חקר הירח והתקשורת אתו

1: הקדמה [3]

הירח הוא הגוף האסטרונומי הקרוב ביותר אלינו והינו הלוויין הטבעי היחיד של כדור ארץ. קוטרו 3,480 ק”מ ומרחקו הממוצע מאתנו הוא כ-384 אלף ק”מ. בשל קרבתו הרבה של הירח, הוא היה הגורם השמימי שעורר לראשונה, יחד עם השמש, את סקרנותו של האדם בחקר ולימוד החלל. חקר הירח והחלל אינה תופעה מודרנית, אלא תופעה שהחלה עוד משחר ההיסטוריה האנושית. למעשה, החקר החל מאות שנים לפני הספירה ונמשך עד עצם היום הזה, כאשר הזרוע עוד נטויה. המח האנושי תמיד הוביל את האדם לקצה גבול היכולת, וההתמודדות עם סוגיית חקר הירח והחלל היא דוגמא טובה לכך. המצאת הטלסקופ הייתה הקפיצה הראשונה בהתמודדות עם סוגיה זו. השימוש בו מזוהה עם גלילאו גליליי, אשר בנה בעצמו את הטלסקופ הראשון בשנת 1609 וערך תצפיות לעבר הירח. אחד מממצאיו הראשונים אודות הירח היה כי פני שטחו של הירח אינם חלקים כפי שסברו באותה העת, אלא מכוסים בהרים ומכתשים. כל שיפור בטלסקופים הגדיל את הרזולוציה שלהם, מה שאפשר להבחין בפרטי מחקר נוספים מפני השטח שלו, עד ליכולת של מחקר גיאולוגי. אך אל לנו לשכוח שמטבע הדברים, המחקר הצטמצם לצד הנראה שלו. קפיצת הדרך המשמעותית בחקר הירח החלה עם פיתוחה של היכולת לשגר חלליות.

2: תחילת חקר הירח בצל המלחמה הקרה [1], [2], [5]

חקר הירח באמצעות חלליות החל להתפתח בזמן המלחמה הקרה בין ארה”ב לברית המועצות. לאחר שיגור הלוויין המלאכותי הראשון בשם “Sputnik” ע”י הרוסים באוקטובר 1957, החל להתפתח מרוץ בין ארה”ב לברית המועצות על השליטה בחלל. באותן שנים שררה מתיחות פוליטית עצומה בין שתי המעצמות והחלל היווה שדה חדש למאבק, בו ניסה כל צד להוכיח עליונות טכנולוגית עם אפשרות לשליטה צבאית. ב-1958 האמריקאים הקימו את סוכנות החלל הלאומית “NASA”. האמריקאים ניסו לנצל לטובתם

תמונה 1: יורי גגארין – האדם הראשון ששהה בחלל

את הידע על טילים שהיה ברשות מדענים גרמניים שנלקחו על ידם בשבי בתום מלחמת העולם השנייה, וזאת כדי להבטיח את העליונות של ארה”ב בתחום חקר החלל והמדעים המדויקים. גם לרוסים היו מדענים גרמניים שתרמו מהידע שהיה ברשותם למאבק בין המעצמות. הרוסים הובילו בתחילה ותכנית החלל שלהם הקדימה בהרבה את זו האמריקאית: כ-4 שנים לאחר שיגור הלוויין הראשון, “Sputnik”, באפריל 1961 האימפריה הסובייטית שוב הוכיחה עליונות טכנולוגית ושיגרה את הקוסמונאוט יורי גגארין לשהות של שעה אחת במסלול סביב כדור הארץ, כל זאת בעוד האמריקאים כשלו בשיגורים הראשונים.

רק באמצע שנות ה-60 החל הפער להיסגר, בין היתר משום שהנשיא האמריקאי, ג’ון קנדי, הציב יעד לאומי עבור ארה”ב והוא להנחית אדם על הירח לפני 1970. סדרת החלליות “Gemini” ו”Apollo” קידמו את האמריקאים לפני הרוסים. בסופו של דבר ניתן לומר שהם ניצחו במרוץ אל הירח, הרבה בזכות מימוש חזונו של קנדי ונחיתה מאוישת על אדמת הירח. הטכנולוגיה המערבית הייתה טובה יותר מזו הרוסית, בפרט ציוד התקשורת, הניווט, המחשבים והאלקטרוניקה – דבר שאפשר לארה”ב לשגר משימות מסובכות לכוכבי הלכת ולבנות לוויינים משוכללים מאוד. בזהירות רבה ניתן לומר שכיום יש שיתוף פעולה מסוים בחלל בין שתי המעצמות הללו. שיתוף הפעולה החלקי והעיקרי ביניהן הוא בבניית תחנת החלל הבינלאומית. עוד קודם לכן היו מבצעים משותפים, כמו למשל התחברות של מעבורות לתחנת “Mir” והמפגש בין “Apollo 18” ו-“Soyuz 19” בשנת 1975. כיום אנו עדים למרוץ מתחדש לעבר הירח והחלל, הרבה בזכות כניסתה של השחקנית המרכזית החדשה אשר קוראת תיגר על שתי המעצמות הללו, הלא היא סין. כמו כן, ניתן גם למצוא את כניסתם של שחקני משנה נוספים, לרבות מיזמים וגופים פרטיים אחרים.

