סיקור מקיף

“מיקרו-מדחפים” חדשניים יוכלו להניע לוויינים זעירים

מדחף רקטות בגודל של מטבע עשוי עד מהרה להניע את הלוויינים הקטנים ביותר המרחפים בחלל.

מיני מדחפים ללווינים זעירים. צילום: MIT
מיני מדחפים ללווינים זעירים. צילום: MIT

מדחף רקטות בגודל של מטבע עשוי עד מהרה להניע את הלוויינים הקטנים ביותר המרחפים בחלל. ההתקן הקטן, שפותח במחלקה לאווירונאוטיקה ולאסטרונאוטיקה במכון מסצ’וסטס לטכנולוגיה, נעדר כל דימיון למנועי הלוויינים הפועלים כיום, ואשר כוללים בתוכם שסתומים, צינורות ומכלי דלק כבדים. במקום זאת, ההתקן החדש הינו משטח ריבועי מישורי וקומפקטי, בדומה לשבב מחשב, המכוסה בכחמש מאות חודים מיקרוסקופיים אשר פולטים מתוכם אלומות של יונים בתגובה להעברת זרם בתוכם. מערך זה יוצר משב קטן של חלקיקים טעונים המסוגל להניע קדימה לוויין בגודל של קופסת נעליים.

“ההתקן כה זעיר עד כי ניתן להכניס מספר התקנים ממנו ברכב החללי,” אומר החוקר הראשי Paulo Lozano. החוקר מוסיף ואומר כי לוויין קטן הכולל מספר מיקרו-מדחפים כאלו יוכל “לא רק לנוע לעבר המסלול הנכון עבורו, אלא שהוא יוכל לבצע תנועות מורכבות יותר כמו להסתובב ולהתגלגל.”
כיום, יותר משני תריסרים של לוויינים קטנים, המכונים “CubeSats” סובבים את כדור הארץ. כל אחד מהם הוא בגודל של קובייה הונגרית, ומשקלם פחות מקילוגרם וחצי. גודלם הקטן גורם לסיווגם כ”ננו-לוויינים”, בניגוד ללוויינים הרגילים המגושמים הנשלטים מכדור הארץ. לוויינים זעירים אלו זולים לייצור וניתנים לשיגור לחלל בצורה די קלה: מאחר והם כה קלי משקל, טיל יכול לשאת מספר לוויינים כאלו כמטען נלווה ללא צורך בתוספת דלק. אולם, לוויינים קטנים אלו נעדרי מערכות הנעה עצמית, ומרגע שהם בחלל הם לרוב נותרים לחוג באופן סביל מסביב לכדור הארץ. בתום משימתו, הלוויין נשרף עם כניסתו לאטמוספירה הנמוכה.
החוקר מציין כי אם היו מציבים את הלוויינים הקטנים במסלולים גבוהים יותר בחלל, הם היו מתקיימים לאורך זמן רב יותר ועלולים ליצור בעקבות זאת בלגן בחלל. ככל שישוגרו יותר ויותר לוויינים מכדור הארץ בעתיד, הריסותיהם יוכלו להוות בעיה יקרה.
“לוויינים אלו עלולים להישאר בחלל לעד כפסולת,” אומר החוקר הראשי. “ופסולת זו עלולה להתנגש בלוויינים אחרים ולגרום להשבתת עידן החלל כתוצאה ממספר קטן של התנגשויות.” מערכות הנעה עבור לוויינים קטנים תוכלנה לפתור את הבעיה של גרוטאות בחלל: הלוויינים יוכלו לנוע מטה לגבהים נמוכים יותר ולהישרף, או אפילו לתפקד ככלים לאיסוף גרוטאות בחלל תוך גרירתם של לוויינים אחרים שסיימו את פעילותם לאטמוספירה הנמוכה יותר. אולם, מערכות הנעה רגילות הן גדולות ומגושמות מדי עבור ננו-לוויינים, ולא משאירים מספיק מקום לרכיבי האלקטרוניקה ולציוד התקשורת.
בניגוד לכך, מערכת ההנעה החדשה מוסיפה משקל מועט ביותר למשקלו הכללי של הלוויין. מיקרו-השבב מורכב ממספר שכבות של מתכת נקבובית כאשר השכבה העליונה מורכבת מחמש מאות חודים מתכתיים במרווחים קבועים. החלק התחתי של השבב מורכב ממאגרים קטנים של נוזל – “פלסמה נוזלית” – המכילים יונים הנעים בחופשיות, כאשר נוזל זה הוא הבסיס להפעלת ההתקן החדשני.
על מנת להסביר כיצד מערכת ההנעה פועלת, החוקר מביא את המודל של עץ: עץ שואב מים מהקרקע באמצעות רצף של נקבוביות ההולכות ונעשות קטנות יותר ויותר, תחילה בשורשים, ואז מעלה לכיוון הגזע, ולבסוף דרך העלים, שם קרני השמש מאדים את המים כגז. מערכת ההנעה החדשנית פועלת בצורה דומה לפעולה נימית (קפילאריות) זו: כל שכבה של מתכת כוללת נקבוביות קטנות יותר ויותר, אשר יונקות מעלה את הנוזל היוני דרך השבב לכיוון החודים המתכתיים.

