מיגון בליסטי אישי – עבר, הווה ועתיד

המאמר סוקר את המיגון האישי, כפי שהיה בשימוש משחר ההיסטוריה ועד ימינו. במהלך התפתחות אמצעי הלחימה ולמול האיומים החדשים, השתנו והתפתחו בהתאם אמצעי המיגון האישי. המושג “מיגון אשי” הינו רחב מאוד; מאמר זה יתמקד במיגון אישי הקשור למיגון בליסטי – כלומר המשמש כנגד פגיעת קליע / רסיס או חפץ חד, כגון סכין. גם בתוך התחום הרחב של המיגון הבליסטי האישי, שכולל גם מיגון מבני ואביזרים כמו קסדות מגן, הסקירה כאן תתמקד בבגדי המגן לגוף – ובעיקר סקירה וניתוח של חומרים טקסטיליים שונים המשמשים למיגון, יתרונותיהם וחסרונותיהם. יחד עם זאת, תובא כאן גם סקירה מצומצמת של מיגון אישי על בסיס חומרים קרמיים (ceramic armour), הנדרשת להבנת הנושא הכללי.

בנוסף, מוצגים במאמר מחקרים בתחום השפעת החומרים טקסטיליים על הגברת גל ההלם המגיע לגוף האדם החשוף לפיצוץ. תופעה זו, שנחקרה בעיקר באופן אקדמי, לא קיבלה ביטוי בתקני המיגון הבליסטי האישי ולא השפיעה עד היום על תכנון המיגון באופן מעשי – חייבת לקבל התייחסות מהנדסי מיגון בליסטי אישי, וגם הגורמים בצבא, לצד תכנון המיגון כנגד קליעים ורסיסים.

המאמר יסקור גם את הטכנולוגיות והמגמות החדשניות בפיתוח ביגוד מגן מודרני בשנים האחרונות, ודרכים לשלבן לפתרון בעיית הגברת גל ההלם המוצגת לעיל.

מבוא

בליסטיקה הינה ענף מדע המכניקה המטפל בתנועת אובייקטים, כגון קליע או רסיס, והשפעתם על אובייקטים אחרים. לפיכך, כל מיגון נגד אובייקטים נעים אלה יוגדר כמיגון בליסטי – ובסקירה זו אני אתמקד על מיגון בליסטי אישי ה”צמוד לגוף” – בגדי מגן. הטעות השכיחה, כשמדברים על מיגון זה, כמו למשל, אפוד מגן, הינה לקרוא להם “חסין כדורים” ( bullet proof), כאשר המושג הנכון הוא יותר “מתנגד לכדור” (bullet resistant). מושג זה ממחיש כי המיגון אינו אוניברסלי ועמיד בפני כל הסכנות, אלא תלוי מאוד בסוג ההשפעה – קליע או רסיס, משקלם ומהירותם ומאפייניהם. המטרה האמיתית של ביגוד מגן היא ספיגת / מזעור ההשפעה הקטלנית, האטת מהירות הקליע / רסיס העובר דרכו, עד עצירתו.

 היסטוריה

הנשק הראשון של האדם בתולדות האנושות היה חלק מגופו, כגון אגרוף או רגל, והנשק הבליסטי הראשון – אבן. לאחר מכן הגיע השימוש בחפצים מכים / חובטים למיניהם וחפצים חדים דמויי סכין. המיגון האישי שהועמד כנגד איומים אלה נבנה בעיקר מעורות של החיות שאדם צד או גידל. לצד עורות של שוורים, למשל, היה שימוש בעורות אקזוטיים והמעניקים הגנה טובה יותר (וגם סגולות מיסטיות לתפיסת הלוחמים אז) – כגון עור קרנף וחיות אחרות שניתן לראות בציורים היסטוריים של הלוחמים באזור מזרח – סין ומונגוליה (2, 3). ביוון העתיקה מופיע כבר מיגון אישי המבוסס על אריגים צפופים עשויים ממשי ופשתן. אנשי המקצוע העוסקים בייצור בגדים אלה מוזכרים כחלק מהצבא היווני. יתרה מכך, כבר 300-400 שנה לפני”ס מתרחשות בצבאות היוון העתיקה רפורמות להחלפת מגנים מברונזה לבגדי מגן לשיפור תמרון הלוחם תוך הקניית רמת הגנה דומה (4).  שיחזורים של בגדי מגן מתקופה הנ”ל מראים כי הבגד היה עשוי משכבות פשתן (בין 10 ל- 20)  בעובי הכולל של עד 10 מ”מ (5).

