ננו לווין, אולטרא יכולת

מאת: אמיר בר שלום

“רעיון הננו לווינות עלה אצלי בשנת 2004 בכנס ללווינים קטנים ביוטה, ארצות הברית”, מספר ד”ר רז טמיר, מנכ”ל העמותה הישראלית לננו לווינות. “הקונספט של הננו לווין מצא חן בעיני כרעיון פורץ דרך, ולכן כשחזרתי לארץ התחלתי לחקור את הנושא. ב 2006 יחד עם חמישה עשר מדענים נוספים הקמנו את העמותה”.
בימים אלה נמצא הננו לווין הראשון שבנתה העמותה הישראלית לננו לווינות
(( Israel Nano Satellite Association, בשלבי ניסוי אחרונים במפעלי התעשייה האווירית, שפרסה את חסותה על פעילות העמותה. כל עבודת המחקר, הפיתוח והייצור של הלווין נעשתה במפעל חלל של התעשייה האווירית, תוך שיתוף פעולה הדוק עם מהנדסי המפעל עצמו. כאן מקום לציין כי הד”ר טמיר הוא גם ראש מנהל ננו לווינים בתעשייה האווירית.
“מה שמצא חן בעיני בהתחלה, ומיד הדביק את כל מי שעוסק בנושא היה הפשטות של הלווין ומחירו. מחירו של ננו לווין נע בין סכום של 100,000 דולר ל 500,000 דולר, תלוי בגודלו, לעומת ממוצע של מאה מיליון דולר ללווין רגיל. כלומר פי חמישים יותר זול. הננו לווין שנקרא גם
“לווין קובייה – CUBE SAT”, נמכר בקיט להרכבה עצמית יחד עם המחשב שלו. אני ראיתי בזה פוטנציאל עצום למחקר וניסוי בהשוואה ללווין רגיל”.
אבל בכל זאת, מדובר בלווין מאד קטן בעל קיבולת נמוכה בהשוואה ללווין רגיל?
“נכון. הננו לווין מוגבל מאד בהרבה מובנים. ביכולת ונפח ייצור החשמל בגלל גודל הפאנל הסולארי, הוא מוגבל מאד במאזן התקשורת שלו – LINK BUDGET, יכולת הנשיאה שלו קטנה משמעותית בכל הקשור לציוד צילום מה שמתבטא ברזולוציה, אבל… למרות כל זה הוא עדיין לווין זול מאד שיכול לשאת מספר יישומים. בהשוואה ללווין גדול שמצריך אמינות מאד גבוהה, בננו לווין הכמות היא המרכיב החשוב ולא אמינות היחידה עצמה. הפער במחיר בין הננו לווין ללווין הרגיל מאפשר לנו חשיבה שונה לגמרי”.
מה ההבדל בין לווין גדול ללווין קטן ולננו לווין?
“לווין גדול או קטן הוא הגדרה של גודל המדינה. מה שנחשב בישראל ללוין גדול כמו”ארוס “או”עמוס”, בארצות הברית נחשב לקטן. ההבדל בינם לבין הננו הוא משמעותי, בננו לווין אנחנו מדברים על לווין של קילוגרמים בודדים, עם יכולות מאד ספציפיות”.
חלק מרעיון “להק הלווינים” שהגתה העמותה, הביא לרעיון פיתוח תחליף הGPS האמריקני. כיום מתבססת יכולת הניווט המדוייק, בעיקר על לווינים אמריקנים. התלות הזאת מטרידה מאד, בעיקר את מערכת הבטחון, שחוששת מהסתמכות יתר על היכולת הזו. המשפט “ומה יקרה אם האמריקנים יסגרו  את לוויני ה GPS” עולה לעיתים קרובות. העמותה הציע רעיון לשלוח לחלל להק גדול של ננו לוויני ניווט, שישמשו כתחליף ללווינים האמריקנים. בימים אלה נמצא הפרויקט הניסיוני הזה בבחינה של מערכת הביטחון.
“בעניין הזה ההחלטה כרגע נמצאת במערכת הבטחון. אחרי עבודת המחקר הצגנו את הרעיון והוכחנו שהוא אפשרי ליישום באופן מלא”, אומר ד”ר טמיר.
הלווין הראשון שבנתה העמותה, Inlkajn-1, אמור לבצע סדרה של שבעה ניסויים בחלל. הבנייה שהושלמה בינואר השנה, ארכה כשלוש שנים. גודל הלווין הוא 10x10x32 ס”מ, ומשקלו 3.5 קילוגרם. ללווין 4 מערכות חישה ובקרה מרכזיות: מגנטומטר תלת-צירי, ג’ירוסקופ תלת-צירי, תאים סולאריים לאיתור שמש, 3 מגנטו-טורקרים לשליטה בזווית הנטייה ביחס לשדה המגנטי של כדור הארץ.
הוא מתוכנן לנוע במסלול שמש (הליו–סינכרוני) בגובה של כ-650 ק”מ ולהקיף את כדור הארץ בכל 90 דקות. בניגוד ללוויינים אחרים, הוא לא מכיל מנועי ניווט, והשליטה על יציבתו תתבצע באמצעות שלושה מגנטו-טורקרים. ללוויין Inklajn-1 שתי משימות מרכזיות: משימת חלל ומשימת קרקע. השיגור מתוכנן לחצי השני של 2011, אז יסתיים שלב הבדיקות בתעשייה האווירית.
“סדרת הניסויים (ראו הרחבה) שאנחנו עושים באה למעשה לענות על צורך קיים בשוק. יש מעט מאד מוצרים בעלי תו תקן של HIGH REL””, כלומר, אמינות גבוהה, המתחייבת מרכיבי חלל. בדרך כלל מדינות לא ששות למכור רכיבים כאלה בשל שמירה על בלעדיות, וכאשר הן מוכנות, המחיר יקר מאד. חלק מהקונספט של הננו לווין שלנו הוא לבחון רכיבים חדשים כאלה בחלל. בדרך כלל הרכיבים האלה הם רכיבים שעשינו להם הסבה מהתחום הקרקעי או התעופתי. ברגע שנשים אותם על הננו לווין, אנחנו למעשה משתמשים בו כמעבדה ניידת, זולה וזמינה הרבה יותר מלווין רגיל”.
חלק ניכר של פעילות העמותה מוקדש גם לחינוך טכנולוגי. מתברר כי לימוד התחום בבתי הספר, הוא כלי לימוד מצויין למקצועות המתמטיקה והפיסיקה. כיום פעילה עמותה בבתי ספר תיכוניים בשלוש ערים: הרצליה, מעלה אדומים ומודיעין. בכל אחת מהערים האלה נבחנים התלמידים בבגרות חמש יחידות בתחום הלווינות.
“מבחינתי זו ההפתעה הגדולה ביותר בפעילות העמותה. מתברר שהשילוב עם מערכת החינוך עונה על הצורך של שני הצדדים. מבחינת התלמידים הם נחשפים לעולם חדש ומעניין, מבחינת העמותה, אנחנו מכשירים את מדעני העתיד.”
תן לי דוגמא לשיתוף הפעולה של התלמידים בפרוייקט הזה?
“יש הרבה דוגמאות. אחת מהן היא מערכת הקשר של הלווין. המרכז שלנו בהרצליה פיתח את מערכת הקשר על בסיס ווקי טוקי שפורק, והמעגלים שלו שולבו בלווין. כל מערך הקליטה של הלווין נבנה גם הוא על ידי המרכז בהרצליה. האנטנות של הלווין הם למעשה סרט מידה מתקפל ממתכת. בהמשך חברנו גם לאיגוד חובבי הרדיו העולמי והוא הקצה לנו תחום תדרים לתקשר עם הלווין. התלמידים הם שבנו את תחנת הקרקע לתקשורת עם הלווין, והוא ישמש אחרי שיגורו כתחנת ממסר לכל חובב רדיו”.

הלוויין Inklajn-1 קרוי על שמו של חלוץ החלל הישראלי ד”ר מרסל קליין. בחודשים הקרובים  ייכנס הלוויין לסדרת בדיקות הכוללות ניסויי הרעדה והלם, ניסויי ואקום ובדיקה פונקציונלית בתנאי חלל של כל תת-המערכות המשולבות בו.
ללוויין Inklajn-1 שתי משימות מרכזיות: משימת חלל ומשימת קרקע.

משימת החלל:
Space Open Laboratory לניסויים טכנולוגיים:

התמצאות פאסיבית בחלל:
הלוויין כולל 4 פאנלים סולאריים הפרושים בתצורת כוכב ובעלי זווית נטייה פנימית של °01. הזווית גורמת לכך שבכל רגע נתון קיימים הבדלים בצפיפות שטף הקרינה מהשמש על כל אחד מהפאנלים. מדידת הפרשים אלה תאפשר ללוויין לאתר תמיד את כיוון השמש, בלא צורך בציוד ייעודי יקר.

בדיקת עמידות חומרים בתנאי חלל:
הלוויין יבצע ניסויי נדיפות של חומרים לתעשיית החלל שפותחו על-ידי ממ”ג. החומרים נצבעו על-גבי חלק מהתאים הסולאריים. קצב ועוצמת הנידוף שלהם ישפיעו על כמות האנרגיה הנקלטת בפאנלים הסולריים. למעשה, Inlkajn-1 הוא הלוויין הראשון שיפיק יותר אנרגיה מהשמש ככל ששהותו בחלל תתארך.

בדיקת מצבר חללי חדש:
הלוויין יבדוק את תיפקודו ומאפייניו של מצבר חדש המבוסס על 4 סוללות ליתיום-יון מתוצרת חברת ABSL.

בדיקת ציוד ניווט GPS:
הלוויין יבדוק את תיפקודו ועמידתו בתנאי חלל של מקלט GPS שפותח בארץ על-ידי חברת Rokar-BEA.
בדיקת שעון אטומי:
הלוויין יבדוק את תיפקודו בתנאי חלל של שעון אטומי חדש אשר פותח על-ידי חברת Accubeat הישראלית, המתכננת להיכנס באמצעותו לשוק החלל העולמי.

ניסוי בשיטות אפנון:
הלוויין יבדוק, בשיתוף פעולה עם אגוד חובבי הרדיו בישראל, את היתרונות והחסרונות של שיטות האפנון הדיגיטלי FSK ו-BPSK למערכות טלמטריה בחלל.