החוקרים הרכיבו לוחית מצופה בזהב מעל השבב ואז הפעילו מתח חשמלי ליצירת שדה חשמלי בין הלוחית לבין החודים. בתגובה לפעולה זו אלומות של יונים נפלטו החוצה מהחודים תוך יצירת כוח הנעה. החוקרים מדדו וגילו כי מערך של חמש מאות חודים יוצר כוח של 50 מיקרו-ניוטונים – כוח דחיפה שבכדור ארץ יוכל להניע גזיר נייר קטן בלבד. אולם בחלל, שם אין כלל גרביטציה, כוח קטן זה יוכל להיות מספיק דיו לשם הנעת לוויין במשקל של קילוגרם אחד. החוקרים גילו גם כי הגברת המתח החשמלי מביאה להגדלת כוח הדחיפה – תוצאה מבטיחה במונחים של יעילות אנרגטית. “משמעות הדבר כי בעזרת שינוי המתח יש בידך רמה גבוהה של בקרה,” מסביר בחוקר הראשי.

 

החוקרים מדמים בעיני רוחם לוויין קטן בעל מספר מיקרו-מדחפים הממוקמים בצדדים שונים. כאשר הלוויין יצטרך להניע את עצמו מחוץ למסלול, לוחות סולאריים הנמצאים על גביו יפעילו זמנית את המדחפים החדשניים. בעתיד, חוזה החוקר הראשי, מיקרו-מדחפים אלו יוכלו לשמש אפילו להנעתם של לוויינים הרבה יותר גדולים: לוחות שטוחים הכוללים מספר מערכות דחיפה כאלו יוכלו להניע את הלוויינים בחלל, תוך כדי שינוי תנועתם, בדומה להגה של ספינה או מטוס או לסנפיר של דגים. “כמו שניתן לכוון לוחות סולאריים לכיוון המוגדר של השמש, כך יהיה ניתן לכוון את המדחפים לכל כיוון שנרצה שינועו לעברו,” מסביר החוקר. “מנגנון זה מספק לך גמישות מרובה,” מוסיף ואומר החוקר.

הידיעה על המחקר

 

דר. משה נחמני

דר. משה נחמני

כתב לענייני כימיה וננו טכנולוגיה
לכל הכתבות של המחבר

45 תגובות

  2. במקרה שהיה לווין גדול יותר הצטרכו שבבים גדולים יותר בשביל לדחוף
    ואם כן אולי אפשר לעשות ככה גם עם מכוניות

  3. מה? הג׳מע עושים מהפכה ואנחנו לא בפנים?
    טוב אני חייב לרוץ עכשיו, למרות ה40 חום. יש לי ניסוי לבצע.

