רבותי, שכחתם את אפקט דופלר

תקלה בתוכנה כמעט גרמה לכך שהחללית הויגנס לא היתה שולחת את התמונות היפות מטיטאן, אלמלא תושיתו של מהנדס משוודיה

לפני כשבועיים התקרבה החללית קאסיני לטיטאן, ירחו הגדול ביותר של כוכב הלכת שבתאי, ושלחה תצלומים מפורטים של פני השטח שלו. אבל זאת רק ההתחלה. אם הכל יתנהל כשורה, ב-14 בינואר 2005 תשדר החללית הויגנס, חללית המשנה של "קאסיני", תמונות ונתונים ראשונים מפני השטח של טיטאן. החדירה אל מתחת למעטה העננים הסמיך של טיטאן תהיה אחת מגולות הכותרת של משימת קאסיני והויגנס, שבה הושקעו יותר משני מיליארד דולר. באותו יום תצדיע הקהילה המדעית למהנדס שוודי בשם בוריס סמדס, שתושייתו ועקשנותו הצילו את המשימה מכישלון בטוח.

קאסיני והויגנס, הקרויות על שם שני אסטרונומים בני המאה ה-17 שגילו את ירחיו של שבתאי ואת הטבעות סביבו, שוגרו באוקטובר 1997. מסען לשבתאי וירחיו נמשך שבע שנים ו-3.5 מיליארד קילומטר. קאסיני, חללית האם שמשקלה 5.7 טונות, היא החללית הגדולה והיקרה ביותר ששוגרה אי פעם למטרת חקר כוכבי לכת. הויגנס היא מעין טרמפיסט – משקלה בסך הכל כ-220 קילוגרם. הויגנס תתנתק מקאסיני

בדצמבר ותנוע אל טיטאן. כשתחדור לאטמוספירה הדחוסה שלו היא תשחרר מצנחים ותבצע מדידות וצילומים במשך כשעתיים וחצי של צניחה אטית אל הקרקע.

טיטאן הוא אחד העולמות המעניינים ביותר במערכת השמש. זהו הירח היחיד במערכת שיש לו אטמוספירה והוא מכיל את אבני הבניין ליצירת חיים – מולקולות מבוססות פחמן, מים וחנקן באטמוספירה. בשל הטמפרטורה הנמוכה על פניו (מינוס 180 מעלות) מעריכים מדענים כי לא נוצרו על פניו חיים, אך הרכבו הכימי דומה מאוד להרכבו של כדור הארץ הקדום, והוא עשוי לספק רמזים על הופעת החיים בכדור הארץ. על משימת קאסיני-הויגנס אחראיות נאס"א, שפיתחה את קאסיני וביצעה את השיגור, וסוכנות החלל האירופית (ESA), שתיכננה ובנתה את הויגנס.

בנייה ושיגור של חללית הן פעולות מורכבות המחייבות בדיקה מתמדת ובקרת איכות קפדנית של כל רכיב ורכיב. גם קאסיני-הויגנס עברה אינספור בדיקות, אבל למרות זאת החליט מנהל מחלקת השליטה הקרקעית בסוכנות החלל האירופית לבצע בדיקה נוספת תוך כדי טיסה. בתחילת 1998, כמה חודשים לאחר השיגור, הוא פנה אל בוריס סמדס, מהנדס אלקטרוניקה שהיה אחראי על מערכות תקשורת בסוכנות האירופית. סמדס התבקש לתכנן ניסוי שידמה שידור של נתונים מהויגנס אל מרכז הבקרה בכדור הארץ, כדי לוודא כי אין תקלות. סיפור הבדיקה פורסם בחודש שעבר בירחון של האיגוד הבינלאומי של מהנדסי האלקטרוניקה (IEEE), והוא חושף כיצד הציל סמדס את המשימה מכישלון.

הויגנס קטנה מכדי שתוכל לשדר נתונים ישירות לכדור הארץ, וכדי לעשות זאת היא נעזרת בקאסיני, שנושאת משדרים רבי עוצמה ומשמשת תחנת מעבר למידע. סמדס תיכנן לדמות שידור של אות מהויגנס לקאסיני ואחר כך להחזיר את האות מקאסיני כדי לבדוק את תקינותו. אלא שהמהנדס החליט לא להסתפק בשידור אות פשוט. הוא השתמש בכפיל מדויק של הויגנס ויצר אות אמיתי שדימה שידור אופייני של החללית. לאחר מכן השתמש בכלי תוכנה שונים כדי לדמות את ההפרעות שישפיעו על השידור בתנאי אמת. אחת ההפרעות הבולטות, הסיק סמדס, תיגרם על ידי אפקט דופלר, וזאת כתוצאה מהפרשי המהירות בין הויגנס וקאסיני.

אפקט דופלר מוכר לכל מי שהקשיב לסירנה של אמבולנס שחלף על פניו. כאשר מקור הצליל נע לעבר השומע הצליל נעשה גבוה יותר וכאשר המקור מתרחק הצליל נעשה נמוך יותר. מהירותו של מקור גלי הקול, האמבולנס, משנה את התדר של הצליל. באופן דומה לגלי קול משתנה תדרם של גלי רדיו. סמדס חישב ומצא כי עם כניסת הויגנס לאטמוספירה של טיטאן, כאשר מהירותה תפחת באופן ניכר, ייווצר הפרש מהירויות גדול בינה לבין קאסיני. הדבר יגרום להסטה ניכרת בתדר השידור – שינוי של 38 קילוהרץ. סמדס הוסיף את הסטייה בתדר השידור לאות הניסוי שלו.

כדי לבצע את הבדיקה ביקש סמדס מנאס"א לאפשר לו להשתמש באחת מצלחות השידור הענקיות במתקן Space Network Deep בקליפורניה. אנשי נאס"א דחו את בקשתו בטענה אין צורך בבדיקות נוספות. סמדס התעקש כי בדיקה מקיפה בתנאי אמת לא נעשתה והצליח לבסוף לקבל זמן שידור בפברואר 2000. כשהוא יושב תחת הצלחת הענקית בלב מדבר מוהבי שידר סמדס את האות מהמחשב שלו אל קאסיני, שנמצאה באותה עת אי שם במעמקי חגורת האסטרואידים שבין מאדים לצדק, והמתין עד שהאות ייקלט וישודר בחזרה.

אחרי 48 דקות אות הרדיו שב מקאסיני לכדור הארץ, והתברר שחששותיו של סמדס היו מבוססים. האות היה מעורבל וכמעט אי אפשר היה להפיק ממנו מידע. סמדס פנה מיד להנהלת נאס"א ולאחר מאמצים שיכנע את הסוכנות שמדובר בתקלה רצינית. לאחר בירור התבהרה התמונה. סוכנות החלל האירופית הטילה על חברה איטלקית פרטית את משימת תכנון וייצור מקלט הרדיו האחראי על התקשורת בין קאסיני להויגנס. מהנדסי החברה לא לקחו בחשבון שהשינוי בתדר התקשורת ישפיע על העברת הנתונים, ובשל חשש מתחרות אמריקאית לא סיפקו לנאס"א את התוכניות המלאות של המערכת. נאס"א סמכה על מיומנותם של האיטלקים ולא דרשה לקבל את המפרט המלא.

מאחר שהויגנס כבר היתה בחלל ואי אפשר היה לתקן את המקלט שלה, הוחלט לשנות את מסלולה של קאסיני כך שבשעת הכניסה של הויגנס לאטמוספירה של טיטאן היא תימצא בנקודה מאונכת לציר השידור. במצב זה מהירותה כמעט לא תשפיע על קליטת האות מהויגנס, כפי שקולו של האמבולנס החולף נשמע כרגיל כאשר הוא נמצא בדיוק מול השומע.

על מנת למקם את קאסיני "מול" הויגנס ולבטל את השפעת מהירותה על תדר השידור, חושב מחדש חלק ממסלולה של קאסיני ומנועיה הופעלו כדי לבצע את תיקון המסלול הנדרש. השינוי הצליח ותאריך המפגש המקורי בין הויגנס לטיטאן (נובמבר 2004) נדחה לינואר 2005. כעת נראה שהכל מתנהל לפי התוכנית, וב-24 בדצמבר תתנתק הויגנס מקאסיני ותתחיל לנוע אל טיטאן. בוריס סמדס, האיש שהציל את המשימה, זכה בפרס מיוחד של סוכנות החלל האירופית, ואנחנו זכינו בסיכוי טוב יותר להציץ אל מתחת לעננים המסתוריים של טיטאן.

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

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן