יום שלישי, 21 בדצמבר 2010

הבז ששב מהחלל - פרק א'

הסוכנות היפנית לחקר התעופה והחלל (JAXA) מוכיחה שוב שבתקציבים קטנים יחסית היא מסוגלת לבצע משימות שסוכנויות ממשלתיות אחרות נכשלו בהן או שאפילו לא העזו לנסות.
למשל השנה שוגרה החללית הניסיונית איקרוס, המשייטת בחלל באמצעות מפרש סולרי כאמצעי ההנעה היחיד שלה. מפרש שעוביו 7.5 אלפיות המילימטר ושטחו 200 מטר רבוע, אשר נדחף על ידי רוח השמש (החלקיקים הנפלטים במהירויות גבוהות מהשמש) ומסוגל אפילו לתמרן באמצעות שינויי צבע! על זה אפילו הקיסמניקים לא חשבו.

השנה גם נרשם הישג חסר תקדים למשימה שהספיקה לרשום כמה תקדימים בתולדות משימות המחקר בחלל
. החללית הַיאבּוּסָה החזירה לכדור הארץ דגימה שנאספה מאסטרואיד. היא לא היתה הראשונה שאספה חומר מגרמי שמיים והחזירה אותו חזרה, אבל הצליחה להיות הראשונה שלא התרסקה על פני כדור הארץ והשמידה את הדגימות עקב כך*.
Courtesy of JAXA
להלן סיפורה של החללית היאבוסה, על האתגרים, התקלות, האובדן בחלל וכמה הישגים חסרי תקדים.

הבז הנודד
בפתח המאה ה- 21 החלה JAXA לעבוד על תכנית בשם MUSES-C**, שתכליתה היתה להנחית גשושה על אסטרואיד ולשחרר על פניו רכב קרקעי תוצרת JPL (בית היוצר למשימות חלל בלתי מאויישות בנאס"א). זו היתה גם המשימה הראשונה שתוכננה לנחות על אסטרואיד (למרות שהחללית NEAR הקדימה בנחיתה על האסטרואיד ארוס, אזכיר שהיא לא תוכננה לכך וסיימה את משימתה ברגע הנחיתה).
פיתוח הרכב הקרקעי של נאס"א בוטל מחוסר תקציב והמשימה נאלצה להשתנות. הרכב הוחלף בכדור חישה בשם מינרווה שתוכנן לדלג על פני השטח ולאסוף מידע, ושיטת איסוף החומר מהאסטרואיד עודכנה. שמה של הגשושה עודכן להיאבוסה (הבז הנודד בתרגום חופשי). המשימה תוכננה לעלות לחלל בקיץ 2002 על גבי משגר מתוצרת יפן מסוג M-V, אבל כשל בשיגור משימה אחרת על  גבי אותו משגר גרר דחייה של מועד השיגור המתוכנן. כתוצאה מכך הוחמצה ההזדמנות להגיע לאסטרואיד היעד, ומטרה חלופית נקבעה. היעד החדש נקרא בשם הסידורי 1998SF36, ומעט אחר כך קיבל כינוי רשמי על שם הִידֵאוֹ איטוֹקאוָוה, חלוץ ההנעה הרקטית ביפן.

צעדים ראשונים בחלל
היאבוסה שוגרה ב- 9 במאי 2003 על גבי משגר M-V ממרכז החלל קגוֹשימה שביפן (היום הוא נקרא אוּצ'ינורה, ותודו שנחמד להגיד בקול רם את השמות הללו). במשך שנה היא נשארה במסלול בקירבת כדור הארץ, והאיצה באמצעות שלושה מתוך רביעיית המנועים החשמליים שלה (מנועים שפועלים על ידי חימום גז אציל, קסנון בדרך כלל, עד כדי הפיכתו לפלסמה, והאצתו באמצעות שדה חשמלי חזק דרך נחיר הפליטה, פעולה היוצרת דחף לכיוון הנגדי. נקראים גם מנועים יוניים). אמנם כבר קדמו להיאבוסה חלליות מונעות במנועים דומים, אולם פרקי הזמן הממושכים (שנים רצופות) שהמנועים פעלו בהן, השיגו למשימה זו שיא נוסף. המנוע הרביעי לא פעל כשורה ולכן נותר כבוי. כשנה לאחר השיגור חלפה החללית שוב סמוך לכדור הארץ, ששינה את כיוון טיסתה והאיץ אותה אל עבר נקודת המפגש עם האסטרואיד איטוקאווה. מנועיה של היאבוסה פעלו כמעט ללא הרף עד ספטמבר 2005, מועד הגעתה ליעד.
אבל לא הכל עבר בשלום. ביולי של אותה שנה זוהתה תקלה באחד מגלגלי התגובה של החללית. מכשיר זה נועד לשינוי הכיוון שאליו פונה הלווין. הגלגל מסתובב באמצעות מנוע חשמלי רגיל למדי אבל בעל חיכוך זעיר ביותר. מאחר שגופים בחלל הם חופשיים ואינם מקובעים לסביבה, שינוי מהירותו של הגלגל תגרום לסיבוב הלווין כולו סביב אותו ציר, אבל בכיוון הפוך לכיוון השינוי במהירות. כך ניתן לסובב את הלווין בלי להפעיל מנועים שצורכים דלק. התקלה לא נחשבה קריטית, מאחר ובכל חללית ישנן מערכות יתירות. במשימה זו נדרשו רק שני גלגלים מתוך שלושה, כך שהדבר לא פגם בתכנית.

שים לב, ערימת חצץ לפניך!

החל מחודש אוגוסט 2005 החלה היאבוסה בסדרה של צילומים של האסטרואיד איטוקאווה, וצורתו החלה להתברר. החללית התקרבה אל האסטרואיד בזהירות; ממרחק של 20 קילומטרים בספטמבר ל- 7 קילומטרים באוקטובר ו- 3 קילומטרים בתחילת נובמבר. צילומי תקריב של האסטרואיד הוכיחו את הניחוש שמדובר באסטרואיד מסוג "ערימת חצץ" (Rubble Pile), כלומר אוסף ענקי של סלעים בגדלים שונים שצמודים יחד עקב הכבידה ההדדית שלהם, אבל אינם מקשה אחת, להבדיל מאסטרואידים שהם למעשה סלע אחד גדול.
איטוקאווה. ערימת חצץ במלוא מובן המילה
Courtesy of JAXA
כאילו כדי להעיב על ההישגים, התקלקל גלגל התגובה השני. כעת כבר לא ניתן היה לשלוט בכל צירי החללית, אלא באמצעות מנועי ההידרזין שלה. פעולת המנועים הללו היא גסה בהרבה יחסית לפעולה העדינה של הגלגל, אבל אפשר היה להתנחם בכך שתיקונים קטנים מסוג זה אינם מבזבזים כמויות דלק גדולות, שיידרשו בהמשך המשימה.

היי שלום, מינרווה

כעת היה על צוות השליטה והבקרה ליזום ניסוי נחיתה, כלומר ירידה לכמה עשרות מטרים מפני הקרקע לצורך כיול המכשירים, ועליה מחדש לגובה בטוח. פעולה זו בעייתית בעיקר עקב העיכוב בהגעת הפקודות לחללית. האסטרואיד שייט במהלך המשימה במרחק של כ- 250 מיליון קילומטרים מכדור הארץ. האור, או שידור הפקודות, צריך כמעט רבע שעה כדי לצלוח את המרחק הזה. לכן כל "תרגיל" כזה נשלח כסידרת פקודות מתוזמנות, ובמהלך הנחיתה רשאית החללית לקבל החלטות על פי מסקנות תוכנת הניהול שלה שמנתחת את נתוני החיישנים ללא התערבות המפעילים שעל כדור הארץ (הרי הם רואים את הנתונים באיחור).
במהלך שני ניסויים מסוג זה התברר שאתר הנחיתה המיועד סלעי מדי ולכן עלול להכשיל את הנחיתה. היאבוסה נדדה, איפוא, לאתר חלופי, כמובן תוך כדי צריכת דלק.
היאבוסה התמקמה כ- 50 מטרים מעל הקרקע החולית של האסטרואיד, ממתינה לפקודות. שעתה של מינרווה הגיעה. צוות ההפעלה שידר את פקודות השחרור של החיישן הרובוטי, אבל בגלל תקלה בלתי צפויה התקבלה הפקודה (כאמור, בעיכוב של כמעט רבע שעה) בזמן שהיאבוסה הפעילה מנועים כדי לשמור על הגובה שבו שהתה. כתוצאה מכך הושלך הרובוט הזעיר אל החלל, ללא יכולת לשוב חזרה.
 注:上の画像の左下側には、別の物体が撮影されています。 これは「ミネルバ」のカバーであると推定されていますが、詳細は調査中です。
מינרווה נעלמת במרחק.
Courtesy of JAXA

כאן בא לקיצו פרק א' של הסיפור. בפרק הבא - תקלות נוספות, מאבק להצלת המשימה וכמובן הסוף השמח, מלווה בחדשות טריות מאד.

הבז ששב מהחלל - פרק ב'
הבז ששב מהחלל - פרק ג' ואחרון

_________________________________________

*מהירח נאסף לא מעט חומר והוחזר לכדור הארץ. לא כללתי אותו בחשבון מפני שברגע שנחתו עליו אנשים אז החזרתם לכדור הארץ זו המשימה העיקרית, וכשהיא מצליחה, אז מטען של סלעים ואדמה שמצטרפים אליהם אינם הישג גדול.
**אם לדייק, JAXA נוסדה רק בשנת 2003 ע"י איחוד של מספר גופים ממשלתיים שהפעילו את תכניות החלל של יפן. הגוף המקורי שיזם ופיתח את תכנית MUSES-C נקרא ISAS, המכון למדעי התעופה והחלל.

6 תגובות:

  1. אין לי שום הערה מחוכמת, מלבד זה שראשי התיבות ISAS עושים לי, משום מה, שמח בלב -
    רק בגלל שהם מוזכרים כמה וכמה פעמים בספר האהוב עלי מכל, "הדרור".
    תמשיך לכתוב! עוד עוד עוד!

    השבמחק
  2. רוב תודות. תגובות מסוג זה עוזרות לי לכתוב עוד ועוד!

    השבמחק
  3. בכלל לא ידעתי על המשימה הזו (לא מפתיע, לאור העובדה שכבר הרבה שנים שאין לי זמן להתעדכו בחדשות חלל). מאוד מעניין, תודה.
    שאלה לגבי המנוע היוני - כתבתה שהמונע פעל *רצוף* במשך שנתיים וכמה חודשים, ואני מניח שהיה צורך גם בדלק למסע חזרה. כמה דלק כבר יש על חללית כזו קטנה כזו? למעשה, רציתי לשאול כמה דלק צריך "לשרוף" כדי להאיץ/להאט את החללית בכל כיוון.

    ושאלת המשך - אני מניח שהמנוע היוני מאוד יעיל - למה לא משתמשים בו בטיסות מאויישות?

    מצפה להמשך המשימה...

    השבמחק
  4. התשובה על כל השאלות היא אחת: מנוע יונים נותן דחף קטן מאד, אבל מצד שני מדוייק ויעיל הרבה יותר ממנועים כימיים. בגלל שהדחף קטן, צריך זמן פעולה ממושך כדי להשיג אפקט משמעותי. רוב הפעילות של המנועים בדרך לאיטוקאווה היה כדי להאט את החללית ולהשוות מהירות עם האסטרואיד, ולא כדי להאיץ. לגבי טיסות מאויישות זה פשוט לא מתאים, כי שם צריך למהר - אנשים צריכים מזון, מים וחמצן וכל אלו הם משאבים מתכלים שצריך להביא מהבית. לדוגמה - חללית בשם SMART-1 טסה לירח ב- 2003 באמצעות מנועים יונים, והגיעה לאחר שנה. החלליות המאויישות בתכנית אפולו הגיעו לירח תוך שלושה ימים בלבד.
    באופן כללי המשוואה היא תמיד אנרגיה מול זמן, תמיד ניתן לחסוך בדלק בחלל אם מוכנים להאריך את המשימה, אבל יש משימות שלא ניתן להאריך, ולכל משימה יש תאריך תפוגה שרצוי לא להגיע אליו.

    השבמחק
  5. תודה.
    הנה רעיון, שאני לא בטוח עד כמה הוא נכון תיאורטית, ואם כן, האם הוא ניתן ליישום, אבל מה אכפת לי? אני לא צריך לבנות אותו:
    תשתמש במנוע יוני ליצור דחף לכיוון אחד ("אחורה") ובעזרת שדה מגנטי/חשמלי חיצוני, תטה את זרם היונים חזרה "קדימה" לעבר מפרש סולרי וככה תרוויח פעמיים מהיונים...

    השבמחק
  6. אבל פיסיקה לא עובדת ככה. הסיבה שזרם היונים דוחף אותך קדימה היא בגלל שהוא מופנה לאחור (החוק השלישי של ניוטון - פעולה ותגובה). אם אני מסובב את הזרם חזרה כלפי החללית באמצעות כוח שמופעל מהחללית (כלומר ללא כוח חיצוני) אז אותו הכוח יפעל בכיוון הפוך על החללית עצמה, כך שאני בעצם מבטל את הדחף המקורי.

    השבמחק