פיתוח מערכת לולאת החיווי (Indicator Loop) וצורת פריסת המערכת

פירורי מידע הרחבה למסלול: בעכו ובסינגל יער אחיהוד

רקע כללי

השימוש לגילוי צוללות בעזרת לולאת החווי הסתמך על התכונות המגנטיות של כלי שיט.
כאמור, מדובר במערכות כבלים תת ימיים, הקולטים שינויים חשמליים שנוצרו בהשראה האלקטרומגנטית כאשר כלי שיט חלף מעל לכבלים שהונחו על קרקעית הים.
כאשר צוללת או כלי שייט אחר עובר מעל ללולאה נוצרת זרם מושרה שניתן למדוד בעזרת גלוונומטר, (מכשיר למדידת זרמים).

המחקר והפיתוח של המערכת שהתחיל במלחמת העולם הראשונה, החל בזמן שהבריטים נמצאו בחוסר יכולת מול האתגר ההולך וגובר שהציבו הצוללת הגרמניות.

הגרמנים הטביעו עשרות רבות של כלי שיט, ובחודשים האחרונים של 1916 הטביעו הצוללות הגרמניות מעל 150 אוניות סוחר. באותה תקופה כבר היו ברשות הגרמנים מעל 130 צוללות ¹.

תחילת הדרך

עם התקדמותה של מלחמה העולם הראשונה (1918 – 1914) ובהמשך ללחץ הצבאי והציבורי, הבינה האדמירליות הבריטית (משרד הביטחון הימי של בריטניה) כי מלחמה מודרנית מחייבת מדע מודרני, וכי הכישלונות הצבאיים אל מול הצבא הגרמני -(בעיקר כישלונות אל מול הצוללות הגרמניות) אינם רק בעיה טקטית אלא בעיה טכנולוגית ־ מדעית.

בהמשך לאמור, הוחלט ביולי 1915, על הקמתו של גוף חדש וייחודי המשלב מדענים אזרחיים 'מועצת החקר/ההמצאות והמחקר' – 'Board of Invention and Research' (בקצור ה- BIR).

תפקיד המועצה היה, להציע פתרונות ולארגן תוכניות מחקר ופיתוח לבעיות שהמלחמה הציבה, ובמקביל לסנן המצאות ורעיונות, כולל כאלו שהגיעו מהציבור.

הנושאים שנבחנו על ידי ה- BIR כללו ²: מטוסים וציוד אווירי: מטוסים, בלונים, מנועים וציוד חשמלי, השמדת ספינות, אחסון שמן, ציוד הצלה, פצצות ומכשירי ירי. // צוללות ואמצעי לחימה ימית: צוללות, השמדת צוללות, מוקשים וכו', בניית כלי שיט. // נ"מ, ותפעול קרקעי: תותחי נ"מ, פצצות ואמצעים גלאי מטוסים, איתות, ניווט. // תחמושת וכלי ירי: תותחים, תחמושת, חומרי נפץ, גזים, טווחי מדידה.
אך מרבית המענקים הוקצו לאגף שעסק בצוללות וטלגרפיה אלחוטית ³.

עצם הגדרתה של הועדה, כגוף בעל מידה רבה של עצמאות ביחס לצי, שתפקידו לגייס מדענים אזרחיים, לפתרון בעיות צבאיות שהצי הבריטי התקשה להתמודד עמן, יצרה מתחים מתמשכים בין אנשי הצי לחוקרי ה-BIR, ולעיתים אף הובילה לחוסר שיתוף פעולה של ממש ³.

הוועדה גיסה מדענים וחוקרים מן המעלה הראשונה, אולם מנגנוני הממשל והמערכת הצבאית פעלו באיטיות, ופיתוחם של אמצעים יעילים לגילוי צוללות התקדם לאט. חלק מהעיכוב ומבזבוז הזמן נבע מפערי אמון בין קציני הצי לאנשי המחקר.

כך, בעוד שהמלחמה ממשיכה לגבות מחיר כבד מהצי הבריטי, והצוללות הגרמניות מוסיפות לאיים ולגרום נזקים חמורים, הגיע רק לקראת סוף המלחמה פיתוחה של טכנולוגיה בה ניתן להגן על הנמלים מפני צוללת האויב ³.

כרזת תעמולה גרמנית הממחישה את מצב לוחמת הצוללות הגרמניות בים התיכון
(הנקודות בים התיכון מסמנות את האוניות שהוטבעו על ידי הצוללות הגרמניות)

במאמר שפרסם ד״ר ריצ׳רד וולדינג, שחקר לעומק את התפתחות מערכת לולאת החיווי האלקטרומגנטית⁴, מציב ד״ר ריצ׳רד וולדינג זרקור חד על ההחמצה בפיתוח המערכת והזמן שבוזבז, וזאת בעת שניסוי מוכח למערכת שכזו היה מונח במשרדי ה- BIR.

במשך כשנתיים, בתקופה בה בריטניה נתונה במצוקה אסטרטגית קשה, שכב באחת ממגירות מועצת המחקר של ה-BIR , מסמך שכלל עבודת מחקר וניסוי למערכת הגנה לגילוי צוללות, הפועלת בעזרת לולאת ההשראה האלקטרומגנטית ³ .
מדובר בעבודתו של פרופסור אלכסנדר קרייטון מיטשל – 'Alexander Crichton Mitchell'. מחקר שהסתיים כבר באוקטובר 1915 .

אלכסנדר קרייטון מיטשל

מיטשל, פרופסור לפיזיקה ומתמטיקה הגיע לאחר פרישתו חזרה לסקוטלנד אחרי 24 שנים בהודו.
הוא החל את עבודת המחקר שלו על לולאת החיווי ביוני 1915, ללא קשר ל- (BIR) וזאת לאחר שהחברה המלכותית של אדינבורו (RSE) פנתה אליו בנושא ⁵.

לאחר שמיטשל ביצע ניסויים פעילים במפרץ הים ליד הוקקרייג (סקוטלנד, בקרבת העיר אדינבורו) הוא דיווח ב- 19 באוקטובר על ממצאו ועל הצלחתו הגדולה למזמני המחקר ה- (RSE), ואלו העבירו את הממצאים ל- 'מועצת ההמצאות והמחקר' – (BIR).

מסיבות שונות שעיקרן טעויות בחישוב עוצמת ההשראה המגנטית של הצוללות ביחס לעומק מיקום הלולאה, נגנז המחקר של מיטשל ופיתוח מערכת ההגנה התעכב וניתקע כשנתיים.

השלמת פיתוח המערכת

פריצת דרך ממשית הגיע רק בסוף 1917 לאחר שוויליאם הנרי בראג שהיה ראש צוות הניסויים, ביקש לבדוק שוב את עבודתו של פרופסור מיטשל (משנת 1915), ובהמשך לכך, כמה חודשים לפני סיום המלחמה, באמצע 1918 פיתוח לולאות החווי הגיע לרמה מבצעית שיכלה לתת מענה לגילוי צוללות.

וויליאם הנרי בראג,

בראג שהיה פיזיקאי וכימאי בריטי, זכה פרס נובל לפיזיקה ב- 1915 (יחד עם בנו). במלחמת העולם הראשונה היה חבר ב – 'מועצת ההמצאות והמחקר' (BIR) של האדמירליות ונחשב לאחד המפתחים המרכזיים של מערכת לולאת החיווי האלקטרומגנטית — מערכת המכונה לעיתים "לולאות בראג" על שמו.

במהלך מלחמת העולם הראשונה לקח בראג חלק בצוותים שעסקו בפיתוח אמצעים לגילוי צוללות, והיה מי שהוביל את פיתוח מערכת ה – ASDIC (שהפכה בהמשך לסונאר).

אחת הבעיות במערכת לולאת החיווי שהתגלו לפרופסור מיטשל בזמן שחקר את המערכת, היו הפרעות מגנטיות שיצרו אותות חשמליים גם ללא נוכחות כלי שיט באזור.