איור 2: נחיתת המאוישת על הירח: הראשונה והיחידה בהיסטוריה
עד כה – “אפולו 11 ” 196

3: סקירת של החלליות שעשו את דרכן לירח [3], [7], [11]

ליכולת השיגור אל הירח היו משמעויות אסטרטגיות מרחיקות לכת. מי שיכול לשגר חלליות, באמצעות אותם טילי שיגור מסוגל גם לשגר פצצות, לרבות נשק גרעיני, לכל מקום על כדור הארץ. כל אחת משתי המעצמות פעלה בשיטת עבודה שונה. האמריקאים עבדו בשיטה של שלוח סדרות של חלליות לירח, כאשר כל סדרה של חלליות הייתה מיועדת למטרה אחרת. הסדרה הראשונה הייתה של חלליות “Pioneer” שנועדו לחלוף על פני הירח ולבצע סקירה ראשונה שלו. הסדרה השנייה הייתה של חלליות “Ranger”, חלליות רסק שנועדו לפגוע בקרקע של הירח ובמהלך תנועתן שידרו תצלומים מפני שטחו ברזולוציה הולכת וגדלה ככל שהתקרבו אליו. הסדרה השלישית הייתה של חלליות ה”Surveyor” שנחתו על הקרקע ושתיים מהן לראשונה ביצעו חקר של קרקעית הירח. סדרה אחרת של חלליות ה”Lunar Orbiter” שנכנסו למסלול סביבו. שתי הסדרות האחרונות שוגרו לסירוגין, פעם חללית “Surveyor” ופעם חללית “Lunar Orbiter”. רק לאחר מכן הופיעו הטיסות המאוישות במסגרת תכנית “Apollo”. הרוסים שיגרו מספר קטן יותר של חלליות מן האמריקאים ושיגרו כל פעם חללית מסוג אחר. בנוסף, גם הם הפעילו חלליות לטיסות מעבר, כניסה למסלול ולאחר מכן נחיתות על הירח. למעשה, היו שתי סדרות שכל אחת מהן קיבלה שם אחר. סדרה אחת הייתה חלליות ה”Luna”. סה”כ רשמית היו 24 חלליות מסוג זה. הסדרה השנייה קיבלה את השם “Zond”, חלליות מאוישות מדגם “Soyuz” שהוסבו לחלליות בלתי מאוישות במסגרת הכנות לשיגור אדם לירח. סה”כ היו 5 חלליות מדגם זה. השיא בתכנית החלל הירחית של הרוסים היו חלליות “Luna 16”, “Luna 20” ו-“Luna 24” שהחזירו דגימות מהקרקע של הירח וחלליות “Luna 17” ו-“Luna 21” שהיו רכבי שטח שתופעלו מכדור הארץ. מדצמבר 2013 גם סין הצטרפה לרשימה הבלעדית של מדינות שזכו להניף את דגלן על הירח כאשר שיגרה את “Chang’e 3”, רכב חלל רובוטי. כחודש לאחר הנחיתה סבל רכב החלל מתקלות טכניות והקשר עמו נותק. בינואר 2019 הסינים שיגרו את “Chang’e 4”, אשר הייתה לחללית הראשונה שנוחתת ב”צד האפל של הירח”, צדו המרוחק של הירח אשר אינו פונה לעולם לכדור הארץ. הוא מכונה כך כיוון שמדובר במקום שמעט ידוע עליו ולא משום שאור השמש אינו מגיע אליו, אלא הוא נסתר מעיני המסתכל מכדור הארץ. הישג נוסף, המיוחס לסינים במהלך נחיתה זו, הוא גידול צמח על הירח. מדובר על הופעתו של עלה כותנה בודד, אשר רמז על עתיד בו אסטרונאוטים יגדלו את מזונם בחלל בעצמם. זמן קצר לאחר נביטתו קפא צמח הכותנה ומת. בשנה הבאה מתכננת סין להנחית את החללית הבאה בסדרה, “Chang’e 5”, שלא רק תחקור את פני השטח של הירח, אלא גם תשוב לכדור הארץ עם דגימות קרקע משם. גם הודו הצטרפה למועדון, כאשר כלי רכב הודי כבר הגיע אל פני הירח ב-2008. הייתה זו גשושית שיצאה מתוך החללית ההודית “Chandrayaan 1” (פירוש השם הוא “רכב ירח”), שהקיפה את הירח. אם כי הנחיתה שלהם לא נכנסה לספר השיאים של המרוץ לירח כי מדובר היה בהתרסקות מתוכננת של הכלי והוא יועד לחקור את החומרים בניתוח ענן האבק שהתרומם בעקבות ההתרסקות, בתקווה למצוא מים. ביולי 2019 ההודים ביצעו ניסיון שני לנחיתה על הירח, כאשר שיגרו את “Chandrayaan 2”, בדרכה לקוטב הדרומי של הירח כדי לחפש פעם נוספת מים, מינרלים ולמדוד רעידות בפני השטח. בספטמבר 2019 החללית ההודית ניסתה לבצע נחיתה רכה על הירח ללא סיוע מחדר הבקרה, אך בגובה של כ-2 ק”מ מעל הירח הקשר עמה נותק והיא ככל הנראה התרסקה. לפני הניסיון הראשון של ההודים, גם סוכנות החלל האירופאית ויפן ריסקו גשושיות במכוון על פני הירח למטרות מחקר. חקר הירח והתחרות המתחדשת אל החלל הם לא רק נחלתן של המעצמות הגדולות. דוגמא רלוונטית לכך מהעת האחרונה היא מדינת ישראל ופרויקט “בראשית”.

איור 3: “הצד האפל של הירח” אשר צולם ע”י
החללית “צ’אנג-אה 4”

איור 4: גילוי קרח בקטבי הירח – בקוטב הדרומי משמאל ובקוטב הצפוני מימין

4: אז מה יצא לנו מזה? [1], [5], [8]

מעבר להישג האנושי המדהים שבו נחתו נציגי האנושות על הירח, נשאלת השאלה האם ההשקעה הכבירה בחקר הירח והחלל הניבה הישגים נוספים? נבחן את הסוגיה בכמה מישורים.

4.1. המישור המדעי

דגימות קרקע של פני הירח הוחזרו אל כדור הארץ והתקבל מידע רב על הרכבו (של פני הקרקע של הירח). מכשירים שהוצבו על הירח העניקו מידע רב על תכונותיו הסיסמיות, השדה המגנטי שלו, הטמפרטורה שעל פניו ועוד מידע נוסף רב. אנו יודעים כיום כי הרכב הירח שונה מזה של כדור הארץ, למעשה צפיפות הירח מזכירה יותר את צפיפות המעטפת החיצונית של כדור הארץ, פניו עתיקות יותר ואנו יודעים שהירח הוא עולם מת מבחינה גיאולוגית, מחוסר אטמוספירה ואין מים נוזלים על פניו. מאידך, דגימות קרקע אפשר היה, לכאורה, להביא לכדור הארץ גם על ידי רכבים לא מאוישים, אם כי בטכנולוגיה של שנות ה-60 היה חוסר ידע רב בכל הקשור לתחום המחשוב והרובוטיקה החיוניים למשימות מעין אלה. הדבר המעניין הוא שלמרות ההישג של נחיתה על ירח והחזרת דוגמאות של אבנים מפניו, עדיין הירח הוא מבחינת אניגמה בכמה תחומים. למשל, עד היום אנו לא בטוחים כיצד הוא נוצר. קיימות ארבע תיאוריות – האחת טוענת כי הירח וכדור הארץ נוצרו יחדיו בעת שנוצרה מערכת השמש. לפי השנייה, הירח נקרע מכדור הארץ במהלך היווצרותו של האחרון והשלישית, לפיה הירח נלכד על ידי כדור הארץ בעת שהלה שוטט חופשי במרחבי מערכת השמש והתקרב אלינו. אולם, ממצאי “Apollo” ומשימות החלל לירח אחריה דווקא תומכות בהשערה רביעית, לפיה הירח נוצר כתוצאה מהתנגשות של גוף בגודל כוכב הלכת מאדים בכדור הארץ. כתוצאה מההתנגשות הועף חומר מהשכבות החיצוניות של כדור הארץ – חומר שהתגבש חזרה לאחר ההתנגשות וממנו נוצר הירח. אמנם משימת “Apollo” העניקה תרומה אדירה וקפיצת מדרגה לחקר הירח, אולם המסה הקריטית של הידע התווספה בעיקר הודות למשימות חלל לא מאוישות, בשנים שלאחר “Apollo”. דוגמא מצוינת ליעילותה המדעית של משימה בלתי מאוישת היא גילויו של קרח על פני הירח. בתום מבצעי “Apollo” היה ברור שבהיעדר אטמוספרה סביב הירח לא יתכן קיומם של מים על פני הירח. לכן הופתע העולם המדעי כאשר התגלה קרח באחד המכתשים המוצלים של הירח, סמוך לקוטבו הדרומי, בידי החללית האמריקאית “Clementine” באמצע שנות ה-90. אגב, “Clementine” הייתה שייכת למשרד ההגנה האמריקאי ורוב משימותיה חסויות, מה שמלמד על חשיבותו הרבה של הירח מבחינה אסטרטגית.

המישור המדיני

המרוץ לחלל היה רק זירת קרב נוספת במלחמה הקרה ולדעת האמריקאים, וכנראה גם הרוסים, זו הייתה הזירה העיקרית שבה ייקבע מי המעצמה המובילה בעולם. מרוץ זה החל בשלהי שנת 1944 כאשר האמריקאים והבריטים מצד אחד והרוסים מצד שני, צדו את מהנדסי הטילים הגרמניים. כאן חייבת להיאמר האמת, לולא פון בראון, מדען טילים נאצי בכיר שנלכד ע”י האמריקאים, ספק אם הם היו מגיעים לירח במהירות שבה הגיעו. לכן, יש הרואים בעצם העברת הזירה העיקרית לחלל מעין שסתום ששחרר הרבה לחץ שלולא הועבר למרוץ לחלל מי יודע לאילו כיוונים היה מתועל. גם כיום המרוץ המתחדש לעבר הירח והחלל הוא מרוץ של יוקרה וגאווה עבור מדינות רבות, לרבות שיקולים אסטרטגיים לא מבוטלים.

