חללית ישראלית על הירח? זה מתקרב

עמותת SpaceIL משלבת כוחות עם בזק וחושפת כיצד בדיוק היא מתכננת לשלוח חללית ישראלית לירח.

יוני קמפינסקי , א' באדר תשע"ג

צופים בנחיתה על הירח (הדמיה)
צופים בנחיתה על הירח (הדמיה)
SpaceIL

חברת בזק ועמותת  SpaceIL הודיעו היום (שני) על שיתוף פעולה אסטרטגי, במסגרתו תספק בזק ל-SpaceIL תשתית תקשורת מתקדמת במהלך מבצע הטסת החללית לירח ותתמוך בפעילות החינוכית של העמותה.

SpaceIL היא הנציגה הישראלית היחידה המשתתפת בתחרות הבינלאומית Google Lunar X-Prize, במרוץ להנחתת חללית לא מאוישת על הירח, אשר סך פרסים בתחרות העולמית עומד על 30 מיליון דולר.

הצוות מחויב לתרום את כספי הזכייה לקידום המדע והחינוך הטכנולוגי והמדעי בישראל והוא שואף להעניק באמצעות הפרויקט, השראה לילדים ולבני הנוער שיהוו את דור העתיד של המדענים, אנשי הטכנולוגיה, המהנדסים והמתמטיקאים של ישראל, כדוגמת ההשראה שהעניקה נחיתת ניל ארמסטרונג בזמנו - שכונתה "אפקט אפולו". כבר כיום משולבים בעשייה הטכנולוגית עשרות בני נוער ובנוסף נחשפו לפרויקט למעלה מ- 25,000 ילדים ובני נוער מבתי ספר בכל רחבי הארץ.

ינקי מרגלית, יו"ר SpaceIL אמר היום: "אנו מברכים על האמון של הנהלת בזק בפרויקט הייחודי של הנחתת חללית ישראלית ראשונה על הירח ומקווים כי שיתוף הפעולה יוצא הדופן יסייע לנו לעמוד באתגר הטכנולוגי האדיר שניצב בפנינו ולעורר השראה בקרב הדור הצעיר, וכמובן - להביא הרבה גאווה לכל עם ישראל ".

רן גוראון, משנה למנכ"ל בזק, אמר היום: "החיבור של בזק ל- SpaceIL מהווה הבעת אמון שלנו, באנשים מאחורי הרעיון ה'משוגע' להנחית חללית ישראלית על הירח. מדובר בפרויקט מדהים, המסייע בקידום חינוכי וערכי, ומתחבר לפעילות ארוכת שנים של בזק בתחום. אנחנו גם נסייע לאנשי SpaceIL להקים תשתיות תקשורת מתקדמות המתאימות לאתגר העצום שלקחו על עצמם".

היקפו הכספי של הפרויקט נאמד בכ- 30 מיליון דולר, נמוך בהרבה ביחס פרויקטי חלל אחרים. עד כה גויסו תרומות משמעותיות מגורמים פרטיים, חברות, מוסדות אקדמיה וסוכנות החלל הישראלית. SpaceIL ממשיכה במסע לרתימת התעשייה וגיוס תרומות נוסף בכדי לאפשר את הפרויקט. בזק מצטרפת לחברות ולגורמים מקצועיים מרכזיים נוספים אשר כבר נוטלים חלק בפרויקט בהם: התעשייה האווירית, מכון וייצמן, הטכניון, אוניברסיטת תל אביב, אוניברסיטת בן-גוריון, רפא"ל, אלביט וגילת. שיתוף הפעולה יוצא הדופן הוא למעשה הפעם הראשונה בה חוברים יחד נציגים מכל הגופים הנוגעים לתעשיית החלל הישראלית.

איך זה עובד?

בהמשך להצגת שיתוף הפעולה עם "בזק", חשף היום הצוות הטכנולוגי של הפרויקט פרטים ראשונים הנוגעים למסע לירח ולטכנולוגיות הייחודיות שיוטמעו בחללית הישראלית, שצפויה להיות הקטנה ביותר ששוגרה אי פעם לחלל:

איך לוקחים "טרמפ" לחלל?

על מנת לחסוך בעלויות, תצטרף החללית של  SpaceIL כ"טרמפיסטית" ללווין של חברת חלל זרה. בניגוד ל"טרמפ" חינמי, עלות ההצטרפות לשיגור כזה עומדת על מיליוני שקלים. החיבור למשגר, אשר צפוי במהלך שנת 2015, יהיה, למעשה, הפעם האחרונה שבה יוכלו המהנדסים הישראלים לראות את החללית הישראלית במו עיניהם. לאחר החיבור למשגר, לא תהיה תקשורת עם החללית למשך תקופה של חודש-חודשיים עד שיסתיימו כל ההכנות לשיגור. תאריך היעד המתוכנן לשיגור הוא 2015.

כמה זמן יימשך המסע למרחק של 384 אלף ק"מ?

המסלול - עם היציאה מן האטמוספירה, תעבור השליטה בחללית חזרה לכדור הארץ ויבוצעו תיקוני מסלול. במצב זה, די בטעות קטנה והחללית עלולה לא להגיע לירח לעולם, או להתנגש בו, חלילה. המסלול מתוכנן כך שממרחק של כ-400 אלף ק"מ (384 אלף בממוצע) של כד"א מהירח- החללית תצליח להיתפס במסלול שמרחקו 100 ק"מ מהירח (הדבר דומה לניסיון להשחיל חוט למחט – ממרחק של הקומה החמישית בבניין). המסע צפוי להימשך כחודש ימים.

לאחר מכן, בעיתוי המתאים, מתחילים בטיסה ישירה לעבר הירח במטרה להילכד בכוח המשיכה שלו. מהרגע שבו נלכדים במסלול הירח, מתחילה השהיה במסלול המתנה לקראת הנחיתה, בפרק זמן של עד שבועיים, תלוי ביום השיגור.

מהו משקל החללית הקטנה בעולם וכמה מיכלי דלק יש בה?

משקלה של החללית הישראלית הראשונה לירח צפוי להיות פחות מ-140 קילו וגודלה יהיה כ- 96X72X72 סנטימטר (בעת שיגור).  לאחר הנחיתה צפויות רגלים קפיציות מיוחדות להיפתח על מנת לייצבה. החללית צפויה להיות הקטנה ביותר שאי פעם נחתה על הירח ובכך שואפים מייסדי הפרויקט והשותפים הרבים להוכיח יכולת טכנולוגית פורצת דרך לבניית חלליות קטנות וחכמות, אשר עלותן כעשירית מחלליות מוכרות.

משקל החללית נובע ברובו מ-4 מכלי דלק עם משקל כולל של כ- 90 ק"ג שצריכים להספיק למרחק העצום עד הירח. מהנדסי SpaceIL  עמלים על הפחתת משקל החללית ככל הניתן, עד למקסימום של כ- 40 ק"ג, שיישארו אחרי הנחיתה.

איך מנווטים בחלל בלי GPS?

בניגוד לדרכי הניווט המוכרות על פני כדור ארץ, בחלל אין GPS ולכן היה על צוותSpaceIL  למצוא ולייצר פתרונות ניווט ותיקון מסלול במיוחד, לטובת שמירה על נתיב הטיסה של החללית.

להלן מספר פיתוחים טכנולוגיים מקוריים, כמו גם אמצעי ניווט שישולבו בחללית:

Earth moon sensor - פיתוח ייחודי של חיישן אופטי עם מצלמה ומעבד תמונה, שיצלם תמונות הן של כדור הארץ והן של ירח על מנת שהחללית תוכל למקם עצמה ביחס לשניהם. החיישן יודע לזהות אובייקטים עגולים ולהבחין לפי הצבע האם האובייקט המצולם הוא כדור הארץ או הירח. החיישן מסמן את נקודת המרכז של האובייקט המצולם וכך מסייע במיקום החללית.

OpNav- אמצעי ניווט אופטי חדשני: החללית מצלמת את הירח מהמיקום שבו היא נמצאת בחלל והתמונה נשלחת מהחללית בחזרה לתחנת התקשורת על פני כדור הארץ. בתחנת התקשורת, מנתחים את מיקום הירח לעומת החללית, על ידי השוואת זוויות הצילום של התמונות שהתקבלו ממנה אל המפות הקיימות.

אמצעי ניווט נוסף שתכלול החללית הינו עוקב כוכבים, מצלמה המחוברת למעבד וזיכרון המכיל מפה של הכוכבים בחלל. על ידי השוואה בין התמונה שהוא מצלם לבין המפה בזיכרון, העוקב יכול לאתר את  כיוון החללית.

שילוב מכלול האמצעים הללו, נועד לתת את המענה המיטבי לאתגר הניווט בחלל.

אז איך נוחתים על הירח?

הנחיתה על הירח תעשה באופן הדרגתי, במספר שלבים:

שלב א' - תנועה במסלול מעגלי מסביב לירח, במרחק 100 ק"מ מפני קרקע הירח.

שלב ב'  - ירידה מגובה של 100 ק"מ מעל פני הירח, לגובה 15 ק"מ.

שלב ג' - החל מגובה של 15 ק"מ מעל פני הקרקע, תינתן פקודת אל-חזור לנחיתה. בשלב זה הבקרה הינה קריטית לאור העובדה שהמסלול סביב הירח מאתגר במיוחד וההר הגבוה ביותר על הירח - הוא בגובה 6.5 ק"מ מעל פני השטח!

כיצד בולמים את החללית בחלל ומתי היא עוברת למצב של נפילה חופשית?

אחד האתגרים המרכזיים בשלב הנחיתה הוא בלימת מהירות החללית: בשלב הנחיתה, החללית יכולה להגיע למהירות של למעלה מ -7,000 קילומטרים לשעה (2 ק"מ לשנייה) שהם 8 פעמים מהר יותר ממהירות מטוס סילון. בשלב הכניסה של החללית למסלול סביב הירח ועל מנת לבצע נחיתה רכה ולא להתרסק, יהיה צורך לעצור את החללית בהדרגה. לא ניתן להשתמש במצנח בירח, כיוון  שאין על הירח אוויר כדי למלא אותו והאט את החללית.

לכן התכנית היא: שימוש במנועים הרקטיים להורדת מהירות החללית לעצירה באוויר, בגובה  10 מטרים בלבד מהקרקע. בגובה זה המנועים יכובו ואז החללית תתחיל נפילה חופשית במאונך כשהמנועים כלפי למטה.  

כיצד מתמצאים בזמן הנחיתה ומה הקשר לחיישן שיש בסמארטפון?

השלב הדרמטי והקריטי ביותר במשימה כולה הוא הנחיתה עצמה. על מנת לצמצם למינימום את הבעיות האפשריות בנחיתה, נעשתה בSpaceIL  חשיבה מעמיקה על מנת למצוא פתרונות לאתגרים הצפויים ופותחו מספר פיתוחים טכנולוגיים חדשניים.

אחד מן הפיתוחים המקוריים הנוספים הוא ה- SLAM (Simultaneous Localization Mapping)- אלגוריתם למיקום עצמי בשלב הנחיתה. ה"סלאם" נועד לתת פתרון לבעיה העיקרית, העדרGPS  על הירח וקושי במיקום המדויק וזמן המפגש עם הקרקע. ה"סלאם" מאפשר לחללית לדעת איפה היא נמצאת ביחס לקרקע - למניעת התנגשות בסלעים והתרסקות. הדבר מתבצע באמצעות מעקב אחרי נקודות על פני השטח, ומיקום החללית לעומתן בהתאם לתנועה שלה.

אמצעי נוסף שתכלול החללית הוא ה-IMU (Inertial Navigation Unit) - שילוב של מד תאוצה ומד מצב זוויתי. מדובר בחיישן, המאפשר למדוד את מצבו של אובייקט במרחב, ללא מערכת יחוס חיצונית. באנלוגיה, בזכות ה-IMU, החללית היא כמו עיוור, שיודע הכל על מיקום הגוף שלו רק על סמך אמצעי חישה פנימיים. למעשה, כיום בכל טלפון חכם יש חיישן כזה. כך, למשל, כאשר מסובבים את המסך- גם התמונה מסתובבת יחד אתו. הרכיב שבשימוש גדול אך במעט  מהרכיב שיש בכל סמראטפון מצוי והוא כמובן מדויק ממנו.

מדוע נוחתים דווקא בזריחה?

SpaceIL  מקפידים לתזמן את מועד הנחיתה כך שהוא יהיה בזמן הזריחה על הירח, זאת משיקולי טמפרטורות, שהולכות ועולות החל משעת הזריחה. מכיוון שכאשר מגיעים לטמפרטורה של 50 מעלות, כבר קיימת סכנת התפוצצות של מיכלי הדלק, המטרה היא להרוויח כמה שיותר זמן בטמפרטורה נמוכה יחסית שלא תסכן את החללית. על פי התכנון הנוכחי הטמפרטורה אמורה להגיע ל- 50 מעלות ביום השלישי לנחיתה ועד אז יש להשלים את המשימה.

בנוסף, בעת הזריחה, השמש מאירה מהצד. הדבר יכול לסייע בזיהוי מכשולים על פני השטח כמאמר המשפט "כל אבן קטנה, עושה צל גדול".

איך מזהים מכשולים בלי לראות?

פיתוח נוסף של צוות SpaceIL שיכנס לשימוש בשלב הנחיתה הוא ה- Hazard detection, ה"עיניים" של החללית. זוהי מערכת ראייה ממוחשבת, שתזהה את כל הסכנות והמכשולים באזור הנחיתה עבור החללית. (זה יעשה לראשונה באמצעים אופטיים, במקום ע"י מכ"מ):

מאחר והחללית הנה בלתי מאוישת והנחיתה תעשה באופן אוטומטי לחלוטין, הצוות זקוק לתחליף לעיניים האנושיות על מנת לנחות על שטח נקי מאבנים, ממכתשים ובעל שיפוע לא גדול מידי, על מנת שהחללית לא תיפול על צדה. מוביל הצוות שמפתח את המערכת הוא גם דוקטור המתמחה בתהליכי בקרה במוח, ולמעשה הוא מעניק תכונה אנושית לחללית.

לאיזה גובה "תקפוץ" החללית לאחר הנחיתה?

לאחר הנחיתה, החללית תתרומם באוויר לגובה של כ- 220 מטר ותנחת שוב, במרחק 500 מ' מנקודת הנחיתה. "קפיצת" החללית נועדה על מנת לעמוד באחד מכללי התחרות הבסיסיים  - התקדמות של 500 מטר מנקודת הנחיתה.

איך משדרים HD מהירח לכדור הארץ?

אחת מדרישות התחרות היא שידור חי של תמונות ווידאו באיכות HD  מהחללית בחזרה לכדור הארץ. חברת בזק נרתמה לטובת הצלחת המשימה והיא תפרוש סיב  אופטי מחוות האנטנות, אשר קולטות את האות האלחוטי המגיע מהירח, ועד מרכז הבקרה. זאת על מנת שהמקטע הקרקעי יהיה מהיר ככל הניתן והמידע יזרום לתחנת הבקרה. בנוסף , בזק תעניק תמיכה בחיבור לשאר תחנות הקליטה בעולם אשר יאפשרו שידור מהיר במיוחד  שהכרחי לצורך ההצלחה במשימה.


הצעות והערות ניתן לשלוח לדואר אלקטרוני: computers@inn.co.il