העתיד: לוויינים קלים על פי דרישה

בזכות מזעור רכיבי חלל והתקדמות בתחום המיקרו-לוויינים, ארצות הברית תוכל לשגר לוויינים בעת הצורך בתוך ימים בודדים, ובעתיד הרחוק יותר – אף בתוך שעות

טל ענבר, מגזין “גליליאו”

הטלפון האדום במשרדו של סגן מפקד פיקוד החלל של חיל האוויר האמריקני צלצל. קצין המשמרת, לויטננט קולונל בדרגתו, נשמע בהול: “הגנרל, קיבלנו פקודה משר ההגנה להפעיל את תכנית 'איקרוס'. אומר שנית – עלינו להפעיל את תכנית 'איקרוס'. הנחיותיך, המפקד.”
הגנרל בעל שלושת הכוכבים השתהה קמעא, והרהר על הימים הרחוקים ההם, של שנת 2007, עת התקיימו ויכוחים מרים בסוגיית החלליות והלוויינים להרכבה. “הוזים וחולמים”, כך קראו הספקנים בכלי התקשורת לקבוצת הקצינים בחיל האוויר האמריקני, והוא בתוכם, כקפטן צעיר, שהובילה את המהפך התפישתי. “לוויין בשישה ימים? איך אפשר להעלות זאת על הדעת?” כתבו בכירי המומחים מהאקדמיה. אפילו בנאס”א, האמונה על חדשנות, רבו המפקפקים.
“המפקד?”. הגנרל נעור משרעפיו וגייס מיד את קולו הסמכותי: “יש לכנס את סגל הפיקוד הבכיר בחדר התדריכים בעוד 30 דקות. יש להודיע לכנף חלל 50 בבסיס שרייבר לעבור למצב כוננות 2. אני רוצה הערכת מצב של קבוצת מבצעי מידע 544 מבסיס פטרסון בקולורדו, על המחשב שלי, בעוד 10 דקות. כמו כן, הודע לתחנת חיל האוויר בקייפ קנאוורל להיכנס לכוננות שיגור מיידית. שיתחילו לשלב את ששת לווייני הכוננות בחלוקה של שני לווייני צילום ושניים תקשורת. את המטעד של שני הלוויינים האחרים נקבע לאחר הערכת המצב.
“החופשות מבוטלות,” המשיך הגנרל. “החזר את האנשים שבבית לבסיס באופן מיידי. הכנס לכוננות 2 את כנף החלל 30 בבסיס ואנדנברג, ייתכן שנידרש בהמשך לשגר גם משם. סנכרן והפעל שעון – שיגור ראשון בעוד 8 שעות מעכשיו.”
האירועים המתוארים לעיל הם בדויים (אף ששמות היחידות והבסיסים אמיתיים), אך הם יכולים להתרחש בעוד שנים לא-רבות, אם תגיע למימוש התפישה המכונה “חללית בשישה ימים” או “שחק והרכב”, המוכרת בינתיים לקהילה מצומצמת למדי של מקצועני חלל, תיאורטיקנים של הפעלת כוח בחלל, וגורמים בתעשיות החלל בארצות-הברית ובכמה מדינות אחרות. אם יפותחו יכולות אלה, תוכל ארצות-הברית לשגר לוויינים בעת הצורך בתוך ימים בודדים, ובעתיד הרחוק יותר – אף בתוך שעות.

