הפנייה הבאה: מאדים / דיימון לנדאו ונתן ג’ סטריינג’

אימוץ רעיונות ממשימות סיור בין-פלנטריות רובוטיות יאפשר לשלוח אסטרונאוטים לאסטרואידים ולמאדים בזול ובמהירות במסגרת תכנית חלל מאוישת

* הדעות המוצגות במאמר הן של המחברים, ולא של נאס”א או JPL.

באוקטובר 2009 החלטנו, קבוצה קטנה של “גיקים” המתעניינים בחקר רובוטי של החלל, להעז ולהגיח מאזור הנוחות שלנו ולפתוח בסיעור מוחות כדי למצוא גישות חדשות להטסת אנשים לחלל. התעוררנו לפעולה לאחר שוועדת אוגוסטין, פאנל של מומחים מן השורה הראשונה שמינה הנשיא ברק אובמה בתחילת 2011 כדי לבחון את תכנית מעבורת החלל ואת היורשת שלה, הטילה ספק בעתידה של תכנית החלל המאוישת של ארה”ב. מכיוון שיש לנו ניסיון בתכנית החקר הרובוטי המלהיבה של ארה”ב, שבזכותה הצליחה האנושות להגיע מכוכב הלכת מרקורי ועד פאתי מערכת השמש, תהינו אם נוכל למצוא פתרונות טכניים לכמה מן האתגרים הפוליטיים והתקציביים של נאס”א.

הרעיונות זרמו כמים: שימוש במנועים יוניים כדי להטיס רכיבים לבניית בסיס על הירח; שליחת קרני אנרגיה שיניעו רכבי שטח רובוטיים על פני פובוס, אחד הירחים של מאדים; מנועי פלזמה בעלי הספק גבוה שיוצמדו לתחנת החלל הבין-לאומית (ISS) כדי להעביר אותה למסלול סביב מאדים; הצבה מראש של מאיצים רקטיים לאורך מסלול בין-פלנטרי כך שאסטרונאוטים יוכלו לאסוף אותם בדרך; שימוש בתאי סיור כמו בסרט “2001: אודיסיאה בחלל” במקום בחליפות חלל; אי שיגור אסטרונאוטים לאסטרואיד, אלא הבאת אסטרואיד (קטן מאוד) אל האסטרונאוטים שבתחנת החלל. אחרי טחינת מספרים, גילינו שהינע חשמלי – באמצעות מנוע יוני או טכנולוגיות דומות – יוכל להפחית בשיעור ניכר את מסת השיגור הנדרשת במשימות מאוישות לאסטרואידים ולמאדים.

הרגשנו כאילו חזרנו לנאס”א של שנות ה-60, רק בלי עשן הסיגריות. דיברנו על מה שאנחנו מסוגלים לעשות והתרחקנו מהתבוססות במה שאיננו מסוגלים לעשות. לאחר הניתוח הראשוני שערכנו, בנינו סמינר קצר שהעברנו בהפסקות הצהריים לעמיתינו במעבדת ההינע הסילוני של נאס”א (JPL), ובו שזרנו יחדיו את הרעיונות ואת החישובים שלנו. במהלך האביב והקיץ שבאו לאחר מכן נפגשנו עם מהנדסים ומדענים אחרים שהביעו עניין בגישה שלנו ונתנו לנו רעיונות כיצד לשפר אותה. למדנו על ניסויים שעורכים אנשים בנאס”א ומחוצה לה: ממבחנים של מנועים חשמליים רבי עוצמה ועד דגמים של מערכים סולריים קלי משקל בעלי יעילות גבוהה. הדיונים שלנו הלכו והסתעפו והיו לחלק מפֶּרֶץ גדול יותר של חשיבה יצירתית שהתפשט ברחבי סוכנות החלל ותעשיית התעופה.

נכון לעכשיו שילבנו את ההצעות המבטיחות ביותר עם אסטרטגיות בדוקות ומנוסות ופיתחנו תכנית לשיגור אסטרונאוטים לאסטרואיד 2008 EV5 הסמוך לכדור הארץ כבר בשנת 2024, בתור הכנה למטרה הסופית: נחיתה על מאדים. הגישה הזאת תוכננה כך שתתאים לתקציב הנוכחי של נאס”א, וחשוב מכול, היא מפרקת את המשימה הכללית לסדרה של נקודות ציון הדרגתיות, כך שתהיה לסוכנות החלל גמישות שתאפשר לה להאיץ את התכנית או להאט אותה בהתאם למימון. בקצרה, המטרה היא ליישם לקחים שנלמדו מתכנית המחקר המדעי הרובוטי כדי לחדש את הסיורים המאוישים.

צעדים קטנים יוצרים צעד גדול

הדוח של ועדת אוגוסטין הצית מלחמה פוליטית אדירה, ששיאה היה בהחלטה להעביר חלק ניכר מן המשימה לשיגור אסטרונאוטים למסלול ולמסור אותו לחברות פרטיות. נאס”א יכולה כעת להתמקד בטכנולוגיות שיכולות לחולל שינוי ולקדם את משימות החקר המאוישות לגבולות חדשים. אבל כיצד תוכל הסוכנות להתקדם בלי התמיכה הפוליטית והמשאבים שעמדו לרשותה בימי הזוהר של משימות “אפולו” לנחיתה על הירח?

הגישה המקובלת למשימות חקר רובוטיות היא הדרגתית: פיתוח של תיק טכנולוגיות שמאפשר הוצאה לפועל של משימות שאפתניות יותר ויותר. במקום להסתמך על מסלול פיתוח של “הכול או לא כלום” לקראת מטרה יחידה, תכנית הסיור הרובוטי משתמשת בשילובים חדשניים של טכנולוגיות כדי להשיג מגוון של מטרות. אין ספק, אמנם, שהתכנית הרובוטית לקתה בטעויות ונתקלה בבעיות יעילות משלה; שום דבר אינו מושלם. אבל לפחות היא אינה עוצרת בחריקת בלמים כשמתחלפות הרוחות בממשל או כשהחדשנות הטכנולוגית מתחילה לקרטע. התכנית המאוישת יכולה ללמוד מן האסטרטגיה הזאת. אין היא צריכה לפתוח ב”צעד גדול” כמו שהיה בתכנית אפולו. היא יכולה להשיק סדרה של צעדים צנועים, שכל אחד מהם בנוי על קודמו.

יש הסבורים שייתכן שהלקח האמיתי ממשימות החקר הרובוטיות הוא שלא כדאי לשגר אנשים בכלל. אם המטרה היחידה של נאס”א היא תגליות מדעיות, אין ספק שחלליות רובוטיות יהיו זולות יותר וכרוכות בסיכון נמוך יותר. אבל נאס”א נושאת על כתפיה יותר ממדע גרידא; המדע הוא רק היבט אחד של דחף אנושי רחב יותר, הדחף לחקור. משימות החקר בחלל מושכות כל כך בגלל התשוקה שיום יבוא וגם האדם הפשוט יוכל לחוות זאת באופן בלתי אמצעי. חלליות רובוטיות הן רק הגל הראשון של סיור במערכת השמש. משימות מאוישות במימון ממשלתי יהיו הגל השני. והגל השלישי יכלול אזרחים פרטיים שיצאו לתור אחר הרפתקאות ורווחים בחלל. השקעות העבר של נאס”א פיתחו את הטכנולוגיות המתדלקות את מירוץ החלל המסחרי של ימינו, הכולל כמוסות המשוגרות לתחנת החלל ומטוסי חלל (spaceplane) החולפים כחץ מעל מדבר מוהאבי. כעת נאס”א יכולה לפתח את הטכנולוגיה שאנו זקוקים לה כדי לפרוץ הלאה.

מילת המפתח: גמישות

שלושה עקרונות בסיסיים ניצבים בתשתית הדרך שהמלצנו עליה. העיקרון הראשון הוא גישת ה”מסלול הגמיש” שדגלה בה ועדת אוגוסטין והתקבלה על ידי הנשיא אובמה והקונגרס. במקום ההתעקשות הישנה על מסלול קבוע מכדור הארץ לירח ואז למאדים, האסטרטגיה החדשה מציעה מבחר רחב של יעדים אפשריים. עלינו להתחיל ביעדים סמוכים, כמו למשל נקודות לגראנז’ (מקומות בחלל שבהם תנועה של עצם מתאזנת עם כוחות הכבידה) או אסטרואידים הסמוכים לכדור הארץ.