הפרעות אלו נובעות משלושה מקורות עיקריים:

1. הפרעות הנגרמות ממכונות ומוליכי חשמל הנמצאים על החוף באזור הלולאה. כדוגמאות רכבות חשמליות, מנועים ומכשירים אחרים.
2. שינויים בשדה המגנטי של כדור הארץ, המתרחשים באופן יום יומי.
   בניסיונותיו הבין פרופסור מיטשל כי על הפרעות אלו ניתן להתגבר על ידי סידור ופריסת חוטי הלולאה בדומה לספרה 8 ולא כטבעת.
   בצורת פריסה זו, שחצי אחד של הטבעת הפוך ביחס לחצי השני, כל שינוי מגנטי שיתרחש בשני החצאים יחד, יבטל חציה הראשון של הטבעת, את השינויים שבחציה השני. (תרשימים 1 – 4)
3. הפרעות שנוצרות מתנועת כבל הלולאה הנימצא במים כאשר הוא זז מתנועת זרמי הים.
   • זו הסיבה שכבל הלולאות הנפרשים בים עמוסים בעופרת, (ראה את חתף הכבל בתמונה / תרשים 5).

תרשים (1):
1. פריסת הלולאה בתחילת הניסויים של פרופסור אלכסנדר מיטשל
2. שינוי פריסת הטבעת בדומה לספרה 8, לביטול השינויים המגנטים של כדור הארץ – כפי שמצא פרופסור מיטשל. (פריסה שהיא הבסיס לפריסת לולאת שלושת הרגליים)

פריסת כבלי לולאת שלושת הרגליים

בהמשך לאמור ולצורך ההתגברות על ההפרעות המגנטיות הניגרמות משינויים בשדה המגנטי של כדור הארץ, נימצאה לולאת שלושת הרגלים, כצורת הפריסה היעילה ביותר.

להבנת הפריסה זו, הצורה הפשוטה היא לראות את פריסת הלולאה כפריסה של שתי לולאות האחת בצמוד לשניה, תרשים (2)

תרשים (3)
תרשים סכמתי של צורת פריסת לולאת החיווי

1. בחלקו העליון של התרשים, מסומנת (2), תיבת חיבורים אטומה המחברת בין הכבל המרכזי לכבל לולאה A (אדום) וכבל לולאה B (כחול).
2. תיבת חיבורים אטומה המסומנת (1), חיברה בין כבל "הזנב" הנמשך מהלולאות שבים (לולאות A + B) אל החוף, לחדר הבקרה והתצפית.
3. כבל "הזנב" שהיה בעל 4 גידים, חובר כך:
   שני גידים חוברו יחד לכבל המרכזי (הירוק), חוברו יחד להורדת ההתנגדות.
   כבל אחד חובר ללולאה A (אדום), וכבל נוסף חובר ללולאה B (כחול)
4. על החוף בחדר הבקרה חוברו למכשיר המדידה – בצד אחד, שני הכבלים שהגיעו מהלולאות (A+B), ומהצד השני הכבל המרכזי.
5. לצורך איזון ההתנגדות בין שתי הלולאות (A,B), היה בחדר הבקרה מערכת נגדים משתנים שחוברו לכבלי הלולאות לפני שאלו חוברו יחד ולפני חיבורם למכשיר המדידה – גלוונומטר (מכשיר למדידת זרמים).

לפרטים רבים נוספים על מרכיבי המערכת, בקישור המצורף

פריסת מערכות האיתור במיפרץ חיפה
מתוך פרורי מידע – על מגדל התצפית הבריטי הצופה לים ועל הצוללת 'שירה'

חתך כבל הלולאות בעלי שיכבת עופרת שתפקידה להכביד על הכבל ולמנוע/ להפחית את תזוזתו בים.

הפריסה והשימוש במערכת לולאת החיווי (Indicator Loop) ברחבי העולם

בהמשך לפיתוח הטכנולוגי שבוצע בבריטניה בלבד והגיע למבצעיות בסוף מלחמת העולם הראשונה, נפרסו מערכות אלו במהלך מלחמת העולם השנייה בעשרות רבות של נמלים.

הפריסה התבצעה בנמלים בבריטניה עצמה, בנמלים ברחבי העולם – בארצות ההשפעה של האימפריה הבריטית, ובהמשך לשיתוף המידע בין בריטניה לארצות הברית – מערכות נפרסו גם בנמלי צי ארצות הברית.

