לפיתוח עתידי וזול (חוסך ייצור אבות-טיפוס וניסויים במנהרת רוח) הרבה יותר של מסוקי העתיד.
סיקורסקי ובֶּל האמריקאיות מפתחות כלים בכיוונים אחרים לחלוטין, באופן די דומה למה שהתרחש אי שם בשנות הארבעים של המאה הקודמת. סיקורסקי מפתחת מסוק בעל שני רוטורים ראשיים, הסובבים בכיוונים מנוגדים, והכלי נדחף בעוצמה על ידי מדחף אחורי. התוצאות של הכלי הזה מרשימות למדי, וניסויים באבות-טיפוס כבר מוכיחים כי ניתן להכפיל את מהירות הטיסה תוך שימור כל התכונות החשובות של מסוק, בתוספת יציבות משופרת וחבילת אוטומציה המקלה מאוד את עבודתו של הטייס.
בל, מצִדה, לקחה את הקונספט לכיוון שונה לגמרי, והיא מגישה לממשל האמריקאי תוכנית לכלי טיס משנה צורה. V-280 של בל מצויד בכנף קבועה,שבכל קצה שלה יש רוטור גדול המחובר במפרק למנוע קבוע (ב-V-22, הנמצא בשירות, המנוע כולו מסתובב יחד עם הרוטור(. כך הכלי יכול להמריא ולנחות כמו מסוק (אם כי הוא בעל כושר תמרון נמוך יותר),וגם מסוגל לטוס מהרמאוד, והגיע בניסויים עד 300 קשר,שזה 555 קמ"ש.המהירות והחיסכון בדלק ייתנו ל-V-280טווח גדול יותר, עד פי 3.5, משל מסוק רגיל, כשהואנושא 14 נוסעים וארבעה אנשי צוות.
השילוב של חומרים מרוכבים, מבני "סנדוויץ" קלי משקל וקשיחים, יחד עם מערכות מחשב טוס-על-חוט המסייעות מאוד לטייסים לשלוט בכלי הטיס האלה, מאפשר לחקור תחומים חדשים לכלי טיס מרחפים. הפיתוח היקר של כלי טיס נמשך,ועתיד להביא לנו כבר בעתיד הקרוב את הדור הבא– היעיל, המהיר והמרתק ביותר– של המסוקים. לאונרדו דהוינצ'י היה גאה.
