סוכנות החלל האירופית יחד עם חברת סטארט אפ מוולש עומדות לבצע בקרוב ניסוי פורץ דרך במיגון חלליות בדרכן חזרה לכדור הארץ. משטחי לבנים קשיחים בעלי משקל גבוה OUT, שמיכה קרמית שפיתוחה מושפע מאומנות קיפול הנייר היפנית , אורגמי, IN. יש מי שתולים בניסוי הזה תקוות רבות, עד כדי ייצור חליפות הגנה קרמיות לחלליות שיובילו לכדור הארץ מוצרים שייוצרו בחלל.
אחד האתגרים המורכבים של תעשיית החלל הוא תכנון תהליך הכניסה חזרה לאטמוספירה של חלליות ולווינים. לשלב הזה מקדישים המומחים חלק ניכר בתכנון החללית, ולא פחות מכך למהירות וזווית הכניסה בזמן המעוף חזרה לכדור הארץ. השיטה הנהוגה עד היום היא יצירת משטח של לבנים קרמיות שאמורות לעמוד בחום של עד 300 מעלות צלסיוס. החום הרב נוצר בזמן הגלישה של החללית ממצב של ריק מוחלט בחלל וכניסה מהירה יחסית לשכבת האטמוספירה הצפופה. בשלב הזה החללית למעשה נמצאת בצלילה חופשית ללא כל מנוע, נתונה כולה לכוח המשיכה של כדור הארץ. המהירות הממוצעת של הנפילה בשלב הזה עומדת על כ 2700 קמ”ש. די להיזכר באסון הקולומביה ב 2003, כדי להבין את חשיבות משטחי ההגנה הקרמיים שבתחתית החללית. נזכיר, מעבורת החלל קולומביה עם האסטרונאוט הישראלי אילן רמון ז”ל, נשרפה בכניסה חזרה לאטמוספירה בשל התנתקות של מספר לבנים קרמיות ממשטח המגע התחתון בכנף השמאלית של המעבורת. גדול החור שנוצר היה כ 40 ס”מ בלבד, אבל הוא גרם להתכה של חלקים מכנף שמאל ולהתפוצצות המעבורת כולה.
סוכנות החלל האירופית הציגה לאחרונה פתרון חדש של יצירת משטח מגע קרמי, המתבסס על עקרון האורגמי. המשטח עשוי משכבות קרמיות גמישות מקופל בגוף החללית לכל אורך המשימה, משיגור ועד חזרה לכדור הארץ. ברגע הכניסה לאטמוספירה הוא נפתח כמו מטריה הפוכה ומספק הגנה היקפית על גוף החללית. גודל המשטח וצורת הקפלים שלו מאפשרות פיזור טוב יותר של החום ממשטח המגע התחתון, ובנוסף הוא מאפשר צניחה חלקה ואיטית יותר אל תוך האטמוספירה, מה שאמור להוריד משמעותית את החום שסופג גוף החללית בזמן הגלישה.
מעבורת החלל קולומביה נוחתת בבסיס חיל האוויר האמריקני בניו מכסיקו, 30.3.1982 צילום : NASA
שמה של המטריה הקרמית הזו הוא Pridwen על שמו של מגן הברזל ששימש את המלך ארתור בקרבות אבירים. ה Pridwen פותח ויוצר על ידי Space Forge הוולשית, ומכאן השם המקורי שלו.
“הרעיון שלנו מרחיק לכת, הרבה מעבר להגנה על החלליות עצמן”, סיפר אנדרו בייקון, אחד מהמייסדים של Space Forge וסמנכ”ל הפיתוח שלה למגזין NEW ATLAS. “אנחנו מכוונים ליום שבו תהיה בחלל תשתית יצרנית נרחבת ויצטרכו להוביל את המוצרים בחזרה לכדור הארץ. אנחנו רואים את היתרונות בפיתוח תשתיות כאלה כחלק מפתרון בעיות הפליטות המזהמות בכדור הארץ. ייצור בחלל יוריד משמעותית את פליטת גזי ה CO2 ויפחית משמעותית את צריכת האנרגיה. אף פתרון ירוק או אנרגטי על כדור הארץ לא יכול להשתוות לזה. לכן, מתוך ראיה עתידית אנחנו מכינים אמצעי שיוכל להגן על כל גוף החללית , שלמעשה תהיה מעין מכולה מעופפת. ככל שנגן על חלקים גדולים יותר של הגוף שחודר את האטמוספירה, כך יכולת השינוע של מוצרים מהחלל יהיה גדול יותר”. מספר גופי מחקר וסוכנויות חלל עורכים בשנים האחרונות מספר ניסויים לייצור בחלל של חומרים מוליכים וסגסוגות על. על פי סוכנות החלל האירופית השותפה בפרויקט הזה, תנאי חוסר הכבידה והטמפרטורות הנמוכות אמורות לאפשר תנאים אופטימליים לייצור כזה.
חללית Hayabusa של סוכנות החלל היפנית בכניסה לאטמוספירה, 13.6.2010 צילום: NASA Ames / Jesse Carpenter / Greg Merkes
בנוסף ל “מטריית המיגון”, הציגה החברה כלי ימי נשלט מרחוק המתמרן במים לכיוון נקודת נחיתת החללית, ואז פורס רשת שלוכדת אותה לפני הפגיעה במים. על ידי כך מרוככת משמעותית המכה שסופג גוף החללית, מה שמאפשר שימוש חוזר מהיר יותר. בניסוי שערכה Space Forge עם עצם שהוטל מגובה של 17 ק”מ – 56,000 רגל, הצליח הכלי המשייט לכוון את עצמו במדוייק לנקודת הנחיתה וללכוד אותו בעזרת רשת מרחפת שנפרסה מעל המים. מאוחר יותר השנה אמור להיערך ניסוי כולל של חללית הדגמה שתשוגר לחלל, תחזור דרך האטמוספירה בעזרת מגן ה Pridwen , ואז “תילכד” ברשת. המשימה בשם ForgeStar-1A תיערך בשיתוף עם ESA – סוכנות החלל האירופית.
בלימה אטמוספירת – הסוד להישרדות בכניסה לאטמוספירה
האתגר המרכזי בחזרה לכדור הארץ הוא החום הרב שנוצר בחיכוך בשכבות האטמוספירה. לצורך כך אחת הטכניקות היא להאט את מהירות התנועה בתוכה. ככל שהחיכוך איטי יותר, הטמפרטורות נמוכות יותר. לצורך כך פותח מנגנון הבלימה האטמוספירית. החללית מאיטה משמעותית את מהירותה על ידי הפניית משטח הפנים הרחב כלפי כדור הארץ וכך מורידה את מהירות הצלילה על ידי כוח הגרר שלה. ככל שמשטח החום גדול יותר, הטמפרטורה שמגיעה לגוף החללית קטן יותר, שכן החום מוסט לצדדים. זו הסיבה ש ה Pridwen נראה כפתרון מבטיח. הוא לא שוקל הרבה ולא תופס הרבהמקום בחללית עצמה. בפריסה שלו הוא למעשה מרחיק את החום מגוף החללית וכך מגדיל את השטחים המוגנים. שיטה נוספת להתגבר על חיכוך אטמוספירי גובה הוא תכנון מסלול מעין מעגלי שמנצל שכבות צפופות פחות באטמוספירה ועל ידי חיכוך באזור דליל יותר מלכתחילה רמות החום נמוכות יותר.
הדמיית המגן הקרמי Pridwen. צילום : Space Forge
