סיקור מקיף

ניתוב תקשורת לחלליות במערכת השמש

חקר החלל ההולך וצובר תנופה יחייב פיתוח מקצועות ומיומנויות טכנולוגיות חדשים. האם מי שהוא שמע על בקרי טיסה של חלליות מחקר פלנטריות לא מאויישות?

אנטנת רשת החלל העמוק בגולדסטון, ארה''ב. צילום: נאס''א
אנטנת רשת החלל העמוק בגולדסטון, ארה''ב. צילום: נאס''א

מיפוי תפרוסת חלליות נוכחית במערכת השמש יראה שצי של חלליות מחקר שונות פעיל כרגע ביעדים שונים. את המאדים מקיפות כרגע 3 חלליות מתפקדות ושני רכבי שטח פעילים על פניו,חללית אחת מקיפה את נוגה,חללית אחת פועלת בסביבתו של מרקורי,חללית אחת מקיפה את שבתאי,חללית אחת נעה לעבר האסטרואידים, חללית אחת נעה לעבר פלוטו מספר חלליות מקיפות את השמש כדי להתבונן בה ועוד שתי חלליות נעות סביב השמש במעקבן אחר שביטים. לחלליות אלה משודרות הנחיות פעולה ומהן משודר ארצה מידע רב ערך. מתחיל להיות צפוף במערכת השמש.

מערך קליטת האותות נעשה דרך רשת אחת ה- DSN (]Deep Space Network ).זאת מערכת לקליטת ולשידור אותות המצוידת בצלחות שידור/קליטה המפוזרת על כדור הארץ במרחק של °120 זו מזו. אחת נמצאת בקנברה אוסטרליה, השניה במדריד ספרד והשלישית מבוזרת בארה"ב, בין היתר ביוסטון שבטקסס ובגולדסטון אריזונה בארצות הברית. סידור זה בא להבטיח שידור וקליטה רציפים של מידע מכדור הארץ ,גם כשזה לא נמצא בקשר עין עם חלליות.

משך שידור האותות לחללית כל שהיא לכדור הארץ או ממנו הולך וגדל ככל שהמקום בו נמצאת החללית מרוחק יותר ובל נשכח שמדובר בגופים הנמצאים בתנועה. כך למשל במרחק המינימלי משך שידור אותות למאדים הוא 5 דקות וכאשר המאדים נמצא בצד השני של השמש משך השידור הוא 20 דקות. משך שידור אותות לשבתאי כאשר הקסיני הגיעה אליו היה 1.5 שעות וכאשר וויג'ר 2 הגיעה לנפטון משך שידור אותות היה 4.5 שעות.

מכיון שמדובר בתחנת תקשורת אחת לא קשה לנחש עד כמה השידורים אליה וממנה נעשים מורכבים ככל שפועלות יותר חלליות במערכת השמש . למה דומה הדבר? לשדה תעופה החייב לפקח על מאות המראות ונחיתות ביממה.טעות קטנה עלולה לגרום לנזקים בלתי הפיכים. צי החלליות במערכת השמש ילך ויגדל. על מנת שתשדורות של חללית אחת לא "תצטלבנה" עם תשדורות של חלליות אחרת,לכל חללית מוקצה תחום תדרים פרטיים. התקשורת אליה וממנה נעשות דרך תדרים אלה.מה שמסבך עוד יותר את המצב הוא מספר מכשירי המחקר המוצבים על כל חללית. על פניו צריך היה להקציב לכל מכשיר מחקר תדר משלו.לכך נמצא פיתרון בוויג'רים ששוגרו לצדק ולשבתאי והוא מבוסס על תורת התורים. העברת התשדורות לכדור הארץ נעשתה דרך נתב תקשורת הנמצא בכל חללית. כל מכשיר קיבל הקצבת זמן שדרכה יכל לשדר נתונים ארצה.עם סיום קצובת הזמן שלו מכשיר אחר שידר נתונים ארצה. השידור כולו נעשה בסבבים ,החל מהמכשיר הראשון ועד למכשיר האחרון.

פיתרון חלקי אחר הוא לגבי חלליות הנמצאות בדרכן ליעדים שונים במערכת השמש.מכשיריה של חללית כזאת מופעלים בפרקי זמן מתוכננים מוגדרים מראש לבדיקת מערכות ולאחר מכן מודממים. עם הגעתה של החללית מופעלים מכשירי המחקרים המוצבים עליה.

פיקוח מסוג אחר הוא התחשבות במשך הזמן שלוקח לתשדורות להגיע לכדור הארץ או לחללית הנמצאת אי שם במערכת השמש .אם למשל חללית אחת מקיפה את שבתאי וזמן שידור אותות הוא 1.5 שעות וחללית אחרת מקיפה את נפטון וזמן שידור אותות הוא 4.5 שעות ,יש לתכנן את התשדורות כך שהגעת אותות משבתאי לא תעשה בכפולות של שלוש (4.5=3X1.5 ).אפשר אמנם להציב שתי קבוצות של אנשים לקליטת מידע מאחר וכל חללית משדרת בתדרים שונים, אבל רצוי שלא לעשות זאת.זאת כדי למנוע מצב בו מקבלי יצטרכו לקבל החלטות קריטיות בו זמנית לגבי שתי החלליות .עדיף שצוותי המהנדסים והחוקרים יהיו רגועים ככל שניתן.

עם כניסתן של מדינות נוספות לחקר הירח וכוכבי הלכת ברור שרשת התקשורת הנוכחית לא תעמוד בעומס. כרגע מקיפות את הירח החלליות האמריקניות LRO ו-LCROSS, אך לא מכבר שהו שם חלליות מיפן, סין והודו, חללית אירופית – מארס אקפסרס מקיפה אחת המאדים ואחרת – ונוס אקספרס את נוגה.יהיה צורך להקים רשת תקשורת נוספת על כדור הארץ ואחת נוספת גם על הירח.

כל משימה תדרוש את הצוות שלה .ישנן משימות מורכבות בהן משוגרות מספר חלליות צמודות זו לזו. כך היה עם שיגור הוויקינגים למאדים. כל משימה כללה שתי חלליות. משעה שצמד כזה היה נכנס למסלול סביב המאדים חלק אחד היה ניתק ונע לקראת נחיתה על הקרקע והשני היה ממשיך בתנועתו סביב המאדים. הקסיני ששוגרה לשבתאי כללה גם רכב נחיתה אירופי ההויגנס לנחיתה על טיטן. הפיוניר-ונוס ששוגרה לעבר הנוגה היתה גם בבחינת מנשא, היו עליה חלליות קטנות שתוכננו להיכנס לאטמוספירה של הכוכב ולמדוד אותו עד להישרפותן. במקרה של הוויקינגים היו צורך בצוותים מיוחדים עבור המקפות וצוותים עבור הנחתות.לא פעם צוותים אלה צריכים לקבל הכשרה מיוחדת. לעקוב אחר חללית הנעה במסלול סביב כוכב לכת דורש מיומנויות מסוג אחד והפעלת רכב שטח דורש מיומנויות מסוג אחר. ברור שעם סיום עבודתו של רכב כל שהוא הצוות המתפעל מפוזר מכיון שאפשר להכינו לקראת משימות עתידיות.

המצב הוא פשוט יחסית כאשר מסביב לכוכב לכת או ירח פועלת חללית אחת או שתים לרבות רכב הפועל על הקרקע.אולם משעה שמסביב לגוף פלנטרי כל שהוא נמצאות מספר מקפות ועל הקרקע מספר רכבי שטח. הפיקוח נעשה מורכב ומסובך יותר. ברור שהשימוש במרכז פיקוח אחד יכול לשרת מספר נתון של חלליות מחקר. מהו המספר האופטימלי של חלליות היכולות להיות מפוקחות על ידי מרכז אחד עדיין לא ידוע. על כן כדאי כבר כיום לבצע מחקרי אפקטיביות לצורך זה. על פי תוצאות מחקר זה יבנה מרכז הפיקוח בין שיהיה על כדור הארץ או על הירח.הטכניקות הדרושות כאן הן תורת התורים וחקר ביצועים.

היבט נוסף שיש לתת עליו את הדעת הוא בינה מלאכותית. ככל שחללית נמצאת במרחק גדול יותר מכדור הארץ יש להכין עבורה תוכנות עבודה כך שתוכל להתגבר בעצמה על תקלות שונות. אולם עלולים להיווצר מצבים שאינם בתחום צפי התקלות והחללית תיקלע למצוקה תפעולית. במקרה זה יהיה עליה לפרוץ את שגרת השידורים הרגילה ועל הפקחים במרכז הבקרה יהיה צורך להפסיק זמנית שידורים מחללית אחרת ולהחליט איזו חללית מודממת זמנית או שהיא מקבלת הנחיות להעביר את המידע שלה למרכז בקרה אחר בתנאי שיהיה בו צוות מיומן המסוגל לתפעל אותה או לתת הנחיה לשמור על המידע בזיכרון שלה. במידת הצורך יהיה צורך להדמים מערכות אחרות כדי שלא להעמיס עליה יתר על המידה.

מצב מסוג אחר הוא גילוי ממצא חדשני המחייב בדיקתו על ידי מספר חלליות כדי שאפשר יהיה לעבדו במהירות ולבנות תוכנית עבודה מחקרית מתאימה.דוגמה לכך הוא אנצלדוס ירחו של שבתאי. חללית הקסיני המקיפה את שבתאי במעברה לידו גילתה התפרצויות של גייזרי מים בקוטב הדרומי שלו. אם היו פועלות מסביב לירח זה מספר מקפות ,היה אפשר להפנות חלק מהן למסלול קוטבי מסביבו כדי לעקוב אחר המרחש בזמן אמת.

חקר החלל ההולך וצובר תנופה יחייב פיתוח מקצועות ומיומנויות טכנולוגיות חדשים. האם מי שהוא שמע על בקרי טיסה של חלליות מחקר פלנטריות לא מאויישות? השיגורים ההולכים ותוכפים ליעדים שונים במערכת השמש יחייבו זאת.

עוד בנושא באתר הידען

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן