יפן תשגר בקרוב לוויין עם מפרש סולארי

השיגור עבר בהצלחה! כל העדכונים לגבי השיגור הועברו להודעה נפרדת.

בעוד יומיים צפוי להתקיים שיגור של ”Akatsuki“ - גשושית יפנית לחקר כוכב הלכת וונוס (נוגה). ביחד איתה, על אותו המשגר יגיע לחלל לוויין נוסף, IKAROS, שמטרתו העיקרית היא ניסוי של "מפרש שמש" - אמצעי הנעה בחלל, המבוסס על הלחץ שמפעיל אור השמש על משטח מחזיר אור. למרות שמפרשי שמש (המכונים גם "מפרשים סולאריים") אינם רעיון חדש, בוצעו מעט מאוד ניסויים כאלו בחלל, ועל כן מדובר על משימה מאתגרת ולא סטנדרטית.

איור של IKAROS (לחצו להגדלה).

ב-17 למאי מתוכנן השיגור של חללית המחקר היפנית Akatsuki (שמכונה גם PLANET-C), שמטרתה לחקור את האטמוספרה של וונוס (נוגה). המטעד המדעי של החללית כולל שלוש מצלמות בתחום התת-אדום (שתיים בתחום הקרוב ואחת בתחום התת-אדום עם אורך-גל ארוך -LWIR), חיישן צילום מהיר לתיעוד ברקים וזוהר לילי, מצלמה בתחום האולטרה-סגול, וכן משדר בתדר X של קרינת רדיו למדידות של תכונות אטמוספריות ע"י בחינת השינוי באות שנשלח מהמשדר דרך אטמוספרת וונוס אל תחנת הקליטה בכדה"א. השיגור יבוצע ע"י המשגר היפני H-IIA (גרסת H2A202) בשעה 00:44 (שעון ישראל ; כדאי להתעדכן באתר המשימה או ב-SpaceFlightNow). בנוסף לחללית המחקר, (עוד פרטים עליה ניתן למצוא כאן), ישוגרו גם 4 לוויינים נוספים. 3 מהם הם מיקרו וננו-לוויינים של 3 אוניברסיטאות שונות ביפן (KSAT ,Negai, Waseda-Sat 2). אבל על הלווין האחרון, IKAROS כדאי להרחיב.

איור של החללית Akatsuki (לחצו להגדלה).

IKAROS, (ר"ת של Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun) הינה חללית קטנה בעלת אמצעי הנעה אזוטרי למדי הנקרא "מפרש שמש" (Solar Sail). מאמר כללי על מפרשי שמש ניתן למצוא למשל בעמלנט, אז רק נזכיר שעיקרון הפעולה מבוסס על העובדה כי כאשר האור, או בהסתכלות מעט אחרת, הפוטונים, פוגעים במשטח ומוחזרים ממנו, הם מעבירים לו חלק מהתנע שלהם, ויכולים להאיץ אותו (בקצב מאוד קטן, התלוי במרחק מהשמש וכן בשטח ויכולת ההחזרה של המשטח) בכיוון המקורי של הקרינה. במקרה של לוויין הסובב סביב השמש, הכיוון יהיה אל מחוץ למערכת השמש, מה שמיטבי עבור משימות ליד ענקי הגז ואובייקטים רחוקים אחרים. היתרון הבולט הוא בכך שאמצעי הנעה זה לא דורש דלק ובכך מאפשר לחסוך במשקל, אך כמובן שיש גם חסרונות (בדמות כיוון פעולה אחד בלבד, ממנו באה הקרינה, והאצה איטית ביותר, כך שעל מנת להיות אפקטיבי, המפרש נדרש להיות בעל שטח פנים גדול) וכן אתגרים רבים מבחינת ייצור המפרש (דרוש חומר שיהיה בעל משקל קל מאוד ביחד עם חוזק גבוהה, בנוסף לבעל יכולת החזרה גבוהה).

סרטון המתאר את משימתו של IKAROS:

אתגר נוסף של שימוש במפרשי שמש הוא עצם פריסתם בחלל: החל מפתיחה, דרך צמצום מירבי של הרעידות (שפוגעות ביישור המפרש וביעילותו מבחינת הדחף) וכלה בייצוב הלוויין בתיקוני מסלול. אופן הפריסה נובע מתכן המבנה המפרש ובמהלך השנים הועלו מספר אפשרויות: צורה ריבועית עם ארבעה תומכות אלכסוניות (כבלים או מוטות), צורה אליפטית או צורת "פרח" (ראה את התרשים שמופיע בתיאור המשימה העתידית של יפן), שבה התמיכה מסופקת ע"י מעטפת אלסטית אך בעלת קשיחות מסויימת, צורה שמורכבת מיריעות מלבניות ומיוצבת ע"י סיבוב בלבד וכן צורות מורכבות יותר. יש גם מספר דרכים לפריסה עצמה: ע"י זרועות טלסקופיים (המספקים קשיחות, אך לוקחים משקל), פריסה על ידי כוחות צנטריפוגליים, בין אם ע"י המאיץ שנושא את הלוויין, או בין אם ע"י מנועי החללית עצמה - הנמצאים על הגוף או על קצוות היריעה, וסוגים שונים של מנגנונים מכאניים מורכבים יחסית. נתמקד בתהליך הפריסה של IKAROS: בשלב ראשון החללית מסובבת סביב צירה במהירות של 20 סל"ד ומופנית לשמש. בשלב שני יש הפרדות של 4 מסות הנמצאות בקצוות של יריעת המפרש, ולאחר מכן הזזת המוטות שמצמידים את היריעה, על מנת לייצור ארבעה "זרועות" (ראה איור מטה). בשלב האחרון, לאחר התייצבות הזרועות, יש שחרור של המוטות הנ"ל ותחילת הפריסה, עד שמתקבל משטח ריבועי יציב.

המפרש של IKAROS בעל צורה ריבועות עם צלע של כ-14 מטר, ועשוי מ- Polyimde resin בעובי של 7.5 מיקרון, שמכוסה בציפוי דק ביותר (80 nm) של אלומיניום. על המפרש מותקנים גם (ראו תמונה בהמשך, לחצו להגדלה):

- תאים פוטו-וולטאיים דקים במיוחד, המשמשים כניסוי לפני המשימה הבאה, שמתוארת בהמשך (המרכב (bus) של הלוויין, הנמצא במרכז, מכיל פנלים סולאריים רגילים)

-4 חיישני אבק (המבוססים על שכבת Poly Vinylidene DiFluoride) שמותקנים על הצד של כיוון התנועה, שנועדו לבדוק את צפיפות פגיעת אבק ומיקרו-מטאוריטים על המפרש. מתקן דומה, שנבנה ע"י סטונדטים מאוניברסיטת קולורדו, משמש כמטעד מדעי משני גם עבור הגשושית New Horizons, שנמצאת בדרכה לפלוטו (אליו היא צפויה להגיע ב-2015). על אופן הפעולה של החיישן ניתן לקרוא באתר אוניברסיטת קולורדו.

- וכן אמצעי בקרת הכוון המבוססים על טכנולגיית גבישים נוזליים (שעליהם מבוססים מסכי LCD הנמאצים בכל מקום), שבהם מידת הרפלקטיביות של אזורים מסויימים משתנה כלתות במתח (שנשלט ע"י מחשב המשימה), וע"י כך מאפשר "לכבות" אזורים מסויימים במפרש, ולנהג את הכלי.

המשימה של IKAROS תכלול מספר שלבים, כאשר רק לאחר מספר חודשים ניתן יהיה לקבוע את מידת ההצלחה:

קצת חישובים

יעודכן בהמשך.

משימות דומות

יש לציין כי אין מדובר על משימה ראשונה של יפן הקשורה לתחום ההנעה הסולארית - להפך, יפן היא בהחלט בין המובילות בו. ההיסטוריה הניסוית של מתקנים כאלו בחלל אינה גדולה (בנוסף נעשו גם לא מעט ניסויים על הקרקע, שלא נזכיר כאן). אם לא כוללים ניסויים ראשונים שהשתמשו בלחץ שמופעל ע"י קרינת השמש על פנלים או יריעות נפרסות עבור הכוון הלוויין ההישגים הם:

- ניסוי Znamya-2 שבוצע ע"י סוכנות החלל הרוסית ב-1993. תחילה תוכנן הלוויין להציג את רוסיה בתחרות בינלאומית שהוגתה בתחילת שנת התשעים (Columbus 500 Space Sail Cup), ודיברה על "מירוץ חלליות" מכדה"א למאדים בעזרת מפרש סולארי בלבד. התחרות לא יצאה לפועל, אך ברוסיה הוחלט לבצע ניסוי ביריעה נפרסת למטרת בדיקת הקונספט והטכנולוגיות שפותחו (לא היה שימוש במפרש כאמצעי הנעה). היריעה הייתה עשויה מ- Polyethylene terephthalate(בקיצור PET) מצופה אלומיניום, בעובי 7 מיקרון, בקוטר של 20 מטר. ניסוי המשך, בשנת 99, נכשל עקב בעיה בפריסת המפרש. (למידע נוסף - ברוסית)

- ISAS היפני שוגר ב-2004 ע"י רקטה מטאורולוגית מסוג S-301 שנשאה שתי יריעות בעובי 7.5 מיקרון שנפרסו לזמן קצר בשתי צורות שונות בגבהים ש 122 ו-169 ק"מ. הניסוי היה מוצלח, אם כי לא היה שימוש כאמצעי הנעה.

-שיגורו, בשנת 2005, של Cosmos-1, שפותח ע"י ה-Planetary Society הלא ממשלתית היה אמור להיות הניסוי הראשון שיוכיח את השימוש במפרש שמש, אך תקלה במשגר גרמה לכך שהלוויין כלל לא הגיע לחלל.

- בפברואר 2006 יפן שיגרה את SSP, ר"ת של Solar-sail SubPayload. זה היה אחד משתי ניסויים קטנים שצורפו לשיגור של המטעד העיקרי - טלסקופ בתחום הקרינה תת-אדומה שנקרא AKARI (בנוסף שוגר גם ננו-לוויין של אוניברסיטת טוקיו).

-בספטמבר אותה השנה יפן שיגרה עוד לוויין מחקר גדול בשם HINODE ("זריחה" ביפנית, שם אחר: SOLAR-B), שנועד למחקר השמש. ביחד איתו שוב שוגרו ננו-לוויין ולוויין לבדיקת טכנולוגיות של מפרש שמש, שנקרא SSSat - ר"ת של Solar-power Sail demonstration Satellite.

ע"פ האתר skyrocket.de לפחות אחת משתי המשימות הנ"ל לא הייתה מוצלחת עקב בעיות בפריסת המפרש.

ויש גם פרויקטים עתידיים (ואותם המשתתפים...):

- LightSail - פרויקט נוסף של ה-Planetary Society, שיכולול מספר משימות, עם שיגור ראשון לקראת סוף השנה. המפרש השמש, שייפרס בגובה 800 ק"מ, יהיה עשוי mylar, ובעל שטח של 32 מ"ר. פרטים נוספים ניתן למצוא באתר המשימה.

- המשימה היפנית הבאה מתוכננת גם היא לסוף 2010. כזכור מפרש השמש של IKAROS כולל תאים פוטו-וולטאיים להפקת חשמל. בפרויקט הבא נעשָה צד קדימה, כאשר האנרגיה המתקבלת ממפרש בקוטר של 50 מ' תשמש עבור אמצעי הנעה נוסף - מנועים יוניים, שישולבו בחללית ויספקו תאוצה נוספת. איור הקונספט.

נשאר לחכות ולראות האם אכן 2010 תהוה שנת הדגל של הנעה סולארית, או שיידרשו עוד שנים של מחקר ופיתוח עד לניסויים מעשיים בחלל.