בימי הביניים חזר המיגון עשוי ממתכת למיגון האישי של הלוחם, כמו שריון האבירים מדינות אירופה, כגון צרפת, אנגליה וגרמניה, גם בחיל הפרשים וגם בחיל רגלי (6).

תמונה :1 שריון אבירים מהמאה 13 ו14- – אזור צרפת וגרמניה.
קרדיט: )3( Grafton

תמונה :2 שריון סמוראיי מהמאה ה18
קרדיט: )4) Museum Milan Art Japanese

מיוחד במינו היה המיגון של סמוראים יפניים, אשר גם בתקופת ימי ביניים אימצו בגד מגן המבוסס על בגד עור שעליו מוקמו פלטות מתכתיות מחוברות בעזרת חוטי משי. יצויין כי בגד זה היה מורכב מאוד ומשוכלל מבחינה הנדסית – הוא היה חזק מספיק נגד פגיעת חרב או חץ; ומצד שני איפשר גם תנועה רגלית וגם רכיבה על הסוס אודות שימוש בפלטות בגדלים ואוריינטציה שונים וחיבורם הגמיש.

המאה ה-20

במלחמת העולם הראשונה הנדסת המיגון הבליסטי האישי התמקד בהגנת החיילים והקצינים נגד שרפנל (shrapnel), ועדיין כלל שימוש נרחב במתכת. אך לקראת סיום המלחמה כבר החלו לראשונה מאמצי פיתוח בגד מגן מהסוג החדש, הקל, המתבסס על חומרים טקסטיליים, בעיקר בבריטניה. בין החומרים הטקסטיליים היה שימוש בכותנה, פשתן, סיסל, קנבוס ומשי. סיבי משי הוכיחו יכולת מיגון הטובה ביותר, ברת השוואה לזו של מיגון העשוי מפלדת מנגן, אך המחיר היה גבוה מאוד מלהיות ייצורי מספיק (9).

בתחילת מלחמת העולם השנייה בצבא הבריטי הוכנס מיגון אישי הבנוי מפלטות פלדה בעובי 1 מ”מ; משקל המיגון הזה היה 1.1 ק”ג. במהלך השימוש במיגון זה התברר כי הוא מגביל מאוד תנועת הלוחם, ואף גורם לעיתים לפציעות של הלובש אותו (10).

במחצית השנייה של המלחמה בגדי מגן חדשים הוכנסו בצבא ארה”ב ובריטניה. בבסיס הפיתוח עמד ניתוח פציעות של הטייסים מאש נ”מ של הצבא הגרמני, המאופיין ע”י אש ורסיסים במהירות נמוכה דווקא. מיגון זה קיבל כינוי “ג’קט טייס” (“flyer’s west”) או בשמו הרשמי מיגון 1M ולאחריו המודיפיקציה 2M. משקלו היה גדול – 3.6 ק”ג ומעטפת חיצונית שלו היתה עשויה מכותנה. במהלך חמש שנים הבאות מעטפת כותנה הוחלפה במעטפת על בסיס סיבי ניילון אשר פותחה בחברת Du Pont. כך החל עידן מיגון בליסטי על בסיס חומרים טקסטיליים מהונדסים, סינטטיים (10).

עד 1952 פותחו ושודרגו מספר רב של דגמי מיגון אישי על בסיס סיב ניילון – בתצורה הסופית המיגון (1951M-כלל כבר 12 שכבות ניילון “בליסטי”. במלחמה בווייטנאם המיגון שונה לדגם M69, שכלל תוספת שכבת פלסטיק חיצונית על גבי 12 שכבות ניילון פנימיות, ובנוסף כלל גם מיגון גב הלוחם הבנוי מ-10 שכבות ניילון (10).

מתחילת שנות 60 של המאה שעברה לפיתוח מיגון בליסטי אישי נכנסו חברות פיתוח מתחום האווירי והחלל, וזה הביא לחיפוש פתרונות שכבות קשיחות למיגון מעולם האימייל, חומרים קרמיים וגם חומרים מרוכבים, כגון על בסיס סיבי זכוכית (fiberglass או במינוח המדויק יותר – glass fibre reinforced plastic (GFRP)). בסופו של דבר פיתוח זה נכנס לשימוש במיגון בליסטי אישי אחיד הבנוי מבלוק קרמי מונוליטי שהוכנס למעטפת ניילון (10, 11).

ב-1964 הומצא, גם הוא במעבדות Du Pont, פולימר עבור סיב סינטטי חדש הבנוי על משפחת פוליאמידים ארומטיים. הסיב החדש הבנוי מפולימר זה פותח ב-1972 וקיבל שם קבלר (Kevlar) (12, 13). סיב זה החל עידן חדש במיגונים בליסטיים אישיים. בהיותו קל יחסית, סיבים ממשפחת קבלר חזקים יותר מפלדה ומגיעים עד כדי 40% חוזק גבוה יותר מזה של סיבי ניילון. כבר ניסויים ראשוניים עם החומר החדש הראו כי הוא מסוגל לעצור סוגים שונים של רסיסים. סגולות החומר הביאו גם לפיתוח קסדת לוחם הבנוי ממנו. משקל המיגון על הגוף היה כ-4.5 ק”ג. לצד היתרון של עמידות המיגון בפני קליעים ורסיסים, עדיין החיסרון של מיגון קבלר הוא בחוסר חסינותו לפציעות לא קטלניות, אך קשות בפני עצמן – כגון טראומת חבטה בפלג הגוף העליון. למרות זאת, מיגוני קבלר הוכנסו למיגון בליסטי אישי בצבאות רבים, משנות 80 של מאה שעברה למשך של 30 שנה (10).

עד סוף המאה שעברה פותחו מספר רב של סיבים סינטטיים מהונדסים חדשים, כולל בעלי חוזק יוצא דופן; אבל רק חלק קטן מהם ייועדו ע”י היצרנים למטרת מיגון בליסטי אישי (10, 13). הסיבים האלה מיוצרים לרוב תחת שם מסחרי של היצרן המפתח, כגון: Zylon, Spectra, Dyneema, 5M, Endumax, Twaron, Tensilon ואחרים. טווח התכונות של סיבים אלה, כגון צפיפות, חוזק, משקל, גמישות – הינו רחב מאוד, ומאפשר הנדסה מתקדמת ומדוייקת של המיגון כנגד האיום הצפוי (14, 15, 16, 17).

הנדסת מיגון בליסטי אישי – המבנה הבליסטי של מטריצה טקסטילית

החומר הטקסטילי מיושם בתוך המיגון הבליסטי באמצעות שיטות ייצור טקסטיליות קונבנציונליות, כגון אריגה וסריגה, וגם בשיטת הבלתי ארוגים (non-woven). בשיטות האריגה וסריגה החומר הטקסטילי מאוגד במבנה אודות גיאומטריה של אגדי הסיבים המשולבים זה בזה, בדיוק כפי שזה קורה בביגוד הרגיל שאנו לובשים, באם זה חולצת טי שירט ארוגה או סוודר סרוג. בשיטת הבלתי ארוגים, מבנה הטקסטיל נוצר בעזרת דבק – מאגד (binder) גמיש המקשר בין הסיבים. פעולת המיגון העומדת מאחורי יישומים אלה היא תגובת מבנה ארוג/סרוג/בלתי ארוג שמהירה מספיק כדי להבטיח ספיגת אנרגיה ברמה הנדרשת. פלטות מחומר טקסטילי העשויות בשיטות הנ”ל מוכנסות למיגון אחת על גבי השנייה, להגברת אפקט המיגון (1, 10, 11).

מבין המבנים הנדונים לעיל, המבנה הארוג הינו בעל חיסרון יחסי – זאת עקב נוכחות נקודות הצלבה (crossovers) קשיחות יחסית בין אגדי הסבים באריג. הוכח במחקרים שנקודות אלה מעכבות את פיזור האנרגיה של הפגיעה למסת המבנה הכולל של האריג (שכאמור הינו התהליך החיוני לביצוע המיגון). המבנים הבליסטיים האחרים – סרוגים ובלתי ארוגים כמעט פתורים מבעיה זו, בהתחשב במקבילות הסיבים (ולכן חוסר של נקודות ההצלבה) ודרגת חופש גדולה יותר בסידור החומר הטקסטילי בתוך מטריצה. בשיטת הבלתי ארוגים מתאפשרת גם הנחת שכבות, האחת על גבי השנייה, כאשר בכל שכבה כיוון הסיבים הינו ב-90⁰ לשכבה הקודמת (כלומר אוריאנטציה של השכבות היא 0⁰ / 90⁰ / 0⁰ / 90⁰ אחת כלפי השנייה). סידור זה מקנה תכונות חוזק מצויינות למיגון; בנוסף נוכחות הדבק העוטף את הסיבים מקנה גם עמידות לשחיקה (abrasion resistance) גבוהה במיוחד.

תמונה :3 מטריצת מיגון טקסטילי
בשיטת אריגת אגדי סיבים 29Kevlar
המונחים כשתי וערב
קרדיט: )7) Pont D

תמונה :4 מטריצת מיגון טקסטילי בשיטת בלתי ארוגים: שכבת סיבי 29Kevlar ™
מקבילים בתוך מאגד )משמאל(: ושתי שכבות מונחות אחת על גבי השנייה
באוריינטציה של 900 בין שכבה אחת לשנייה )מימין(.
קרדיט: )8) Hon

מיגון בליסטי רך (soft armor) ומיגון בליסטי קשיח (hard armor).

המיגון הבליסטי האישי בעידן המודרני מתחלק לשני הסוגים: המיגון הבליסטי הרך (soft armor) והמיגון הבליסטי הקשיח (hard armor). המיגון הרך עבר בעשורים אחרונים שינויים ופיתוחים רבים. הוא בנוי על שכבות החומר הטקסטילי במבנים בליסטיים שתיארנו לעיל. המיגון הרך מקנה בעיקר הגנה כנגד קליעי אקדח; וככזה הוא בשימוש נרחב יותר ביישומים לא צבאיים – בקרב שוטרים, מאבטחים וכדו’. פעולת המיגון הרך כנגד האיום – הקליע בקליבר קטן – היא בעצם תפיסת הקליע בין השכבות של החומר הטקסטילי תוך הנחתת אנרגיה קינטית של הקליע ועצירתו הדרגתית. ספיגת האנרגיה בצורה זו מביאה באופן בלתי נמנע לתנועת שכבות המיגון כלפי הגוף של המשתמש; תופעה זו מתורגמת בחבטה טראומטית ונזק לגוף המשתמש עד כדי גרימת מוות במקרים מסויימים.

תמונה :5 אפקט המיגון ע”י המיגון הבליסטי הרך )עשוי מטקסטיל בליסטי( – תוך האטה
ועצירה הדרגתית של קליע ותנועת שכבות אחת כלפי שניה )בצורה אופיינית של “קונוס”(
קרדיט: )9) Sparks

המיגון הקשיח בנוי מפלטות מיגון קשיחות, עשויות, למשל, משכבות חומר קרמי דחוס; ייעודו לתת הגנה כנגד איומים גדולים יותר מאלה של המיגון הרך. החומר הקרמי יכול להיות בנוי מחומרי גלם שונים ובעל גודל גרגירים שונה;  גודל גרגיר קטן יותר לרוב מעניק ביצועים בליסטיים טובים יותר (17). בד”כ המיגון הקשיח נכלל במיגון הטקטי יחד עם המיגון הרך; במקרה זה יש כיווניות למיגון, כאשר הצד הקרמי הינו זה שמופנה כלפי האיום (“צד האויב”). מנגנון פעולת מיגון של המיגון הקשיח הינו שונה מזה של המיגון הרך – הוא בנוי על שבירה / גרימת דפורמציה של קליע / רסיס על גבי המשטח הקשיח של החומר הקרמי:

נפוץ גם מיגון בליסטי משולב, הבנוי משילוב המיגון הרך והקשיח; בנוסף לעיתים משולב בתוך מיגון זה גם מיגון נגד טראומת חבטה – בד”כ אלמנטי מיגון דומים למיגון טקסטילי / קרמי אך בעלי שטח ועובי קטנים יותר, המוכנסים בין שכבות המיגון העיקריות (18).

תקינה ושיטות בחינה ליעילות מיגון בליסטי אישי

התקן המקיף ביותר של עמידות המיגון הבליסטי הוא של NIJ האמריקאי, תקן 0101.06 – Ballistic Resistance of Body Armour . התקן מחלק את סוגי המיגון לשש קטגוריות, לפי עמידות בסוג החימוש , משקלו ומהירות החדירה, בהתאם לטבלה הבאה:

טבלה :1 סוגי מיגון על פי תקן 0101.06
קרדיט: )12( Rice

מערך הבדיקה הטיפוסי במעבדות לבדיקת עמידות המיגון מוצג מטה:

איור :8 מערך בדיקת עמידות מיגון, הכולל חיישני תחילת ירי )משמאל(, מצלמה מהירה
)במרכז(, מתקן קיבוע המיגון )מימין(, ולוח עדות לגילוי אפקט הפגיעה )מלמטה(.
קרדיט: )12) R

תקנים נוספים למיגון בליסטי אישי, חלקם שווי ערך של 0101.06, הם:

  • MIL-STD-662F, Military Standard: V50 Ballistic Test for Armor (20)

(50V הוא הערך הסתברותי – הערכת מהירות קליע שבה יש 50% סבירות של חדירה דרך המיגון).

  • UK Standard—UK/SC/5449; Ballistic Test Method for Personal Armours and Lightweight Materials (21).
  • NATO Standard—STANAG 2920 (22).

התנהגות המיגון הבליסטי בגל הלם

כאמור, המיגון הבליסטי האישי מעניק הגנה כנגד עצם נע במהירות, כגון קליע או רסיס, או עצם חד או כהה כגון סכין / מקל נעים במהירות נמוכה מאוד. מה קורה אבל עם האפקטים ההרסניים האחרים שמאפיינים את שדה הקרב, כגון גל הלם? בכדי להבין את ההשפעה, נסביר קודם מהו גל הלם. גל הלם (detonation wave / shock wave / blast wave) הינו גל של אוויר דחוס הנע בחזית הניפוץ במהירויות גבוהות ביותר (הרבה מעל מהירות הקול). מהירות הקול בטווך אווירי הינה 330 מ’ /ש’; מהירות גל הלם מחומרי נפץ תקניים כגון RDX ו-HMX הינה בתחום 7500 עד 8500 מ’/ש’. גל הלם מאופיין ע”י יכולת הריסוק שלו – בהגעתו לחומר העומד בדרכו, הוא לא רק דוחף אותו (כפי שקורה בגל הדף), אלא נכנס לתוכו עקב המהירות העצומה וגורם לשבירה / שקע / סדק בהתאם למאפייני הפגיעה וסוג החומר (23, 24, 25).

ניתן להמחיש את ההבדל בין גל הדף לבין גל הלם באמצעות התרשים הבא:

איור :9 פעולת גל הדף וגל הלם בהצגה מופשטת: גל הדף )משמאל( בהפעלת חנ”ה
)חומר נפץ הודף( נע למעלה; גל הלם )מימין( בהפעלת חנ”מ )חומר נפץ מרסק( נע למטה
תוך כניסה למשטח, שעליו עומד ויצירת שקע / מכתש בתוך החומר של המשטח.
קרדיט: מחבר המאמר

פעולת גל הדף על המיגון הבליסטי ברורה (דחיפה) ודומה לזאת שהמיגון בנוי להגן עליה – אך לא כך המקרה של גל ההלם. לחץ (של אוויר) הוא הגורם הממית במקרה זה – האדם נפגע בריאות ואיברים פנימיים אחרים בחשיפה לגל ההלם (26, 27, 28).

לאחרונה התפרסמו מחקרים שחקרו מעבר גל ההלם דרך חומר טקסטילי בקרבת גוף האדם (29, 30, 31, 32). המחקרים הצביעו על הגברת גל ההלם המגיע לגוף אדם עקב קרבת החומר הטקסטילי. פיזיקת התופעה הינה ככל הנראה יצירת הכלה (confinment) בדרכו של גל ההלם. כך לדוגמא, לוחם החשוף לגל ההלם בקרבת קיר או כל מבנה אחר (מצב בו לוחם נמצא לפני הקיר), ייפגע משמעותית חזק יותר מהמצב בו יהיה חשוף לגל הלם במקום פתוח – חלק מגל ההלם יוחזר מהקיר (הגל החוזר) ויפגע בלוחם יחד עם הגל הישיר. בדומה לכך, חומר טקסטילי יהווה מחיצה מלאכותית בין גוף האדם לבין גל ההלם – מחיצה זו אינה מנחיתה את עוצמת הגל בדרכו הישירה, אך “לוכדת” את הגל בצורה מסויימת, וגורמת לגלים חוזרים אל גוף האדם. בסופו של הדבר הלחץ הסופי (peak pressure) הנמדד על גוף האדם (בניסוי – משטח חישה המסמלץ את גוף האדם) הינו מוגבר ביחס לגל המקורי.

איור :10 מערך הניסוי למדידת לחץ גל הלם על משטח
חישה )מסמלץ גוף האדם(: מחולל גל ההלם )מימין(;
מחיצת חומר טקסטילי )במרכז(, משטח חישה למדידת
הלחץ במרחק קצר מהמחיצה )משמאל( .
קרדיט: )15) Th

ערך הגברת הלחץ תלוי במאפייני החומר הטקסטילי; אך נמצא בבירור (וזה גם הגיוני) כי חומרים טקסטיליים בעלי המבנה הצפוף והחזק וכצוצאה מכך בעלי “אווריריות” וחופש מעבר permeability)) נמוכים יותר, מאופיינים בהגברת לחץ שיא גבוהה יותר על משטח המדידה.

» תמונה :11 השפעת מאפייני החומר הטקסטילי: סוג הסיב
וחדירותו )permeability), על הגברת גל ההלם )מבוטא בלחץ
שיא(. העמודה הגבוהה ביותר הינה של סיב ארמיד – השם הכימי
של משפחת סיבי קבלר.
קרדיט: )15) Thom

כפי שסקרנו כאן במאמר בפרקים הקודמים, חומרים טקסטיליים חזקים וצפופים אלא הם בדיוק חומרי המבנה של בגדי המגן – עובדה שמציבה כעת דילמה – אם אנחנו ממגנים את הלוחם כנגד קליעים ורסיסים בו בזמן אנחנו מסכנים את גופו במיתר הפגיעה מגל ההלם.  בחלק מהתרחישים – למשל, כאשר האיום הוא ירי נק”ל, הפתרון פשוט – שימוש במיגון קשיח / משולב, אך כיצד לבחור מיגון נכון במיתר איום של פיצוץ, כאשר גם סיכון רסיסים וגם סיכון גל הלם מתקיימים זה לצד זה?..

לכן, על מפתחי המיגון הבליסטי והגורמים המקצועיים במערכי הבטחון לתת דעת ולחפש פתרון לאתגר לא פשוט זה.

ייתכן והמענה לאתגר זה יימצא בטכנולוגיות וחומרים חדשים שנחקרים בעשור האחרון. ביניהם אציין שניים שנראים המעניינים והמבטיחים ביותר.

טכנולוגיות חדשות וחומרים חדשים בעלי פוטנציאל שינוי של המיגון הבליסטי האישי הקיים

–  חומרים המבוססים על נוזלים לא ניוטוניים (non-Newtonian fluid).

נוזל לא ניוטוני הינו נוזל שלא מתנהג לפי חוק ניוטון של צמיגות – לנוזלים אלה הצמיגות משתנה בהתאם לכח המופעל עליהם (33, 34, 35). דוגמאות בולטות של נוזלים כאלה –  דבש, עמילן, קרמל, צבעים, שרפים ואפילו משחת שיניים.

השימוש בנוזל לא ניוטוני לצורך מיגון בליסטי כולל תערובת של פוליאתילן גליקול (polyethilene glicol) ואבקה דקה מאוד של סיליקה (silica powder). במצב רגיל גרגירי האבקה רחוקים יחסית אחד מהשני בתוך והתערובת מתנהגת כנוזל (36). אבל בפגיעה של קליע, רסיס, או מכה אחרת, גרגירי האבקה נצמדים אחד לשני ומייצרים מבנה קשיח הרבה יותר בעזרת כוחות פיזיקו – כימיים הפועלים בטווח קרוב זה. כתוצאה מכך, התערובת מקבלת מבנה קשיח מאוד, הדומה לחומר קרמי, עם תכונות מיגון בליסטי זהות. תהליך היצמדות גרגירי האבקה והקשיית התערובת לוקח חלקי שניות – זמן שמספיק לתגובה לאיום של קליע / רסיס. מצד שני, זמן זה ארוך מידי לתגובה על גל ההלם, שמאופיין בזמנים מהירים הרבה יותר – מיקרו שניות (microseconds) (37), ולכן הקשיה זו לא תתרחש ולא תשפיע על הגברת גל ההלם על הגוף. יישום תערובת זו יכול להיעשות, למשל, ע”י הספגת הסיבים הטקסטיליים עם התערובת בתוך המיגון הבליסטי (38).

– חומרים אאוקסטיים (auxetic materials)

חומרים אאוקסטיים הינם חומרים בעלי יחס פואסון (Poisson’s ratio) שלילי. כשאר הם עוברים מתיחה בכיוון אחד, הם נהיים עבים יותר בכיוון המאונך לכיוון המתיחה. תכונה זו מבוססת על מבנה פנימי מורכב של החומרים הנ”ל ועל תגובתם לדפורמציה שמופעלת בצורה לא סימטרית (39, 40, 41). מבנים מיוחדים אלה מצויים חלקם בטבע, למשל, במינרלים מסויימים וברקמות ביולוגיות, וגם מיוצרים בצורה מלאכותית – כגון מבנים מתכתיים, קרמיים  ופולימריים (42). דוגמה טובה לשימוש הולך ומתרחב היום במבנים אאוקסטים הם ספוגים (foams) אאוקסטיים (43, 44, 45), בעל עמידות גבוהה נגד היסדקות, למשל, בנעליים וקסדות בענפי  ספורט שונים:

איור :12 מבנים אאוקסטיים מספוג – תגובה להפעלת כח בהשוואה למבנה רגיל
)משמאל(, והשימוש בספוג אאוקסטי בנעלי ספורט )במרכז( ובשכבות מיגון של קסדות
ספורט )מימין(.
קרדיט: )25) Duncan ,)24 (Sanami

לאחרונה נעשה מחקר ופיתוח ליצירת מבנים אאוקסטיים מחומרים טקסטיליים בליסטיים (כגון סיבי קבלר) באמצעות סריגה מתקדמת בצורות גיאומטריות שונות. ניתן להנדס סריגים כאלה באמצעות מודל ממוחשב וליישמו בסריג האמיתי (46, 47). בשימוש בטכניקות זו ניתן לקבל מבנים טקסטיליים אאוקסטיים שלחץ המופעל עליהם יגרום לפתיחת לולאות רבה יותר מהמצב הרגיל, וע”י כך יפחית את הגברת גל ההלם ליד הגוף; עם זאת יכולת ההגנה נגד חפץ חודר לא תשתנה. שימוש בחומרים אלה כבר החל בווילונות מיגון לפיצוץ, כאשר בהשפעת לחץ על של גל הניפוץ התרחבות הלולאות מאפשרת  מעבר חופשי יותר ושחרור ההלם; והישארות באותה הגיאומרטריה והצפיפות כנגד רסיסים פוגעים (48).

תמונה :13 מבנים אאוקסטיים מחומרים טקסטיליים סרוגים
קרדיט: )26) W

תמונה :14 טקסטילים בליסטיים אאוקסטיים:
מידול מבנה טקסטילי אאוקסטי ממוחשב )משמאל(, וסריג אאוקסטי בליסטי )מימין(;
בשתי הדוגמאות: למעלה – מצב הסריג לפני הפעלת הכח, למטה – התרחבות
הלולאות בהשפעת הכח המופעל
קרדיט: )27) C

מסקנות והמלצות

מגמות, חומרים וטכניקות חדשניות שנסקרו בפרק הטכנולוגיות החדשות לעיל, יבשילו ככל הנראה עד כדי מתן המענה המעשי בשנים הבאות. עד אז לאור הדילמה המוצגת בסקירה זו יש לתת דעת על שימוש מושכל ומותאם במיגון בליסטי אישי כנגד האיום הנצפה.


דמיטרי חשפר, אלביט מערכות
קרדיט: מחבר המאמר

דמיטרי חשפר, אלביט מערכות

תגובות סגורות