    סטלין – אבינו.

    רוסיה – אימנו.

    הלואי והיינו יתומים..

  4. “לוויינים קטנים… כל אחד מהם הוא בגודל של קובייה הונגרית…” לווייני הקוביה הם בגודל 10X10X10 ס”מ; קצת יותר גדול מקוביה הונגרית רגילה.

  6. לפי המאמר בלבד, אין לדעת אם הסיבה לדחף הלוויין הוא מיסוך או רתע כתגובה לפליטת יונים. הדעת נותנת שאילו היתה הסיבה מיסוך, היו כמה וכמה אמות סיפים חורקות בעולם הפיזיקה. מכיוון שלא ידוע לנו שזה קרה, אני נוטה לקראת האפשרות השניה.

  7. תודה, אגש אליהם בקרוב.
    לטעמי, “מיסוך” הוא מינוח יפה ☼
    וגם אם התמונה אינה שלימה, קשה להתװכח עם העובדה שביפילד-בראון מביא את הסחורה.

  8. יובל

    תוכל למצוא במאמר המקורי:

    http://physics.fullerton.edu/~jimw/general/inertia/index.htm

    וגם ביתר המאמרים הנגזרים ממנו.

    אילו מאיר פה, הוא היה די מתעניין בנושא, נראה לי.

    בכל אופן – לפי דעתי התמונה של “מיסוך” הגרביטציה מצד אחד כך שהצד השני נמשך למסות רחוקות, אינה יכולה להיות שלמה.

  10. לילה טוב.

    שים לב רק לאימייל למטה, חלק מהתכתבות שהייתה לי עם פרופ וודווארד, אחד מהוגי הרעיון.

    הנוסחאות לא מופיעות, כמיטב המסורת הידועה לשמצה של אתרינו.

    Hello Dr Woodward.

    Thank you very much for your reply. I hope I am not taking too much of your time. I ordered the book from Amazon, but they don’t have it on kindle, so I have to wait. Maybe you can help me by giving a value to the field function phi in the equation below, taken from your article ” The origin of inertia”

    (

    Also, if you know anyone who can lecture me on the subject (inc paid tutor).

    Thanks,
    Israel.

    In a message dated 12/7/2010 11:07:26 A.M. Pacific Standard Time, [email protected] writes:

    Hello Mr. Shapira,

    Dennis Sciama published a little book around 1959 titled The Physical Foundations of General Relativity Theory in which he spelled out his ideas about Mach’s principle in some detail for a “popular” audience. It’s a very nice book.

    Best regards,

    J.F. Woodward

  13. שו יחסי? מסת הלווין היא ק”ג אחד. מהירותו כתוצאה מההדף נמוכה למדי. אז למה יחסי?

  18. שום פיזיקה אלטרנטיבית. אפקט ביפילד-בראון לא יוצר כוח דוחף אלא יוצר החלשה של כח המשיכה המתקײם בין מסות. נסתכל על הסביבה הקרובה של הגוף כעל שדה של גרביטציה. היות שרק אזור אחד של הגוף מצופה בחשמל סטאטי, הרי כוח המשיכה שמפעילה הסביבה אינו מאוזן.

  19. עם כל הכבוד לפיזיקה אלטרנטיבית, אני מאמין שאילו תופעה כלשהיא הייתה סותרת את חוק שימור התנע, או איזה שהוא חוק מחוקי הפיזיקה הידועים, זו הייתה כותרת היום ב”הידען”.

    וגם בנייצ’ר, וסיינס..

    וFOX, וCNN..

    וידיעות, ומעריב..

    הארץ, על המשמר..

  21. עדיין, איני מצליח לראות כיצד יוכל הלווין לההדף לצד אחד, בלי שמסה השקולה בתנע שלה תהדף לצד ההפוך, אלא אם כן יופר חוק שימור התנע.

    ומכיוון שהמסה היחידה הזמינה היא זו של היונים, אני מניח שהם אילו הנהדפים.

    ואלא אם כן מהירותם קרובה לזו של האור, רוב אנרגיית ההנעה תתבזבז עליהם ולא על דחיפת הלווין.

    לא?

  22. משה, תודה.
    גם בכתבה וגם בדבריך לא ראיתי כי אלומת היונים אינה גורמת ליצירת חשמל סטאטי. לפיכך, אינני מוציא מכלל אפשרות כי כח הדחף הנוצר בשיטה הזאת נגרם, למעשה, מאפקט ביפילד-בראון וכי הטכנולוגיה המתוארת בכתבה אינה אלא שיטה נוספת לײצור שדה אלקטרוסטאטי.

    ישראל, אליך

  23. אני לא משה נחמני, נכון. אכן ראיתי את גרסת ה PDF בגוגל, יכול להיות אפילו שזה אני שהפצתי אותה (המרתי אותה מ DOC ל PDF לפני כשנתיים+…).

    מנוע יוני לא צריך “מאגר יונים” בתוכו, אם יש מקור אנרגיה חיצוני (קרינת שמש) וחלקיקים בחלל מסביב לו (ויש) הוא יכול לשאוב אותם, להאיץ אותם ולדחוף אותם החוצה ובכך לנוע קדימה.
    התבלבל לי הטקסט קודם. אפקט ביפילד-בראון, יכול, כנראה, לעבוד רק עם חשמל סטטי, כלומר יוצרים גרדיאנט פוטנציאל בין שני הקצוות, ו…זהו, זה זז בלי להוסיף אנרגיה (אבל לא בדקתי את הקונפיגורציה הזו).
    יש מנוע מדהים אחר שנקרא מנוע אינרציאלי, ראו קליפ (מתוך הסרט The Race To Zero Point):
    http://www.youtube.com/watch?v=nIt661hfr9c
    לכאורה סותר את החוק השלישי של ניוטון…
    (רגע, מי בעצם אמר שזה “חוק”?)

  24. הצצתי, הצצתי. לא כתוב שם שיש איזו סתירה לחוק שימור התנע.

    הבט גם בלינק של אחד מהוגי הרעיון:

    http://en.wikipedia.org/wiki/Woodward_effect

    ושים לב ל:

    One typical criticism is the claim that the Woodward Effect violates Conservation of Momentum and thus is a form of Perpetual Motion Machine.

  26. נכון. כך אני רואה את זה. ואיך אתה רואה את זה אדוני המורה? האם נראה לך שהלוויין יכול להאיץ לכיוון אחד בלי שמסה הזהה בתנע שלה תאיץ לכיוון השני?

  27. ישראל, ההתעקשות שלך ראױה לציון מיוחד.
    לא היונים הם אלה שדוחפים.
    אם אני מבין נכון, אתה מסתכל על המתקן הזה כאילו הוא מנוע סילוני והיונים, שהם חלקיקים של חומר, עוזבים אותו בכיװן אחד ויוצרים דחף בכיװן ההפוך. לכמה זמן, לדעתך, יספיק מאגר היונים במנוע מן הסוג הזה?

  28. יובל

    אם מהירויות היונים לא תהיינה יחסותיות, רוב אנרגיית ההנעה תתבזבז על דחיפת היונים ולא על דחיפת הלווין. תוצא מתחייב של שימור התנע, שבה המסה הנהדפת הקטנה לוקחת את רוב האנרגיה.

    אם לעומת זאת מהירות היונים מתקרבת לזו של האור, מסתם עולה ויותר אנרגיה מוצאת על הדיפת הלווין.

  34. משה תודה רבה על ההסבר! (אתה לא משה נחמני, כותב המאמר נכון ?)

    לגבי הספר שציינת, כפי שתארתי לעצמי הוא זמין להורדה כקובץ PDF אם מחפשים בגוגל:

    lost science gerry vassilatos pdf

    ( סתם לידיעה כללית )

  35. אפקט ביפילד-בראון אמנם “לא חזק” עבור מבנים בגודל של 30 – 40 ס”מ (אני יודע, בניתי אחד כזה), אבל בוודאי הרבה יותר חזק מהמספרים המגוחכים עליהם מדברים בכתבה (מיקרוניוטון). חשוב לציין שלפי הסרט התיעודי The Race To Zero Point (מומלץ בחום!) במפצי ץהחמקן יש כזה מנוע ממזמן. אגב, הטכנולוגיה הגיע לבשלות ב 1948, עשרים שנה לפני הרקטות המסוכנות והנוראיות (והיייייקרות!!!) של נאסא לחלל ולירח.

  36. לאייל ולכל השאר, המנוע עליו הם מדברים הוא מנוע יוני, לא אפקט ביפילד-בראון. יש הבדל גדול בין השניים, אפקט ביפילד-בראון אינו תלוי בפולריזציה (כיוון השדה החשמלי) בניגוד למנוע יוני ש”מזריק” אלקטרונים לאוויר/חלל, ויכול לעבוד גם עם חשמל סטטי (ללא ביזבוז מטען!).
    מי שרוצה מידע מפורט על אפקט זה – אני ממליץ מאד לחפש באימיול או בטורנט את הספר
    Lost Science / Gerry Vassilatos (וכמובן תמיד יש את האפשרות להזמין את הספר באינטרנט, מאד יקר ומאד נדיר, כנראה לא מדפיסים אותו יותר)

  37. אבל האם העיקרון של ה Lifter הוא לא אותו עיקרון של המדחפים עליהם מדובר בכתבה ?

  38. אייל, לאפקט קוראים אפקט ביפלד-בראון והוא כנראה חלש מדי ובזבזני מדי באנרגיה כדי שיהיו לו שימושים מעשיים.

  40. שגיא, אפילו מהקישור שהבאת (הדף המקביל לו בעברית) נראה שמדובר בדיוק על אותה תופעה….

    “אם נכונות טענות חלק מהחוקרים בתחום מדובר בשיטת הינע שיש לה פוטנציאל עצום, וצפויה להחליף את מנגנוני העילוי המקובלים ואת ההינע הרקטי בתוכניות החלל….. הניסוי נעשה בתנאים מבוקרים ברמה גבוהה, כולל ואקום גבוה מאד…. (!!!) מודלים קטנים שמשקלם גרמים בודדים עד עשרות גרמים כבר “הורמו” בהצלחה באמצעות שימוש באפקט הזה, על ידי עשרות אנשים ברחבי העולם. מודלים כאלו נקראים לרוב “Lifters”. קיימות הדרכות רבות ברשת האינטרנט כיצד לשחזר את התופעה בבנייה ביתית”

    http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%90%D7%A4%D7%A7%D7%98_%D7%91%D7%99%D7%A4%D7%9C%D7%93-%D7%91%D7%A8%D7%90%D7%95%D7%9F

  41. צריך להיות ליונים מהירויות יחסותיות, אחרת רוב אנרגיית ההנעה תתבזבז על היונים ולא על הלוויין.

    יש לציין שלא הייתי רוצה להיות מאחורי מנוע כזה כשהוא מופעל..

  43. “אולם בחלל, שם אין כלל גרביטציה…”
    דװקא יש גרביטציה בחלל, והרבה. מן הסתם התכװנת להגיד: “אולם בחלל, שם החיכוך זעיר ביותר…”

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

אתר זה עושה שימוש באקיזמט למניעת הודעות זבל. לחצו כאן כדי ללמוד איך נתוני התגובה שלכם מעובדים.

לוגו אתר הידען
חיפוש