שעונים אטומיים, לייזרים, ומפרשי שמש

עוד לפני ששכחנו שתכנית מעבורת החלל נסגרה סופית, ושלארה"ב אין כרגע יכולת לשגר בעצמה אסטרונאוטים לחלל, הכריז בשבוע שעבר משרד המדע האמריקאי על קבלת שלושה פרוייקטים חדשניים של סוכנות החלל הלאומית (נאס"א).
בהודעת הבית הלבן נכתב שהממשל מבין את הצורך בהמשכיות הטיסות המאויישות לחלל, אך כדי לעמוד באתגרים של המשימות העתידיות, יש צורך להשיג פריצות דרך טכנולוגיות. כל אחד משלושת הפרוייקטים ידגים בחלל יכולת מבצעית של טכנולוגיה חדישה ומהפכנית. התחומים בהם עוסקים הפרוייקטים הם תקשורת לטווחים ארוכים מאד, הגברת דיוק מדידת המיקום והכיוון של חלליות, והנעה ללא דלק.

שימוש בטכנולוגיות החדישות ייתן  דחיפה משמעותית לחקר החלל הן מבחינת השיפור המשמעותי בביצועים והן מבחינת הפחתת העלויות. מדובר בטכנולוגיות שכיום הן בחיתוליהן, ונאס"א תידרש להאיץ את הפיתוח שלהן ולבצע את ההדגמה המבצעית בחלל תוך 3 עד 4 שנים בלבד.

בתחום התקשורת:

בתקשורת אופטית, להבדיל מתקשורת רדיו שבה משתמשים היום, חללית שתבצע מדידות בכוכב לכת מרוחק תשדר קרן לייזר שבה מקודד המידע, ותחנת קליטה בכדור הארץ תקלוט את הקרן ותפענח את המידע שהיא נושאת. קצב העברת המידע בשיטה זו יגדל עד פי- 100 מאשר באמצעות שידור בתדרי רדיו. כתוצאה מכך ניתן יהיה להפעיל יותר מכשירי מדידה במשימות למרחקים גדולים, ולנצל טוב יותר את הזדמנויות השידור לכדור הארץ. נושא זה הוא קריטי למשימות מחקר מודרניות, שבהן נדרש לשדר תמונות בהפרדה גבוהה או תמונות שצולמו במספר אורכי גל. אין ספק שיכולת זאת תידרש גם למשימות מאויישות בעתיד. האתגר הוא לא רק ביצירת קרן לייזר חסכונית באנרגיה, אלא גם בשידורה על פני מיליוני הקילומטרים שבין כוכבי הלכת.

איור להמחשת תקשורת אופטית בין מאדים וכדוה"א
Courtesy AAO

בתחום הניווט:

יפותח שעון אטומי קל משקל המדוייק פי- 10 יותר מהשעונים הנוכחיים. שעונים מדוייקים נדרשים כדי להגיע לדיוק מיטבי של מערכות ניווט והנחיה, וזהו גורם מכריע במיוחד במשימות רובוטיות. לכל שעון יש "סחיפה", חוסר דיוק זעיר שמצטבר כעבור זמן עד שהשגיאה הופכת למשמעותית, ואז יש לטפל בה. הגברת הדיוק נדרשת לחלליות שנשלחו הרחק מאד מכדור הארץ וצריכות לשדר נתונים חזרה. הטכנולוגיה תסייע גם כדי לדעת במדוייק היכן נמצאת החללית, דבר שהיום דורש תקשורת דו-כיוונית עם תחנה על כדור הארץ. בנוסף אפשר יהיה לשדרג את מערך ה- GPS, המושתת על לווינים, ולהפוך אותו למדוייק ויעיל הרבה יותר.

לווין GPS

בתחום ההנעה:

יודגם מפרש סולרי גדול בהרבה מכל מפרש שנוסה בחלל עד כה. מפרש סולרי הוא יריעה דקיקה בעלת שטח גדול מאד שמחוברת לחללית. אור השמש דוחף את המפרש בחלל, וכך משיגים הנעה ללא צריכת דלק כלל. ניתן להשתמש בטכנולוגיה זו למשל כדי להגיע לכוכבי לכת מרוחקים, או כדי להוציא ממסלולו לווין שהדלק שלו אזל. ניתן להשתמש בכוח השמש המופעל על המפרש אפילו כדי להציב לווינים במסלולים שאינם יציבים ללא טכנולוגיה זו. המפרש שיפותח במסגרת פרוייקט זה גודלו 38 מ"ר.

Credit: NASA

אמנם הייתי שמח לשמוע על תכנית להקמת בסיס ירח או טיסה מאויישת למאדים או ליעד אחר, אבל שני דברים חשובים נובעים מהתכנית הזו. ראשית, שנוכל לראות את התוצאות תוך זמן קצר, ושנית, שיש לכל אחת מהטכנולוגיות הללו פוטנציאל לשרת את האנושות בשימושים רבים הנגזרים מהייעוד המקורי שלהן.
בזמן שארה"ב חוזרת לשיגור אסטרונאוטים בשיטות המזכירות את תכנית אפולו מלפני 40 שנה, יפה לראות שבכל זאת נאס"א אינה קופאת על שמריה ואכן מתכננת קדימה.

הודעת הבית הלבן

הודעה באתר נאס"א

שנת ירח

נתקלתי בסרטון הזה לפני כמה שבועות וטרם היתה לי הזדמנות להתייחס אליו, למרות שהוא פשוט מדהים.

 Credit: NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio

הסרטון מציג את הירח, כפי שהוא נצפה מכדור הארץ, על פני שנה שלמה, כמובן בקיצור נמרץ.
בקלות מבחינים בשינוי מופע הירח שחוזר על עצמו בכל חודש.
חדי העין יבחינו במספר תופעות נוספות, כמו השינוי בגודל הנראה של הירח. הסיבה לכך היא שמסלול הירח איננו מעגלי אלא אליפטי, כלומר הירח נמצא לפעמים קרוב יותר לכדור הארץ ואז נראה גדול יותר, ולפעמים הוא רחוק יותר ואז הוא יראה קטן יותר.


הירח גם נראה "מתנדנד" כך שאזורים בשוליים שלו נעלמים לפרקים מאחורי האופק שלו, ואזורים בצידו השני מופיעים במקומם, וחוזר חלילה. זו תופעה שנקראת "ליברציות", ומספר גורמים לה.
חלק מהגורמים קשורים לצופה בלבד, למשל מעצם העובדה שמסלול הירח נטוי יחסית למישור המשווה של כדור הארץ, ולכן לפעמים נראה יותר מהצד הצפוני שלו או מהצד הדרומי.
גורמים אחרים קשורים לדינמיקה של גוף מסתובב, כמו שציר של סביבון מתנדנד ולא נשאר בכיוון קבוע.
למרות שהירח חושף רק 50% משטחו לכיוון כדור הארץ, התנודות מאפשרות לצפות באזורים שרק לפעמים נגלים לעינינו, כך שהשטח הכולל הניתן לצפיה הוא כמעט 60%. הרבה, אבל משאיר הרבה מאד שטח שאף פעם לא רואים מכאן, וממנו אין אפשרות לראות את כדור הארץ.


יש לי הרגשה שאני הולך לעסוק בירח יותר מהרגיל בקרוב. שתדעו להתכונן.


פוסט קשור: הביטו אל הירח

התשובה לשאלה כבדת משקל

טלסקופים ומכשירי חישה-מרחוק אחרים מאפשרים לנו לקלוט את הקרינה המגיעה אלינו מגרמי השמיים השונים, ולהפיק ממנה מידע אודותיהם. אפשר לדעת למשל מהם סוגי החומרים הנמצאים שם, ומה גודלו של הגוף השמיימי. אבל פרט מידע חיוני אחד לא ניתן למדוד באופן ישיר, והוא המסה של אותם גופים.

Credit: NASA

לעזרתנו מגיעה העובדה שהמסה הינה התכונה שיוצרת את כוח הכבידה. ככל שגוף מסיבי יותר, כך כוח הכבידה שלו גדול יותר, ולכן גופים שמקיפים אותו נעים מהר יותר. לכן כל שצריך למדוד כדי לדעת את מסתו של גוף, הוא את הזמן שלוקח ללווין של אותו גוף (ירח, למשל) לבצע הקפה מלאה, ואת המרחק בין שניהם. שתי המדידות הן יחסית פשוטות לביצוע. 

מה עושים כאשר יש גוף שאין לו לווינים טבעיים, כמו למשל הירח שלנו? התשובה היא פשוטה - מטיסים אליו לווינים מלאכותיים שיקיפו אותו, ומודדים את השפעתו עליהם. נשמע פשוט, נכון? אבל זה לא באמת מספיק.

השיטה תהיה נכונה עבור גוף שהמסה שלו מרוכזת בנקודה אחת, או במילים אחרות, טוב בשביל שאלה בבגרות בפיסיקה. כדי לדעת על ההרכב הפנימי של הירח צריך למפות את שדה הכבידה כולו, כלומר לחלוף מעל כל פני השטח ולמדוד את ההשפעה על מיקום ומהירות הלווין. למעשה מחשבים את ההבדל בין המצב הנמדד לבין המצב שהיה אמור להיות אילו כל מסת הירח היתה מרוכזת בנקודה אחת. הידע הזה חשוב בעיקר אם נרצה בעתיד לנחות עליו בביטחה וביעילות. 

כמובן שהמשימה לא תהיה שלמה בלי למפות את שדה הכבידה בצידו הרחוק של הירח, אבל שם תהיה חללית המיפוי נסתרת מכדור הארץ, ולכן לא נוכל למדוד את השינויים במיקום ובמהירות שלה (החללית לא מסוגלת למדוד את המיקום והמהירות של עצמה בלי ייחוס לנקודה קבועה).

Credit: Stephen Clark/Spaceflight Now

הפתרון שמצאו בנאס"א (בשיתוף עם MIT) הוא שימוש בשתי חלליות זהות שיחלקו את אותו מסלול, ובאמצעות תקשורת דו-כיוונית ימדדו בעצמן את המרחק היחסי בינהן. כשאחת מהן תחלוף מעל אזור צפוף יותר מבחינת המבנה הגיאולוגי, זה יגרום לה לשינוי קל במרחק מאחותה, והשינוי הזה יהיה בר מדידה. כשהתנאים יאפשרו זאת, הן תשדרנה את המידע שנאסף לכדור הארץ.
המשימה, ששמה גְרֵייל (GRAIL), מתוכננת לשיגור ב- 8 בספטמבר. זוג החלליות כבר עכשיו מועמסות יחדיו על גבי משגר מסוג דלתא-2. כארבעה חודשים לאחר השיגור יגיע המשלוח לירח והשתיים תוכנסנה למסלול פולארי (שחולף מעל הקטבים) בגובה של כ- 50 ק"מ בלבד מעל פני הקרקע.
שווה לציין שמשימה דומה בשם גרייס (GRACE) קיימת מאז 2002 במסלול סביב כדור הארץ ומודדת שינויים בשדה הכבידה שלו.

משימת גרייל היא חלק מהמערך שמוקם לקראת נחיתת משימה מאויישת על אדמת הירח בעתיד הלא-רחוק, ומכאן נגזרת חשיבותה.


וכבונוס למי שקרא עד הסוף - הנה יצור שאינו מושפע מכבידה.

חדשות מערכת השמש - אוגוסט 2011

מדי כמה חודשים מדווחים בחדשות על שיגור משימה מדעית כזאת או אחרת, או על הישג מדעי של אחת מחלליות המחקר שכבר נמצאות בחלל. אבל יש המון פעילות מחקר שמתבצעת מדי יום בחלל, והרבה תגליות שאינן מגיעות לעמודי החדשות.
בהשראת בלוג האגודה הפלנטרית, החלטתי להגיש תמונת מצב עדכנית של משימות חקר מערכת השמש (חלק משמעותי מתוך "חקר החלל") ולפרסם עידכון באופן תקופתי.
כפי שתגלו, יש מגוון רב של משימות, ולכן ביצעתי סקירה רוחבית על קצה המזלג וללא פירוט ועומק. פוסטים ממוקדים למשימות בודדות אכתוב בנפרד.
מאחר וזו מהדורת החדשות הראשונה, בחרתי להתמקד בהצגת המשימות על חשבון ההישגים העדכניים.
אשמח לקבל מכם תגובות בעד, נגד או הצעות לשיפור.

נתחיל במפה ששרטט אולף פרוהן ובה מיקום עדכני של משימות המחקר של מערכת השמש (לא כולל משימות לחקר כדור הארץ או לתצפית על עצמים מחוץ למערכת השמש). המפה כוללת את רשימת האירועים והמשימות המתוכננים לשנים הקרובות.

לחץ/לחצי להגדלה
Credit: Olaf Frohn

פירוט המשימות לאחר הקיפול.

ג'וּנוֹ יוצאת לדרך!

זוכרים את החללית ג'וּנוֹ (Juno), שתישלח לאסוף מדידות מכוכב הלכת צדק? פתאום קפצה לי הודעה שהשיגור ממש עוד מעט, אז צריך להספיק לכתוב פוסט לכבוד העניין (מה שדוחה את שלל הדברים המעניינים שקורים ממש בימים אלה בחלל, אבל תאלצו להמתין).

איפה היינו? אה, אוקיי, אז נתחיל בכמה שאלות ותשובות:

בשביל מה לשגר עוד חללית אל צדק? הרי הגשושה גלילאו בילתה שם קרוב לשמונה שנים!
ובכן, גלילאו היתה גשושה שפותחה בתחילת שנות השמונים, והמכשור שקיים היום איכותי הרבה יותר. להמחשה, זכרון ה- RAM שלה היה על סרט מגנטי. באמת. מכשירי המדידה של ג'ונו יוכלו, למשל, לצפות לעומק האטמוספירה של צדק ולגלות אילו חומרים נמצאים מתחת למעטה העננים שלו, וזאת באמצעות מיכשור חישה-מרחוק שלא היה קיים בזמן הפיתוח של גלילאו.
בנוסף, המסלול של ג'ונו יביא אותה מעל הקטבים של צדק, כדי שזו תוכל לחקור את השדה המגנטי המורכב להפליא שלו. המבנה של השדה המגנטי התברר לראשונה באמצעות גלילאו, ונדרש עדיין איסוף מידע רב כדי למפות ולהבין את מה שהולך שם.
אגב, צדק הוא כנראה הגוף השמיימי שזכה להכי הרבה ביקורים של חלליות מלבד הירח (למרות שרק גלילאו נשארה במסלול סביבו): פיוניר 11 (1974 בדרך החוצה ממערכת השמש), וויאג'ר 1 (1979 גם כן בדרך החוצה), וויאג'ר 2 (1979, כנ"ל), יוליסס (1992, בדרך להקיף את השמש!), קאסיני (2000, בדרך לשבתאי), וניו-הורייזנס (2007, בדרך לפלוטו ולחגורת קויפר).

מה עוד היא הולכת לגלות שם?
מה יתגלה אף פעם אי אפשר לצפות מראש, אבל היעדים העיקריים הם:
- לאמת אחת מתיאוריות ההיווצרות של צדק באמצעות חיפוש נוכחות של מים באטמוספירה של צדק, ועדות למסת הליבה המוצקה שעשויה להיות לו.
- מיפוי השדה המגנטי ושדה הכבידה של צדק כדי להבין את המבנה הפנימי שלו ואת תנועת החומר בעומק האטמוספירה.
- מיפוי שינויים בהרכב, בטמפרטורה, בשקיפות ובדינמיקה של האטמוספירה סביב כל כוכב הלכת ולעומק של יותר מ- 500 קילומטרים.
- מיפוי תלת-ממדי של השדה המגנטי בעיקר באזורי הקטבים, מידע שממנו אפשר להפיק תובנות רבות על תהליכים במערכת השמש וביקום כולו.

מדהים! אז, מתי כל זה הולך לקרות?
אז זהו, שבכל זאת נדרשת סבלנות. המרחק לצדק הוא עדיין גדול מאד, בין 700 ל- 900 מיליון קילומטרים (תלוי מתי מודדים), וג'ונו תגיע לשם רק ביולי 2016. זאת לאחר שתשוגר למסלול שיביא אותה אל מעבר למסלול מאדים, שם היא תעצר ותתחיל ליפול חזרה לכיוון כדור הארץ, תחלוף לידו תוך כדי צבירת מהירות ושינוי כיוון טיסה (תמרון קלע שחוסך המון דלק), ומשם הישר לצדק. רק חמש שנים. שזה 250 פוסטים בערך. המפף...
הנה מה שכתבתי באנימציה:

ולסיכום - 5 עובדות מגניבות על ג'ונו:
1. אחד ממכשירי המדידה נקרא "מכשיר לגילוי חלקיקים אנרגטיים בצדק", ובקיצור JEDI. מה הסיכוי שיש חנונים בצוות המדעי של הפרויקט הזה?
2. הכנפיים הסולריות הענקיות ייפרשו כחמש דקות לאחר ההפרדות של ג'ונו מרקטת השיגור. התאים הסולריים יפיקו כ- 14 קילו-וואט, הספק שיכול לכלכל בניין דירות. כשתגיע החללית לצדק, המרחק מהשמש יצמצם את ההספק המיוצר לבערך 400 וואט. פחות מ- 3% מההספק המקורי, ואפשר להדליק איתו מספר קטן של נורות ליבון. למשימה של ג'ונו זה כמובן יותר ממספיק.
3. כדי להגן על הרכיבים האלקטרוניים המרכזיים של החללית מפני הקרינה החזקה שמשתוללת סביב צדק (כתוצאה מהשדה המגנטי העצום שלו), התקינו אותם בתוך קופסת טיטאניום בעלת דפנות עבות. המארז הזה הוא בגודל תא מטען של מיניוואן, ושוקל כ- 200 קילוגרם.

4. המשגר הוא מסוג אטלס 5, עם שלב שני מסוג סנטאור. בתצורה דומה שוגרה גם ניו-הורייזנס ב- 2006.
5. אני לא בטוח מה בדיוק הסיבה לכך, אבל על גבי החללית ישנן כמה דמויות לגו:

מזהים את הדמויות?

השיגור מתוכנן ליום שישי 5/8 בשעה 18:34 שעון ישראל, ואני אעדכן לגבי מצב החללית לאחר השיגור.

קישורים מעניינים: 
פוסט קודם במסה קריטית אודות משימת ג'ונו
ערוץ למשימת ג'ונו ביוטיוב
ערכת עיתונות (Press Kit) על המשימה ועל השיגור (שימו לב - PDF)

___________________________________________
קרדיט לתמונות ולסרטים: NASA/JPL

געגועים

אפשר לספר רבות בגנות פרויקט מעבורת החלל; על העלות, על הסיכון המיותר, על הסטגנציה בפעילות אנושית בחלל וכו'.

עם זאת מעבורת החלל ייצגה במשך 30 השנים האחרונות את הנוכחות האנושית בחלל. אני, שגדלתי בתקופה זו, וכל חיי חשתי כמיהה לחלל ולכל דבר מה שקשור בו, לא מסוגל להתעלם מתחושה של אובדן עמוק, גם אם הוא מוצדק מכל בחינה רציונלית שהיא.

בשבוע-וחצי שחלפו מאז נחיתתה של המעבורת אטלנטיס, שחתמה את עידן טיסות מעבורת החלל, פורסמו כתבות רבות על הנושא, והחלטתי להביא עבורכם כמה מהמרהיבות שבהן.

ערוץ נייצ'ר יצר סרט קצר המציג את כל הטיסות ואת נקודות השיא של תכנית המעבורת. במיוחד יפה בעיני העריכה בקטעים של אובדן הצלנג'ר והקולומביה. מומלץ לצפות ב- 720p על מסך מלא, ועם קול.

שתי כתבות מלוות בצילומים שמצאו חן בעיני:

סיפור מלווה בצילומים יפהפיים מהאתר ניטוראמה.

צילומים מדהימים עם מעט מאד טקסט מאתר הבוסטון-גלוב.

ולסיום, 

ביקורת חריפה של עורך המגזין Discover על הדיסוננס בין תכנית המעבורת לבין המציאות, כולל מסר חד וחשוב לעתיד. שווה קריאה.