מעבדת החלל סקיילב – חלק שני בסדרה

בחלק זה נמשיך בתיאור מבנה התחנה והחלליות המשגרות אליה את הצוותים

לחלק הראשון של הסדרה

תא מחסום האוויר
תא מחסום האוויר הוא מרכז העצבים של מעבדת החלל. זו החוליה המקשרת בין המעבדה ובין רציף ההיצמדות והוא נושא את המנגנון של הטלסקופ. בתא מאוחסנים הגזים ליצירת תנאי הסביבה והוא הבסיס לפיקוח על הכוח החשמלי וחלוקתו למעבדה ולתא עצמו, שמירת הטמפרטורה, מכשור, ניהול נתונים, מערכת תקשורת פנימית, מערכת פיקוד ואספקת מתקני הניסויים, מערכת אזהרה ומערכת לשבירת מעגלים.

התא נמצא בקצה הקדמי של המעבדה ומחובר באופן קשיח לרציף ההיצמדות. אורכו 5.3 מטר והוא עשוי ארבעה חלקים. משקלו 22.226 טון ונפחו 17.4 מ”ק. קוטר התא בנקודת חיבורו למעבדה 1.6 מטר ובנקודת החיבור לרציף ההיצמדות 3 מטר. החלק הרחב מותאם ומשלים את רציף ההיצמדות.

חלקי התא:

1. 1. תא המעבר – מחובר לרציף, מאחסן את רוב מערכות הבקרה של המעבדה, הוא עשוי אלומיניום ולו 4 אשנבים עשויים מזכוכית כפולה כמו בחלליות ג’מיני, אך שונים מהם בגודל ובצורה. החלונות נמצאים במרחק של 90 מעלות אחד מהשני, לכול אשנב כיסוי חיצוני בר הזזה המופעל מבפנים ותפקידו להגן עליו מפני פגיעות מטאורידים ולמנוע איבוד חום.
2. 2. תעלה קשיחה – עשויה מצינור אלומיניום בקוטר 1.6 מטר ובאורך 3.89 מטר. לתעלה תא יציאה לפעילות חוץ־רכבית. נפח התא 4.33 מ”ק ויכולים לשהות בו שני אסטרונאוטים בחליפות חלל. בתא מצויים שסתום לאספקות שונות, מארז להחזקת מיכלים, רשמקולים וציוד אחר.
3. 3. תעלה גמישה – מחברת את תא מחסום האוויר לכיפת המעבדה. היא עשויה מאלומיניום בצורת מפוח גמיש באורך 33 ס”מ וקוטר פנימי 1.07 מטר. גמישותה מספקת כדי לעמוד (tolerance ) בתזוזה בין תא המחסום למעבדה. מעטה פיברגלס בתוך המפוח מגן עליו מפני הרס בזמן העברת ציוד ומעבר בו.
4. 4. מסבך (complex) נושא – 4 מסבכים נושאים עשויים צינורות אלומיניום הממוקמים מסביב לתא בזווית של 90 מעלות ביניהם ומקשרים את התא לחיפוי הקשיח שלו. בנוסף לנשיאת תא המחסום, המסבכים תומכים גם בתאי סוללות – שני מארזים של 8 סוללות של מדפי שמש ומיכלי החנקן והחמצן. מצויים כאן 6 מיכלי חמצן באורך 2.28 מטר כל אחד וקוטר 1.14 מטר. ושישה מיכלי חנקן (עשויים טיטניום) כדוריים בקוטר 1.02 מטר. המסבכים נועדו לתפיסתם של מספר מכשירי ניסוי החייבים להיות בתנאי חלל.

לתא המחסום מחוברים שלושה חלקים והם:

1. כיסוי קבוע – כיסוי זה נושא את תא המחסום, הטלסקופ ורציף ההיצמדות בזמן השיגור. הכיסוי נשאר קשור למעבדה לאחר זריקת המטען הצמוד ומהווה מבנה תומך למיכלי החמצן.
2. מצנן – מקרר את המעבדה ומגן על תא המחסום ורציף ההיצמדות בפני מטאורידים.
3. מערכת מתקן הטלסקופ.

רציף ההיצמדות
הרציף מאפשר הצמדת חלליות אפולו למעבדה ומשמש מקום לביצוע חלק מהניסויים, מאחסן את לוח הבקרה לבסיס הטלסקופ ומכשירי המחקר הארציים. אורכו של הרציף 5.2 מטר, קוטרו 3 מטר, משקלו 6.26 טון ונפחו 32.2 מ”ק. לרציף 2 פתחי היצמדות. אחד מותקן בקצה הקדמי של המבנה הגלילי והשני בצידו. לתא חלון אחד בלבד והוא משמש את המצלמה הרב־־ספקטרלית. אורך החלון 36.8 ס”מ, רוחבו 28.8 ס”מ ועוביו 2.56 ס”מ. המצננים של מערכת בקרת הסביבה של תא מחסום האוויר המשרתים את כל המעבדה צמודים לדופן החיצוני. מגן המטאורידים נפרס למרחק 7.5 ס”מ מדופן הרציף. את התצפיות לעבר השמש עושים האסטרונאוטים בהיותם ברציף, כך שלחלק הזה חשיבות רבה גם בעבודה השוטפת הנעשית במעבדת החלל. ארבע קופסאות סרטים מאוחסנות ברציף. לאחר השימוש בהן, הן מוכנסות לקופסאות עד להחזרתן ארצה.

רציף ההיצמדות דומה לתא מעבר של צוללת ותפקידו לשמור על לחץ האוויר במעבדה בשעה שהאסטרונאוטים יוצאים או נכנסים לתוכו. לתא שני פתחים. אחד פונה החוצה והשני פנימה למעבדה. כאשר אסטרונאוט נכנס מבחוץ הוא נועל אחריו דלת זו ורק אז פותח את דלת המעבדה. בצורה זו הלחץ במעבדה נשמר. עם ההיצמדות נפתח האשנב שבין חרטום החללית לתא ההיצמדות כדי להשוות לחצים. עם סיומו של התהליך האסטרונאוטים יכולים לנוע בכיוון דו־סטרי בין המעבדה לחללית באופן אישי.

הטלסקופ
הטלסקופ הוא מערכת אשר אורכה הכולל 4.4 מטר, קוטרה 3.3 מטר ומשקלה 11.18 טון. למערכת 2 חלקים: מערכת הטלסקופים והבסיס שעליו הם נשענים. הבסיס כולל תא מכשירים באורך 2.1 מטר. מבנה פנימי מצולב ואנכי באורך 3.05 מטר מחלק אותו לארבעה חלקים שווים. על המבנה הזה מוצבים הטלסקופים. את המערכת הזו מקרר נוזל קר הזורם סמוך לדופן ושומר על טמפרטורה של 10 מעלות. מסביב לבסיס מצויות 100 “קופסאות שחורות” שהטמפרטורה שלהן מבוקרת גם כן והן מונעות את חימומו של הבסיס. הפיקוח על המערכת הוא אוטומטי וניתן גם לפקח עליו ידנית מלוח הפיקוד.

על מגן הטלסקופים 8 דלתות, 6 ננעלות על עדשות העצם של הטלסקופים כשאינם בשימוש ושניים הם פתחים של התאים שבהם נמצאים סרטי הצילום. תא סרטים נוסף נמצא בחלק נמוך יותר של הטלסקופ. ניתן להטות את תא המכשירים ב־25 ארק מרובע/שנייה לכל כיוון ולסובבו גם כן לכל כיוון ב־120 מעלות. כיוונון הטלסקופ נעשה על־ידי שלושה ג’ירוסקופים דו־ ציריים – שלוש טבעות עגולות במשקל181 ק”ג כל אחת, כשכל טבעת מחוללת מומנטום זוויתי של 966 ק”ג/שנייה. הם בעלי גלגול של 0.56 מטר וסובבים על צירם במהירות של 8000 סל”ד.

הדיוק של הג’ירוסקופים הוא 2.5 ארק/שנייה למשך 15 דקות. כדי לפקח על מצבה של המעבדה, מכשירי החישה כוללים מכשירי חישה גסים בעבור השמש וטבעות חישה. מדידות מדויקות של מצב תא המכשירים מושלמות בלולאה סגורה בעלת מומנט סיבובי המפעילה תלי של מצפן. כל זאת בפיקוח של מכשירי חישה שמשיים וטבעות חישה עדינות. הכוח מסופק לטלסקופ על־ידי ארבעה מדפי שמש ומצברים הנטענים על ידם. המדפים יכולים להפיק 10.48 קילוואט ומחולקים ל־18 מצברים של 20 אמפר/שעה. כל קולט הוא באורך 13.2 מטר ורוחב 2.7 רוחב. תאי השמש הם משני גדלים שונים.

החללית לשיגור הצוותים
החללית לשיגור הצוותים לאיושה של מעבדת החלל היא חללית אפולו משופרת ומותאמת לתכנית סקילאב. לחללית הוסיפו מיכל דלק נוסף שמשקלו 680 ק”ג. כדי להגדיל את יכולת התמרון של החללית הוגברה רגישותם של וסתי החום בחללית. ברוב הזמן צד אחד של החללית חשוף לחום השמש והצד השני חשוף לקור עז. תפקיד הווסתים בצד החשוף לשמש הוא להוריד את הטמפרטורה ובצד השני להעלותו למינימום של 75 מעלות מתחת לאפס.

לתא השירותים הוסיפו מיכל מים בנפח 190 ליטר למקרים שבהם יש צורך לספק לה כוח כשהיא צמודה למעבדה. המצבר הרביעי שהוכנס לתא השירותים ( 40 אמפר/שעה ) מטיסת אפולו 14 הוחלף במצבר חזק יותר (500 אמפר/שעה). מצבר זה מספק כוח ראשוני לפעילות במסלול הארצי. אחד משלושת תאי הדלק הוצא מאחר שהכמות הדרושה לסקילאב קטנה מזו הדרושה לטיסות ירחיות. שניים מתוך ארבעת מיכלי הדלק של מנועי הניווט ואחד משני מיכלי ההליום הוצאו. במקום הריק שנוצר משתמשים להעברת אספקה למעבדה והחזרת ציוד ממנה.

המשגר
מעבדת החלל משוגרת באמצעות המשגר סטורן 5 והצוותים מגיעים אליה בסטורן B1. אורכו של המשגר 71.94 מטר ומשקלו הכולל 580,000 ק”ג.
מבנה הסטורן B1
שלב ראשון גובה 24.5 מטר, קוטר 6.4 מטר, משקל 440,000 ק”ג, דחף 738,000 ק”ג.
שלב שני גובה 17.83 מטר, קוטר 6.6 מטר, משקל 118,000 ק”ג, דחף 102,000 ק”ג.
יחידת מכשור1 גובה 0.91 מטר, קוטר 6.6 מטר, משקל 29,050 ק”ג
מתאם 2 גובה 8.53 מטר, קוטר 3.91 מטר 3
6.6 מטר 4

חללית 5
מערכת מילוט גובה 10.06 מטר, קוטר 1.22 מטר, משקל 4000 ק”ג, דחף 66,700 ק”ג.
1. הנחייה ובקרה של רכב השיגור
2. המתאם בין השלב השני לבין תא השירות צורתו היא קונוס קטום
3. קוטר עליון
4. קוטר תחתון
5. ראה פרק אפולו מבנה החללית ללא נחתת הירח.
הזחלן
המשגר וחללית האפולו הצמודה אליו מגיעים לכן השיגור על גבי הזחלן ששימש את חלליות אפולו שטסו לירח, בדרכן לכן השיגור. כיוון שהמשגר סטורן B1 קצר יותר מהסטורן 5 הוא הוצב על גבי פיגום וגובהם הכולל זהה לזה של הסטורן 5. אורכו של הפיגום 37.2 מטר.
אמצעי הצלה

לראשונה בטיסות חלל ישנה אפשרות של הצלה. במקרה וחלה תקלה חמורה במעבדה או שאינה מאפשרת לגשת בכלל לחללית או שהחללית לא יכולה לחזור ארצה ניתן להציל את האסטרונאוטים. במקרה והתקלה מתעוררות מיד לאחר ההיצמדות עם המעבדה, חללית ההצלה מגיעה אליהם כעבור 48 יום (בשל ההכנות הדרושות לשיגור – הרכבה , תדלוק ועוד). אם התקלה היא בזמן שהייתם של האסטרונאוטים במעבדה, ההכנות לשיגורה של חללית ההצלה הן 28 יום, סמוך לסיום שליחותו של הצוות הראשון ועשרה ימים סמוך לסיום שליחותו של הצוות השלישי. חללית ההצלה היא חללית אפולו המשמשת לסקילאב 3 או סקילאב 4 בהתאם, אלא שרוב הציוד מוצא ממנה. משוגרים שני אסטרונאוטים בלבד עם יצועים לשלושת הניצולים ומקום להחזרת ציוד.

שיטות ההצלה

1. האסטרונאוטים עוברים מהמעבדה לחללית. ההצלה תוך כדי ריחוף בחלל.
2. ניתוק החללית הפגומה והצמדת החללית השנייה.
3. במקרה ואי אפשר לנתק את החללית הפגומה, חללית ההצלה נצמדת לפתח ההיצמדות השני והאסטרונאוטים עוברים אליה, אלא שבשיטה זו טמונים סיכונים. שתי חלליות צמודות למעבדה עלולות לגרום לה לאי יציבות ולטלטולים של המעבדה עצמה. הפתרון לכך הוא הפעלה זמנית של מנועי הניווט של המעבדה עד שכל האסטרונאוטים עוברים לחללית ההצלה.

מכשירי המעבדה
1. מערכת למדידות ארציות – Erep – Earth Resources experiment Package והיא כוללת:
א. מצלמה בעלת מוקד ארוך לצילום היבשת.
ב. שש מצלמות בתחומים שונים של הספקטרום מאולטרה סגול עד לאינפרה אדום.
ג. סוקר רב־ספקטרלי שבעזרתו אפשר לזהות ספקטרומים אופייניים לאזורים חקלאיים, גיאוגרפיים, הידרולוגיים ועוד.
ד. ספקטרומטר אינפרה אדום.
המעקב נעשה בדרך הזאת : שש מצלמות מצלמות שטחים בגודל 160X 160 ק”מ. באותו זמן הבוחן הספקטרלי מפצל אזורים אלה לשטחים של 65 קמ”ר והספקטרומטר האינפרה אדום מתמקד בשטחים ברדיוס של -.0.5 ק”מ.
ה. רדיומטר פסיבי מסוג L-band ארוך טווח.
ו. רדיומטר המשדר בגלים קצרים.
ז. מד גובה.

משקל המערכת 975 ק”ג והיא מסוגלת לעבוד כיחידה אחת או כל מכשיר בנפרד. מכשור זה שימש למחקרים בתחומי היערנות, אקולוגיה, גיאולוגיה, גיאוגרפיה, מטארולוגיה, הידרולוגיה, הידרוגרפיה, אוקיינוגרפיה, גיאומורפולוגיה, מיפוי אזורים המכוסים בשלג, מיפוי זיהומים, חופי ים ומוצאו, פוטנציאל המים, קביעת מצב המים בים ומבנה הקרקע. מכשירים אלה הוצבו מאוחר יותר בלווייני מחקר. העבודה נעשית מתוך קיום קשר הדוק עם מטוסים, תצפיות קרקעיות ולוויינים. המעבדה מופנית מהשמש ומיקומה הוא בנקודה קבועה יחסית לעקמומיות של כדור הארץ.
2. טלסקופ – חשיבותו של מכשיר זה נעוצה ביכולות לבצע מדידות אסטרונומיות ללא הפרעות אטמוספריות. הטלסקופ מגדיל בהרבה את דיוק המחקר של השמש והכוכבים. על הטלסקופ לבצע מדידות של כרומוספירת השמש והקורונה (העטרה) שלה למלוא אורכה ובטווח הטמפרטורות המלא שלה. טווח המדידות נע בין 3940 אנגסטרם עד לפוטונים בגודל של פחות משני אנגסטרם.
בזמן שיגור הטלסקופ נמצא מעל לפני הקצה הקדמי של רציף ההיצמדות, לאחר הכניסה למסלול, כל המבנה הקשיח הנושא את הטלסקופ מסתובב ב־90 מעלות ומביא אותו לצִדו של רציף ההיצמדות.

המכשירים הצמודים לטלסקופ הם:

א. קורונוגרף לאור לבן – מבצע “ליקויים מלאכותיים” של השמש על ידי הסתרת מרבית שטחה של דסקת השמש כדי לצלם את העטרה באור לבן עד למרחק של שש רדיוסי שמש ובודק את להבות השמש הנראות.
ב. טלסקופ קרני X .
ג. טלסקופ ספקטרוגרפי של קרני X – עוקב ומצלם באופן רציף את האירועים המתרחשים על פני השמש והשפעתם קרני X. צילום התפרצויות וסערות מגנטיות בחלקים הפעילים של השמש.
ד. ספקטרוגרף וספקטרוהליוגרף של Xu-v לצילום קרינה לצילום קרינה אולטרה סגולה בתחום 150 – 650 אנגסטרם הנפלטת מהשמש.
ה. שלוש טלסקופים H- alpha אחד לצילום המימן המשתחרר מהשמש ושני לאבחנה בחלקיקים הפוגעים בטלסקופ.
ו. פוליכרומטר וספקטרומטר אולטרה סגול – רושם את השינויים הזמניים בקרינה האולטרה סגולה בתחום שבין 300 -1350 אנגסטרם.
ז. ספקטרוגרף אולטרה סגול.
המצלמות מוצבות במכשירים א, ב, ג, ד, ה ושניים מבין טלסקופֵי H- alpha משדרים את נתוניהם ישירות ארצה. בפתח השני שבדופן המעבדה מוצבת מצלמה הקולטת קרני X וקרינה אולטרה סגולה מאזורים שקטים על פני השמש ומקומות שמתרחשים בהם התפוצצויות. בתצפיות הסולריות המעבדה מקיפה את כדור הארץ כשהיא נמצאת בנקודה קבועה יחסית כלפי השמש, כך שהטלסקופ מופנה כל הזמן כלפיה להוציא את אותם מקרים שבהם שהארץ מסתירה את השמש.
3. תא מיוחד לעבודות ריתוך והלחמות אלקטרונים – התא מוצב ברציף ההיצמדות והוא מכיל כור חשמלי זעיר כדורי ברדיוס של 20 ס”מ המסוגל להפיק חום של 1000 מעלות. לתא זה מתוכננות שתי קבוצות של ניסויים:
א. 14 ניסיונות טכניקות היתוך, הלחמה ויצירת פליז תוך שימוש באלומות קרניים בעלות הספק של 1.6 קילוואט על דגימות של מתכת אל־חלד, אלומיניום וטנטלום בעוביים שונים. תהליכים אלה דורשים התכה ומיצוק מחדש של המתכות והם הכרחיים לבנייה ולחיבור של סטרוקטורות גדולות בחלל.
ב. 11 ניסויים ב־33 דגימות בייצור חומרים מיוחדים כמו גבישים, סגסוגות, הרכבת חומרים ומוליכים למחצה. ניסויים אלה נעשים תוך כדי שימוש בכור החשמלי. הדגימות מחוממות לטמפרטורות מיוחדות ומקוררות בקצב קבוע.

מטרת הניסויים היא לבדוק אם חוסר המשקל יכול להעלות באופן חד חוזק, הומוגניות ותכונות אופייניות קריטיות של חומרים. היה ידוע שלמתכות המשובחות ביותר החוזק שלהן נמוך פי 100 – 1000 מהחוזק הצפוי תאורטית וכי להבים מקוררים של טורבינות יכולים תאורטית לעבוד בטמפרטורות גבוהות בהרבה מהגבולות הידועים.

על כדור הארץ לא ניתן לבצע ניסויים אלה מאחר שכוח המשיכה וזרימת הקונבקציה שבאה בעקבותיה בפאזה הנוזלית של החומרים הגורמים לגראדינט של חומר בהתכה, המונע היווצרות מוצקים במבנה אופטימלי והומוגני. בסביבה של חוסר משקל תהליכי קונבקציה לא קיימים ולכן הייתה תקווה שתנאים אלה יאפשרו תהליכי חומרים מתקדמים.

יתרונות אחרים של ניסויים אלה במעבדת החלל הם מרחב עצום וכושר תמרון מבחינת נפח – מקום ביצוע וזמן הביצוע. גורמים שלא היו קיימים ברובם או בחלקם בטיסות אפולו, רקטות ומגדלי ניסוי. גורם הזמן היה קטן ברקטות ובמגדלים מאחר שזמן של כוח משיכה אפס בהם הוא מצומצם מאוד. הוא הושג רק בתנאים מסוימים ולזמן מוגבל.