המסלול הגמיש קורא לנו לפתח טכנולוגיות התניידות חדשות, בפרט הינע חשמלי. אנחנו מציעים להשתמש במנועי פלזמה (סוג של מנוע יוני, המכונה גם מנוע אפקט הול) שהאנרגיה שלהם מגיעה מלוחות סולריים. מערכת דומה הניעה את החללית “דון” (Dawn) במסעה אל האסטרואיד הענק וֶסְטָה, והיא שתישא אותה הלאה ב-2015 אל כוכב הלכת הננסי קֶרֶס. רקטות מסורתיות המבוססות על הנעה כימית מפיקות פרץ גז רב עוצמה אבל קצר, ואילו מנועים חשמליים יורים זרם עדין אך קבוע של חלקיקים. בזכות האנרגיה החשמלית המנועים האלה יעילים יותר, ולכן הם משתמשים בפחות דלק (כמו מכונית טויטה פריוס, רק בחלל). המחיר של היעילות המוגברת הזאת הוא דחף נמוך יותר, ולכן ייתכן שכמה משימות יארכו יותר זמן. טעות נפוצה גורסת שהינע חשמלי הוא אטי מדי עבור טיסת חלל מאוישת, אבל יש דרכים לעקוף זאת. הרעיון שעלה במפגש סיעור המוחות הראשון שלנו היה להשתמש בכעין סירות גרר רובוטיות בעלות הינע חשמלי, שיגררו מאיצים רקטיים כימיים לנקודות מפתח במסלול, כמו שביל של פירורי לחם; ברגע שיונח השביל, האסטרונאוטים יוכלו לצאת לדרך ולאסוף את המאיצים בדרכם. באופן הזה, המשימות יזכו ביעילות הדלק של הינע חשמלי בלי לאבד את יתרון המהירות של ההנעה הכימית.

השיקול המכריע הוא שהינע חשמלי חוסך כסף. בגלל שהחללית אינה צריכה להעמיס על עצמה חומר הדף רב כל כך, מסת השיגור הכוללת שלה צונחת בשיעור של 40% עד 60%. בקירוב ראשון, מחירה של משימת חלל עולה ביחס ישר למסת השיגור, ולכן דיאטה שתקטין את המסה פי שניים תקצץ את המחיר בשיעור דומה.

חובבי חלל רבים תוהים מדוע לטרוח לבקר באסטרואיד כשמאדים הוא היעד המועדף על הכול. אבל למעשה, אסטרואידים הם המטרה המושלמת להתקרבות הדרגתית לקראת הגעה למאדים. החלל שבין כדור הארץ ובין מאדים זרוע באלפי אסטרואידים, שיכולים לשמש כאבני דרך, פשוטו כמשמעו, לעבר החלל העמוק יותר. הכבידה של האסטרואידים חלשה, ולכן נחיתה על אחד מהם דורשת פחות אנרגיה מהגעה אל פני הירח או מאדים. תכנון מסע בין-פלנטרי ארוך, שאמור להימשך בין שישה ל-18 חודשים, קשה דיו גם בלי שנצטרך לפתח כלי רכב מסובכים לצורך נחיתה והמראה מחודשת. משימות לאסטרואידים מאפשרות לנו להתמקד בבעיה שלהערכתנו היא המורכבת ביותר (ועדיין בלתי פתורה) שתעמוד בכל מקרה בפני האנשים שירהיבו עוז להפליג הרחק מכדור הארץ: ללמוד כיצד להגן על אסטרונאוטים מן ההשפעות המזיקות של חוסר כבידה ושל הקרינה בחלל. אם נאס”א תצבור ניסיון בהתמודדות עם סכנות החלל העמוק, היא תהיה בעמדה טובה יותר כשתיגש לתכנן כלי רכב למשימות על פני השטח של מאדים.

קיימים כמה אסטרואידים בעלי עניין מדעי שאסטרונאוטים יוכלו לבקר בהם בזמני טיסה שינועו בין שישה חודשים לבין שנה וחצי, בעזרת מערכת הינע חשמלית בהספק של 200 קילו-ואט (ק”ו), התקדמות מתקבלת על הדעת בהשוואה ליכולת הנוכחית שלנו: כיום מותקנים על תחנת החלל הבין-לאומית מערכים סולריים שמספקים לה 260 ק”ו. משימה כזאת תשבור את מחסום החלל העמוק, ועם זאת תצעיד אותנו צעד מכריע לקראת מסע למאדים, שידרוש טיסות שייארכו בין שנתיים לשלוש ומערכות של 600 ק”ו.

עקרון היסוד השני של התכנית שלנו גורס שנאס”א אינה צריכה להמציא מערכות חדשות לגמרי בשביל כל דבר, כפי שעשתה בשנות ה-60. אמנם יש מערכות, בייחוד הגנה מפני חוסר כבידה ומפני קרינה של החלל העמוק, שידרשו מחקר חדש. אבל את כל השאר נוכל לבנות מתוך נכסי המסע בחלל שכבר בידינו. את רכב החלל העמוק אפשר לבנות באמצעות שילוב של כמה רכיבים שתוכננו במיוחד למטרות מסוימות. לדוגמה, את המבנה, המערכים הסולריים ומערכות התמיכה בחיים, נוכל לאמץ מתוך דגמים ששובצו בתחנת החלל. מלבד זאת, מצויות חברות פרטיות רבות וגם סוכנויות חלל של מדינות אחרות שהתמחו בתחומים האלה, ונאס”א תוכל ללמוד מהן.

העיקרון השלישי הוא בניית תכנית שלא תאבד את התנופה גם אם רכיב אחד ייתקל בבעיות או בעיכובים. את העיקרון הזה יש ליישם על הרכיב השנוי ביותר במחלוקת של מדיניות החלל שאימץ הקונגרס: כלי השיגור שייקח את הצוות ואת רכבי הסיור מכדור הארץ ויישא אותם מעלה למסלול. הקונגרס הנחה את נאס”א לבנות רקטת משא-כבד חדשה, המכונה מערכת השיגור לחלל (Space Launch System, SLS). כפי שהודיעה נאס”א בספטמבר 2011, היא מתכננת לפתח את הרקטה הזאת בשלבים: בהתחלה תהיה לה כמחצית הקיבולת של המשגר סטורן 5, ששימש את נאס”א בתכנית אפולו, והיא תעלה בהדרגה עד שתגיע בדיוק מעבר ליכולת השיגור המלאה שלו. משגר ה-SLS הראשון, יחד עם התא המאויש “אוריון” המצוי כעת בפיתוח, יוכלו להוציא אסטרונאוטים למסע של שלושה שבועות למסלול סביב הירח ולנקודות לגראנז’, אבל לא יוכל לקחת אותם רחוק יותר בלי פיתוח של מערכת חדשה.

למרבה המזל, המסעות לחלל העמוק אינם צריכים להמתין עד השלמת ה-SLS. אפשר להתחיל בהכנות כבר עכשיו ולפתח את מערכות התמיכה בחיים וההינע החשמלי שנזדקק להן במסעות מעבר לירח. אם נאס”א תיתן עדיפות למערכות האלה, אפילו בשעה שהרקטות החדשות עדיין בשלבי פיתוח, תהיה לה יכולת טובה יותר לשכלל את הפרטים של תכנון ה-SLS כך שיתאים יותר למשימות בחלל העמוק. יש אפילו אפשרות לתכנן את הרכיבים האלה כך שיותאמו למשגרים מסחריים או בין-לאומיים ויורכבו במסלול, בדיוק כמו שנעשה עם תחנת החלל הבין-לאומית ועם תחנת החלל “מיר.” השימוש ברקטות קיימות יסייע לצבור תנופה לקראת חקר החלל העמוק. בעזרת הגמישות שתתאפשר בזכות תיק האפשרויות הזה, תוכל נאס”א לדחוס יותר משימות סיור למגבלות התקציב ההולכות ומחמירות שלה.

המשימה: 2008 EV5

בתכנית שלנו, הרנסנס של נאס”א מתחיל בבניית רכב החלל העמוק – אמצעי התחבורה שיאפשר לאנשים לנסוע בין כוכבי הלכת. הינע יוני באמצעות אנרגיה סולרית ידחוף אותו ויחידת מגורים ניידת חדשה תספק מחסה בטוח הרחק מן הבית. רכב החלל העמוק הבסיסי ביותר יהיה מורכב משתי יחידות שיהיה אפשר להעלות למסלול נמוך סביב כדור הארץ בעזרת שיגור יחיד של הרקטה הקטנה ביותר מבין רקטות ה-SLS החדשות של נאס”א. לחלופין, שלוש רקטות מסחריות זמינות יוכלו לעשות זאת, שתיים עבור חלקי כלי הרכב ואחת עם צידה לדרך.

באופן אירוני, המסע הראשוני הוא המשעמם ביותר. במשך שנתיים תונהג הספינה בשלט רחוק, ללא צוות, לאורך מסלול שבלולי ואטי הלאה מן המסלול הנמוך סביב כדור הארץ, דרך חגורות הקרינה של ואן אלן ועד למסלול גבוה מעל כדור הארץ. המסע הזה אמנם חסכוני מאוד בחומר הדף, אבל ארוך ורדיואקטיבי מדי בשביל אסטרונאוטים. ברגע שתוצב החללית על שפתו החיצונית של בור הכבידה של כדור הארץ יהיה די בעוד דחיפה קלה כדי להביא אותה למסלול בין כוכבי הלכת. בשלב הזה היא יכולה לערוך מטסים על יד הירח ותמרונים אחרים שיאפשרו לעצב מחדש את המסלול כדי שיתאים ליציאה יעילה לחלל. האסטרונאוטים ימריאו מן הקרקע על סיפונו של מאיץ רגיל בעל הנעה כימית.

לצורך טיסת מבחן, יטיסו האסטרונאוטים את כלי הרכב למסלול שכמעט תמיד נשאר מעל הקוטב הדרומי של הירח. משם הם יוכלו לשלוט בצי של סיירות רובוטיות ולחקור את ההרכב של מרבצי קרח עתיקים שבמכתשים האפלים תמידית באגן אייטקן. משימה כזאת מפרקת מסע ארוך טווח לצעדים קטנים, כשכדור הארץ והביטחון שהוא מציע נשארים במרחק של ימים ספורים. לאחר שהצוותים חוזרים לכדור הארץ, רכב החלל העמוק נשאר במסלול גבוה מעל כדור הארץ, ממתין לתדלוק מחדש ולמתיחת פנים לקראת משימת האסטרואיד הראשונה שלו.

חקרנו קשת רחבה של משימות מן הסוג הזה. בכמה מהן יוטסו אסטרונאוטים לעצמים קטנים (ברוחב של פחות מ-100 מטרים) המצויים ממש מעבר לירח ויחזרו לכדור הארץ בתוך פחות משישה חודשים. אחרות, נועזות יותר, יצאו אל עצמים גדולים (ברוחב של יותר מקילומטר) כמעט עד מאדים וחזרה במשך שנתיים. מצד אחד, התמקדות רק במשימה קלה יותר עלולה לשתק את מסעות הסיור בגלל שהיא תבלום את היכולת הטכנולוגית. ומצד אחר, חתירה לביצוע משימה קשה יותר עלולה ליצור עיכוב תמידי בכל משימת סיור בעלת משמעות, מכיוון שהמטרות שהיא תציב יהיו רחוקות מדי מהישג ידינו. התכנית שלנו מספקת רמת ייחוס בין שני הקצוות המנוגדים האלה. מדובר על מסע הלוך ושוב באורך שנה אחת, שישוגר בשנת 2024, וש-30 יום מתוכו יוקדשו לחקר האסטרואיד 2008 EV5. העצם הזה, שאורכו כ-400 מטרים, נראה כמו אסטרואיד מסוג שמעניין מאוד חוקרי כוכבי לכת רבים: אסטרואיד פחמני מסוג C, שריד אפשרי מזמן היווצרותה של מערכת השמש ואולי נציג של המקור הקדום לחומר האורגני שעל כדור הארץ.

הדרך היעילה ביותר להגיע לשם כרוכה בשימוש בשדה הכבידה של כדור הארץ לצורך תחבולה ותיקה המכונה אפקט אוֹבֶּרת (Oberth). תחבולה זו היא היפוכם של תמרוני הכניסה למסלול שמבצעות חלליות רובוטיות דרך שגרה. כדי להתכונן לכך, יציידו בקרי המשימה את רכב החלל העמוק ביחידת רקטות כימיות בעלות דחף גבוה, שתוטס מכדור הארץ על ידי חללית אספקה בעלת הינע חשמלי שתשמש כעין סירת גרר. לאחר שתוצמד היחידה לרכב החלל העמוק והצוות יעלה על סיפונו, הוא יפתח בנפילה חופשית ממקום סמוך לירח כמעט עד לאטמוספרת כדור הארץ כדי לצבור מהירות אדירה. ואז, בדיוק ברגע הנכון, תחל לפעול יחידת הדחף הגבוה והרכב ישתחרר מאחיזתו של כדור הארץ בתוך דקות ספורות. התמרון הזה פועל באופן מיטבי ברגע שבו הכלי נע במהירות שיא סמוך לכדור הארץ, מכיוון שכמות האנרגיה שהחללית צוברת עומדת ביחס ישר למהירות שבה היא כבר נעה. אמנם בדרך כלל מנועים יוניים יעילים יותר מרקטות כימיות, אבל אפקט אוברת הוא היוצא מן הכלל הזה; יש צורך בדחף גבוה ומהיר אם ברצוננו לנצל במלואה את התנופה שמעניקה כבידת כדור הארץ, ורק רקטות בדחף גבוה יכולות לספק זאת. כשמשלבים יחד את המסלול השבלולי בהינע יוני עם אפקט אוֹבֶּרְת בהנעה כימית, אפשר לקצץ את כמות הדלק הנחוצה להימלטות משדה הכבידה של כדור הארץ ב-40%, בהשוואה למערכת המבוססת אך ורק על הנעה כימית.

ברגע שיימלטו האסטרונאוטים ממשיכת כדור הארץ, יוצתו מנועי הפלזמה שידחפו את הכלי בקצב קבוע אל היעד שלו. מנוע יוני מספק דחף מתמשך, ולכן הוא מאפשר גמישות. מתכנני המשימה יכולים לפתח מערכת יציבה של מסלולי נטישה למקרה שתארע תקלה בשלב כלשהו של המשימה. (משימת האסטרואיד הרובוטית היפנית, היאבוסה, הצליחה להתאושש מכמה וכמה תקריות בזכות מנוע היונים שלה.) אם בעיות תקציביות או טכניות ימנעו מאִתנו להכין את רכב החלל העמוק בזמן כדי להגיע לאסטרואיד 2008 EV5, נוכל לבחור יעד אחר. כמו כן, אם ניתקל בקשיים טכניים, נוכל לאלתר. לדוגמה, אם קשה מדי לאחסן בחלל העמוק חומרי הדף בעלי ביצועים גבוהים, נוכל לעבור לחומרי הדף בעלי ביצועים נמוכים ולשכתב את המשימה בהתאם לכך. כל פרט במשימה ניתן לשינוי.

יתרונות תאי הסיור

בתכנית שלנו, לרשות האסטרונאוטים עומד חודש תמים לסיור על האסטרואיד. במקום לעטות חליפות חלל, הם יוכלו להפיק לקחים מתאי הצלילה המשמשים לחקר מעמקי הים ולהשתמש בתאי סיור מיוחדים. באופן עקרוני, חליפות חלל הן פשוט בלונים גדולים, והאסטרונאוט חייב להיאבק ללא הפסק בלחץ האוויר לצורך כל תנועה קטנה, כך שהליכת חלל הופכת לעבודה קשה וטווח הדברים הניתנים לביצוע מצטמצם. לא זו בלבד שתא סיור בעל זרועות פעולה רובוטיות מקל את הבעיה הזאת, אלא הוא אף מספק מקום לאכילה ולמנוחה. בתא כזה האסטרונאוט יוכל להתרוצץ בשטח במשך כמה ימים בכל פעם. נאס”א כבר מפתחת רכב סיור חללי (Space Exploration Vehicle, SEV), שאפשר להשתמש בו כתא סיור על גבי אסטרואידים. בעתיד הרחוק יהיה אפשר להתאים את הדגם הזה ולהפכו לרכב שטח לסיורים על הירח ועל מאדים.

האסטרונאוטים יבצעו סקר מקיף של האסטרואיד, יחפשו מרבצי מינרלים חריגים ומקומות מסקרנים שבהם אפשר לחפש דגימות מן הימים הראשונים של מערכת השמש. נאס”א תרצה לשלוח צוות שחציו אינדיאנה ג’ונס וחציו מונטגומרי סקוט, המהנדס של האנטרפרייז: אסטרונאוטים בעלי הרקע המדעי הנדרש לשם איתור דגימות יקרות החבויות באבק, וגם הרקע ההנדסי הנדרש לשם תיקון תקלות שיארעו בדרך.

עם תום החודש, יהדוף המנוע היוני את רכב החלל העמוק, ינתק אותו מן האסטרואיד וישלח אותו למסלול של שישה חודשים בחזרה הביתה. כמה ימים לפני שיגיע הצוות לכדור הארץ, הם ייכנסו לתוך כמוסה, יתנתקו מן הספינה הראשית ויצאו למסלול שסופו נחיתה בים. רכב החלל העמוק הריק יישאר במסלול סביב השמש. הוא יבצע מעוף על פני כדור הארץ וימשיך להיעזר בכוח הדחף של המנוע היוני שלו כדי להוריד את האנרגיה שלו ביחס למערכת הארץ-ירח, כך שכשיחזור לכדור הארץ כעבור שנה הוא יוכל להיעזר בתמרון טיסה על פני הירח כדי להיכנס מחדש למסלול גבוה מעל כדור הארץ ולהמתין למשימתו הבאה. יהיה אפשר להשתמש במנוע היוני וביחידת המגורים שלו כמה וכמה פעמים.

לאחר כמה משימות אסטרואיד שיימשכו שנה, שיפורים הדרגתיים במערכות התמיכה בחיים ובמיגון מפני קרינה יסללו את הדרך למאדים. ייתכן שמשימת מאדים הראשונה לא תנחת ממש על פני הקרקע של כוכב הלכת. במקום זאת היא אולי תסייר בשני הירחים שלו, פובוס ודיימוס. מסע כזה הוא בעיקרו של דבר משימת אסטרואיד שנמתחת לכדי מסע באורך שנתיים וחצי. במבט ראשון, נסיעה כל הדרך עד מאדים בלי לנחות עליו נראית אולי טיפשית, אבל למעשה נחיתה כזאת תוסיף למשימה מורכבות אדירה. משימות לירחי מאדים יאפשרו לאסטרונאוטים להתרגל למסעות בחלל הבין-פלנטרי לפני שייגשו לאתגר הכרוך בנחיתה על קרקע מאדים, שיטוט על פניו והמראה ממנו.

מהנדסים כבר העלו רעיונות שונים שיאפשרו גמישות מרבית ועלות מזערית למשימת שטח במאדים. הרעיון המושך ביותר כולל הצבה מראש של יחידות מגורים ומערכות חקר, כדי שיהיה לאסטרונאוטים בסיס מוכן כשיגיעו. את הציוד הזה יהיה אפשר לשלוח בסירת חלל אטית (בעלת הינע יוני). ברגע שתגיע לשם היא תייצר חומר הדף על מאדים עצמו, אם על ידי זיקוק פחמן דו-חמצני מן האטמוספרה וערבובו במימן, שיובא מכדור הארץ כדי ליצור מתאן וחמצן, ואם על ידי יצירת מימן וחמצן נוזליים באמצעות אלקטרוליזה של מים שיופקו מן הקרקע הקפואה. אם ישגרו מתכנני המשימה טיל ריק שיהיה אפשר לתדלקו במאדים ולהשתמש בו כדי לחזור, הם יפחיתו את מסת השיגור מכדור הארץ בשיעור ניכר.

התנועה היחסית של כדור הארץ ומאדים מעניקה לאסטרונאוטים כשנה וחצי (ארציות) על פני השטח לפני ששני כוכבי הלכת יתיישרו מחדש זה מול זה, ולכן יהיה להם זמן בשפע לצורך מחקר. בסיום השהות שלהם הם יעלו על רכב שיגור מלא בדלק מייצור מקומי, יזנקו למסלול סביב מאדים, ייפגשו עם רכב חלל עמוק ששימש בעבר בסדרת מבצעי האסטרואידים וישובו לכדור הארץ. יהיה אפשר להציב את הרכב אפילו על מסלול מחזורי שייסע הלוך ושוב בין כדור הארץ ובין מאדים כשתמרוני סיוע כבידתי מספקים את כל כוח הדחף בחינם.

אפילו אם נמקם מראש במאדים חלק מן הציוד, טילים שאמורים לנחות על מאדים ולהמריא מחדש הם כבדים מאוד ויזדקקו למשגרי ה-SLS הגדולים ביותר כדי לשלוח אותם לדרכם. אבל את משימות החלל העמוק הראשונות אפשר לבנות מחלקים קטנים יותר שישוגרו על גבי ה-SLS הראשון או אפילו על גבי טילים קיימים. הגישה המדורגת המומלצת על ידינו תספק לתכנית יכולת מרבית להתאים את עצמה לשינויים ותאפשר לנאס”א להתמקד בפתרון הבעיות הקשות באמת, כמו לדוגמה מיגון מפני קרינה.

היום עומדת לפני נאס”א ההזדמנות הטובה ביותר זה דור להתמקד מחדש בסוגים חדשים של חלליות שיגיעו לחלל הבין-פלנטרי. המחסומים הגדולים ביותר הניצבים בפני חקר החלל אינם טכניים אלא קשורים לשאלה כיצד לבצע כמה שיותר באמצעות כמה שפחות. אם תתכנן נאס”א סדרה הדרגתית של פיתוחים טכנולוגיים ומשימות שאפתניות יותר ויותר, טיסות החלל המאוישות יוכלו להשתחרר סוף-סוף, לאחר 40 שנה, מן המסלול הנמוך סביב כדור הארץ ולהיכנס לעידן המסעיר ביותר שחוו מעולם. בעזרת תכנון גמיש, נאס”א יכולה לפלס נתיב לרוצים לנדוד בין הכוכבים הנודדים.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

על המחברים

דיימון לנדאו (Landau) הוא מנתח משימות אל כוכבי הלכת החיצוניים במעבדת ההינע הסילוני של נאס”א (JPL). הוא עזר לתכנן את מסלול החללית ג’ונו ששוגרה לא מזמן אל כוכב הלכת צדק ועבד על הסקר שערכה הסוכנות על אסטרואידים בקרבת כדור הארץ שאסטרונאוטים עשויים לבקר בהם.

נתן ג’ סטריינג’ (Strange) הוא אדריכל משימות ב-JPL. היה חבר בצוות הניווט של החללית קסיני-הויגנס לשבתאי והשתתף בתכנון מסלול הסיוע הכבידתי של החללית בין ירחי שבתאי. הוא עבד על טיוטות טכניות למשימות מאוישות עתידיות.

ועוד בנושא

Plymouth Rock: An Early Human Mission to Near Earth Asteroids Using Orion Spacecraft. J. Hopkins et al. Presented at the AIAA Space 2010 Conference & Exposition, August 30– September 2, 2010. http://tinyurl.com/PlymouthRockNEO

Target NEO: Open Global Community NEO Workshop Report. Report of a workshop held at George Washington University, February 22, 2011. Edited by Brent W. Barbee. July 28, 2011. www.targetneo.org

Near-Earth Asteroids Accessible to Human Exploration with High-Power Electric Propul­sion. Damon Landau and Nathan Strange. Presented at the AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference, Girdwood, Alaska, July 21–August 4, 2011. http://tinyurl.com/ElectricPath

300-kW Solar Electric Propulsion System Configuration for Human Exploration of Near-Earth Asteroids. J. R. Brophy et al. Presented at the 47th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Pro­pulsion Conference & Exhibit, San Diego, July 31-August 3, 2011. http://tinyurl.com/300kWSEP

לצפייה בריאיון עם כותבי המאמר ולהגיב על המאמר בקרו באתר: