מצנח

מַצְנֵחַ הוא מתקן העשוי חופה מחומר דק, חזק וקל, אשר מחוברת לעצם כבד במטרה להאט את נפילתו באטמוספירה. המצנח, באמצעות גרר, ממיר נפילה חופשית שנובעת מכח המשיכה לריחוף איטי ונחיתה רכה, ששומרת על שלמותו של העצם המונחת.
בתחום הצבאי מצנחים משמשים בשעת מלחמה להצנחת צנחנים וציוד אל מעבר לקווי האויב, כדי שיוכלו לפעול בעורפו. כמו כן, הם משמשים להצנחת טייסים ממטוסי קרב שנפגעו תוך כדי טיסה. בתחום האזרחי משמשים מצנחים בתרבות הפנאי כספורט אתגרי. מצנחים משמשים גם להצנחת כבאים וציוד כיבוי ביערות שהגישה אליהם קשה, וכן להצנחת מזון, מים ותרופות לאזורי אסון או רעב.
המצנחים משמשים גם להצנחת חלליות, לוויינים וכלי טיס בלתי מאוישים לקרקע, ובסיוע לבלימה של מטוסים בעת הנחיתה במסלולים קצרים. כמו כן, ישנן מערכות נשק העושות שימוש במצנח לשם השהיית הפגיעה במטרה.

עקרון הפעולה של המצנח

עקרון הפעולה של המצנח הוא הגדלת הגרר. על גוף נופל פועלים שני כוחות: כוח הכובד, שהוא קבוע, וכוח הגרר, שגדל ליניארית לריבוע המהירות. למשוואת התנועה יש פתרון של מהירות קבועה כאשר מושג שוויון בין שני הכוחות הנ"ל.
גוף הנופל נפילה חופשית, בתווך שאינו ריק, מאיץ (אסימפטוטית) עד להגעתו למהירות קבועה. הגעה ל-50% ממהירות זו תיקח 3 שניות, ל-90% שמונה שניות, ל-99% חמש עשרה שניות, וכו'. המהירות האופיינית לצנחן עם מצנח סגור היא כ-195 קמ"ש. פתיחת המצנח מגדילה את הגרר ומקטינה את מהירות הנפילה על פי שטח חופת המצנח. מהירות אופיינית למצנח צבאי היא כ-5-6 מטר לשנייה, שהיא בערך המהירות המרבית שבה ניתן לפגוע בקרקע בלי לשבור עצמות. במצנחים לשימוש ספורטיבי מקובלת מהירות נמוכה יותר.
המצנחים נבדלים בצורתם, בגודלם ובמידת השליטה שיש לצנחן על פעולתם לפי ייעודם.

היסטוריה של המצנח

ב־1495 לאונרדו דה וינצ'י תכנן ושרטט מצנח. מצנח זה מעולם לא נבנה אך השרטוט מעיד על הבנה עמוקה של האווירודינמיקה והכוחות הפועלים על הגוף המוצנח ועל המצנח עצמו.
בשנת 1600 בנה פאוסטו ורנזיו האיטלקי מצנח שהיה נראה כמו סדין גדול ומרובע מחובר למקלות. לאמיתו של דבר הייתה החופה קשיחה, ונועדה להציל אנשים מבניינים בוערים. רעיונותיו מיושמים היום על ידי פעלולנים הקופצים מצוקים.
ב־21 בנובמבר 1783 המריא לראשונה הכדור הפורח המאויש של האחים מונגולפייה בשמי פריז. באותה שנה פיתח סבסטיאן לה-נורמאנד הצרפתי מצנח שיוכל לשמש את טייסי הכדורים הפורחים. הוא גם היה זה שטבע את השם "פאראשוט", המשמש באנגלית, בצרפתית ובשפות נוספות למילה מצנח.
הצנחן האנושי הראשון היה אנדרה-ז'אק גרנרן (Garnerin), שעבר מחופה קשיחה לבד קנווס. המצנח היה עשוי מ־32 פיסות מחוברות של בד קנווס לבן בקוטר 7 מטרים, והיה מחובר לסל שבו ישב הצנחן.
ב־1837 ניסה רוברט קוקינג (Cocking) לצנוח עם מצנח בעל עיצוב חדש דמוי חופה הפוכה. החופה קרסה בזמן הצניחה והוא נהרג. בסוף המאה ה־19 קאתי פאולוס הגרמנייה הייתה הראשונה שצנחה עם מצנח שקופל לתוך תיק נשיאה.
עם המצאת המטוס בראשית המאה ה־20 עלו אפשרויות הצניחה, בשל הדינמיות הרבה של המטוס, וכן נדרש אמצעי מילוט מן המטוס בעת סכנה, וההשקעה בפיתוח מצנחים גברה.
ב-4 בפברואר 1912, פרנץ רייכלט נהרג כאשר קפץ ממגדל אייפל כדי לבחון את יעילות המצנח שהמציא.
ב־1 במרץ 1912 אלברט בארי קפץ ממטוס לראשונה. המצנח קופל לתוך מכל בתחתית המטוס. משקלו של בארי משך את המצנח מתוך המכל.

בין מלחמות העולם

אחרי המלחמה יצא לדרכו פרויקט אמריקאי מקיף לפיתוח ושכלול המצנח. הפרויקט נערך בשדה מקוק, דייטון, אוהיו. רב-סרן אדווארד הופמן היה המפקד הצבאי של הפרויקט ופלוייד סמית' המנהל האזרחי.
תוצאת הפרויקט הייתה פיתוח המצנח מדגם A, אשר היה המצנח המוביל ב־40 השנה הבאות, כולל בעת הצניחה בנורמנדי. קוטר חופת המשי של המצנח היה 8.5 מטרים, והיא חוברה ל־40 מיתרים. היא נישאה בתיק נשיאה על הגוף. כך הסיכוי להינצל ממטוס בוער היה גדול בהרבה.
לזלי אירווין, מתכנן מצנחים וצנחן חובב, נבחר לצנוח ראשון. ב־28 באפריל 1919 הוא צנח ממטוס usd9, אשר טס במהירות של 128 קמ"ש בעת הצניחה, ובגובה של 1,500 רגל. עם הגיעו לארץ הוא שבר את רגלו. מיד לאחר מכן הקים אירווין עם שותף נוסף מפעל למצנחים דגם A.
הגרמנים אף הם ראו את החשיבות הרבה של המצנח כחלק חשוב ובלתי נפרד מהמטוס, ומציודו של הטייס. ב־1930 הם השיקו פרויקט משלהם, בראשות תיאו קנאקי, מהנדס אווירונאוטיקה, שמקום מושבו היה בשטוטגרט. הכוונה הייתה לנקוט גישה מדעית יותר בכל הקשור למבנה המצנח.

מלחמת העולם השנייה

במאי 1941 התבצעה הצניחה הגדולה בקרב על כרתים. הכוונה הייתה למנוע מהבריטים להשתמש בשלושת שדות התעופה החשובים באי. נתיב הים אל האי היה סגור, ופריצתו הייתה עלולה להיות איטית ולחשוף את התוכנית כולה.
לשם נחיתה מהירה וחשיפה מינימלית נעשה שימוש באחד מפיתוחי הפרויקט של קנאקי, המצנח המפרשי הדו-שלבי. רצועה הקיפה את מיתרי המצנח והחזיקה אותם קרוב זה לזה, ובכך לא נתנה לחופה להפתח עד הסוף.
הצניחה לפיכך הייתה מהירה מהרגיל. בהמשך הצניחה שחרר הצנחן את הרצועה והחופה נפתחה לחלוטין והאטה את הצניחה עד הקרקע.
צוותו של קנאקי התמודד גם עם סוגיה מורכבת של גידול במהירות המטוסים עד גבול מהירות הקול. במהירויות אלו אי אפשר היה עוד לקפוץ מהמטוס, ולפיכך פותח כיסא המפלט, היורה את הצנחן אל מחוץ למטוס עם כיסא הטייס שלו.
במקביל, צוותי הפיתוח האמריקאים עבדו על יישום השימוש בחומר חדש שיחליף את המשי, שאספקתו וקצב ייצורו לא היו מהירים מספיק. הם בחרו בניילון, חומר סינתטי מבוסס נפט, שפותח על ידי חברת "דופונט". מלוא ייצור הניילון, שלושים מיליון טון, הופקע לצורך ייצור המצנחים.
בתקופת המלחמה נולד מקצוע חדש: מקפלי מצנחים. החוטים המחברים את החופה לרתמה חייבים להיות ישרים. הם חוברו בגומיות והקיפול בוצע כך שהמצנח נפתח בהדרגה למניעת הסתבכויות.
המצנח הנפוץ בשימוש בעלות הברית היה ה־T4 המבוסס על דגם A. קוטרו היה 8.5 מטרים ומיתריו סינתטיים. לחייל לא הייתה כל השפעה על פעולת המצנח. הוא נפתח מכובד משקלו של הצנחן, ולא על ידי משיכת חוט. הנחיתה הייתה במיקום מקרי לפי כיוון הרוח, ללא אפשרות כיוון.

המצנח בשירות תוכנית החלל האמריקאית

מיד לאחר המלחמה התחילה התוכנית האמריקאית לכיבוש החלל, ובמקביל לה גם התוכנית הרוסית.
ורנר פון בראון, מפתח הטיל הגרמני וי-2, ומדענים גרמניים נוספים הגיעו לאחר המלחמה לארצות הברית וצורפו לתוכנית החלל. הם ידעו איך לתכנן טיל ולהטיסו לחלל אך לשם הנחתתו גייסו לשירותם את תיאו קנאקי, מומחה המצנחים שעבד בשירות הצבא הגרמני בשנות ה־30 וה־40. המצנחים שתכנן קנאקי היו מערכת של רצועות חזקות, ברוחב 50 מילימטר, שנלקחו מפס הייצור של יצרן כובעים. הרצועות סודרו במבנה של קורי עכביש, וכך יכלו לשחרר עודפי אוויר, כדי שהמצנח לא יקרע בתנאים הקשים של נחיתה מגובה רב, ושל מטען כבד. תא הנחיתה של החללית אפולו 11 שקל 5,000 קילוגרם, והוצנח על ידי שלושה מצנחים שחוברו אליו. בסך הכול בוצעו 32 הצנחות במסגרת תוכנית אפולו וכולן הסתיימו בשלום.
מצנחי הבלימה של מעבורות החלל כיום אינם שונים באופן מהותי מהמצנחים של תיאו קנאקי. גם הם מצנחי רצועות, ורוחב הרצועות הוא 50 מילימטר.

המצנח במטוסים במערכות נשק

שימוש נפוץ במצנח בלימה בצי האמריקני הוא בנחיתת מטוסים על נושאת מטוסים. כמו כן נעשה שימוש בנחיתות של מטוסים שונים על מסלולים קצרים.
ישנן מערכות נשק העושות שימוש במצנח לשם השהית הפגיעה במטרה. כך למשל, הפצצה BLU-107 דורנדל מתוצרת צרפת, המשמשת להריסת מסלולי המראה מצוידת במצנח לשם השהית הפגיעה לאחר הטלתה ובכך היא מקנה למטוס המפציץ את המסלול את האפשרות להטיל את הפצצה מגובה נמוך מבלי להיפגע מהפיצוץ.
שימוש ייחודי במצנח נעשה גם בטיל נגד קרינה הבריטי ALARM, באופן המקנה לו יכולת "שוטטות" (loitering). גם פצצות תאורה המיועדות לירי מרגמות ותותחים מכילות מצנח הנפתח בגובה מסוים שניתן לכוונו טרם הירי.

כבאים מוטסים

כבר ב־1934 בוצעה הצנחת כבאים לאזור שריפה קשה לגישה. ב־1939 קמה יחידת כבאים מוטסת בארצות הברית.
ציוד הכבאי היה מצנח עגול, מצנח חזה לחירום, קסדת פוטבול מרושתת, נגד פגיעת ענפים, חבלים, אתים, גרזן וכלים חיוניים נוספים.
המצנח העגול הוא איטי וקשה לניווט ושליטה. ב־1964 הומצא "מצנח הכנף" המרובע על ידי דומינו ג'אלאבר ונכנס לשירות יחידות הכבאים בשנת 1982. האוויר זורם מעל החופה ומתחתיה, כמו בכנף מטוס, וכך ניתן למצנח כח עילוי כתוצאה מהפרשי הלחצים מעל ומתחת. מבנה המצנח גם מאפשר לו לנוע קדימה במהירות של 40 קמ"ש לעומת 8 בלבד במצנחי החופה העגולה. מצנח זה גם קל מאוד לניווט וכיוון באמצעות חבלי כיוון.

חידושים אחרונים

ב־1979 המציא ביל בות' פטנט שנקרא מערכת שלוש הטבעות, המאפשר לנתק במהירות את המצנח הראשי לפני שפותחים את המצנח הרזרבי בעת הצורך. המערכת דורשת משיכה קלה במשקל של 2 ק"ג בלבד והטבעות נפרדות זו מזו והמצנח מתנתק מגוף הצנחן. מערכת זו באה להחליף את המערכת של קייקוול, שנועדה במקור לשחרר את  המצנח לאחר נחיתה, אך נדרשה גם כדי לשחרר את המצנח הראשי לפני שימוש בזה הרזרבי. הסרבול של המערכת של קייקוול גרמה למותם של מספר צנחנים עד שהוחלפה על ידי המערכת של בות'.
ב־1983 המציא ביל בות' את הרתמה הכפולה המאפשרת לשני אנשים לצנוח יחד, מחוברים לאותו המצנח. השימוש ברתמה זו הוא בעיקר לצורכי צניחה אתגרית להרפתקנים וחובבים.
כיום נפוצים בקרב חובבי הצניחה והצניחה החופשית מצנחים מלבניים שלרוחבם תעלות אוויר, המאפשרות ניווט קל וחסר מאמץ של המצנח. ענפי ספורט שהתפתחו עם פיתוח המצנחים היעילים החדשים הם ספורט מצנחי הרחיפה, המאפשר ריחוף ממושך לפני הנחיתה, ומצנחים המחוברים לסירה ועולים בעת תנועתה של הסירה קדימה, ומקנים חוויית ריחוף דומה.