קיימות הוא ביטוי המתייחס ליכולת להמשיך ולקיים תהליך או מצב לאורך זמן. אנחנו כבר מורגלים לחשיבות קיום מערכת בת קיימה על פני כדור הארץ, מתוך הבנה שאורח חיים זה יאפשר חיי רווחה מבחינה סביבתית, כלכלית וחברתית, לנו ולדורות הבאים. למדנו כי המשאבים הקיימים עבורנו, כגון יערות, נהרות ואוקיינוסים, הינם סופיים ועלולים להפגע מפעילויות האדם. פיתוח בר-קיימה מתייחס לצורך של פיתוח העונה על צורך בהווה, מבלי לפגוע ביכולת של הדורות הבאים לענות על צורכיהם. פיתוח בר-קיימה מבוסס על פיתוח הכולל הגנה על הסביבה, הוגנות חברתית ופיתוח כלכלי.
הצורך בקיימות נמצא גם כאשר האדם חורג מכדור הארץ ויוצא לחלל. אפשר להתבלבל ולחשוב שהחלל האינסופי אינו דורש חשיבה קדימה ותכנון, ושאינו משאב שנדרש לשמור עליו. אבל, המסלולים בהם נעים הלוויינים סביב כדור הארץ הם משאב טבעי וגם עליו יש לשמור. ניהול לא זהיר של משאב זה עלול להביא לאסון בעל משמעויות כלכליות כבדות ואף לגבות חיי אדם. פעילות האדם בחלל משאירה אחריה פסולת חללית. לוויינים פגומים, חלקים של משגרים ושברים שונים, אשר עלולים להסתובב סביב כדור הארץ עשרות ואף מאות שנים. ככל שהלווין מסתובב במסלול גבוה יותר, הנפילה לכדור הארץ תקח זמן רב יותר. ללווין תקול המסתובב סביב כדור הארץ בגובה של 1,200 ק”מ, יקח יותר מ- 2,000 שנה ליפול לכדור הארץ.
רון לופז, נשיא ומנהל אסטרוסקייל ארה״ב ואריה הלזבנד, מנכ״ל אסטרוסקייל ישראל צילום: דויטה דהן
השקת מעבדת האופטיקה: מימין – אבי ברגר, תת אלוף במילואים, ראש תוכנית החלל במפאת משהב”ט, אריה הלזבנד, מנכ״ל אסטרוסקייל ישראל, אמיר גבר, סמנכ”ל תוכניות אסטרוסקייל ישראל, רון לופז, נשיא ומנהל אסטרוסקייל ארה״ב צילום: דויטה דהן
פיתוח בר-קיימה בחלל שואף להשתמש בסביבת החלל בצורה שבה ניתן לענות על הצרכים הנוכחיים של החברה מבלי להתפשר על הצרכים של הדורות הבאים. ההתמקדות היא בדרך כלל בחלל הקרוב ביותר לכדור הארץ, Low Earth Orbit (LEO), שכן סביבה זו היא הסביבה השימושית ביותר ולכן הרלוונטית ביותר לבני אדם. נושא הקיימות בחלל חשוב גם במסלול הגיאוסטציונרי (GEO), שכן במסלול זה נעשה שימוש רב בעיקר עבור לווייני תקשורת.
סוגיית הקיימות בחלל היא תופעה חדשה שזוכה לתשומת לב רבה יותר בשנים האחרונות, ככל שגדל קצב השיגור של לוויינים לחלל. שיגורים אלה הביאו לגידול משמעותי בכמות פסולת החלל, שמקיפה את כדור הארץ, ומפריעה ליכולתן של מדינות לפעול בסביבת החלל, בשל הגברת הסיכון לתאונה עתידית. הפסולת בחלל, בדומה ללוויינים פעילים, מגיעה למהירות עצומה של 28,000 קמ”ש. התנגשות בין שני גופים במהירות כזו תהיה הרסנית, ותוביל לפיזור של אלפי חלקי פסולת, שימשיכו להסתובב בחלל שנים רבות, ויגדילו את הסיכון להתנגשויות נוספות.
כדי לקדם את נושא הקיימות בחלל, ולהקטין את הסיכון להתנגשות בפסולת חלל, יש לפעול בשלושה מישורים. במישור הטכנולוגי, לפתח מפת דרכים של יכולות חדשניות. במישור המדיניות, לפתח רגולציה של התנהגות אחראית בחלל. במישור הכלכלי, לייצר תמריצים לצד פתרונות חסכוניים. חברת אסטרוסקייל היא חברה בינלאומית הפעילה בתחום הקיימות בחלל מאז שנת 2013. החברה פעילה בשלושת המישורים, ומובילה פיתוחים טכנולוגיים ושירות במסלול (On-Orbit Servicing, OOS) כדי לתת מענה לבעיה של פסולת בחלל:
טכנולוגיות RPO ו- GNC
בימים האחרונים חנכה חברת אסטרוסקייל, מובילת השוק בשירות לוויינים וקיימות מסלולית ארוכת טווח חנכה בתל אביב מעבדה חדשה הכוללת חדר נקי לתכנון מכני, ייצור והרכבה של מערכות חלל תקניות (ISO 7). במקביל חנכה החברה גם מעבדה רובוטית לראיה ממוחשבת שתשמש לפיתוח ובדיקה של אלגוריתמים למשימות שמטרתן איתור אובייקטים והצמדות אליהם בחלל. התוצרים הסופיים של שני המתקנים החדשים ישולבו בלווייני השירות של אסטרוסקייל, המתוכננים להאריך חיים של לוויני תקשורת. איוש המעבדות החדשות קורה במקביל לחנוכתו של משרד חדש בתל אביב וגידול של עשרות אחוזים במצבת כח האדם של החברה, העומדת כיום על כ-40 עובדים.
החדר הנקי החדש משלים את התכנית והיכולת של החברה לתכנן, לפתח ולייצר מנגנונים לשימושים בחלל. כשהחברה מתכוונת לייצר כאן בתל אביב שני מנגנונים בעלי חשיבות רבה המיועדים לשימוש בתוכנית לווייני השירות של אסטרוסקייל (LEXI), שמאפשרת להאריך את חייהם של לווייני (GEO)גיאוסינכרוניים (לווייני GEO הנמצאים במסלול גיאוסינכרוני בגובה 35,786 ק״מ מעל קו המשווה של כדור הארץ) במחיר סביר בעודם במסלול במקום לבזבז מאות מיליוני דולרים להחלפתם.
מעבדה רובוטית לראיה ממוחשבת קרדיט: ASTROSCALE
המעבדה הרובוטית לראיה ממוחשבת תאפשר למהנדסים בחברה נגישות גבוהה לסביבת בדיקות מתקדמת המדמה כיצד יראו הלווינים של לקוחות בתנאי חלל, ובכך תייעל את הליך הפיתוח ובדיקת האלגוריתמים. הן המעבדה החדשה והן מתקן החדר הנקי לייצור של מערכות חלל, מהווים קפיצת מדרגה נוספת בתעשיית החלל הפרטית/מסחרית בישראל, כשהמשמעות היא שמהיום ניתן למעשה לתכנן ולבנות במתקני החברה מנגנונים ומערכות המיועדים לשימוש בחלל. מעבר להפגנת היכולת הטכנולוגית והשימוש שייעשה במוצרים שפותחו ויוצרו בישראל בלווייני ניקוי החלל מהדור הבא, אסטרוסקייל אף תאפשר גם לחברות חלל אחרות גישה למתקנים שלה ושימוש בהם לטובת פיתוח של התעשייה הישראלית כולה.
קצת הסברים:
פיתוח אלגוריתמים ל- GNC (Guidance, Navigation & Control), ייעודיים למשימות RPO (Rendezvous & Proximity Operations), מאפשרים ללוויין הנותן שירות להתקרב לעצם אחר בחלל, ולהתחבר אליו בצורה בטוחה.
מעבדה רובוטית לראיה ממוחשבת קרדיט: ASTROSCALE
החברה מפתחת בנוסף אלגוריתמים לראייה ממוחשבת, המבוססים על מידע מחיישני מצלמת אור נראה, מצלמת IR ו- Lidar (light detection and ranging). האלגוריתמים מספקים הערכת מיקום בשש דרגות חופש, מיקום ומצב זוויתי, של העצם אליו רוצים לנווט. הערכת המיקום מועברת לאלגוריתם ה GNC באופן מחזורי, על מנת לנווט את הלווין הנותן שירות במסלול אופטימלי ובטוח עד להתחברות מלאה עם העצם אליו רוצים להגיע. בדיקת האלגוריתם לראיה ממוחשבת ולניווט מתבצעת בסימולציות ובמעבדה הרובוטית לראיה ממוחשבת.
החברה מתכננת ומייצרת רכיבי תוכנה וחומרה לעגינה של גופים שהוכנו מראש לעגינה, וכאלה שלא הוכנו מראש לעגינה. עבור לוויינים שהוכנו מראש לעגינה, פיתחה החברה לוחית עגינה (Docking Plate)המאפשרת עגינה ע”י מגנט. מפעילי קונסטלציה של לוויינים מתחילים להשתמש בפתרון זה בימים אלה, כדי לאפשר הוצאה מהמסלול של לווין תקול בצורה קלה ובטוחה, תוך הקטנת הסיכון עבור לוויינים אחרים בקונסטלציה. חברת אסטרוסקייל ישראל מתכננת ומייצרת בארץ זרועות ללכידת לווין במסלול GEO. הזרועות תופסות את הלווין בטבעת השיגור (LAR – Launch Adaptor Ring) הנמצאת כמעט בכל לווין.
טכנולוגיה לביצוע משימות אוטונומיות
אופי המשימות לשמירת הקיימות בחלל דורש יכולת הפעלה אוטונומית של הלווין הנותן שירות. ביצוע המשימה באופן אוטונומי מאפשר דיוק גבוה יותר, הפעלה בטוחה ויעילה יותר. יחד עם זאת, המשימות האוטונומיות מתוכננות לביצוע עם נקודות עצירה. בנקודות אלה המערכת האוטונומית עוצרת ומחכה לאישור מהמפעיל בקרקע להמשך פעילות. דוגמה לנקודת עצירה, כאשר הלווין הנותן שירות מגיע למרחק מוגדר מראש מהעצם, או נקודה בה מחליפים אלגוריתם להמשך ביצוע המשימה.
חברת אסטרוסקייל מפתחת מגוון של שירותים בתחום הקיימות בחלל. שירותים אלה מאפשרים פינוי פסולת מהחלל וגם הארכת חיים של לוויינים. פינוי הפסולת יקטין באופן משמעותי את הסיכון להתנגשות בעצמים לא מבוקרים בחלל. בעוד שניתן למנוע התנגשות בין לווין פעיל לפסולת חלל ע”י שינוי מסלולו של הלווין הפעיל, אין דרך למנוע התנגשות של שני עצמים שהם פסולת חלל כאשר המסלולים שלהם עומדים להתנגש. על כן, ככל שנמנע מהשארת פסולת בחלל, וככל שנסיר מהחלל פסולת קיימת, נקטין את הסיכון להתנגשות בחלל.
שירות(EOL) End-of-Life
קונסטלציות (constellations) מסחריות גדולות של לוויינים במסלול נמוך (LEO) יספקו שירותים המשפרים את איכות החיים על פני כדור הארץ. הם גם יובילו לעלייה במספר העצמים במסלולים אלה, ויעלו את הסיכון ליצירת פסולת נוספת אשר תאיים על השירותים שמערכות החלל מספקות. עם למעלה מ-10,000 לוויינים, המתוכננים להיות משוגרים למסלול LEO במהלך 10 השנים הבאות, אנו זקוקים לאסטרטגיות פרו-אקטיביות לסילוק פסולת לאחר המשימה, כדי לשמור על השימוש הבטוח במסלולי LEO לטובת המין האנושי. שירות EOL של חברת אסטרוסקייל מבוסס על הכנה לפני השיגור של לווייני הקונסטלציה, וציודם בלוחית עגינה פרומגנטית עם סימונים ייחודיים (fiducial pattern). הכנה זו תאפשר מתן שירות להוצאתו של לוויין תקול מהמסלול בצורה קלה ובטוחה.
שירות Active Debris Removal (ADR)
משימת ADR מאפשרת הורדה של פסולת גדולה הנמצאת במסלולי ה LEO סביב כדור הארץ.
הסרת עצמים שנמצאים במסלול מצריכה הכנה משמעותית מנקודת מבט טכנית ורגולטורית, מכיוון שעצמים אלו לא הוכנו לשירות לפני השיגור והם בבעלות ממשלות. בעבודה עם סוכנויות חלל לאומיות וארגונים בינלאומיים, אסטרוסקייל מפתחת משימות המשלבות פתרונות חדשניים ללכידה והסרה של פסולת גדולה, כגון שלבים עליונים של משגרים ולוויינים תקולים שכבר נמצאים במסלול.
עובדי אסטרוסקייל במעבדת החדר הנקי צילום: דויטה דהן
שירות הארכת חיים ללווייני GEO
לווייני תקשורת הנמצאים במסלול GEO מתוכננים ומיוצרים עם מקדם אמינות גבוה מאוד, ויתירות של כל מערכות הלווין. לוויינים רבים מסיימים את חייהם כאשר אוזל הדלק בלווין למרות שמערכות הלווין מאפשרות המשך של מתן שירות. שירות הארכת החיים של חברת אסטרוסקייל באמצעות לווין LEXI™ (Life Extension Services In-orbit) מאפשר להאריך את חיי הלווין במספר שנים נוספות, כל עוד המערכות של הלווין שמישות. לווין LEXI מאפשר גם להוציא את לווין התקשורת ממסלול ה GEO בסוף חייו, ולמנוע הוספה של פסולת חלל במסלול. חברת אסטרוסקייל ישראל מפתחת את המנגנונים המכניים – זרועות עגינה וזרועות של מנועי הלווין, כמו גם את התוכנה והאלגוריתמים הנדרשים לביצוע המשימה.
אמיר גבר, סמנכ״ל תוכניות חלל, אסטרוסקייל ישראל קרדיט: דויטה דהן
שירות In Situ Space Situational Awareness (SSA)
שירות SSA מתייחס ליכולת זיהוי ומעקב אחר עצמים בחלל, חיזוי והערכת הסיכונים, ומתן שירותים המאפשרים להפחית סיכונים אלה. שירות In Situ SSA מתייחס לשירות המבוצע מהחלל לרכישת נתונים כדי להבין טוב יותר את המאפיינים של עצמים במסלול. שירות מסוג זה מבוצע בדרך כלל כאשר לווין נותן השירות נכנס למסלול כמעט זהה עם העצם עבורו ניתן השירות. הלווין שנותן את השירות משתמש במספר חיישנים לביצוע סקירה של העצם, לעיתים ממרחק קרוב של עשרות מטרים בלבד. השירות מאפשר לאבחן ולאפיין עצמים, ולספק נתונים כגון פרמטרים מדוייקים של סיבוב הלוויין סביב ציר הסיבוב שלו. השירות מבוצע בין היתר כשירות מקדים לשירות ה ADR.
לסיכום, המסלולים בהם נעים לוויינים וגופים אחרים סביב כדור הארץ הינם משאב שיש לשמור עליו בדומה למשאבים הנמצאים על כדור הארץ. קצב שיגור הלוויינים בשנים האחרונות גדל בצורה משמעותית, וצפוי להמשיך לגדול גם בשנים הבאות. סוגיית הקיימות בחלל מקבלת היום מקום וחשיבות לצד ההתפתחות והפוטנציאל הכלכלי הטמון בשימוש בחלל. הטכנולוגיות והשירותים המתפתחים בימים אלה עבור שימוש בר-קיימה בחלל, מהווים את הבסיס לשימוש במסלולים סביב כדור הארץ בדורות הבאים.
