הקדמה [1]
לווייני חישה מרחוק הם לוויינים שנועדו לתצפית, ברוב המקרים על כדור הארץ. רוב לווייני החישה מרחוק נושאים ציוד שמתפקד כיאות במסלול נמוך יחסית מפני הקרקע. לוויינים הנמצאים במסלול לווייני נמוך, הגובה המינימלי שבו יכול לוויין החישה מרחוק לשייט מעל הקרקע נקבע בראש ובראשונה לפי החיכוך עם שרידי האטמוספירה. חיכוך זה עלול לגרום ללוויין שישייט נמוך מדי להאט את מהירותו באופן קבוע, וכתוצאה מכך הוא יאבד גובה, עד להתרסקות על הקרקע. לכן נעים לווייני החישה מרחוק בגובה מינימלי של כ-500 ק”מ. ישנם שני סוגים עיקריים של לווייני חישה: לווייני צילום ולווייני מכ”ם. בעזרת צילום כיום ניתן לבצע תמונות באיכויות גבוהות מאוד. כמה גבוהות? בתצלומי לוויין של “ארוס B” ניתן להבחין בין שני עצמים הנמצאים במרחק של 70 ס”מ בניהם. ברור שיכולת שכזאת מאוד חשובה עבור התעשייה הביטחונית וכן גם עבור התעשייה האזרחית. מדינת ישראל היא אחת משבעה מדינות שנחשבות למעצמות בתחום החלל, ובבניית לוויינים בפרט.
מבנה הלוויינים ומטרתם [2], [3]
סביב כדור הארץ נעים מאות לוויינים שונים עבור מטרות שונות כגון: בדיקת ציוד בחלל (טכנולוגי), תקשורת, צילום, חיזוי מזג אוויר, מכ”ם, ועוד. ניתן לחלק את כלל הלוויינים לשלושה מסלולים עיקרים שבהם הם חגים סביב כדור הארץ.
מסלול לווייני נמוך (LEO – Low Earth Orbit) הוא מסלול סביב כדור הארץ בגובה עד 2,000 ק”מ. רוב הלוויינים המלאכותיים נמצאים במסלול זה והם סובבים את כדור הארץ סיבוב מלא כל 90-120 דקות. למשל, תחנת החלל הבין לאומית ISSנמצאת במסלול LEO בגובה ממוצע של 360 ק”מ. במסלול זה נמצאים רובם של הלוויינים המרחפים בחלל.
מסלול לווייני בינוני (MEO – Medium Earth Orbit) הוא מסלול סביב כדור הארץ בגובה של
(2000-36000) ק”מ. השימוש העיקרי של מסלול זה הוא במספר נמוך של לוויינים חדשים להפצת אינטרנט במדינות המתפתחות בעיקר בשכבות הנמוכות של המסלול ולווייני הניווט של ה-GPS ושל ארגונים אחרים בשכבות הגבוהות.
מסלול גאוסטציונרי (GEO – Geostationary Earth Orbit) הוא מסלול מעגלי סביב כדור הארץ בגובה של 36000 ק”מ. התכונה העיקרית שלו – לפי חוקי קפלר לוויין בגובה זה יכול להישאר כל הזמן מעל אותה נקודה וכך הלוויין ייראה את כדור הארץ כעצם נייח ולכן הלוויין יכול לספק מידע על אותו מקום בכל זמן נתון. ולאור מרחקו הגדול מכדור הארץ שטח הכיסוי שלו גדול מאוד – אך בגלל שאינו נע ביחס לכדור הארץ, הוא אינו מסוגל לספק שום מידע לגבי אזורים אחרים (דרושים שלושה לוויינים גאוסטציונריים כדי לכסות את כל כדור הארץ – מלבד חלק מהקטבים).
איור 1. סוגי מסלולים של לוויינים
ישנם הבדלים בין סוגי מבנה של הלוויינים לרבות גודל, משקל, צורה ועוד , אך לכולם יש את תת המערכות הבאות על מנת לשמור על תפקוד תקין של הלוויין:
- תת-מערכת דחיפה– זו כוללת את מנוע הרקטה וכמה מדחפים קטנים העוזרים ללוויין להישאר במיקום קבוע ובמסלול. מנוע הרקטה מביא את הלוויין למיקומו הקבוע אולם לוויינים נוטים לסטות ממסלולם בגלל רוחות שמש, כוחות משיכה וכוחות מגנטיים שונים. כאשר הדבר קורה, המדחפים נכנסים לפעולה ומחזירים את הלוויין למיקומו המדויק.
- תת-מערכת -אנרגיה זו יוצרת את האנרגיה החשמלית מהלוחות (פנלים) הסולריים הנמצאים על פני השטח החיצוני של הלוויין. הלוחות הסולריים גם מאחסנים חשמל בתוך סוללות אשר מסוגלות להפעיל את הלוויין כאשר הוא אינו קולט קרינת שמש ישירה. כל מערכת התקשורת של הלוויין זקוקה לאנרגיה חשמלית שנדרשת בכדי להאיר 10 נורות חשמל רגילות בלבד.
- תת-מערכת תקשורת – זו מנהלת את כל תפקודי הקליטה והשידור. מערכת זו קולטת את האותות הנשלחים מחדרי הבקרה אשר על כדור הארץ, ומשדרת בחזרה לחדר בקרה בהתאם למה שהלוויין נדרש .
- תת-מערכת מבנה – אשר דואגת לשמור על יציבות וכיוון נכון של הלוויין ביחס לכדור הארץ.(במקרה של לוויין חישה, כיוון המצלמה כלפי כדור הארץ)
- מערכת בקרת טמפרטורה – שמתפקידה לשמור על לוויין מקורר היטב , כך שיוכל לפעול היטב. הדבר נעשה על ידי הטיית החום הנוצר על ידי פעולת הלוויין אל החלל.
ישנם משימות רבות, כגון: צילום, ריגול, מכ”ם וכו’, שניתן להשיג גם בעזרת כלי טייס אחרים לדוגמא: מזל”ט, מל”ט, מטוס ביון, כאשר עלותם של כלי טייס אלה במקרים רבים זולה בהרבה מעלותו של הלוויין, וכן ישנם מקרים שזמינותם של המטוסים גוברת מאשר של הלוויין (לא תמיד הלוויין ימצא מעל הנקודה שאנו רוצים). אך במקרים שמדובר במקומות רחוקים כדוגמא איראן, אין ספק כי נרצה להשתמש בלוויין חישה וזאת משום הסודיות, מניעת פגיעה בכוחותינו (מדינת האויב לא יכולה לדעת מה צילם הלוויין ולמי הוא שייך), עלות יחסית זולה יותר ועוד דברים.
ההתחרות בין המעצמות [4], [5], [6], [7]
לווייני חישה מרחוק הם לוויינים שנועדו לתצפית, ברוב המקרים על כדור הארץ. רוב לווייני החישה מרחוק נושאים ציוד שמתפקד כיאות במסלול נמוך יחסית. מסיבה זאת הגובה האופייני לשיוט של לוויין חישה מרחוק הוא כמה מאות ק”מ מעל כדור הארץ.
איור 2: צילום ממצלמת
ב-24 באוקטובר 1946, זמן לא רב לאחר סיום מלחמת העולם השנייה, נראה לראשונה כדור הארץ במבט מן החלל.
התצלומים שחור-לבן צולמו מגובה של 65 מיילים על ידי מצלמת-תנועה (וידאו) של 35 מילימטר, כשהיא רוכבת על טיל V-2 ששוגר מאתר White Sands Missile Range. המצלמה בעזרת הטיל עלתה ישר למעלה, ואז נפלה בחזרה לכדור הארץ דקות לאחר מכן, במהירות של 500 רגל בשנייה. המצלמה עצמה נופצה, אך הסרט, שהיה מוגן בקלטת פלדה, לא נפגע וממנו סופקו התמונות הראשונות של כדור הארץ מן החלל.
ב-4 באוקטובר 1957 ברית המועצות שיגרה את הלוויין המלאכותי הראשון ששוגר לחלל, ספוטניק 1, אירוע אשר רבים רואים בו כתחילתו של “המרוץ לחלל” בין המעצמות. הלוויין ספוטניק 1 שקל כ-83 ק”ג והיה מורכב מכדור אלומיניום בקוטר 58 ס”מ בתוספת ארבע אנטנות באורכים של 2.4 עד 2.9 מטר. בתוך כדור האלומיניום הותקנו שני משדרי רדיו וסוללות. האותות שהגיעו מן המשדרים שימשו לאיסוף מידע על האטמוספירה העליונה. הלוויין הוא הקיף את כדור הארץ בגובה של כ-250 ק”מ כאשר משדר הלוויין פעל כשבועיים, עד שהסוללות שהיו בתוכו דעכו. לאחר כ־3 חודשים בחלל, הלוויין החל לאבד גובה עד שבסופו של דבר הוא נכנס לאטמוספירה ונשרף ב-3 בינואר 1958.
ב-17 במרץ 1958 שיגור מוצלח של Vanguard 1 הציב את הלוויין האמריקאי הראשון בחלל. משקלו של Vanguard 1 היה 1.6 ק”ג והוא נכון להיום הלוויין הקטן והוותיק ביותר בחלל. שנה לאחר מכך, ב-1959, שוגר לוויין החישה מרחוק הראשון ע”י ארה”ב, Vanguard 2. מטרתו הייתה מדידה של כיסוי העננים במשך היום ושל צפיפות האוויר.
ב-24 באפריל 1970, שיגרה בהצלחה המעצמה השלישית בעולם, סין, את הלוויין DongFangHong I (בכינויו DFH-1 ). במשקל 173 ק”ג, היה DFH-1 הלוויין כבד יותר מאשר הלוויינים של המדינות האחרות. מטרתו העיקרית של הלוויין הייתה לבצע בדיקות של אמצעיים טכנולוגים בחלל, וכן גם לקיחת קריאות של האטמוספרה והיונוספרה. ה-DFH-1 שהה בגובה 442 ק”מ במשך 20 ימים עד שבתאריך 14 למאי אזלו המצברים והלוויין הפסיק לשדר אותות.
במשך השנים החלו מדינות נוספות לשגר לוויינים אל החלל, וכיום ישנם 12 מדינות עם יכולות של בניית לוויינים ו/או שיגורם לחלל , בין המדינות ניתן למצוא את: ארה”ב, צרפת, יפן, סין, אנגליה, הודו, רוסיה, אוקראינה, ישראל, איראן, צפון קוריאה, קוריאה הדרומית.
נראה כי ישנו חשש כי המלחמה הבאה בין שני המעצמות הגדולות( ארה”ב ורוסיה), לא יקרה רק על פני כדור הארץ, אלא גם בחלל עצמו. במאמר שפורסם בעיתון TIMES (10 בפברואר 2020), דווח כי צבא ארה”ב זיהה איום של לוויין רוסי Cosmos 2542 על לוויין ריגול USA245. לדברי מומחים הדבר ממחיש את האפשרות כי במלחמה הבאה, המדינות ינסו להשמיד לוויינים של המדינה היריבה וזאת ניתן להשיג בעזרת כמה דרכים בניהם ; לוויין “מתאבד”, לוויין בעל קרן לייזר שיגרום לשיבוש של לוויין המטרה. אין ספק שדבר שכזה יגרום לנזק משמעותי הגנתי עבור אותה מדינה היריבה .
ישראל בחלל [1]
העשור הראשון לתוכנית הלוויינית של לווייני חישה למרחוק (שנות השמונים של המאה שעברה) הוקדש ברובו לבניית המרכיבים העיקריים (לוויין, משגר, מצלמה), ולקראת סופו שוגר הלוויין הישראלי הראשון “אופק 1” בשנת 1988 . בכך הפכה ישראל למדינה השביעית בעולם שיש לה יכולת עצמאית בבניית לוויינים ושיגורם. הפיתוח והשיגור נאלצו להתמודד עם בעיות רבות, שכמה מהן ייחודיות רק לישראל. כך למשל, כדור הארץ מסתובב כידוע סביב צירו ממערב למזרח. הכיוון הרצוי לשיגור לוויין הוא לכיוון מזרח עם כיוון הכדור . אולם מכיוון ששלבי הטיל המשגר נופלים בדרך, הכיוון היחידי בו יכולה ישראל לשגר לוויינים לחלל הוא אל תוך הים התיכון, כלומר, מערבה. עובדה זו הציבה בפני המהנדסים והמתכננים הישראלים בעיה מיוחדת במינה, והיא נפתרה על ידי פיתוח טכנולוגיות ייחודיות להקלת משקל הלוויין ופיתוח הטילים המשלחים. אף שלווייני אופק נושאים טלסקופ בעל ממדים הדומים ללווייני צילום המובילים בעולם, משקלו קטן פי 5 עד 10 ממשקלם.
העשור השני לתוכנית החלל (שנות התשעים) הוקדש לביסוס היכולת הצבאית ומעבר ליכולות אזרחיות. הצעדים הראשונים לכיוון האזרחי נעשו בשוק לווייני התקשורת. לוויין התקשורת עמוס-1 שוגר בשנת 1996 והוא סיפק, בין השאר, שירותי טלוויזיה ישירות לבתים (על ידי חברת הטלוויזיה בלוויין) לצרכנים בארץ ובאירופה. חדירה נוספת לשוק האזרחי נעשתה כאשר התעשייה האווירית בנתה את לוויין “ארוס” שמכר (ומוכר עד היום) הדמאות לצרכנים שונים. בעשור השלישי לתוכנית (שנות האלפיים) נעשתה קפיצה גדולה קדימה, וישראל הוסיפה למשפחת הלוויינים שלה גם לוויין צילום שאינו נושא מצלמה אופטית (דהיינו –טלסקופ), אלא מצלמה המבוססת על מכ”ם בטכנולוגיה של מפתח אנטנה סינתטית (SAR) .זו טכנולוגיה המאפשרת צילום בכושר הפרדה (רזולוציה) דומה לאופטי, אלא שהצילום אינו תלוי בתאורה, והוא יכול להיעשות גם בלילה ואפילו דרך עננים.
איור 3: חלק מסוגי הלוויינים של מדינת ישראל ותפקידם
לווייני חישה בתעשייה האזרחית [8], [9], [10], [11], [12]
כיום נחלת הלוויינים אינה רק במישור הצבא, אלא גם במישור האזרחי, אנו נעזרים בלוויינים על מנת לקבל נתונים אשר עוזרים לנו בחיי היום יום, לדוגמא, חיזוי מזג האוויר, חיזוי בפני רעידות אדמה, זיהוי מקורות קרינה ועוד. ברצוננו להתמקד בלוויין תצפית.
בחלל ישנם יותר מ-150 לוויינים אשר מתצפתים על כדור הארץ בדרכים שונות. ניתן להפרידם לשני סוגים עיקריים, מרבית לווייני התצפית נושאים חיישנים “פאסיביים” אשר מודדים קרינה אלקטרומגנטית אשר נפלטת מכדור הארץ או מפני האטמוספירה. תחת קטגוריה זאת נכנסים גם לווייני הצילום אשר נושאים מצלמות גדולות ומתקדמות מאוד, אשר מצלמות את פני השטח עד לרמת דיוק של פחות ממטר. בעשור האחרון התחיל פיתוח של לוויינים “אקטיביים”. לוויינים אלא מצוידים בחיישנים אשר פולטים אנרגיה (גלי רדיו, אינפרא-אדום), ולפי התגובה המוחזרת הם מפענחים את פני השטח. בעזרת התצלומים המתקבלים מלווייני התצפית אנו בוחנים שינויים בפני הקרקע שמקורם טבעי או מעשה ידי אדם.
תחום לווייני התצפית התפתח בשנות השבעים והשמונים במקביל להתפתחות החיישנים המולטי-ספקטרליים (חיישני אינפרא-אדום והמיקרו-גלים). בתאריך 23 ליולי 1972, שגרה נאס”א את לוויין התצפית הראשון בעולם, בשם ERTS-1, או בכינוי המוכר Landsat 1 . הלוויין שהה בגובה 917 ק”מ מעל פני הקרקע ונשא שתי מערכות מרכזיות, מערך מצלמות RBV ומולטי סורק (MSS). RBVהינה מערכת אשר בנויה משלוש מצלמות עצמאיות, שכל אחת קולטת גלי אור שונים, מצלמה אחת קולטת גלי אור כחול – ירוק (475-575 nm), מצלמה שניה קולטת גלי אור כתום-אדום (580-680 nm) ומצלמה שלישית קולת גלי אור אדום – אינפרא אדום (690-830 nm). המערכת השנייה (MSS) הינה סורק אשר גם הוא סורק את גלי האור ומפריד אותם לארבעה חלקים שונים. בסה”כ אם נשלב את שתי המערכות יחד, אנו מקבלים תמונה אשר בנויה מ-7 שכבות שונות, דבר אשר מקנה לנו תמונה ברזולוציה של 80 מטר למילימטר באיכות יחסית גבוהה לתקופה זאת. מערכות אלו שופרו והורכבו גם על הלווייןLandsat 2 ולוויין Landsat 3.
איור 4: סדרת לווייני Landsat משנת 1972 ועד היום
איור 5: המחשה תלת-ממדית של כדור הארץ בצורה גאואיד
ללווייני חקר סביבה חשיבות עולה בשנים האחרונות בעיקר לאור בעיות הסביבה של כדור הארץ כגון צפיפות אוכלוסין, התדלדלות שטחי החקלאות והמזון, זיהומים ואסונות טבע. סוכנות החלל האירופית פתחה תוכנית חלל בשם European remote sensing satellite (ERS), והלוויין הראשון,
ERS-1, שוגר בשנת 1991 והלוויין השני, ERS-2, שוגר בשנת 1995 . תפקידם של הלוויינים היה מיפוי מדויק של כדור הארץ בצורה גאואיד בעזרת רדאר גובה. לוויין ERS-2 היה ממפה את אותה חלקת קרקע שאותה מפה לוויין ERS-1 יום קודם לכן, דבר אשר נתן דיוק לאיכות המיפוי.
תוכנית FengYun הינה תוכנית של מדינת סין ללווייני תצפית. הלוויין הראשון, FY-1A, שוגר בשנת 1988 במשקל 750 ק”ג והחל לשדר תמונות עוד באותו היום. לאחר 39 ימים הלוויין סבל מתקלות קשות במערכת הבקרה ואבד אתו התקשורת. בתוכנית החלל הסינית שוגרו 15 לוויינים שמתוכם 9 לוויינים עדין פעילים כיום.
הלוויין הישראלי הראשון למטרות חקר הסביבה הינו Venus, פרוייקט הדגל של סוכנות החלל הישראלית וסוכנות החלל הצרפתית (CNES), ששוגר בהצלחה בתאריך 2 לאוגוסט 2017. מטרתו של Venus לנתר את מצב הקרקע, הצמחייה, הייעור, החקלאות, איכות מקווי המים בשדות ושטחי טבע ברחבי העולם.
מסת הלוויין Venus כ-270 ק”ג בלבד, משקל אשר אופייני למיזמי חלל ישראלים המשלבים יכולות מורכבות וביצועים ברמה גבוהה באמצעות פלטפורמות קומפקטיות וקלות משקל המוזילות את השיגור לחלל. Venus מצויד במצלמה מיוחדת שיכולה לקלוט פרטים על פני כדור הארץ ב-12 אורכי גל שונים, בהם גם פרטים שאינם נראים לעין. Venus מצלם שטחים קבועים בישראל וברחבי העולם מספק לחוקרים עשרות תמונות מדי יום שכל אחת מהן מכסה כ-730 קמ”ר. הלוויין מקיף את כדור הארץ 29 פעמים תוך 48 שעות ומספק תמונות פעם ביומיים תוך שהוא חוזר בדיוק לאותה זווית צילום, דבר מאפשר לזהות שינויים תכופים בצמחייה, בקרקע, בחופים, בגופי מים פנים יבשתיים ובאטמוספרה. שילוב שלוש תכונות אלה הוא ייחודי ל-Venus, ואין כיום בחלל לוויין המכיל את כולן יחד. תכונות אלו מקנות לו יתרון על פני לווייני סביבה אחרים הפועלים כיום בחלל.
בנוסף לתועלת המדעית, לנתונים שמספק Venus תועלת ממשית מאוד לחיי היומיום של כולנו. תמונות הלוויין Venus משמשו חקלאים ומקבלי החלטות למעבר לחקלאות מדייקת, כלומר, לחקלאות שבוחנת את השינויים במרחב ובזמן של מצב הצמחייה בתת-חלקות. איתור חריגות באזורים שונים מאפשר לחקלאי לטפל בחלק הפגוע בלבד, ובכך לסייע לחסכון בתשומות הגידול כגון מים, דשנים וחומרי הדברה. בהתאם, פעולות מדודות ומדויקות יביאו גם להפחתת זיהום הקרקע ומי התהום. ההדמיות שיפיק הלוויין יוכלו לזהות נזק שמתחיל לפשוט בשדה חקלאי, עוד לפני שהחקלאי בשטח רואה אותו. לדוגמה, אם רק חלק מהשדה נפגע על ידי מזיקים, יופיע אותו אזור בצבע שונה לאחר עיבוד ממוחשב של תמונות הלוויין, כך שניתן יהיה לטפל רק באזור שנפגע ללא צורך לרסס את השדה כולו. באופן דומה, ניתן יהיה להשקות את השדה רק במידה המדויקת הנחוצה לגידול, לזהות דליפה בצנרת או זיהום במאגר מים.
איור 6: לוויין Venus
השוני בין לוויין מכ”ם ללוויין אופטי [1]
אחד היתרונות בלוויין מכ”ם לעומת לוויין אופטי טמון בכך שהוא משדר אות מבוקר, וכך נמנעת התלות במקורות הארה טבעיים שאין שליטה על האות המתקבל מהם, כפי שקורה בלוויין אופטי הנסמך על אור השמש שעוצמתו אקראית. מערכות SAR “מאלצות” את המכ”ם לייצר יכולת הפרדה בטווח ובאזימוט. בכיוון האזימוט אפשר לשפר את הרזולוציה על-ידי שידור מ”אנטנה” וירטואלית ארוכה מאוד, ומכאן השם Radar Aperture Synthetic ,כלומר מכ”ם מִפתָח סינתטי. מכאן גם החשיבות בגודל האנטנה. למרות שלא מדובר בטכנולוגיה ייחודית לישראל, הצליחו בתעשייה אווירית לפתח לוויין מכ”ם SAR מתקדם במשקל של כ-300 ק”ג, בעוד מדינות אחרות שמפתחות לוויינים כאלו משגרות לוויינים ששוקלות טונות.
איור 7: Sentinel 1 , לוויין מכ”ם
תכונה נוספת במכ”ם ה-SAR היא צילום פולימרי. המכ”ם משדר גם בקיטוב אנכי וגם בקיטוב אופקי, כאשר ההבדל בעוצמת הקליטה בקיטובים השונים נותנים מידע על סוג החלקיק. באמצעות טכניקה פולימרית ועיבוד אות מתקדם המציג מידע על תכונות ההחזרה המקוטבת ברמת הפיקסל הבודד, אפשר לזהות למשל האם מדובר באלמנטים מעשי ידי אדם או אלמנטים טבעיים גם בתנאי שטח מורכב. באופק 10 נכנס הצילום פולימרי המאפשר לקבל יותר מידע על מטרה לעומת המידע שקיבלנו בלוויין טקסר 1. התכנון של הלוויין הקטן ומהיר נובע גם מהרצון של שירותי המודיעין בישראל להשתמש בלוויין לטובת מעקב אחר מטרות ולא למטרת ‘גיהוץ’ שטחים. בעוד מדינות אחרות מפתחות לוויינים למטרות מדעיות, מסחריות ואחרות בהן המטרה היא כיסוי שטחים גדולים, בישראל מעדיפים להתמקד בשטחים יותר קטנים, להגיע אליהם במהירות גדולה יותר ולקבל אותם באיכות תמונה טובה יותר. אחת ההשלכות בפיתוח המכ”ם היא פיתוח אנטנת צלחת לכיסוי ממוקד, לעומת אנטנה יותר מלבנית עם שבח יותר נמוך שנותנת כיסוי יותר גדול. אחת השאלות שעולה היא האם לווייני המכ”ם יוכלו בעתיד להציג יכולות כמו של הלוויינים האופטיים. תמיד יהיה הבדל. ה-SAR הוא לא אופטי. גם אם תתקבל הרזולוציה הכי טובה מהמכ”ם, היא תהיה שונה מהתמונות שיתקבלו מלוויין אופטי, אך הן לא יהיו חלופיות זו לזו. למכ”ם SAR יש יכולות צילום בלילה, ביום ובכל מזג אוויר ותנאי ראות. מכאן, שהוא יעיל פי 2 מבחינת משתמש הקצה. עוד יכולות שחברת אלתא פיתחה הן יכולות מתקדמות לגילוי שינויים שאין ללוויין אופטי. בעוד לוויין אופטי מתבסס על אור שמגיע מהשמש, שהוא אקראי, המכ”ם מתבסס על שידור מבוקר של קרינה אלקטרומגנטית, ולכן יכולת גילוי השינויים מאד מדויקת. הגענו לדיוקים של סנטימטרים במדידת שינויים – את זה לוויין אופטי לא יכול לספק. יחד עם זאת, בלוויין אופטי הוויזואליות של התמונה יותר ברורה לבני אדם. אלו שני סנסורים שמשלימים אחד את השני. מבחינת אתגרים לעתיד התעשייה האווירית רוצה להמשיך ולפתח את קו לווייני מכ”ם ה-SAR. חוץ מישראל, מדובר על עוד מספר מצומצם מאוד של מדינות שהציגו יכולת כזו.
הננו לוויינים כדבר הבא [13], [14]
בשל בעיות תקצוב של נושא החלל העשור האחרון, נוצר צורך גדול בהוזלת תחום החלל. הגופים הצבאיים, העוסקים בתחום, חשבו על מספר פתרונות. אחד הפתרונות היה ייצור ופיתוח של לוויינים קטנים. הצבא האמריקאי, החליט על תוכנית שנקראת “יותר קטן – יותר טוב”, שמכאן הלך והתפתח הרעיון של לוויינים קטנים במיוחד. השיקול לעבור לפיתוח של לוויינים זעירים נבע מכמה סיבות: עלות גבוהה – לוויינים גדולים זקוקים למשגרים גדולים, שתהליך בנייתם מצריך עלות גבוהה. לעומת זאת, בנייה של לוויינים קטנים וקלים עלותם זולה משמעותית יחסית לגדולים. את השיגור של הלוויין ניתן לבצע בנוסף לשיגור של לוויין קיים. יש אפשרות לשגר מספר לוויינים בו-זמנית.
לוויינים זעירים כמו ננו-לוויינים קטנים מכדי להכיל עדשות ומצלמות לצילום צבאי ברזולוציה המאפשרת קירוב קטן ממטר, אך הם בהחלט יכולים לספק תמונות איכותיות של כדור הארץ בצבע וברזולוציה של כמה מטרים. תמונות אלה מצוינות ליישומים הקשורים לניטור כדור הארץ ואיכות הסביבה כמו זיהוי זיהומי מים, כתמי שמן ונפט בים, מקורות שרפה ואפילו חקלאות חכמה. דוגמאות ללוויינים:
- לוויין Quake Satהאמריקאי תוכנן למדוד שינויים קלים בשדה המגנטי של כדור הארץ כדי
לעזור למדענים לחזות רעידות אדמה. - לוויין SwissCubeהשווייצרי נועד למדוד תופעה אטמוספירית “זוהר אוויר” (Airglow)
המתרחשת בשכבת המגע של האטמוספירה עם קרינת השמש. - לוויין Plumeהבריטי שוגר למדידת האבק הקוסמי המקיף את כדור הארץ ונכלא בשדה
הכבידה שלו. - לוויין Fireflyשל נאס”א נועד למדוד פליטת קרני גאמא המגיעות לכדור הארץ במטרה לזהות
את מקור הקרינה. - לווייני Doveשל חברת Planet Labs מיועדים מספקים צילום ברזולוציה של 3-5 מטר באיכות
המתאימה לשימושים אזרחיים.
איור 8: המחשה של לוויין בצירוף ננו לוויינים בחלל
סיכום
אין ספק כי סוגיית החישה מרחוק ולווייני התצפית עשויה להמשיך לצמוח ככלי מבצעי למיפוי, פיקוח וניהול כדור הארץ. למרות שסוגיות גלובליות, כמו שינויי אקלים ו השפעותיו, ממשיכות לספק הצדקה ללוויינים גדולים רווי חיישנים, כיווני התכנון אליהם יובילו לוויינים מסחריים קטנים וזולים. הפוטנציאל לתמונות לוויין בזמן אמת החל להיבדק ונראה כי לא רחוק היום בו יהיה ניתן לקבל תמונות לוויין בהתאמה אישית למכשירי כף יד, זאת כדי להציג למשתמשים בזמן אמת את מיקומם, תנאי התנועה או מזג האוויר המקומי ביעד שבחרו. משאב כזה הינו פוטנציאל למחקרים מהפכניים הכוללים מעקב עולמי אחר חיי אוקיינוס, בעלי חיים ותנועות אנושיות. למרות פוטנציאל המוכח משמעותי של לווייני תצפית, נראה כי חלה נסיגה בתחום זה. לדוגמה, קיצוץ מימון בתוכנית החלל האמריקאית, יכולה לגרום יצירת פער נתונים בסדרת התמונות של Landsat , בנוסף עיכבו את השקתו של פרויקט אמריקאי NPOESS עקב בעיות תקציב.
בתקופה בה חלים שינויים חסרי תקדים בחימום כדור הארץ הקשורים באטמוספירה, באוקיינוסים ובשטח האדמה של כדור הארץ, קשה מאוד להישאר מעודכנים בשינויים אלו נוכח חוסר בנתונים ותצלומי לווייני חישה מרחוק. דוגמאות כאלה מדגישות את הצורך בשיתוף פעולה רב-לאומי בתצפית על כדור הארץ כדי לשמור על אספקה קבועה ויציבה של נתונים גלובליים ולהבטיח 50 שנה נוספות של מדידות רצופות, תמונות מדהימות והבנה עמוקה יותר של כדור הארץ.