4.3. המישור הטכנולוגי

לדעת רבים כאן טמונה עיקר התרומה של המרוץ לחקר הירח. עד ראשית שנות ה-60 הסתכמו מבצעי החלל בשיגור לוויינים פרימיטיביים ובשיגור אסטרונאוטים וקוסמונאוטים לטיסות חלל שארכו כמה הקפות לכל היותר או הליכה בחלל. איש לא תיאר לעצמו שאכן כף רגלו של האדם תדרוך על אדמת הירח, לא כל שכן נחיתת מכונות מעשה ידי אדם על כוכבי לכת מרוחקים. המרוץ לכיבוש הירח נתן דחיפה אדירה לחקר החלל ולפיתוח הטכנולוגיות הנגזרות ממנו. כיום, 50 שנים לאחר “Apollo 11”, גשושיות מעשה ידי אדם חדרו לאטמוספרה של צדק, נחתו על טיטן, ירחו של שבתאי, נחתו על אסטרואיד, דגמו אבק מזנבו של שביט והשיבוהו לכדור הארץ. טלסקופ החלל “Hubble” מביא את היקום לביתו של כל אחד מאתנו וחלליות הגיעו לכל כוכבי הלכת במערכת השמש וחלקן אף עשו את דרכן אל מחוץ לה. התרומה בתחום הטכנולוגי היא אדירה והנהנים ממנה הם כולנו. כיום רוב תחומי הטכנולוגיה קשורים בלוויינים וחלליות – החל משיחות הטלפון הסלולריים, תקשורת ושידורי טלוויזיה ובלווייני ה-GPS, אשר חשיבותם עולה מיום ליום, וכלה בלווייני מחקר באינספור תחומים – החל מסקרים גיאולוגיים ומטאורולוגיים ועד לחקלאות נתמכת לוויינים. כל אלה הם פועל יוצא של חקר החלל שהואץ בזכות המרוץ אל הירח. זה לא מתחיל ונגמר בלוויינים. חקר החלל אחראי למזעור של מעגלים חשמליים, שהיה הכרחי בשל המגבלות הפיזיות של גודל מטענים ששולחו לחלל, ואפילו לטיטולים (מישהו חשב פעם איך הסתדרו חלוצי החלל הראשונים בחלל, כמה ימים ללא שירותים צמודים?). המסעות לחלל הולידו אין ספור טכנולוגיות הקשורות בניסויים בתנאי מיקרו כבידה שבוצעו בחלל והמצאות טכנולוגיות רבות הקשורות לטכנולוגיה הדרושה למבצעי חלל. טכנולוגיות אלה כוללות פיתוח כלי טיס מתקדמים וטכניקות מכ”ם, שלא לדבר על טכנולוגיות שונות ומשונות המשמשות ליישומים צבאיים. תרומה נוספת לזכות חקר הירח והחלל היא הגברת המודעות והסקרנות לנושא בקרב בתי הספר והמוסדות להשכלה גבוהה, תלמידים צעירים וסטודנטים כאחד.

איור 5: “סלפי” של החללית “בראשית” על רקע כדור הארץ

5: ישראל על המפה – גם בחלל ובחקר הירח [4], [6], [14]

5.1. החללית הישראלית בראשית: כללי

למעצמות הגדולות כגון ארה”ב, רוסיה וסין, ניתן להוסיף גם את מדינת ישראל הקטנטנה ובפרט את פרויקט “בראשית”. “בראשית” הייתה גשושית מסוג נחתת שפותחה על ידי עמותתSpaceIL , בשיתוף עם התעשייה האווירית במטרה להיות הגשושית הישראלית הראשונה על הירח. הגשושית פותחה בעידוד התחרות הבינלאומית “Google Lunar Xprize” להנחתת גשושית בלתי מאוישת על הירח בידי גורם פרטי. לאחר השיגור ההיסטורי המוצלח ב-22 בפברואר 2019 מנמל החלל “Cape Canaveral” שבפלורידה באמצעות משגר “Falcon 9” של חברת SpaceX, ביצעה החללית “בראשית” מספר תמרונים מוצלחים, ביניהם זה שב-4 באפריל הכניס אותה למסלול סביב הירח. ב-11 באפריל החללית ניסתה לבצע נחיתה ב”ים הרוגע”, אך התרסקה. ההישג של משימת “בראשית” הוא בפני עצמו חסר תקדים בקנה מידה עולמי. יומיים לאחר התרסקותה, הכריז נשיא SpaceIL, המיליארדר והפילנתרופ מוריס קאהן, על ניסיון נוסף: “בראשית 2”, במטרה להשלים את המשימה.

. סיום מבצע “בראשית” – מסקנות, הישגים ותוכניות לעתיד של ישראל [10], [12], [13]

ב-11 באפריל, ב-22:15 לפי שעון ישראל, כל עם ישראל ומדינות רבות בעולם החזיקו אצבעות ל”בראשית” לקראת נחיתתה על אדמת הירח. החללית הייתה מרחק פסע מהשלמת המשימה. רגעים ספורים לפני הנחיתה החללית הגיעה אל הירח, אך לא בצורתה השלמה והתרסקה. ישראל היא המדינה השביעית בעולם שהגיעה לירח, גם אם לא בנחיתה רכה כפי שתוכנן (שהרי אז היינו המדינה הרביעית, אחרי בריה”מ לשעבר ורוסיה כיום, ארה”ב וסין). החללית הפרטית הלא ממשלתית הראשונה בעולם ששוגרה לירח הספיקה לשלוח שתי תמונות, אך דקות אחדות לפני הנחיתה, בגובה של פחות מעשרה קילומטרים, חל שיבוש במערכותיה. התקלה הקריטית ביותר הייתה שמנועה הראשי הפסיק לפעול והחללית החלה בצניחה חופשית אל הירח. לאחר מכן המנוע נדלק מחדש אך זה ככל הנראה היה מאוחר מדי לבלום את נפילתה ולייצבה לצורך נחיתה רכה. התקשורת עמה אבדה לחלוטין וראשי המשימה בחדר הבקרה שבתעשייה אווירית ביהוד, הכריזו על התרסקותה. מתחקיר ראשוני עלה כי חלה תקלה באחת משתי היחידות שמודדות את תאוצת החללית. התקלה הזו ככל הנראה הובילה לאתחול מחשב החללית, שאחראי על שלבי הנחיתה האוטונומית. מהנקודה הזו החללית יצאה משליטה כשהיא נופלת אל פני הירח במהירות של מאות קמ”ש. עצם ההישג של הגעת החללית “בראשית” לירח, בעלות מזערית יחסית לפרויקטים מקבילים בעולם (100 מיליון דולר לעומת מיליארדים), מעורר הערכה והתפעלות בתעשיית החלל בעולם. בעקבות “בראשית” חלליות נוספות שנבנו ביוזמה פרטית צפויות לצלוח את המסע לירח. כמו כן, “בראשית” היא חלק ממגמה רחבה יותר של הפרטה והוזלת התעשייה, עידן שבו חברות פרטיות כמו SpaceX ואחרות מוזילות משמעותית את השיגורים לחלל. במקביל, אם בעבר היה צורך לבנות מערכות ממוחשבות ייעודיות, יקרות ומגושמות למשימות חלל, מהפכת המחשוב והמזעור מאפשרת להשתמש ולסמוך על מעט מערכות ממוחשבות סטנדרטיות, זולות וקומפקטיות. תרומה נוספת של הפרויקט של Space IL הינה בכך שאינו מסתכם רק בהשתתפות בתחרות הבינלאומית, אלא גם בחזון חינוכי ליצור “אפקט אפולו” ישראלי חדש ובאמצעותו לעודד את הדור הבא בישראל ובעולם לבחור במקצועות מדע, הנדסה, טכנולוגיה ומתמטיקה.

6: תקשורת עבור חקר הירח [15], [16], [19], [21]

לכל משימה לחקר החלל והירח בפרט יש מערכות תקשורת לקבלת פקודות ומידע אחר שנשלח מכדור הארץ לחללית, ולהחזרת נתונים מדעיים מהחללית לכדור הארץ. הרוב המכריע של משימות החלל העמוק לא כרוך בחזרתו של הכלי אל כדור הארץ. לפיכך, לאחר השיגור מערכות המעקב והתקשורת של החללית הן האמצעי היחיד שאיתו מתקיימת אינטראקציה. בנוסף, ניתן לאבחן או לתקן בעיות בחללית רק באמצעות מערכת התקשורת. ללא מערכת תקשורת יעילה, לא יתאפשר ביצוע מוצלח של המשימה.

איור 6: פני הירח רגע לפני ההתרסקות אשר צולמו ע”י “בראשית”

