חשיפת פרטים ראשוניים על המסע לירח והטכנולוגיות הייחודיות של SpaceIL

SpaceIL השלימה לאחרונה בהצלחה סקר תכנון מקדים Preliminary Design Review שנעשה בשיתוף הגורמים המרכזיים השותפים לתכנון ולבניית החללית ובעיקר התעשייה האווירית

מייסדי SpaceIL. צילום: אלון הדר
מייסדי SpaceIL. צילום: אלון הדר
SpaceIL - שלב הקפיצה למרחק 500 מ' אחרי הנחיתה הראשונה. הקפיצה תיעשה בטיפות הדלק האחרונות, לגובה 220 מטר. במהלך הקפיצה יפרס סיב אופטי באורך 500 מטרים. תמונת יח"צ
SpaceIL – שלב הקפיצה למרחק 500 מ' אחרי הנחיתה הראשונה. הקפיצה תיעשה בטיפות הדלק האחרונות, לגובה 220 מטר. במהלך הקפיצה יפרס סיב אופטי באורך 500 מטרים. תמונת יח"צ

SpaceIL השלימה לאחרונה בהצלחה סקר תכנון מקדים Preliminary Design Review שנעשה בשיתוף הגורמים המרכזיים השותפים לתכנון ולבניית החללית ובעיקר התעשייה האווירית. הסקר הוא שלב הכרחי על מנת לעבור מתכנון ראשוני לשלב התכנון המפורט, לשלב רכש החומרה והרכיבים ומעבר לביצוע הבנייה בפועל, שתתבצע פיזית במפעלי תע"א.
SpaceIL חושפת היום פרטים ראשונים הנוגעים למסע לירח ולטכנולוגיות הייחודיות שיוטמעו בחללית הישראלית, שצפויה להיות הקטנה ביותר ששוגרה אי פעם לחלל.

איך לוקחים "טרמפ" לחלל?

על מנת לחסוך בעלויות, תצטרף החללית של SpaceIL כ"טרמפיסטית" ללווין של חברת חלל זרה. בניגוד ל"טרמפ" חינמי, עלות ההצטרפות לשיגור כזה עומדת על מיליוני שקלים. החיבור למשגר, אשר צפוי במהלך שנת 2015, יהיה, למעשה, הפעם האחרונה שבה יוכלו המהנדסים הישראלים לראות את החללית הישראלית במו עיניהם. לאחר החיבור למשגר, לא תהיה תקשורת עם החללית למשך תקופה של חודש-חודשיים עד שיסתיימו כל ההכנות לשיגור. תאריך היעד המתוכנן לשיגור הוא 2015.

launch

כמה זמן יימשך המסע למרחק של 384 אלף ק"מ ?

המסלול – עם היציאה מן האטמוספירה, תעבור השליטה בחללית חזרה לכדור הארץ ויבוצעו תיקוני מסלול. במצב זה, די בטעות קטנה והחללית עלולה לא להגיע לירח לעולם, או להתנגש בו, חלילה. המסלול מתוכנן כך שממרחק של כ-400 אלף ק"מ (384 אלף בממוצע) של כד"א מהירח- החללית תצליח להיתפס במסלול שמרחקו 100 ק"מ מהירח (הדבר דומה לניסיון להשחיל חוט למחט – ממרחק של הקומה החמישית בבניין). המסע צפוי להימשך כחודש ימים.
לאחר מכן, בעיתוי המתאים, מתחילים בטיסה ישירה לעבר הירח במטרה להילכד בכוח המשיכה שלו. מהרגע שבו נלכדים במסלול הירח, מתחילה השהיה במסלול המתנה לקראת הנחיתה, בפרק זמן של עד שבועיים, תלוי ביום השיגור.

מהו משקל החללית הקטנה בעולם וכמה מיכלי דלק יש בה?

משקלה של החללית הישראלית הראשונה לירח צפוי להיות פחות מ-140 קילו וגודלה יהיה כ- 96X72X72 סנטימטר (בעת שיגור). לאחר הנחיתה צפויות רגלים קפיציות מיוחדות להיפתח על מנת לייצבה. החללית צפויה להיות הקטנה ביותר שאי פעם נחתה על הירח ובכך שואפים מייסדי הפרויקט והשותפים הרבים להוכיח יכולת טכנולוגית פורצת דרך לבניית חלליות קטנות וחכמות, אשר עלותן כעשירית מחלליות מוכרות.

משקל החללית נובע ברובו מ-4 מכלי דלק עם משקל כולל של כ- 90 ק"ג שצריכים להספיק למרחק העצום עד הירח. מהנדסי SpaceIL עמלים על הפחתת משקל החללית ככל הניתן, עד למקסימום של כ- 40 ק"ג, שיישארו אחרי הנחיתה.

איך מנווטים בחלל בלי GPS?

את זה רוצים להשיג בסופו של דבר בשנת 2015: ילדים צופים בנחיתת החללית הישראלית על הירח, תמונת הדמיה SpaceIL
את זה רוצים להשיג בסופו של דבר בשנת 2015: ילדים צופים בנחיתת החללית הישראלית על הירח, תמונת הדמיה SpaceIL

בניגוד לדרכי הניווט המוכרות על פני כדור ארץ, בחלל אין GPS ולכן היה על צוותSpaceIL למצוא ולייצר פתרונות ניווט ותיקון מסלול במיוחד, לטובת שמירה על נתיב הטיסה של החללית.
להלן מספר פיתוחים טכנולוגיים מקוריים, כמו גם אמצעי ניווט שישולבו בחללית:
Earth moon sensor – פיתוח ייחודי של חיישן אופטי עם מצלמה ומעבד תמונה, שיצלם תמונות הן של כדור הארץ והן של ירח על מנת שהחללית תוכל למקם עצמה ביחס לשניהם.

החיישן יודע לזהות אובייקטים עגולים ולהבחין לפי הצבע האם האובייקט המצולם הוא כדור הארץ או הירח. החיישן מסמן את נקודת המרכז של האובייקט המצולם וכך מסייע במיקום החללית.
OpNav- אמצעי ניווט אופטי חדשני: החללית מצלמת את הירח מהמיקום שבו היא נמצאת בחלל והתמונה נשלחת מהחללית בחזרה לתחנת התקשורת על פני כדור הארץ. בתחנת התקשורת, מנתחים את מיקום הירח לעומת החללית, על ידי השוואת זוויות הצילום של התמונות שהתקבלו ממנה אל המפות הקיימות.

אמצעי ניווט נוסף שתכלול החללית הינו עוקב כוכבים, מצלמה המחוברת למעבד וזיכרון המכיל מפה של הכוכבים בחלל. על ידי השוואה בין התמונה שהוא מצלם לבין המפה בזיכרון, העוקב יכול לאתר את כיוון החללית. שילוב מכלול האמצעים הללו, נועד לתת את המענה המיטבי לאתגר הניווט בחלל.

 

מייסדי ספייס אי אל צילום אלון הדר
אז איך נוחתים על הירח?
הנחיתה על הירח תעשה באופן הדרגתי, במספר שלבים:

1. שלב א' – תנועה במסלול מעגלי מסביב לירח, במרחק 100 ק"מ מפני קרקע הירח.
2. שלב ב' – ירידה מגוב של 100 ק"מ מעל פני הירח, לגובה 15 ק"מ.
3. שלב ג' – החל מגובה של 15 ק"מ מעל פני הקרקע, תינתן פקודת אל-חזור לנחיתה. בשלב זה הבקרה הינה קריטית לאור העובדה שהמסלול סביב הירח מאתגר במיוחד וההר הגבוה ביותר על הירח – הוא בגובה 6.5 ק"מ מעל פני השטח!

כיצד בולמים את החללית בחלל ומתי היא עוברת למצב של נפילה חופשית?

אחד האתגרים המרכזיים בשלב הנחיתה הוא בלימת מהירות החללית: בשלב הנחיתה, החללית יכולה להגיע למהירות של למעלה מ -7,000 קילומטרים לשעה (2 ק"מ לשנייה) שהם 8 פעמים מהר יותר ממהירות מטוס סילון. בשלב הכניסה של החללית למסלול סביב הירח ועל מנת לבצע נחיתה רכה ולא להתרסק, יהיה צורך לעצור את החללית בהדרגה. לא ניתן להשתמש במצנח בירח, כיוון שאין על הירח אוויר כדי למלא אותו והאט את החללית.

לכן התכנית היא: שימוש במנועים הרקטיים להורדת מהירות החללית לעצירה באוויר, בגובה 10 מטרים בלבד מהקרקע. בגובה זה המנועים יכובו ואז החללית תתחיל נפילה חופשית במאונך כשהמנועים כלפי למטה.

כיצד מתמצאים בזמן הנחיתה ומה הקשר לחיישן שיש בסמארטפון?

השלב הדרמטי והקריטי ביותר במשימה כולה הוא הנחיתה עצמה. על מנת לצמצם למינימום את הבעיות האפשריות בנחיתה, נעשתה בSpaceIL חשיבה מעמיקה על מנת למצוא פתרונות לאתגרים הצפויים ופותחו מספר פיתוחים טכנולוגיים חדשניים.

אחד מן הפיתוחים המקוריים הנוספים הוא ה- SLAM (Simultaneous Localization Mapping)- אלגוריתם למיקום עצמי בשלב הנחיתה. ה"סלאם" נועד לתת פתרון לבעיה העיקרית, העדרGPS על הירח וקושי במיקום המדויק וזמן המפגש עם הקרקע. ה"סלאם" מאפשר לחללית לדעת איפה היא נמצאת ביחס לקרקע – למניעת התנגשות בסלעים והתרסקות. הדבר מתבצע באמצעות מעקב אחרי נקודות על פני השטח, ומיקום החללית לעומתן בהתאם לתנועה שלה.

אמצעי נוסף שתכלול החללית הוא ה-IMU (Inertial Navigation Unit) – שילוב של מד תאוצה ומד מצב זוויתי. מדובר בחיישן, המאפשר למדוד את מצבו של אובייקט במרחב, ללא מערכת יחוס חיצונית. באנלוגיה, בזכות ה-IMU, החללית היא כמו עיוור, שיודע הכל על מיקום הגוף שלו רק על סמך אמצעי חישה פנימיים. למעשה, כיום בכל טלפון חכם יש חיישן כזה. כך, למשל, כאשר מסובבים את המסך- גם התמונה מסתובבת יחד אתו. הרכיב שבשימוש גדול אך במעט מהרכיב שיש בכל סמראטפון מצוי והוא כמובן מדויק ממנו.

 

מדוע נוחתים דווקא בזריחה?
SpaceIL מקפידים לתזמן את מועד הנחיתה כך שהוא יהיה בזמן הזריחה על הירח, זאת משיקולי טמפרטורות, שהולכות ועולות החל משעת הזריחה. מכיוון שכאשר שמגיעים לטמפרטורה של 50 מעלות, כבר קיימת סכנת התפוצצות של מיכלי הדלק, המטרה היא להרוויח כמה שיותר זמן בטמפרטורה נמוכה יחסית שלא תסכן את החללית. על פי התכנון הנוכחי הטמפרטורה אמורה להגיע ל- 50 מעלות ביום השלישי לנחיתה ועד אז יש להשלים את המשימה. בנוסף, בעת הזריחה, השמש מאירה מהצד. הדבר יכול לסייע בזיהוי מכשולים על פני השטח כמאמר המשפט "כל אבן קטנה, עושה צל גדול".
איך מזהים מכשולים בלי לראות?
פיתוח נוסף של צוות SpaceIL שיכנס לשימוש בשלב הנחיתה הוא ה- Hazard detection, ה"עיניים" של החללית. זוהי מערכת ראייה ממוחשבת, שתזהה את כל הסכנות והמכשולים באזור הנחיתה עבור החללית. (זה יעשה לראשונה באמצעים אופטיים, במקום ע"י מכ"מ):

מאחר והחללית הנה בלתי מאוישת והנחיתה תעשה באופן אוטומטי לחלוטין, הצוות זקוק לתחליף לעיניים האנושיות על מנת לנחות על שטח נקי מאבנים, ממכתשים ובעל שיפוע לא גדול מידי, על מנת שהחללית לא תיפול על צדה. מוביל הצוות שמפתח את המערכת הוא גם דוקטור המתמחה בתהליכי בקרה במוח, ולמעשה הוא מעניק תכונה אנושית לחללית.

לאיזה גובה "תקפוץ" החללית לאחר הנחיתה?

לאחר הנחיתה, החללית תתרומם באוויר לגובה של כ- 220 מטר ותנחת שוב, במרחק 500 מ' מנקודת הנחיתה. "קפיצת" החללית נועדה על מנת לעמוד באחד מכללי התחרות הבסיסיים – התקדמות של 500 מטר מנקודת הנחיתה.

איך משדרים HD מהירח לכדור הארץ?
אחת מדרישות התחרות היא שידור חי של תמונות ווידאו באיכות HD מהחללית בחזרה לכדור הארץ. חברת בזק נרתמה לטובת הצלחת המשימה והיא תפרוש סיב אופטי מחוות האנטנות, אשר קולטות את האות האלחוטי המגיע מהירח, ועד מרכז הבקרה. זאת על מנת שהמקטע הקרקעי יהיה מהיר ככל הניתן והמידע יזרום לתחנת הבקרה. בנוסף , בזק תעניק תמיכה בחיבור לשאר תחנות הקליטה בעולם אשר יאפשרו שידור מהיר במיוחד שהכרחי לצורך ההצלחה במשימה.

החומר הועבר לאתר הידען באדיבות דוברות חברת בזק

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

10 תגובות

  1. מיקי
    מערכות INS לפני 40 שנה כבר השתמשו בגובה ברומטרי כדי לעדן את חוג הגובה. מד מהירות אוויר אינה חלק משום INS שאני מכיר מכיוון שהם מודדים מהירות יחסית לרוח. כיוון מגנטי משמש לאיפוס על הקרקע ואינו מספק שום נתון במהלך הטיסה. דיוק הכיוון של מגנטומטר הוא רע מאוד.
    הגיעו לירח בעזרת INS לפני הרבה מאוד שנים.

    בחלל מאוד קל לדעת זוויות ע"י טריגו ממספר כוכבים רחוקים. בנוסף, קל למדוד מרחק מנקודות ידועות ע"י DME.

    שדה המגנטי ושדה הכובד דווקא מפריעים ל-INS וטוב שאין אותם בחלל 🙂

  2. ניסים
    מערכת INS על כדו"א מתבססת לא רק על יחידת IMU אלא גם על מד מהירות וגובה שהם נגזרת
    של הלחץ הברומטרי יחסית לכיוון התנועה. בנוסף, ה- IMU מכיל מגנטומטר שנעזר גם בשדה המגנטי
    של כדור הארץ כדי לתקן את הסטיות. היום כבר משתמשים בעיקר ב-GPS או GNSS כדי לתקן את אותן
    סטיות. במערכות מורכבות יותר שאין להם יכולת שליטה ע"י אדם בזמן אמת, הדיוק הוא מאוד חשוב
    ולכן בהיעדר GPS יש צורך במערכת IMU מאוד מדוייקת שממש לא מבוססת על MEMS!
    בחלל אין לחץ ברומטרי, אין GPS ואין שדה מגנטי ותאוצה קבועים כמו על כדו"א.
    מה שמוביל למסקנה שיש צורך ב- IMU מאוד מדוייק וזה מחזיר אותי שוב לשאלה, באיזה IMU
    הם משתמשים?

  3. מיקי
    דיוק של מערכות INS ישנות עמד על 0.4 מייל ימי לשעה. זה במטוס קרב שסובל משינוי תאוצה מהירים, ורעידות. בנוסף המערכת טיפלה בתופעה שניקראת מטולטלת שולר שגרם לתנודות בתדר נמוך (קצת יותר ממחזוק כל 84 דקות).

    בחלל המצב יותר טוב ולכן אני מניח שהדיוק יכול להיות משמעותית יותר גבוה. יש דרכים לעדכן את נתוני ה-INS ע"י סנסורים שונים.

    קרינה היא לא בעיה. כבר מזמן יש דרכים להתגונן מקרינה.

  4. הייתי רוצה לשאול את הצוות שאלה רצינית:
    באיזה IMU אתם משתמשים? זה חייב להיות IMU מאוד מדוייק שחסין לקרינה וככל הנראה
    מבוסס על לייזר. בנוסף הוא חייב להיות מיועד לחלל שכן שם אין כמעט בכלל תאוצה ולעומת זאת
    כאשר החללית במצב של תאוצה עצמית אז היא גבוהה מאוד וצריך לסנן אותה… בקיצור, רק הרכיב
    הזה הוא עסק שלפי דעתי מצריך המון כסף, שנים של ניסיון (בחלל) ואלגוריתמים מעולים + יחידת חישוב
    חזקה (שגם עובדת בקרינה – זה לא טריוויאלי בכלל).
    הייתי שמח אם מישהו מהצוות יוכל לענות לי ברצינות.

  5. לא הבנתי את ענין הסיב האופטי. האם מדובר בחיבור 2 תחנות על כדור הארץ (כפי שכתוב במאמר), או בפרישת סיב על הירח במהלך הקפיצה של החללית (כפי שכתוב ליד התמונה).

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן