עם ז'ול ורן – לחלל!

חללית אספקה אירופית חדשה תצא לדרכה בראשית 2008

טל ענבר. פורסם בגלילאו, גליון 108, אוגוסט 2007



בראשית חודש יולי 2007 נערך בצרפת טקס פרידה מז'ול ורן. לא, אין הכוונה לסופר הצרפתי וחלוץ סוגת המדע הבדיוני, אלא לחללית אספקה מתקדמת הנושאת את שמו. החללית, פרי תכנונה של סוכנות החלל האירופית (ESA), קרויה ATV (Automated Transfer Vehicle), והיא מיועדת לטיסות מכדור-הארץ למסלול נמוך בחלל, לשם העברת אספקה וציוד לתחנת החלל הבינלאומית.

חללית אספקה ייחודית זו צפויה לטוס לחלל על גבי המשגר (הטיל) האירופי הכבד אריאן 5 (Ariane 5), שימריא מבסיס החלל האירופי בקורו (Kourou), גויאנה הצרפתית (French Guiana) שבדרום אמריקה. חללית זו, שבנייתה הסתיימה לאחרונה במתקני תאגיד החלל האירופי EADS, היא תוצר של כעשר שנות עבודה והשקעות עתק.

מלבד השימוש העתידי כ”משאית חלל”, מצטיינת החללית האירופית החדישה בטכנולוגיות מתקדמות ביותר, המאפשרות לה ניווט עצמאי בחלל, איתור היעד למפגש וביצוע התמרונים הנדרשים לשם התקרבות ועגינה לתחנת החלל הבינלאומית. החללית הראשונה נשלחה לדרכה באמצעי תחבורה ארצי עתיק-יומין – אנייה. לאחר הפלגה של כשבוע, תעגון האנייה בנמל של קורו. תהליך ההכנה לשיגור צפוי להימשך כ-18 שבועות מרגע הגעתה למתקן. מועד השיגור המתוכנן של החללית ז'ול ורן הוא ינואר 2008 (תאריך זה עשוי להשתנות – כבר כיום יש פיגור ניכר בלוח הזמנים של הפרויקט).

על פי התכנון, תעביר החללית אל תחנת החלל הבינלאומית 7,500 ק”ג של אספקה (מזון, מים, ביגוד, ציוד מדעי, דלק למנועי התמרון של התחנה, חלקי חילוף וכיו”ב), והתכנית הנוכחית של השותפים בתחנה היא לשגר חללית מסוג זה אחת לשנה. בשלב זה, מתכוונת סוכנות החלל האירופית לבנות לפחות 7 חלליות מסוג זה.

ז'ול ורן – נתונים טכניים

• אורך: 10.3 מטרים
• קוטר: 4.5 מטרים
• מסה בשיגור: 20 טון
• יכולת נשיאת מטען לתחנת החלל (מתוך כלל המסה בשיגור): 7.5 טון
• יכולת שהייה בחלל: 6 חודשים
• נפח מדוחס: 48 מטרים מעוקבים
• מספר מנועי תמרון: 32

כמות הדלק הגדולה של החללית מאפשרת לה לסייע בתמרונים שונים שתחנת החלל הבינלאומית נדרשת לבצע מעת לעת – במיוחד להגביה את מסלולה. תחנת החלל הבינלאומית מקיפה את כדור-הארץ בגובה של כ-400 ק”מ, שבו קיימים עדיין שרידים קלושים של אטמוספרה. בתנועתה המהירה (כמעט 8 קילומטרים בשנייה) פוגעת התחנה במולקולות האוויר המועטות, ובמשך הזמן נוצר גרר, הגורם להאטת תחנת החלל. אם בעיה זו לא תטופל, מהירות התחנה תרד עד כדי כך שלא תישאר במסלול סביב כדור-הארץ. על מנת למנוע מצב זה, תחנת החלל הבינלאומית מצוידת בשורה של מנועי תמרון, המופעלים באופן אוטומטי על-ידי מחשבי התחנה. מובן שיש צורך להעלות למנועים אלה דלק מעת לעת, וזוהי אחת ממשימותיה של החללית האירופית החדשה. תמרונים נוספים שתחנת החלל הבינלאומית מבצעת בעת הצורך נועדו להתחמקות מפסולת חלל.

כאשר תתחבר ז'ול ורן לתחנת החלל, כל התמרונים הנדרשים לתחנה יוכלו להתבצע בעזרת חללית זו, והעומס על מערכות התמרון האחרות של התחנה – ירד. החללית ז'ול ורן תקבל את הנתונים הדרושים לביצוע תיקוני מסלול ממחשב התחנה. אף שיש לה מדידים (אמצעי חישה) מתאימים, בשלב זה לא מתכוונים לסמוך על יכולתה לחוש את מיקום תחנת החלל כולה ולהסתמך על חישה זו לביצוע התמרונים. יחד עם זאת, יכולת זו יכולה להוות גיבוי בעת תקלה במערכות תחנת החלל.

אוטונומיה בחלל

אחד האתגרים הגדולים שעמם התמודדו מתכנני החללית ז'ול ורן קשור במערכות השליטה והבקרה שהותקנו בה. מלכתחילה שאפו המהנדסים לבנות חללית אוטונומית במידה רבה, כלומר חללית שתדע למצוא את נתיבה בחלל אל יעדה, ותוכל למדוד את מרחקה אל תחנת החלל ולבצע את הפעולות הנדרשות לשם עגינה בלא התערבות בקר אנושי. בתחום זה, של חלליות אספקה אוטומטיות, היו הרוסים חלוצים, עוד בשנות השבעים של המאה ה-20. אך בשונה מהחלליות הרוסיות (הנמצאות בשימוש עד ימינו), החללית ז'ול ורן מצוידת במערכות לייזר למדידות טווח, המאפשרות דיוק חסר תקדים בתמרוני מפגש ועגינה בחלל.

הנחיית החללית אל תחנת החלל הבינלאומית תעשה שימוש במגוון טכניקות ניווט, ובהן מערכת הניווט הלוויינית GPS (ובעתיד, עם השלמתה, גם במערכת הניווט האירופית “גליליאו”), מד-טווח מכ”מי ושורה של מדי-טווח מבוססי לייזר. התמרונים האחרונים לקראת העגינה העצמאית לתחנת החלל הבינלאומית יסתייעו במערכות לייזר למדידת מרחקים קטנים – עד כדי חלקי מילימטר!

יחידה מדוחסת



בחללית ז'ול ורן תא מדוחס המכיל אוויר בלחץ השורר בתחנת החלל הבינלאומית. תא זה יכול לשמש כמעבדה והרחבה לתחנת החלל הבינלאומית. מכלולים דומים לחללית זו הציעה סוכנות החלל האירופית בשנות השמונים של המאה ה-20 – יחידת מגורים ועבודה שכונתה “קולומבוס” – אך תכניות אלו לא יצאו אל הפועל. בניגוד לתא המדוחס הקטן של החלליות הרוסיות מסדרת “פרוגרס”, אשר אינו משמש למגורים או לעבודה, המרחב של החללית ז'ול ורן הופך אותה לאלטרנטיבה זולה יחסית להרחבת הנפח התפקודי של תחנת החלל.

מהנדסי סוכנות החלל האירופית דאגו לתכנון מודולרי גמיש – את החללית ניתן לעצב על פי דרישה בזמן קצר יחסית. כך, למשל, אם נדרש מכלול מעבדה חדש בתחום מסוים, ניתן לשגרו לחלל תוך חודשים ספורים, בניגוד לפרק הזמן המקובל לפיתוח מכלול תקני לתחנת החלל – שנים ארוכות. חללית מסוג ז'ול ורן מסוגלת לתפקד כמכלול ארעי של תחנת החלל הבינלאומית לתקופות של עד שישה חודשים.

איך “מורידים את הזבל” בחלל?

לאחר שתרוקן החללית ז'ול ורן מהאספקה שתביא לתחנת החלל הבינלאומית, נותר לה שימוש נוסף, והוא פינוי פסולת. את הפסולת המצטברת בתחנת החלל (שאריות מזון, בגדים מלוכלכים, ציוד מקולקל ומיותר ואף פסולת מביוב תחנת החלל) אי-אפשר לזרוק פשוט אל מחוץ לחללית, כדי שלא תהפוך לפסולת חלל שתסכן לוויינים במסלול. לפיכך יש לפנותה, וז'ול ורן מתאימה גם לצורך זה. לאחר שכל נפחה ימולא אשפה, היא תשוחרר מתחנת העגינה שלה בתחנת החלל ותחל בסדרת תמרונים ממונעים שמטרתם לגרום לחללית לאבד גובה ולהיכנס לאטמוספרת כדור-הארץ במסלול כזה שיגרום לשרפתה המלאה. ליתר ביטחון, יבוצע תמרון הכניסה לאטמוספרה מעל האוקיינוס השקט, למקרה ששברים אחדים יגיעו לקרקע.

יצוין כי הראשונים שעשו שימוש בחללית מטען לסילוק פסולת מהחלל היו הסובייטים, והם עשו זאת באמצעות חלליות האספקה פרוגרס. גם בתחנת החלל הבינלאומית נעשה שימוש בחלליות פרוגרס לסילוק אשפה, אולם נפח החללית הזמין לאחסון פסולת קטן בהרבה מזה שיהיה בחלליות מטיפוס ז'ול ורן. בתוך חללית מסוג זה ניתן לאחסן עד 6,500 ק”ג פסולת – כמות גדולה מאוד יחסית לאמצעים הקיימים היום (המסתמכים על החלליות מסוג פרוגרס ועל מעבורת החלל האמריקנית). נציין כי בתחנת החלל הבינלאומית מצטברת פסולת רבה, הגורמת חוסר נוחות רב לצוות האסטרונאוטים – הפסולת מאוחסנת ביחידות עבודה ומגורים, ומצמצמת באופן משמעותי את מרחב המחיה של הצוות.

תאימות למשגרים נוספים

בהרצאות שניתנו במסגרת קונגרס החלל העולמי של 2006, שנערך בוולנסיה, ספרד, הציגו דוברים מטעם סוכנות החלל היפנית מחקרי היתכנות לשיגור חללית האספקה היפנית, הדומה במידה רבה לחללית האירופית ז'ול ורן. היפנים מתכננים לשגר לחלל את חללית המטען שלהם על גבי המשגר היפני H II A, אך עבודות התאמה שונות יאפשרו לשגרה לחלל גם על גבי המשגר האירופי אריאן 5 והמשגר האמריקני דלתא 4.

בשלב זה אין ידיעה על כוונה דומה של אירופה, להתאים את החללית ז'ול ורן לשיגור באמצעות משגרים אחרים זולת אריאן 5. יודגש, יחד עם זאת, כי נתוני המשקל והגודל מאפשרים שיגור החללית האירופית הן במשגר היפני והן במשגר האמריקני, תוך התאמות ובדיקות פשוטות ומהירות יחסית. יהיה מעניין לעקוב אחר ההתפתחויות בנושא, ולראות אם תאגיד EADS וסוכנות החלל האירופית ילכו בדרכה של סוכנות החלל היפנית, וייהנו מגמישות תפעולית בשיגור החללית בכמה דגמי משגרים.

המשגר לחללית: אריאן 5

החללית ז'ול ורן תשוגר, כאמור, לחלל בחרטומו של המשגר האירופי הכבד אריאן 5, בדגם מִשנה שלו שפותח והותאם עבורה. המשגר אריאן 5 פותח במשך יותר מעשור, ונועד להחליף את המשגר האירופי אריאן 4 ולהוות קפיצת מדרגה מבחינת המשקל המשוגר, האמינות והפשטות. את המשגר פיתחו חברות אירופיות, בעיקר חברות מצרפת, ובראשן חברת ארוספסיאל (Aerospeciale).

שיגור הבכורה של המשגר אריאן 5 נערך בפברואר 1996, והסתיים בכישלון, שנבע מבאג בתוכנת ההנחיה של המשגר. ואולם, המשגר הפך עם השנים ל”סוס העבודה” של עולם החלל, והוא משגר לווייני תקשורת רבים למסלול גאו-סינכרוני. יצוין כי עד כה לא השתמשו במשגר זה לשיגור מטעד למסלול נמוך, הנדרש לחללית ז'ול ורן. לשם משימותיה הותאם ופותח דגם מיוחד של אריאן 5, המכונה “אריאן 5 ATV ES”.

המשגר אריאן 5 מורכב משלושה חלקים עיקריים:

• השלב הראשון: מוּנע בדלק נוזלי (מימן נוזלי וחמצן נוזלי)
• שני מאיצים רקטיים, המונעים בדלק מוצק
• שלב שני, מונע בדלק נוזלי (מימן נוזלי וחמצן נוזלי)

פיתוח הדגם לשיגור למסלול נמוך יכול לפתוח אפשרויות מגוונות לשיגור לווייני מחקר, חלליות לכוכבי-לכת אחרים ועוד. משגר אריאן 5 מסוג זה יוכל לשגר גם רכיבים לתחנת חלל עתידית של אירופה (לעידן שלאחר סיום פעולת תחנת החלל הבינלאומית – המועד הרשמי לסיום המיזם הוא 2030, אולם גורמים מרכזיים בסוכנויות חלל שונות מציינים כי ארצות-הברית שוקלת לפרוש מהתחנה בשנת 2014-2016), או אפילו למשימות חלל מאוישות לירח, שגם עליהן מדובר ברמז במסדרונות סוכנות החלל האירופית, לשנים 2020-2025.

מקורות ומידע נוסף

• אתר סוכנות החלל האירופי המוקדש לחללית ז'ול ורן
• גלריית תמונות של החללית ז'ול ורן
• משימת ז'ול ורן בתצלומים ובאיורים