מתנפחים בחלל

מתקנים מתנפחים מתקשרים אצל רבים כמקור שעשוע לילדים, בימי הולדת או בפארקי שעשועים. מחשבה נוספת תעלה קרוב לוודאי יישומים מוכרים נוספים, כגון סירות הצלה , מגלשות חירום למטוסים וכריות אוויר למכוניות

שימוש ברכיבים מתנפחים בחלל נראה במחשבה ראשונה כקוריוז, או כיישום שאינו מתאים לתנאים הקשים של סביבת החלל. והנה, מבנים מתנפחים – למרות שאינם נפוצים עדיין – נמצאים בחלל סביב כדור הארץ כחלק מלוויינים, כניסויים לבחינת טכנולוגיות שונות ואף כאבטיפוס לתחנת חלל מסחרית.

בסקירה זו נעסוק מעט ביישומים השונים של מבני חלל מתנפחים, באתגר הטכנולוגי הניצב בפני מי שרוצה להשתמש בהם בחלל, ובתוכניות עתידיות שצופות למבנים המתנפחים עתיד חשוב בפעילות האדם בחלל.

מהם רכיבים מתנפחים?

ישנם יישומי חלל רבים היכולים לעשות שימוש ברכיבים מתנפחים, והנה רשימה חלקית: חלק ממבנה של חללית או לוויין, למשל מסגרת שעליה מותקנים תאים פוטו-וולטאיים (“תאים סולאריים”), שלד של אנטנה, מגן נגד מיקרו-מטאוריטים ופסולת של שברי חלל ((Space Debris. מגן חום מתכלה לקראת כניסה לאטמוספרה, אמצעי להסתרה של לוויין והפיכתו חמקן, ואף יחידת מגורים או מעבדה המאפשרת קיום של בני אדם בתוכה.

המשימות שניתן לבצע באמצעות רכיבי חלל מתנפחים הוא רב, אבל שומה עלינו להתגבר על המכשולים הרבים המצויים בסביבת החלל כמו רִיק, קרינה מייננת ובלתי מייננת, סכנת פגיעה של מטאוריטים זעירים ופסולת חלל מעשה ידי אדם, התמודדות עם חמצן אטומרי – כל אלה הם מכשולים לא פשוטים גם עבור לוויינים ומערכות קשיחות, קל וחומר לחומר גמיש המנופח באמצעות גז כלשהו.

מגוון היישומים שניתן לביצוע באמצעות רכיבים מתנפחים הביא יזמים פרטיים לעסוק בנושא זה, וכן את סוכנות החלל האירופית שאף מקיימת כנס מדעי שנתי העוסק ברכיבי חלל מתנפחים. סוכנות החלל האמריקנית נאס”א בוחנת אף היא שימוש ברכיבים אלה.

מבט לאחור

מעניין לציין, כי אחד הלוויינים הראשונים בעולם היה בעצם לוויין מתנפח. סוכנות החלל האמריקנית נאס”א שיגרה לחלל במאי 1960 את הלוויין אֶקו-1 ( Echo-1), כדור בקוטר של שלושים מטרים וחצי, עשוי פוליאסטר ומצופה באלומיניום. עובי המעטפת היה 0.127 מ”מ בלבד(!).

הלוויין שימש כתחנת ממסר לאותות רדיו וטלוויזיה , וכן להעברת שיחות טלפון (במילים אחרות: הלוויין היה לוויין תקשורת פסיבי). בנוסף שימש הלוויין ככלי ללימוד צפיפות האטמוספרה של כדור הארץ ועוצמת הקרינה של השמש.

הלוויין שרד בחלל שמונה שנים ונשרף לבסוף במאי 1968 עם כניסתו לאטמוספרה. נאס”א השתמשה בטכנולוגיה זו לשיגור מספר קטן של לוויינים דומים, אולם עם ההתפתחות בתחום לווייני התקשורת האקטיביים נזנח הנושא.

כריות אוויר להנחתת חלליות

הצורה המקובלת להנחתת חלליות על מאדים כוללת מספר שלבים: בלימה אווירודינמית – הסתייעות באטמוספרת מאדים לשם האטת תא נחיתה, מצנח, ומנועי בלימה רקטיים הפועלים עד לנגיעת הנחתת על פני השטח של מאדים. שימוש במנועים רקטיים לצורך נחיתה כרוך בהכרח לשאת את הדלק והמחמצֵן הדרושים לנחיתה – מסה לא מבוטלת, שאלמלא היתה נישאת אפשר היה להגדיל את משקל הציוד המדעי על החללית או לחילופין להסתייע במשגר (טיל) קטן יותר, ולחסוך בעלויות המשימה כולה.

בשנת 1997 נחתה לראשונה אי פעם חללית מחקר על מאדים, שלא הותקנו בה רגלי נחיתה ומנועי בלימה רקטיים. החללית, פאת'פיינדר (Pathfinder), השתמשה בבלימה אווירודינמית ובמצנח, אולם בשלב הסופי של תהליך הנחיתה נופחו כריות אוויר סביב הנחתת, והן שספגו את זעזוע הפגיעה בקרקע. החללית ניתרה וקפצה על מאדים פעמים אחדות עד שנעצרה.

חברת החלל הפרטית ביגלו אירוספייס עוסקת בפיתוח תחנות חלל מתנפחות, מתוך כוונה לספק מגורים לתיירי חלל, כאשר תיירות החלל תהפוך למסלולית. בשלב זה רוקן הגז הדחוס ששימש לניפוח הכריות, ורובוט מחקר קטן יכול היה לצאת אל פני השטח ולהתחיל בעבודתו.

בשנת 2004 הנחיתה ארה”ב שני רובוטים מתקדמים על מאדים תוך שימוש בשיטת ריכוך הנחיתה באמצעות כריות אוויר. מובן כי כריות אלה צריכות היו לעמוד בשחיקה של קרקע מאדים, ולהיות חסינות בפני קרעים שיכולים היו להיגרם על ידי אבנים חדות וסלעים. מבחינת המבנה, היתה מעטפת הכריות דומה לחליפות החלל של האסטרונאוטים. גם בריטניה ניסתה את כוחה בשיטת נחיתה זו, אך הקשר עם החללית ביגל 2 (Beagle 2) אבד ואין מידע האם היה כשל במנגנון הנחיתה המתנפח או שהמשימה כשלה בשלב מוקדם יותר.

לוויין חמקן

רישום פשטני המופיע בפטנט אמריקני מראה לוויין בִּיון גדול שחלקו הגדול מוסתר על ידי חרוט. החרוט הוא רכיב מתנפח, שנועד להסתיר את מבנו של הלוויין מתצפיות קרקעיות העושות שימוש בטלסקופים רבי עוצמה.

בנוסף למניעת צילום באור הנראה, משמש החרוט המתנפח להקטנת החתימה האינפרא אדומה של הלוויין, חתימה המכ”מית שלו ואף להוות מכשול בפני לווייני צילום קטנים שיפעלו בקרבת הלוויין (על לוויינים לפעולות קירבה בחלל ראו כאן). לא ידוע האם קיימים לוויינים אמריקניים העושים שימוש בטכנולוגיה זו למטרות חמקנות, אך הדעה המקובלת בקרב מומחי חלל רבים היא שאכן קיימים לוויינים כאלה.

אנטנות ענק ותאים סולאריים

שלד מתנפח יכול להוות בסיס לאנטנות ענק המתאימות ללווייני תקשורת וללווייני ריגול מסוימים. המשקל הנמוך של המבנה, ביחס למבנים קשיחים, והאפשרות לייצר מבנים בעלי גיאומטריה משתנה, הביאו את סוכנות החלל האמריקנית וכן חברות פרטיות שונות לפתח אנטנות מתנפחות ללוויינים.

בטיסת מעבורת החלל STS-77 (מאי 1996) נפרשה בהצלחה רבה אנטנה גדולת מימדים בעלת שלד מתנפח. לווייני תקשורת יפניים אחדים השתמשו אף הם בטכנולוגיה זו. חברת ILC DOVER פיתחה תאים סולאריים המתוחים על מסגרות מתנפחות, אולם כיום אין עדיין לוויין העושה בהם שימוש. למבנים אלה חשיבות רבה בנושא חיסכון במשקל, גורם שיהווה שיקול בתכנון מפרשיות שמש עתידיות.

תחנות חלל מתנפחות לתיירים

אחת מחברות החלל הפרטיות המעניינות ביותר היא ביגלו אירוספייס (Bigelow Aerospace) . החברה עוסקת בפיתוח תחנות חלל מתנפחות, מתוך כוונה לספק מגורים לתיירי חלל, כאשר תיירות החלל תהפוך למסלולית (כיום רוב היוזמות לתיירות חלל עוסקות בטיסה תת מסלולית, כלומר קשת גדולה שמבצעת החללית ובשיאה מספר דקות שהייה בחלל). מגיני חום מתנפחים יכולים לשמש כסירות הצלה בעת חירום, ולהקטין את משקל הציוד המשולח אל תחנת החלל הבינלאומית

תיירי החלל העשירים לא ישמחו להידחק במרחב המצומצם והספרטני של תחנת החלל הבינלאומית, וכאן נכנסה חברת ביגלו לפעילות. החברה הפרטית כבר שיגרה לחלל רכיב שהתנפח ויצר מכלול המתאים למגורים ועבודה ודומה בגודלו למיניבוס.

לחברה תוכניות לשלוח יחידות נוספות לחלל, על מנת להרכיב תחנת חלל פרטית ראשונה שתוכל לשמש כיעד לתיירי חלל. ג'נסיס 1, תחנת החלל הראשונה הלא-מאוישת של החברה פועלת בחלל בהצלחה מאז שנת 2006, ולא חוותה תקלות משמעותיות ובכלל זה אובדן דיחוס. בשנת 2007 שוגרה תחנת חלל גדולה יותר, ג'נסיס 2, שאף היא פועלת כשורה.

מבנים מתנפחים לחקר הירח

כחלק מהאסטרטגיה העכשווית של סוכנות החלל האמריקנית לחזרה אל הירח והקמת בסיס לפעילות מאוישת ממושכת על פניו, נבחנים מבני מגורים מתנפחים בתצורות שונות. החברה הוותיקה שפיתחה וייצרה את חליפות החלל של ארה”ב מראשית הטיסות המאוישות לחלל, ILC DOVER, מפתחת את יחידות המגורים המתנפחות, שעל פי התכנון יוצבו על הירח בסוף העשור הבא, ואולי ישמשו גם את הצוותים הראשונים שינחתו על מאדים.

מבנים מתנפחים לבלימה אטמוספרית

על אף העובדה שטרם נעשה בהם שימוש מבצעי, קיימים פתרונות טכנולוגיים המתבססים על מבנים מתנפחים, שיכולים לסייע בשלב הבלימה האטמוספרית בעת הנחתת חלליות מחקר על מאדים, ואף לשם החזרת חלליות וציוד מהחלל אל כדור הארץ.

למרות החום העצום בעת הכניסה לאטמוספירה, המבנים המתנפחים מסוגלים לשרוד את המעבר. מגיני חום מתנפחים יכולים לשמש כסירות הצלה בעת חירום, ולהקטין את משקל הציוד המשולח אל תחנת החלל הבינלאומית.

וכך נראה, שרכיבי חלל מתנפחים יוכלו לשמש למגוון יישומי חלל, לפשט את ההיבטים הטכניים של משימות חלל שונות ולהוריד עלויות של משימות אלה, ובמיוחד לקצר את זמן המחקר והפיתוח של רכיבים נפרשים מתכנון קונבנציונאלי. טילים מתנפחים לא נראה אולי בקרוב, אבל לוויינים מתנפחים, תחנות חלל מתנפחות ואפילו חללית המיועדת לנוע ב”קו” תחנת החלל- ירח – בהחלט כן.

טל ענבר הוא ראש המרכז לחקר החלל, מכון פישר למחקר אסטרטגי אוויר וחלל, ויו”ר אגודת החלל הישראלית. המאמר פורסם בגליון 123 של כתב העת גלילאו

• אתר חברת ביגלו אירוספייס, ובו תיאור מפורט של תחנות החלל המתנפחות וכן תמונות וסרטי וידאו שצולמו בתחנת החלל הבלתי מאוישת ג'נסיס1.
• אתר הכנס של סוכנות החלל האירופית העוסק ברכיבי חלל מתנפחים.