6.1. מבט לעתיד

לאור כוונותיה של NASA לחזור לירח ואף להקים שם בעתיד בסיסים מאוישים, טבעי לתהות כיצד תתבצע התקשורת בין אותם מתיישבים לכדור הארץ. כיום עיקר התקשורת המתקיימת בין כדור הארץ לבין הלוויינים והחלליות היא בקצב יחסית נמוך של Kb/s. בעתיד אין ספק שקצב זה אינו יספיק. כדי לספק את הדרישות עבור וידאו ברזולוציית HD ומחקר מדעי בעל כמות נתונים אדירה, NASA וסוכנויות חלל אחרות מנצלות את יכולות תקשורת הרדיו עד הקצה, אך כנראה שזה אינו מספיק עבור הדרישות ההולכות וגדלות לאיכות, מהירות וזמינות המידע בין כדור הארץ לחלל. דוגמא לכך היא חללית ה-Orion, אשר תישא אסטרונאוטים מסביב לירח במהלך משימת Artemis 2 של NASA בשנת 2022, ותשדר מידע חיוני אודות המשימה באמצעות תדרי רדיו בתחום S-band בקצב של 50Mb/s. אם זאת, רק 1Mb/s יוקצה לטובת העברת וידאו במהלך המשימה, שזה לשם השוואה, נמוך משמעותית מקצב העברת הנתונים שמועברים בעת צפייה בסדרות ב-Netflix. כדי להעביר מידע בקצב מהיר יותר ובנפח גדול יותר, יש להעביר את המידע בתדרים גבוהים יותר מאשר תדרי הרדיו ולפתח מערכות תקשורת אופטיות להעברת המידע באמצעות קרני לייזר. בנוסף לתדרי הרדיו בתחום ב-S-band, ה-Orion תישא עמה מערכות תקשורת באמצעות לייזרים להעברת וידאו באיכות גבוהה מאוד של 4K (ultrahigh-definition), בחזרה לכדור הארץ. בהמשך, NASA מתכננת לייצר פריסה ארוכת טווח של תקשורת לייזרים שתקשר בין כדור הארץ והלוויינים. תקשורת אופטית באמצעות לייזרים היא מעט מטעה, הטלטלה הכי קטנה של החללית יכולה לשלוח את קרן הלייזר רחוק מהיעד וענן חולף על פני כדור הארץ יכול לגרום להפרעות בשידור ובקליטה. לעומת זאת, כאשר מערכת הלייזרים פועלת באופן תקין, משימות עתידיות יוכלו לקבל עדכוני תוכנה בדקות אחדות ולא בימים. אסטרונאוטים יאבדו את תחושת הבדידות בעת משימות בחלל וקהילת החלל תקבל גישה להעברה רציפה ומהירה של נתונים בין כדור הארץ והירח.

6.2. RF מול לייזרים

כיום, סוכנויות החלל מעדיפות שימוש בתקשורת רדיו – RF, בתחומי ה-S-band וה-Ka-band (26.5 – 40 GHz) לטובת תקשורת בין החללית וחדר הבקרה בכדור הארץ. יש לציין שהשימוש בתקשורת RF הוא די יקר, אך מאוד אמין. כמו כן, ספקטרום ה-RF הוא משאב מוגבל וסופי. חסרון נוסף בשימוש בתדרי הרדיו הוא שאותות אלה נוטים להתפזר בריק של החלל. לאחר השידור, אות בתחום ה-Ka-band עושה דרכו מהירח לכדור הארץ ומכסה שטח בקוטר של 2,000 ק”מ (כמעט כמו השטח של הודו). כאשר האות מגיע, הוא מגיע בעוצמה מאוד נמוכה. כדי לקלוט את האות נדרש מקלט מאוד רגיש בכדור הארץ או משדר מאוד עוצמתי על הירח. גם במערכות לייזרים קיים פיזור הספק בחלל. קרן לייזר שתגיע לכדור הארץ תכסה שטח של 6 ק”מ, כלומר צרה מבחינה ספקטרלית. לכן פחות סביר שתהיה חפיפה והתנגשות בין שתי קרני לייזר. יתרון נוסף של קרני הלייזר הוא שהן אינן מוגבלות מבחינת רוחב הסרט הספקטרלי. קרני הלייזר משודרות בתדרים מאוד גבוהים והמשמעות היא שאורך הגל הוא מאוד קצר, דבר שמביא ליתרונות נוספים. תדרים בתחום ה-Ka-band הם בעלי אורך גל של 7.5 מ”מ עד 1 ס”מ. NASA מתכוונת להשתמש בלייזרים בעלי אורך גל של 1,550 ננו מטר, אותם אורכי גל המשמשים לסיבים אופטיים יבשתיים. פיתוח מערכות תקשורת אופטית באמצעות לייזרים נסמך ברובו על יתרונות השימוש בסיבים אופטיים: אורכי גל קצרים מאפשרים העברת מידע בנפח עצום בכל שנייה. יתרון השימוש בלייזרים הוא לא דבר חדש, אבל רק לאחרונה מהנדסים מפתחים מערכות תקשורת אופטית בנוסף למערכות תקשורת הרדיו. ב-2013, NASA הוכיחה מסוגלות להעביר מידע מהירח לכדור הארץ באמצעות לייזרים בקצב של 622Mb/s, פי-10 מהיר יותר מתחום ה-S-band של ה-Orion. בנוסף למערכות תדרי הרדיו בתחום ה-S-band, במהלך משימת ה-Artemis 2, ה-Orion תישא עמה גם מערכת לייזרים בשם Optical to Orion (O2O). עיקר תפקידה של מערכת זו הוא להעביר וידאו באיכות גבוהה מאוד של 4K ultrahigh-definition מהירח בחזרה לכדור הארץ. ה-O2O תקלוט מידע בקצב של 80Mb/s ותשדר מידע בקצב של 20Mb/s. הסיבה להעברת המידע בקצב נמוך ביחס ליכולת העברה של ה-622Mb/s שהוכיחו קודם לכן, היא שלא עלתה דרישה כזו למשימת ה-Artemis 2. במידה ויכולות הלייזרים יוכיחו את עצמן במשימה זו, אין ספק שזה יפתח דלת במשימות החלל הבאות, בפרט המאוישות, כדי לבצע שיחות וידאו עם משפחות האסטרונאוטים, שיחות וידאו והתייעצויות עם חדר הבקרה או סתם צפייה בשידורי ספורט כדי להעביר בנעימים את שהות האסטרונאוטים בחלל. יכולות הוידאו עם הנעשה כאן למטה בכדור הארץ, יקבלו תפקיד משמעותי יותר במשימות מאוישות עתידיות בחלל העמוק, בעיקר בפן הנפשי עבור האסטרונאוטים, אשר ירגישו פחות בבדידות.

6.3. אתגרי מערכות הלייזרים

לפני שה-O2O תיבחן בחלל, יהיה עליה לשרוד את מסע החללית לחלל. מערכת הלייזרים מכילה גם טלסקופים כדי לקלוט ולשדר אותות. טלסקופים אלה כוללים גם מראות בעיצוב Cassegrain (סוג טלסקופ בעל שתי מראות למיקוד האור, על גבי ציר מסתובב) – ציוד מאוד עדין ושביר. מפתחי המערכת הזו תכננו את המערכת כך שהטלסקופ יהיה נפרד מהמשדר האופטי (יקטין את האפשרות לנזק שייגרם למראות) וכן יכלול בולמי זעזועים שימזערו את רעידות המערכת בעת השיגור. כדי להתמודד עם רעידות

איור 7: הדמיה של קרן לייזר מלוויין ממסלול סביב הירח אל כדור הארץ

החללית והציוד, מורכבת על גבי המערכת האופטית פלטפורמה למדידת הרעידות והוויברציות שבסופו של דבר מסוגלת לקזז הפסדים של המערכת האופטית כתוצאה מרעידות אלה. אחד מהאתגרים עבור קרן הלייזר באורך גל של 1,550 ננו מטר של מערכת ה-O2O הוא דווקא לאחר שהיא עוברת מרחק של 400,000 ק”מ בחלל מהירח לכדור הארץ ללא הפרעות, כאשר היא עלולה להיתקל בעננים בהגיעה אל כדור הארץ. כיום, דרך ההתמודדות הטובה ביותר עם מעבר הקרן דרך מכשולים, הוא בשידור האלומה למספר מקלטים.

6.4. שיתוף פעולה בינלאומי וחקר החלל העמוק

ב-2020, בשיתוף פעולה בינלאומי עם סוכנויות חלל אחרות: האירופאי, היפני, הקנדי והרוסי, מתכננת NASA לבנות תחנת חלל שתעניק הזדמנות גדולה יותר להעברת נתונים עבור חקר החלל העמוק בקצב גבוה באמצעות תקשורת לייזרים. התחנה תמוקם מסביב לירח כתחנת ממסר. קצב השידור המתוכנן אמור להיות 5-8Gb/s. כיום תחנת החלל הבינלאומית (ISS) מעבירה נתונים בקצב של 25Mb/s. אחת המטרות של תחנה זו, יהיה לשדר מידע אודות מיקום, תזמון וניווט עבור רכבי חלל על הירח. קרן לייזר שתשודר מתחנה זו, תספק לרכב החלל שעל הירח מידע על דיוק המרחק, האזימוט ותזמון אודות מיקום רכב החלל, בדומה ל-GPS. השימוש בתקשורת אופטית אמור לשחרר את ספקטרום תדרי הרדיו ממחקר מדעי. “צידו האפל של הירח” הוא מיקום אידאלי לשם כך כיוון שהוא פחות חשוף להפרעות מכדור הארץ. יש לציין שהשימוש במערכות תקשורת אופטית באמצעות לייזרים לטובת חקר החלל העמוק עדיין בשלבי למידה, אך בכל הקשור להעברת מידע בקרבת כדור הארץ והירח, מערכות אלו כבר הוכיחו את עצמן. למרבה המזל, השימוש בעתיד בלייזרים נראה מבטיח.

7: עתיד חקר הירח [17], [18], [20], [22], [23]

ניתן לומר שחקר הירח ימשיך לצבור תאוצה בעתיד ועם התפתחות הטכנולוגיה נושא הירח ימשיך להעסיק את המעצמות הגדולות וגם גופים פרטיים, הן בשל ענייני ביטחון ואסטרטגיה והן בשל תיירות ומסחר.

7.1. משחקי מלחמה

בראש ובראשונה תמו השנים שלאחר תום המלחמה הקרה שבהן נהנו האמריקאים מעליונות צבאית מוחלטת בתחום החלל. כבר עכשיו מרגישה ארה״ב את נשיפותיה של סין בעורפה והחשש הוא שכל עימות עתידי ייפתח במערכת שלילת היכולת החללית של היריב. ייתכן שביום פקודה נראה בעצם Pearl-Harbor”” בחלל: מהלך פתיחה שבה מושמדים לוויינים בצורה נרחבת. סין לא לבד, כמובן. רוסיה פיתחה לוויינים ״מתאבדים״ כבר במלחמה הקרה ובינתיים היא מפתחת יכולות דומות ומתקדמות יותר. ב-2013 וב-2014 היא שיגרה לוויינים ששינו את מסלול ההקפה שלהם כמה פעמים ואף התקרבו לחללית רוסית והתנגשו בה. למעשה, מ-1992 עד לעת האחרונה לרוסיה הייתה זרוע צבאית ייעודית, “חיל חלל”, תקופה שבמהלכה נצבר המון ניסיון. לצד הלוויינים המתאבדים והטילים הבליסטיים מהקרקע, צריך למנות גם שתי שיטות “חיסול שקט”. האחת היא סנוור מצלמות של לוויינים באמצעות לייזרים באופן שמשתק את יכולות הביון של מדינות מתחרות. ההערכה היא ששלוש המעצמות מפתחות לוויינים המצוידים בלייזרים לשיתוק לוויינים אחרים. סין אף בחנה טכנולוגיה זו לפני כמה שנים וסנוורה לזמן קצר לוויין אמריקאי. השיטה השנייה היא לוחמת סייבר, ובשנים האחרונות נרשמו כמה מתקפות נגד לוויינים של NASA. ההערכה המקובלת גם כאן היא שסין עומדת מאחוריהן. במובן מסוים, תכנית “מלחמת הכוכבים” קמה לתחייה זה מכבר, אך ללא לשון סגי נהור.

7.2. תגליות מים על הירח

בעבר היה נהוג לחשוב שהירח יבש כמעט לחלוטין, אך בשנים האחרונות התמונה הזו הולכת ומשתנה. לפני מספר שנים חוקרים הצליחו להוכיח שכמויות גדולות של קרח מתחבאות במכתשים בקטבים של הירח. החוקרים השתמשו בנתונים שאסף “ממפה המינרלוגיה הירחי”, מכשיר של NASA שצורף ל-“Chandrayaan 1”. כעת, מחקר חדש מוצא שמים נמצאים לא רק בקטבים, אלא גם עמוק מתחת לקרקע. אלו שתומכים בחזרה לירח טוענים שאפשר יהיה לנצל את המים בקטבים למשימות מאוישות. בין היתר, אפשר יהיה להשתמש במים לשתייה, ייצור חמצן לנשימה, וכן לייצור דלק מימן-חמצן עבור הנעת רכבי חלל. אולם המים הללו קפואים ולכודים בתחתית המכתשים החשוכים, ויהיה קשה מאד להגיע אליהם ולחצוב אותם. התגלית החדשה עשויה להראות שניתן לאתר מים גם באזורים אחרים ונגישים יותר על הירח.

איור 8: הדמיה של בסיס מאויש על הירח

8: סיכום

לאדם תמיד הייתה כמיהה לירח: השאיפה לגלות כיצד הוא נוצר, מה תרומתו והשפעתו לכדור הארץ וכיצד לרתום אותו עבור צרכיו עד כדי לדרוס דריסת רגל ולתקוע דגל על הקרקע שלו. כיום, 50 שנים לאחר הנחיתה המאוישת היחידה בהיסטוריה ולאחר המלחמה הקרה של המאה ה-20, נראה שאותו מרוץ חימוש וכיבוש הירח והחלל מתעורר מחדש. למעצמות הגדולות יש להוסיף גם את כניסתם ל”משחק” של גופים פרטיים. שני גורמים ימשיכו לאפשר למרוץ הזה להתפתח ולהתעצם: הסקרנות האנושית והשאיפה לכבוש פסגות ויעדים שנראים כלא אפשריים, וכן המודרניזציה והקדמה הטכנולוגית שמתפתחת מיום ליום בקצב מסחרר. לכל אלה יש להוסיף את “אפקט אפולו” בציון 50 שנים לאותה נחיתה. דבר אשר העיר מחדש את תשומת לב העולם לכך שחלף זמן רב לביקורה האחרון של האנושות על אדמת הירח. ל”אפקט אפולו” יש להוסיף גם את “אפקט בראשית” שהייתה מרחק פסע מהשלמת משימתה בתקציב זעום וללא סיוע ממשלתי ונחשבת לפורצת דרך בשל כך. נראה כי “השמיים אינם הגבול, אלא רק ההתחלה”. זאת בתקווה שנמשיך לתרום שהאנושות תשכיל ותדע לשתף פעולה בחקר הירח והחלל.

ביבליוגרפיה

[1] https://www.history.com/topics/cold-war/space-race

[2] http://www.tapuz.co.il/blogs/viewEntry/1098201

[3] https://he.wikipedia.org/wiki/חקר_הירח#היסטוריה_מוקדמת

[4] https://www.space.gov.il/research-and-development/1302

[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Space_Race

[6] https://www.haaretz.co.il/science/space/.premium-MAGAZINE-1.6958128

[7] https://www.haaretz.co.il/science/space/.premium-1.6850948

[8] https://science.howstuffworks.com/ten-nasa-achievements.htm

[9] https://www.msn.com/he-il/news/other/צפו-תמונות-של-הירח-שצילמה-החללית-הישראלית/ar-BBVDUoq?ocid=spartanntp

[10] https://www.msn.com/he-il/money/technology/התרסקות-החללית-הישראלית-מה-השתבש-ומה-יקרה-עכשיו/ar-BBVRE9T?ocid=spartandhp

[11] https://www.msn.com/he-il/money/technology/סין-פרסמה-תמונות-מרכב-החלל-שבצד-הרחוק-של-הירח/ar-BBWf6rU?ocid=spartandhp