פריסה התבצעה בין השאר בנמלים באנגליה, בסקוטלנד, אירלנד, הולנד אוסטרליה, קנדה, ניו זילנד, ארצות הברית, דרום אפריקה, קניה, ציילון, ישראל – חיפה, מצריים, יוון, טורקיה, הונקונג, ועוד

ההשקעה הכספית הישירה (ללא עלויות פיתוח, התאמת ספינות פריסה וכו'), על-פי אומדן העלויות ובהשוואה לערכן באותם ימים במונחי 2025, עמדה על למעלה מ־1.6 מיליון דולר למערכת יחידה ⁶. במרבית הנמלים נפרסו מספר מערכות, כך שההשקעה הכוללת הייתה גבוהה בהרבה.

מבחינה טכנית, יעילות הגנת הנמלים באמצעות לולאות החיווי הייתה גבוהה. אך התפעול האנושי של המערכת חייב צפייה רציפה וממושכת במחוג מד הזרם, שהגיב בתזוזות תכופות — בעיקר עקב תנועת כלי השיט הרבים בנמלים ⁶.
עומס זה הוביל לשחיקה ולאובדן קשב מצד אנשי הבקרה, ובפועל תרם למספר אירועי חדירת צוללות למספר נמלים שונים ברחבי העולם.

דעיכת השימוש במערכות לולאת החיווי (Indicator Loop) וסיום תפקידה

עם סיומה של מלחמת העולם השנייה, שהיוותה את שיא השימוש במערכות אלו, החלה דעיכה הדרגתית בהפעלתן. דעיכה זו נבעה ממספר גורמים שעיקרם:

שכלול טכנולוגיות הצוללות ושינוי באופי האיום, שכלל גידול בעומק ובמהירות הצלילה, וכן הופעת צוללות בעלות חתימה מגנטית מופחתת.

עלויות תחזוקה גבוהות, שהלכו והפכו לפחות משתלמות לנוכח תרומה מבצעית הולכת ומצטמצמת.

הופעתן של טכנולוגיות גילוי מתקדמות יותר, ובהן מערכות סונר אקטיביות ופסיביות ניידות
וכן מערכות MAD (Magnetic Anomaly Detector) מוטסות.

במקומות שונים ברחבי העולם נזנחו כבלי המערכת והכבלים הושארו על קרקעית הים, באתרים מסוימים נאספו הכבלים וזאת משתי סיבות עיקריות:

הראשונה — פינוי כבלים שהפריעו לעבודות חפירה, חידוש או הרחבת נמלים, וכן מתוך חשש שיהוו מכשול לספינות עוגנות.

השנייה — ערך הגריטה הגבוה של הכבלים. מרבית הכבלים יוצרו מנחושת, אך בשל המחסור החריף בנחושת במהלך שנות המלחמה, חלקם יוצרו למעשה מכסף, מתוך כוונה לאוספם ולהחזירם לשימוש אזרחי לאחר סיום המלחמה.

קצת מספרים:

במהלך מלחמת העולם השניה הגרמנים הפעילו כ- 1,150 צוללות. מתוכם הוטבעו או ניפגעו ויצאו מכלל שימוש כ- 780.
אנשי צוותי הצוללות הגרמנים שנהרגו במהלך מלחמת העולם השניה היה כ- 28,000 , שהם כ- 70% מאנשי הצוללות.

הצוללות הגרמניות הטביעו כ- 2,603 אוניות סוחר של בעלות הברית, בנפח כולל של למעלה מ־13.5 מיליון טון.
כ- 175 כלי שיט צבאיים מכל הסוגים הוטבעו ע"י צוללות הגרמניות.
כ-30,000 מאנשי הצי הסוחר של בעלות הברית נהרגו, בנוסף למספר לא ידוע של אנשי חיל הים ⁷.

קישורים:

1. ויקיפדיה – מערכת הצוללות במלחמת העולם הראשונה
2. Scientific Advice in the War at Sea, 1915-1917: The Board of Invention and Research
3. Bragg and Mitchell’s Antisubmarine Loop – מאמר של Richard Walding שחקר לעומק את לולאות ההשראה
4. אתר של Richard Walding שחקר לעומק את לולאות ההשראה
5. en.wikipedia – Alexander Crichton Mitchell
6. Walding Richard – מאמר שפורסם בכתב העת להיסטוריה של הצי האוסטרלי 2006
7. אתר – החברה להיסטורית הימית של אוסטרליה

[קישור למסלול]