מדוע לא לטוס לחלל היישר ממסלול רגיל בנמל התעופה? מיזם מטוס החלל סקיילון מבקש לענות על שאיפה זו ולדלג מעל כמה משוכות טכניות בדרך
טל ענבר | גליליאו
חלום הטיסה לחלל באמצעות מטוס שימריא ממסלול רגיל בשדה תעופה, בלי צורך במאיצים רקטיים, ושאפשר להשתמש בו לשימוש חוזר מספר רב מאוד של פעמים, מלווה את האנושות עוד בטרם שוגר הלוויין הראשון בשנת 1957.
מיזמים טכנולוגיים רבים, פרטיים וממשלתיים, עלו וירדו וגם היום, 50 שנה לאחר טיסת האדם הראשון לחלל, עדיין אין בנמצא כלי מעין זה, לא לשיגור בני אדם ולא לשיגור לוויינים.
הכירו את הסקיילון
מיזם מעניין ההולך ונבנה בשנים האחרונות הוא מטוס החלל סקיילון (Skylon, המכונה כך בשל דמיונו למגדל פלדה בעל שם זהה וצורה יוצאת דופן, דקיקה ואווירודינמית, שהוקם בלונדון ב-1951 ונהרס שנה לאחר מכן). את כלי הטיס מפתחת חברת Reaction Engines.
מטוס החלל סקיילון יצויד במנועים רקטיים שיוכלו להשתמש גם בחמצן מהאטמוספרה, ובאופן זה יהיה סקיילון כלי שיגור חללי בעל שלב יחיד. סקיילון מתוכנן למספר רב של טיסות חלל, והוא יוכל להציב בחלל מטע”דים במשקל של עד 15 טון בכל טיסה לחלל.
חלק ניכר מהידע הדרוש לבניית מטוס החלל שאוב ממיזם בריטי לבניית מטוס חלל, HOTOL, שהתנהל במהלך שנות השמונים של המאה ה-20, ובוטל. מתכנני הכלי מצהירים על יכולתו לטוס לחלל ובחזרה 200 פעם, ועל הורדת מחיר השיגור לקילוגרם ביותר מסדר גודל, ביחס לנהוג כיום באמצעות משגרים שונים.
מטוס החלל סקיילון הוא כלי טיס המונע באמצעות מנועי סילון המשנים את אופן פעולתם תוך כדי טיסה והופכים למנועים רקטיים המונעים בדלק נוזלי (ושאינם מתבססים על חמצן האטמוספרה). הכלי ישתמש במימן נוזלי הן להנעתו כמטוס סילון הן ככלי בעל הנעה רקטית.
בעת הטיסה באטמוספרה ישתמש בחמצן שבאוויר (הנעה סילונית), ובעת הטיפוס לחלל יעבור הכלי לשימוש בחמצן נוזלי האגור במכליו (הנעה רקטית). מטוס החלל סקיילון יוכל לטפס לגובה של 26 ק”מ ולהגיע למהירות של 5.4 מאך בכוח מנועי הסילון המוזנים במימן, בטרם ישתנה אופן פעולתם להנעה רקטית טהורה.
בהיות הכלי במסלול הקפה סביב כדור הארץ ייפתחו דלתות תא המטען, והמטען ישוגר לחלל. מטענים שיוכלו להיות משוגרים באמצעות סקיילון כוללים לוויינים מסוגים שונים, ציוד ואספקה לתחנות חלל ואף חלליות מאוישות (אם כי יעד זה נמצא, לדברי מפתחי הכלי, בעתיד הרחוק מאוד).
מבנה מטוס החלל
סקיילון ייבנה ברובו מסיבי פחמן שיעניקו לו חוזק רב במשקל נמוך ביחס למתכות. חלקים מסוימים במטוס החלל, הדורשים נשיאת משקל רב (החיבורים בין הכנפיים למנועים למשל), ייבנו מסגסוגות טיטניום.
מכלי הדלק של סקיילון ייבנו מאלומיניום, ויותקנו בתוכו חומרים מבודדים כדי לבודדו מחום חיצוני שייווצר עקב חיכוך עם האטמוספרה במהירויות גבוהות בעת הטיסה אל החלל וכן בעת החזרה אל כדור הארץ.
החלקים החיצוניים של סקיילון יצופו במערכת הגנה תרמית המבוססת על תרכובות קֶרָמיות, המזכירות במידת מה את אריחי הבידוד המיוחדים שעטפו את מעבורת החלל של ארצות-הברית. התכנון העדכני של סקיילון (דגם המכונה C2) הוא של כלי טיס באורך 82 מטר ובקוטר 6.3 מטרים.
לסקיילון כנף דלתא מרכזית, בעלת מוטה של 25.4 מטר, שבשני קצותיה יותקנו מנועיו הגדולים. ממדיו העצומים של סקיילון נובעים מהצורך להכיל כמויות גדולות של מימן נוזלי – הדלק של הכלי, הן כמטוס והן כחללית.
סקיילון לאחר הנחיתה בנמל תעופה
שיטת ההנעה: ממנועי סילון למנוע רקטי
מטוס החלל סקיילון נועד להשתמש כאמור בשיטת הנעה ייחודית, שטרם הבשילה לשימוש מבצעי: מנועי סילון השורפים מימן ולהם דחף גבוה ביותר ה”נושמים” חמצן אטמוספרי, שיכולים “לשנות את עורם” ולהפוך למנועים רקטיים המשתמשים בחמצן נוזלי.
תהליך זה הוא הפיך וכך, בבוא סקיילון לנחות בשדה תעופה, הוא לא יגלוש נטול הנעה אל הקרקע (כדרך מעבורות החלל של ארצות-הברית), אלא ישתמש בהנעה סילונית. המנוע הייחודי של סקיילון משתמש בטכנולוגיה הנקראת מעגל משולב, ובה האוויר המוזן לתוכו עובר קירור ניכר ביותר והופך לנוזל, ומעורבב עם המימן הנוזלי שמשמש לו דלק.
המנוע מכונה SABRE (ראשי תיבות של Synergistic Air Breathing Rocket Engine) והוא פיתוח מתקדם של מנוע שהגו מהנדסים בריטיםבשנות השמונים של המאה ה-20, הנקרא LACE (ראשי תיבות של Liquid Air Cycled Engine). את פיתוח המנוע של סקיילון מתקצבת, בחלקו הגדול, סוכנות החלל האירופית, אף שמיזם סקיילון אינו חלק מפעולותיה.
מנועי הסילון הייחודיים של סקיילון שורפים כאמור מימן נוזלי. מנועים אלה יכולים לשנות את אופן פעולתם בעת הטיסה; כונסי האוויר הגדולים של הכלי ייסגרו ומערכת אספקת חמצן נוזלי תתחיל להזרים אותו אל תא השרפה באופן הדומה למנוע רקטי קריוגני רגיל (מנוע קריוגני הוא מנוע הפועל באמצעות דלקים נוזליים קרים ביותר – בטמפרטורות הקרובות למינוס 200 מעלות צלזיוס).
האתגר הטכני הגדול ביותר של תכנון המנוע הוא בהפעלתו כמנוע סילוני, ולא כמנוע רקטי. יש צורך במערכות קירור אדירות ממדים הפועלות בעוצמה רבה כדי להפוך אוויר בטמפרטורה גבוהה ביותר (האוויר שהמנוע יונק בעת טיסה במהירויות של מעל חמישה מאך) לאוויר קר מאוד. עד עתה הודגמה פעולת מערכות הקירור באופן ניסיוני ובקנה מידה קטן. המַעבר למנוע פועל בגודל המלא יצריך משאבים רבים וניסויים נוספים.
יישומים נוספים
אנשי החברה המפתחת את סקיילון הציגו באתר האינטרנט שלהם, כמו גם בכנסים מדעיים ברחבי העולם, את האפשרות לבנות בעתיד מטוס נוסעים גדול מידות שישתמש בטכנולוגיות המנוע הייחודי של סקיילון. מטוס זה יגמד את גדול מטוסי הנוסעים היום, האיירבאס A-380, ואם ייבנה אי פעם יצריך שינויים תשתיתיים רבים בנמלי תעופה שירצו ליהנות משירותיו.
בינתיים חלום מטוס הנוסעים החללי העתידי נמצא במרחק כה רב מהגשמתו, עד כי נדמה שהוא שרוי באופק המדע הבדיוני. יש לזכור כי גם המימון הדרוש להשלמת דגם טס של סקיילון עדיין לא הושג.
לאתר של החברה המפתחת את סקיילון
המדריך למשתמש בסקיילון
הכותב הוא ראש המרכז לחקר החלל, מכון פישר למחקר אסטרטגי אוויר וחלל, ויו”ר אגודת החלל הישראלית
14 תגובות
Spaceshiptwo ממריא בשדה על מטוס ומשתחרר בגובה 12 ק”מ, spaceshipthree מתוכנן להינשא על ידי המטוס הגדול ביותר שאי פעם נבנה, בעל יכולת מטען של עד 100 טון, אני חושב שהבריטים לא מעודכנים במה עוסקים בשדה החלל האזרחי האמריקאי
🙂
עד כמה שידוע לי ה SpaceShipTwo משתגרת לחלל מהאויר ולא מהקרקע,
האם עלות השיגור שלה נחשבת לגבוהה?
העיקר כאן הוא להמשיך ולהשקיע תקציבים, השאיפה לחלל היא חלק ממחקר ופיתוח בנושאים ומדעיים.
זאת צריכה להיות מגמה עולמית.
גם בארץ צריך להשקיע בנושאים האלה, גם אם הם לא קשורים בצורה ישירה לביטחון אלא רק למדע טהור…
כמובן שלא צריך לשכוח גם את אלו שנהרגו בנחיתה כמו אם אני לא טועה ארבעה קוסמונאוטים רוסיים בשנות השבעים (שלושה בטיסה אחת ועוד אחד בטיסה אחרת), ואסון קולומביה.
באפריל 1967 נהרג הקוסמונאוט ולדימיר מיכאלוביץ’ קומרוב, לאחר שלא הצליח לפתוח את מצנח החירום שלו בעת נחיתת החללית. ביוני1971 נהרגו שלושה קוסמונאוטים רוסים נוספים, כאשר החללית בה טסו לחלל חזרה אל כדור הארץ.
אבי, צריך לשכלל את 10 האנשים ביחס לכמה אנשים שוגרו לחלל. לפי ויקיפדיה, כמות האנשים ששוגרו לחלל (או חוו שיגור שמהווה את אותו סיכון) הוא 523. מתוכם 10 נהרגו. מדובר ב-1.9 אחוז מהאנשים.
צריך לחשב את האחוז הזה בכמות האנשים שנהרגו ב-נסיעה ברכב, נסיעה ברכבות, טיסה במטוס וטיסה בכדור פורח כדי לדעת כמה מסוכן לטוס לחלל.
אולם גם כאן זה לא מדוייק, היות וצריך לחשב גם את כמות הכסף שהושקע בבטיחות בדרכים, בטיחות רכב ובטיחות טיסה. וכל זה, במהלך 50 השנים האחרונות.
אבי,
אז נתחיל מלווינים קטנים ונתקדם משם.
לא בטוח שהבנתי את ההשוואה למספר מקרי המוות מעישון. אני מנסה להשוות מחירי שיגור בין קרקע לאוויר, חיי אנוש הוא רק אחד הגורמים.
יקר מדי ללווין גדול ובוודאי לטיסה מאויישת. עדיין סביר ונשקל ללווינים קטנים.
מלבד זאת עשרה אנשים זה מספר שקטן ממספר האנשים שמתים כל שניה מעישון.
טל,
אפילו אסון אחד הוא יותר מדי. הצ’לנגר ב-1986 ואפולו 1 ב-1967 גבו עשרה הרוגים. בתולדות משגר הלוויינים בקזחסטן אמנם לא ידוע על אסונות בנפש, אך נרשמו תקלות רבות שעלו הון עתק.
מדבריו של אבי משתמע כי שיגור באמצעות מטוס הוא אמנם יקר אך אפשרי, אז הרי לנו אתגר.
מה בדבר שיגור מהסטרטוספירה, בגובה של 50 ק”מ מעל כדור הארץ, כשרוב האטמוספירה כבר לא קיימת?
ניתן כבר היום לבנות בלוני מזג אוויר שמגיעים לגבהים הללו, אני בטוח שאם יושקעו כמה מיליארדים בפיתוח של ספינות אוויר שיגיעו לגובה הזה הדבר יפתר תוך גג עשר שנים. ניתן אפילו לבנות תחנה סטרטוספירית לשיגור, או מעין נושאת משגרים מעופפת שתשאר בגובה הזה חודשים ושנים. ניתן אף יהיה לעגון אותה או להזיז אותה לאזור קו המשווה או למקומות אחרים וגם ככה תהיה מעל גובה של רוב מזג האוויר.
על נושא זה פרסמתי מאמר ב-2004.. שם המאמר “מעבורות לירח”.
https://www.hayadan.org.il/shuttle-to-the-moon-15090/
אוסיף על דבריו של טל כי שיגור מהאוויר רלוונטי, אף כי יקר וכנראה לא מעשי אלא לצרכים צבאיים שבהם צריך להוציא מיד לווין ריגול לחלל ואין זמן להכנות לשיגורו. גם בחיל האוויר שלנו מדברים כמה שנים על שיגור לווינים מהחלל וגם רפא”ל מתפתח משגר כזה.
יובל, ההיסטוריה של מסעות האדם לחלל ממש לא “מלאה” סיפורי אסונות כדבריך. נשיאה של משגר לחלל באמצעות מטוס נידונה כבר עשרות רבות של שנים, ומיזמים רבים החלו דרכם בקול תרועה רמה ונדמו בשל סיבות כלכליות או טכנולוגיות.
גובה שחרור של משגר נישא לאוויר יהיה כעשרה ק”מ והמהירות 0.8 מאך – לא הייתי מגדיר תנאים אלה כ”גובה ומהירות רבים”.
בינתיים, עד שזה יהיה ישים, מדוע שלא נשתמש במטוסים גדולים כמשגרים?
שיטת השיגור הנוכחית איננה בטוחה, וההיסטוריה הקצרה של מסעות האדם בחלל מלאה סיפורי אסונות שארעו עוד על הקרקע או בתוך תחומי האטמוספירה. התעופה הקונבנציונלית הינה מפותחת, מתקדמת ובטוחה לאין ערוך יותר. מטוס מטעו גדול יכול לשאת מעבורת על גבו ולתת לה תנאי התחלה טובים בגובה ומהירות רבים.
הבעיה שהצעתי זו אינה פותרת היא הבטיחות הנמוכה בעת שיבת המעבורת אל האטמוספירה. אך לזה יפה דיון מורחב במקום אחר.