מיקרו-לוויינים – שם המשחק
מזעור רכיבי חלל והתקדמות בתחום המיקרו-לוויינים (לוויינים קטנים וקלים – בדרך-כלל עד 100 ק”ג, אך ראו להלן), מאפשרים כיום להיעזר בחלל גם לצורכי לחימה ברמה האופרטיבית והטקטית, לא רק האסטרטגית.
לוויינים קטנים וקלים יוכלו להישמר על הקרקע לצורך שיגור עתידי במצבי חירום – מלחמה, השמדת לוויינים על ידי אויב המצויד במערכות לוחמת חלל, או צורך חיוני בתגבור יכולות החלל של המדינה, כגון בעת אירוע טרור עצום-ממדים או אסון טבע נרחב. מיקרו-לוויינים קיימים זה שנים אחדות, ולהם מגוון יישומים, ובהם צילום, תקשורת ומחקר.
חיל האוויר האמריקני עוסק בתחום המיקרו-לוויינים במטרה להגיע ל”לוויין טקטי”, שישרת את הדרגים הלוחמים ברמות הנמוכות. חשוב לציין, כי ההבטחות הגדולות שתולים במיקרו-לוויינים בתחומים שונים ממומשות כעת רק באופן חלקי, ואין לראות בהם – לפחות בעת הזאת – תחליף ללוויינים גדולים וכבדים יותר.
ההגדרות למושג “מיקרו-לוויין” משתנות מעת לעת, וממגדיר למגדיר, אולם בדרך-כלל מקובל לקרוא ללוויין קטן “מיקרו-לוויין” אם מסתו היא כ-100 ק”ג. לוויינים קטנים וקלים העונים להגדרה זו כבר הפגינו יכולות טובות בתחום הצילום, למשל, עם רזולוציה של כ-2 מטרים בצילום צבעוני. מיקרו-לוויינים אחרים כבר נוסו בחלל כשהם נושאים מטעד מולטי-ספקטרלי (מצלמה המצלמת במגוון רחב של אורכי גל), ציוד תקשורת ועוד.

תפישה חדשנית בתחום החלל
התפתחות המיקרו-לוויינים הביאה בשנים האחרונות לעיצובה של תפישת הפעלה חדשנית, המכונה Operational Responsive Space. תפישה זו מציעה כמה רעיונות חדשניים, ובהם “שיגור לפי דרישה”, “חללית בשישה ימים”, “שחק והרכב” ועוד.
בבסיס התפישה – שמקורה בארצות-הברית – עומד הרצון לאפשר למשתמשי הלוויינים גמישות מרבית בהפעלתם. אם, לצורך הדוגמה, מתקיימת פעילות צבאית של ארצות-הברית באפגניסטן, וקיים צורך דוחק בהרחבת יכולות הצילום של ארצות-הברית מהחלל מעל מדינה זו, ניתן יהיה לשגר לחלל בתוך ימים (וכאמור, בעתיד הרחוק יותר, בתוך שעות) “לוויין כוננות” שישוגר למסלול המיטבי.
היתרון של התפישה הוא, שמצבי משבר הדורשים שיגור מהיר ביותר (כמו אסון טבע, אירוע טרור נרחב או מלחמה) אינם נמשכים בדרך-כלל זמן רב, ולכן אפשר להקריב את אורך החיים של הלוויינים על חשבון הבאתם למיקום האופטימלי מעל זירת ההתרחשות.
מכיוון שאורך החיים בחלל של לוויינים טקטיים כאלה לא יצטרך לעלות על שבועות בודדים, אפשר לשגרם למסלול נמוך במיוחד (בגובה השיוט של לוויינים נמוכים קיימים עדיין שרידי אטמוספרה, שהחיכוך בהם יוצר גרר ומביא לירידת גובה המסלול של הלוויין ולבסוף – לנפילתו אל כדור-הארץ).
השיגור למסלול נמוך עשוי לפצות במידה רבה על הנחיתוּת המובנית של לוויינים קטנים, למשל בתחום הצילום (קוטר המצלמה של לוויין קטן יהיה קטן בהרבה מקוטר מצלמה הנישאת על לוויין בינוני או גדול, אך גובה המסלול הנמוך מאוד יפצה על כך במידה רבה).

“שחק והרכב” – תכנון מודולרי ללוויינים
מוכרים היטב היישומים הטכנולוגיים המכוּנים Plug and Play – למשל מעולם המחשב. כל ילד יכול לחבר רכיבים שונים למחשב, ולהפכו לסימולטור טיסה משוכלל (על-ידי חיבור ג'ויסטיק למשל), למכונית מירוץ וירטואלית (על-ידי חיבור הגה ודוושות) או ליישומים אחרים.
הממשק בין הרכיבים נראה לנו פשוט (לרוב חיבורי USB) ואין אנו נותנים את הדעת על סכומי העתק והזמן הארוך שנדרשו כדי להגיע לסטנדרטיזציה של רכיבי המחשב השונים בעולם. יתר על כן, טכנאי בחנות המחשבים יוכל להרכיב עבורנו מחשב על פי מידתנו ורצונותינו, פשוט על-ידי חיבור הכרטיסים האלקטרוניים הרצויים ללוח האם. פשוט וקל בעולם המחשבים – אז מדוע לא להרחיב את הטכנולוגיה של “שחק והרכב” גם לתחום החלל?
את אחת הגישות המעניינות להרכבת “לוויין לפי דרישה” מציעה החברה האמריקנית אירו-אסטרו. החברה פיתחה לוויין המורכב ממכלולים שטוחים, שכל אחד מהם אחראי על ביצוע פונקציה מסוימת שהלוויין זקוק לה. כך, למשל, תוכננו ונבנו מכלולי אנרגיה המצוידים בתאים סולאריים, מכלול מחשב, מכלול הנעה וכיו”ב.
על פי צורכי המשימה, יורכבו המכלולים זה על גבי זה על מנת ליצור את הלוויין השלם. מכיוון שהלוויין שתכננה החברה הוא בעצם מיקרו-לוויין, שינוע המכלולים הוא קל ופשוט – קוטרו של כל מכלול פחות ממגש של פיצה משפחתית.
מכיוון שהלוויין משוגר ממש בזמן שהוא נחוץ, יש גמישות בבחירת המטעד (כלומר, המטען המועיל של הלוויין) מתוך כמה מטעדי כוננות. לגמישות זו יש יתרונות רבים, במיוחד כאשר מדובר בבחירת מטעדי מודיעין אלקטרוני, משדרים או מערכות תצפית בתחום ספקטרלי מסוים.

תקינה אחידה – בעיה מרכזית
אחת הבעיות הניצבות בפני תעשיות החלל בבואן לייצר לוויינים מודולריים היא היעדר תקן אחיד לרכיבי חלל שמייצרות חברות שונות. על מנת לייצר לוויינים מודולריים, שאפשר לקחת רכיבים מוכנים – באופן מילולי – מן המדף ולשלבם בהם, יש צורך בקביעת תקנים שונים: של מתח חשמלי, של תדרי שידור ואף של חיבורים פיזיים. כמה פינים יהיו במחברים המהירים? מה תהיה התוכנה שמחשבי הלוויין ישתמשו בה?
לאיזה ציוד בדיקה יותאמו הרכיבים? וכן הלאה. במדינה גדולה כארצות-הברית יש חשיבות רבה להאחדת התקנים, על מנת לאפשר שילוב תת-מערכות ומכלולים מיצרנים שונים לכלל לוויין מבצעי בידי המשתמש הסופי, לדוגמה חיל האוויר האמריקני.

הלוויין המודולרי הטקטי TacSat-1 של ארצות-הברית. הלוויין מורכב משלושה מכלולים

מחלוצי תפישת ה-Plug and Play
מפעל מבת של התעשייה האווירית פיתח בשנים האחרונות מרכב גנרי ללוויינים, שאפשר לחבר אליו מטעדים מסוגים שונים. לוויין זה מגלם את תפישת ה-Plug and Play: בעת הצורך, יחובר ללוויין טלסקופ, וישוגר כלוויין תצפית. לחלופין אפשר לשלב בלוויין מכ”ם או מטעד אחר.
ואולם, לוויינים אלה – למרות היותם חלוציים בעולם בתכנונם המודולרי – רחוקים עדיין מרחק ניכר מהלוויינים הטקטיים המתוכננים כיום, שיורכבו וישוגרו לחלל בתוך ימים אחדים. פרק הזמן הנדרש על מנת להכין לוויין מסוג זה ארוך מאוד, ולמעשה הלוויינים המבוססים על תכנון המרכב הגנרי טרם שוגרו.
יש להניח, כי כשיצטבר ניסיון מבצעי בהפעלת הלוויינים, ויינתן תקציב הולם, יהיה אפשר להחזיק לוויין בכוננות לשיגור, בלא מטעד מוגדר, אשר ייבחר מבין כמה מטעדים אפשריים, שייבנו ויישמרו לעת הצורך. נכון להיום, פורסמו שלושה יישומים שונים ללוויינים המבוססים על המרכב הגנרי שפיתחו מהנדסי מבת-חלל.

* טכסאר (Techsar) – לוויין חישה מרחוק המצויד במכ”ם מִפתח סינתטי (SAR, או Synthetic Aperture Radar). SAR הוא מכ”ם אווירי או חללי המשתמש באנטנה סינתטית לצורך יצירת תמונה של פני הקרקע. הלוויין נע במהירות של כשמונה ק”מ בשנייה, כך שלמעשה אפשר להתייחס לאנטנה שלו כאילו היא באורך של קילומטרים אחדים, ולא באורך הפיזי שלה. כך מושג כושר הפרדה גבוה ביותר.
* Opsat 3000 – לוויין צילום אופטי מתקדם.
* ונוס – לוויין מחקר משותף לצרפת ולישראל, הנושא מצלמה מולטי-ספקטרלית ליישומים מדעיים שונים.
ייצור מטעדים שונים ואחסנתם יחד עם מֶרכָּב (גוף לוויין) אחד לפחות יוכלו להביא בעתיד – אם תמומש אופציה זו – ליכולת הרכבה מהירה ביותר של לוויין בעל חשיבות עליונה לביטחון המדינה.
במקרה הישראלי, השגת יכולת אמיתית של Responsive Space תלויה בפיתוח משגר לוויינים (טיל) שידרוש סבב בדיקות קצר ביותר. אופציה אפשרית היא פיתוח משגר אווירי קל (משגר אווירי הוא משגר לוויינים הנישא באוויר על-ידי מטוס) ומשפחה של מיקרו-לוויינים מודולריים שתותאם לו.

שיגור מהיר, יעיל ו… זול
על מנת לתפקד בקבועי הזמן הקצרים הנדרשים ממערכות חלל מסוגOperationally Responsive Space, שומה על תעשיית המשגרים לחלל “ליישר קו” עם תעשיית הלוויינים.
משגרים אוויריים קטנים וקלים אינם בנמצא כיום (ולמעשה, המשגר האווירי המבצעי היחיד הוא ה”פגסוס” הוותיק, שזמן ההכנות לשיגורו נמדד בחודשים), והמשגר היחיד המתיימר לענות על דרישות השוק החדש הוא ה”פאלקון 1″ (וראו “פאלקון – יוזמה פרטית בחלל”, בגיליון 106 של “גליליאו”).
קיימים היום כמה מיזמים שתכליתם לפתח “משגר אופרטיבי” שיוכל לשגר לוויינים למסלולים נמוכים בחלל בהתראה של שעות אחדות. חיל האוויר האמריקני ביקש שיוקצו לו תקציבים לפיתוח משגר חלל חדש, שיאפשר להפוך את חזון ה-Responsive Space מחלום למציאות, אך ועדת ההקצבות של הסנאט קיצצה את התקציב למיזם המשגר המהיר לאפס, והפרויקטים נותרו בינתיים על צגי המחשב של המתכננים. בהצעת התקציב ל-2008 מופיע שוב הסעיף, אך טרם ברור אם הפרויקט יתוקצב או יוקפא שוב.

טל ענבר הוא ראש המרכז לחקר החלל, מכון פישר למחקר אסטרטגי אוויר וחלל, ויו”ר אגודת החלל הישראלית. פורסם במגזין “גליליאו”