מפרש גדול באופק

השימוש בדלק מטריד לא רק את תעשיית הרכב, אלא גם את תעשיית החלל. ניסוי חדש של NASA – סוכנות החלל האמריקנית אמור לבחון שיטות הנעה חדשות המבוססות על קרינת השמש. האנרגיה תיקלט על ידי מפרש ענק שיפרס ויקלוט את חלקיקי האור, בדומה לקולט שמש וכך, בדומה למפרש שמחובר לספינה, יהיה ניתן לנווט כלים בחלל.

ב 23 באפריל השנה שיגרה NASA  לחלל את אחד מהניסויים פורצי הדרך שלה, מפרש שמש שאמור לספק אנרגיה לחלליות. הפרויקט הזה נמצא עדיין בראשית דרכו, אבל ב NASA  מאמינים כי בעתיד יוכלו להגיע לפריצת דרך שתהיה מקבילה לזו של המכוניות החשמליות, כלומר להקטין את התלות של לווינים וחלליות בדלק בזמן השהיה בחלל. כיום חלק מ “אורך החיים” של כל חללית מחושב בהתאם לדלק שהיא יכולה לשאת ואיתו לתמרן את דרכה בחלל ובחלק מהמקרים, ממנו חזרה לכדור הארץ. למשקל הדלק יש משמעות גדולה שכן הוא תופס מקום של מערכות אחרות שיכולות להיות מוצבות על החללית או הלווין. יש לכך משמעות כלכלית גדולה, שכן בעזרת הטכנולוגיה החדשה בכל שיגור יהיה אפשר להציב יותר מערכות.

המפרש ששיגרה NASA  לחלל הוא בגודל של כ 80 מטרים רבועים והוא נקרא ACS3 –  Advanced Composite Solar Sail System. ה ACS3  שוגר מניו זילנד על גבי טיל נושא של חברת Rocket Lab, יחד עם לווין תצפית בשם NEONSAT-1 של דרום קוריאה. לווין התצפית הוצב בגובה של 520 ק”מ ואילו המפרש הוצב בגובהה של כ 1000 ק”מ.

ב NASA  תולים בפיתוח הזה תקוות גדולות, שכן הוא יאפשר לא רק לבצע משימות חלל עמוק מורכבות וארוכות, אלא גם בעל פוטנציאל להגדיל משמעותית את מהירות החלליות. אבי כרמלי מסוכנות החלל הישראלית מסביר במאמר נרחב באתר הסוכנות, כיצד המפרש החללי עובד בדומה לזה של ספינות בים:  ” לפוטונים של אור אין מסה – מה שמאפשר להם לנוע, ובכן, במהירות האור. אבל כן יש להם תנע (מומנטום). למעשה, התנע מקרינת השמש הוא עוצמתי כל כך, שחללית שתעשה את דרכה למאדים תסטה בכמה אלפי ק”מ עד שהיא תגיע ליעדה – אך ורק בשל הפוטונים שיפגעו בה בדרך. אלא שקרינת השמש אינה רק מטרד שיש לחשב בקביעת המסלול, אפשר לרתום אותה ככוח הנעה נקי, זול ואינסופי לחלליות. למה הדבר דומה? להבדל בין סירת מנוע ששורפת דלק כדי לשוט (וצריכה לשרוף יותר דלק כדי לגבור על הרוח) למפרשית – שרותמת את כוח הרוח. אפשרות אחרת היא לא להסתמך על קרינת השמש הטבעית, אלא לשדר לעבר המפרש אור ממוקד כמו לייזר שיאיץ מפרשית למהירויות אדירות – ויביא אותו אפילו למערכות כוכבים אחרות”.

מפרש החלל ACS3 צילום : NASA

מתברר שהטכנולוגיה הזו כבר נוסתה בעבר בחלל עם מפרשים קטנים יותר. האגודה הפלנטרית של ארצות הברית שיגרה ב 2019 מפרש קטן יותר בשטח פנים של 32 מטרים על גבי ננו לווין, במטרה לבחון עד כמה ניתן לשלוט בגוף שנע בחלל כאשר הוא מונע על ידי קרינת פוטונים.

“מטרת הניסוי הנוכחי הוא לבחון את אופן פריסת המפרש עצמו שנבנה על שלדת מוטות  שיוצרו מחומרים מרוכבים. הם אמורים להיות עמידים לאורך זמן בתנאי קרינה גבוהה וטמפרטורה נמוכה”, אומרים ב Rocket Lab. “כל נתוני הטיסה של החללית הקטנה שתונע על ידי המפרש ירוכזו ובעזרת ניתוח שלהם נוכל לתכנן בעתיד מפרשים גדולים יותר שישמשו לניהוג לוויני מזג אוויר, לוויני תצפית ומעקב אחרי אסטרואידים ובעתיד הרחוק יותר גם לוויני מחקר של השמש”.

לקחת את תמונת המפרש, השניה בעמוד הדמיית פריסת מפרש החלל ACS3 איור : NASA

עודד כרמלי מצביע במאמר שלו על שתי בעיות שאיתן מתמודדת  NASA בפיתוח הזה, גודל המפרש הנדרש להנעת גופים גדולים והרכב החומרים ממנו הוא עשוי.  ” דרוש מפרש ענק כדי להניע אפילו חללית זעירה – ופירושו של דבר שצריך לשגר את המפרש לחלל כשהוא מקופל, ולפרוש אותו במסלול בעדינות רבה, בלי לקרוע אותו. והחיסרון השני נוגע לחיסרון הראשון: עוד לא נמצא פתרון משביע רצון למוטות שמחברים את המפרש הענק לחללית”. המוטות בניסוי הנוכחי בנויים מסיבי פחמן, כשאורכו של כל אחד מהם הוא 9 מטרים. בניסויי המפרש הקודמים המוטות היו בנויים ממתכות בכדי להשאיר את המפרש מתוח כל העת, אבל החסרון היה המשקל הגבוה שלהם. במוטות החדשים הצליחה NASA  להוריד את משקל מוטות הפריסה ב 75% בהשוואה למוטות המתכת. מעבר לכך השימוש בסיבי פחם מאפשר לחומר להיות גמיש, מה שמקל על האריזה שלו בשלב השילוח לחלל. הלווין הנוכחי ששוגר לחלל הוא בגודל של כמכזיר מיקרוגל ביתי.

“בעזרת טכנולוגית שכבות מתקדמת הצלחנו להגיע לחומרים קלים וחזקים”, מספר ג’וני פרננדז ממרכז המחקר של NASA בלנגלי וירג’יניה. “הצלחנו ליצור סלילים של חומר דק מאד, שאיפשר לנו גם לעצב את המוטות בהתאם לגודל הלווין” (ראו תמונה).

על פי התכנון של NASA, שטח פנים של מפרש ללווין בגודל בינוני אמור  להיות בגודל של כ  2000 מטרים רבועים. אלא שכאן יכולה לצוץ בעיה אחרת, בשטח פנים גדול כל כך, הסיכוי שהמפרש יתקל בפסולת חלל וינזק גדול יותר בהשוואה לכל גוף אחר בחלל.

מפרש החלל ACS3 צילום : NASA