מסוקי SkyFall יחפשו קרח רדוד במאדים בעזרת אנטנת מכ״ם מתקפלת

אב־טיפוס של אנטנת בד מתכתית, שמשקלה 150 גרם בלבד, שרד הדמיה של 200 נחיתות בלי לאבד מביצועיו. שלושת המסוקים מתוכננים להגיע למאדים באמצעות חללית המונעת בכור ביקוע ולהתפרס באוויר במהלך הירידה

שלושה מסוקי SkyFall של נאס״א טסים מעל פני מאדים ומפעילים מכ״ם חודר קרקע לאיתור קרח — הדמיית אמן של שלושת מסוקי SkyFall אוספים נתונים מעל פני מאדים. הגלים הירוקים מייצגים את מדידות המכ״ם התת־קרקעיות, והאלומות האדומות את הצילום בתחום התת־אדום הקרוב. קרדיט: NASA/JPL-Caltech.

מהנדסי המעבדה להנעה סילונית של נאס״א (JPL) השלימו סדרת ניסויים ראשונה באנטנת מכ״ם גמישה המיועדת לשלושת מסוקי SkyFall – הדור הבא של כלי הטיס שנאס״א מתכננת לשלוח למאדים בעקבות הצלחת המסוק אינג׳נואיטי. האנטנה אמורה לאפשר למסוקים למפות שכבות של קרח מים הקבורות בעומק קטן יחסית מתחת לפני השטח.

הניסוי אינו אומר שהמערכת כבר מוכנה לטיסה. בנאס״א מדגישים כי עדיין נדרשים ניסויי רעידות, פריסה בתנאים המדמים את סביבת מאדים ובדיקות נוספות של ביצועי המכ״ם. עם זאת, אב־הטיפוס עמד בהדמיה של 200 נחיתות על מאדים – יותר מכפליים ממספר הנחיתות הנדרש למשימה הראשית – בלי שנמדדה ירידה בביצועי השידור והקליטה.

הפער שבין המקפות לפני השטח

מקפות החגות סביב מאדים מסוגלות לזהות מאגרי קרח גדולים, אך מתקשות למפות ברזולוציה מספקת את המבנה של המטרים העליונים של הרגולית – שכבת האבק, הסלעים המרוסקים והחומר הרופף המכסה את פני כוכב הלכת. דווקא קרח הנמצא בעומק של מטרים מעטים עשוי להיות נגיש יחסית לאסטרונאוטים עתידיים.

מים שיופקו מהקרח יוכלו לשמש לשתייה, להפקת חמצן ואף לייצור מימן וחמצן כדלק רקטי. לפיכך, מיקומם ועומקם של מאגרי קרח רדודים עשויים להשפיע על בחירת אזורי נחיתה למשימות מאוישות.

„הדרך היחידה לזהות מרחוק קרח רדוד מתחת לפני השטח היא לטוס קרוב לקרקע”, אמר אדריאן טאנג, המדען המוביל של מכשיר המכ״ם חודר הקרקע במשימת SkyFall. לדבריו, טיסה נמוכה ואיטית תאפשר ליצור תמונות מכ״ם המבחינות בין שכבת קרקע יבשה לבין הקרח שמתחתיה ולמפות את היקף המאגר.

המכ״ם מתוכנן לחקור מבנים תת־קרקעיים ולחפש קרח בעומקים של כ־0.5 עד שלושה מטרים. המערכת תפעל בטווח רחב של תדרים, מ־500 עד 2,500 מגה־הרץ. אורכי הגל הגדולים יותר יחדרו לעומק רב יותר, ואילו התדרים הגבוהים יספקו פרטים מדויקים יותר על השכבות העליונות ועל מרקם פני השטח.

אנטנה שנאלצת להתכופף בכל נחיתה

אנטנה רגילה המתאימה לתדרים האלה הייתה צריכה להיות באורך של כ־48 סנטימטרים ולהיות מופנית ישירות אל הקרקע. אלא שהמרווח המתוכנן בין גוף המסוק לפני מאדים הוא כ־15 סנטימטרים בלבד.

לאחר בחינת כמה אפשרויות בחר צוות המשימה באנטנת ויוואלדי – אנטנה שטוחה וקמורה המסוגלת לשדר ולקלוט בטווח רציף ורחב של תדרים. האנטנה נקראת על שם המלחין אנטוניו ויוואלדי, משום שממציאה, פיטר גיבסון, סבר כי קווי המתאר שלה מזכירים כינור.

מהנדסי JPL מזערו את האנטנה והתאימו אותה לחקר קרקע מאובקת ויבשה, המחלישה גלי רדיו פחות מאדמה לחה בכדור הארץ. אף על פי כן, האנטנה עדיין ארוכה בערך פי 1.5 מרגלי המסוק. בכל נחיתה היא אמורה להתכופף הצידה, ובמקרה של נחיתה על סלע להתקפל אף יותר. לאחר ההמראה עליה להתיישר מחדש ולשמור על צורתה בזמן הטיסה.

האנטנה עשויה מאריג מתכתי גמיש המצופה פוליאסטר ושכבות של וקטרן – חומר חזק וקל ששימש גם בכריות האוויר שהגנו על רכבי המאדים ספיריט ואופורטיוניטי בזמן נחיתתם. קפיצי סרט גמישים מסיבי זכוכית ומסגרת מגנזיום קלה מסייעים לה להתיישר ולשמור על צורתה. משקל המכלול כולו הוא כ־150 גרם.

הדמיה של 200 נחיתות

במעבדת הניסויים הסביבתיים של JPL כופפו המהנדסים את האנטנה שוב ושוב והעבירו אותה בין טמפרטורות קיצוניות, כדי לדמות את מחזורי היום והלילה במאדים, שבהם הפרש הטמפרטורות עשוי להגיע לכ־94 מעלות צלזיוס.

במהלך סדרת הניסויים נלקחה האנטנה שש פעמים לתא אלקטרומגנטי, שבו נבדקה יכולתה לשדר ולקלוט אותות מכ״ם. המהנדסים אף הפכו אותה כך שהמבנה נאלץ לשאת עומס גדול מזה שיופעל עליו בכוח הכבידה של מאדים, המגיע לכ־38% מכוח הכבידה בכדור הארץ.

לאחר הדמיה של 200 נחיתות לא נמצאה ירידה בביצועי האנטנה. השלב הבא יהיה בניית דגם הנדסי שיעבור ניסויי רעידות, פריסה בסביבה המדמה את מאדים, בדיקות אות וניסויים בשטח „חצר מאדים” של JPL.

שלושה יורשים לאינג׳נואיטי

שלושת מסוקי SkyFall מבוססים על הניסיון שנאסף במהלך 72 הטיסות של אינג׳נואיטי בין 2021 ל־2024. אינג׳נואיטי נשלח במקור כהדגמה טכנולוגית לחמש טיסות בלבד, אך המשיך לפעול כמעט שלוש שנים והוכיח שטיסה ממונעת ומבוקרת אפשרית באטמוספרה הדלילה של מאדים.

כל אחד ממסוקי SkyFall מתוכנן לשקול כחמישה קילוגרמים ולהגיע לגובה של כ־52 סנטימטרים. קוטר כל אחד משני הרוטורים הנגדיים יהיה כ־1.35 מטרים. לצד המכ״ם חודר הקרקע הם אמורים לשאת מצלמות צבע ברזולוציה של 13 מגה־פיקסל, מצלמות בתחום התת־אדום הקרוב, חיישנים למדידת טמפרטורה ורוחות וכן מד קרינה.

שילוב המדידות יאפשר למפות את פני השטח ואת הקרקע שמתחתיהם, לעקוב אחר תנועת אבק ולבחון אזורים שעשויים להתאים לנחיתה ולפעילות של אסטרונאוטים.

המסוקים לא יזדקקו לרכב שטח שישמש כתחנת ממסר, כפי שנדרש מאינג׳נואיטי. הם אמורים לתקשר ישירות עם החללית ועם מערכות המשימה.

פריסה באוויר במקום נחתת

SkyFall מתוכננת לצאת לדרך בסוף 2028 כמטען של החללית Space Reactor-1 Freedom. לפי נאס״א, אם המשימה תתבצע כמתוכנן, זו תהיה החללית הבין־פלנטרית הראשונה שתפיק אנרגיה מכור ביקוע גרעיני ותשתמש בה להנעה חשמלית בחלל העמוק. מדובר בכור ביקוע של ממש, ולא במחולל רדיואיזוטופי מהסוג ששימש חלליות רבות בעבר.

תוכנית הטיסה הנוכחית כוללת מעבר ראשון ליד מאדים בשנת 2029 וחזרה למאדים בסתיו 2030. במהלך הכניסה לאטמוספרה יואט מכלול SkyFall באמצעות מצנח ולאחר מכן באמצעות מנועים רקטיים. במקום לנחות בתוך נחתת, שלושת המסוקים ישוחררו בעוד המערכת נמצאת באוויר, יתרחקו ממנה וינחתו באופן עצמאי – ומכאן שמה של המשימה.

זהו אחד השלבים המסוכנים והשאפתניים ביותר בתוכנית. נכון לאוגוסט 2026 מדובר במשימה עתידית ובחומרה שעדיין נמצאת בתהליכי פיתוח והסמכה, ולכן לוח הזמנים והתכנון עשויים להשתנות.