תכנית סקילאב – יציר כלאיים של תוכנית חלל מאויישת בלי תקציב. חלק ראשון בסדרה

תכנון המעבדה החל הרבה לפני הנחתת אדם על הירח. רעיון ניצולו של אחד משלביו של משגר כמקום מגורים לאסטרונאוטים היה קיים זה כמה שנים בנאס”א, וסקיילב היתה ההזדמנות הראשונה לניסויו

עם סיומה של תכנית אפולו, תכנית החלל המאוישת הרביעית של ארה”ב הייתה הצבת מעבדה מאוישת במסלול סביב כדור הארץ. מין הדין היה שלאחר סיומה של תכנית אפולו יתחיל שלב חדש בחקר הירח או בתחום אחר רב אתגרים – הנחתת אדם על המאדים. דעת הקהל וחלק מהממשל רצו אחרת. התוצאה הייתה ביטולן של טיסות אפולו האחרונות ושיגורה של מעבדת חלל סקילאב – Skylab(ראשי תיבות של( Sky Laboratory ב־1973. מועד שיגורה של המעבדה היה 1972, אך בשל קיצוצים בתקציבה של נ־א־ס־א השיגור נדחה בשנה. מעבדת החלל הייתה מכשיר מחקר חסכוני בערך כולל של 2.6 מיליארד דולר, אך עם זאת יעיל וקומפקטי.

תכנון המעבדה החל הרבה לפני הנחתת אדם על הירח. רעיון ניצולו של אחד משלביו של משגר כמקום מגורים לאסטרונאוטים היה קיים זה כמה שנים בנאס”א. בנובמבר 1962 הגישה חברת מקדונאלד דאגלס לנאס”א דו”ח בדבר ניצולו של השלב S-IV-B כמעבדת חלל. סוכנות החלל האמריקנית קיבלה רעיון זה וקצת לפני שיגורה של אפולו 8 החלה התכנית להקמת מעבדה מסלולי לקרום עור וגידים.

בתחילה, דובר על הקמת המעבדה בשלבים. הקמת המעבדה דרשה 5 שיגורים של S-IB – בהם שיגור המעבדה עצמה. המעבדה מצוידת במנוע של השלב עצמו כיוון שאין בכוחו של המשגר להכניסה למסלול. הצוות הראשון משוגר יום לאחר שיגור המעבדה ומרכיב את חלקי המעבדה זה לזה. הצוות השני משוגר 4 חודשים לאחר נחיתת הצוות הראשון והצוות השלישי 6-5 חודשים מרגע נחיתתו של הצוות השני. הטלסקופ המבוסס בשלדו ובמבנהו על נחתת הירח משוגר למחרת על־ידי סטורן S-IB ונצמד לפתח ההצמדות השני של המעבדה.

תוכנית זו נגנזה ובמקומה דובר על הקמת המעבדה במספר קטן יותר של שיגורים. ראשית משוגרת המעבדה. בשלב השני משוגר הצוות הראשון עם הטלסקופ ובחלל מרכיבים את המעבדה. ב־1969 נגנזה גם תכנית זו ומספר השיגורים צומצם לאחד. לפי תכנית זו המעבדה משוגרת בשלמותה על־ידי המשגר סטורן 5 וכעבור יום משוגר הצוות הראשון.

תקצוב
ערכה של מעבדת החלל הוא כאמור 2.6 מיליארד דולר, מתוכם 2 מיליארד בעבור פיתוח והשאר לפעילות שוטפת. יום טיסה של המעבדה בין אם היא מאוישת ובין אם לא עולה מיליון דולר. לנאס”א הייתה תכנית נוספת לשיגור מעבדה שנייה בתקציב כולל של 950 מיליון דולר (600 מיליון דולר לבניית המעבדה ו־350 מיליון למכשור). הכנת המעבדה נמשכת 12 – 15 חודשים. בשל הקיצוצים של הקונגרס ירדה תכנית זו מהפרק.

מטרות התכנית
1. א. לערוך ניסויים ביו רפואיים לבדיקת יכולת עמידתו של גוף האדם בפני שינויים פתאומיים של כוח משיכה, ויכולתו לבצע פעולות מורכבות בתנאי חוסר משקל לאורך זמן. הדגש הושם על התנהגותו של האדם וההשפעות השונות שפועלות עליו יותר מאשר על טכניקת הטיסה, מערכות ההנעה ופעילות המכשירים השונים. חשיבותם של ניסויים אלה היא בצבירת ידע מתאים לטיסות בין־כוכביות שונות.
ב. להרחיב את הידע בנושא ההתפתחות וההתנהגות של בעלי חיים שונים מתאים פשוטים עד לאדם. בין היתר לבדוק התפתחויות של מושבות בקטריות בתאוצה אפס.
2. לערוך מחקרים בתחומי האקולוגיה, האוקיינוגרפיה, החקלאות (כולל גילוי שדות פרג – חשיש ), הייעור, הדיג (גילוי להקות דגים גדולות), הגיאולוגיה (גילוי מרבצי מתכות) והגיאוגרפיה.
3. אסטרונומיה – האינטנסיביות של הופעת השלהבות השמשיות, הקרינה האולטרה סגולית, קרינת X , צילום אטמוספירת השמש והילת האור הלבן סביב הדיסק שלה.
4. אסטרופיזיקה – מערכת השמש וגופים הנמצאים מחוצה לה וזה כולל מעקב אחר חלקיקים, קליטתם או צילומם, צילום הקרינה האולטרה סגולה מהכוכבים והגגנשיין. (Gegenscheein) – אור השמש המוחזר מאבק במערכת השמש. רובו של אבק זה מקיף את השמש במישור אקליפטי יכול גם להיווצר ריכוז של אבק זה בנקודת לגראנז’ 2 מכשירי המדידה נמצאים בפתח שבדופן המעבדה.
5. לבדוק תהליכי ייצור מסוימים באמצעות ריקנות (וואקום) וחוסר משקל. ניסויים אלה כללו ריתוך באמצעות קרן אלקטרונים ושימוש בחומרים מותכים לייצור מתכות בעלות חוזק נדיר כמו פלדה ספוגית (פלדה קלה כספוג וחזקה כפלדה מהסוג המשובח ביותר), ייצור מיסבים כדוריים מושלמים, ייצור עדשות משוכללות, תרכובות כימיות טהורות ועוד. לבדוק את השפעת חוסר המשקל על מתכות מותכות.
6. תכנון הנדסי וטכנולוגיה – ניצול חלקי המעבדה בצורה אופטימלית כמו מגורי הצוות והתאמת המגורים לאסטרונאוטים, פעילות האסטרונאוטים ובדיקת הציוד הנייד, הסביבה הפנימית של המעבדה, בדיקת הציפוי של וסתי החום ומדידת הלכלוך המצטבר על הטלסקופ.
7. חליפות חלל – צוות המעבדה מצויד בדגמים חדשים של חליפות חלל. ייחודן של חליפות אלה הוא במערכת ההנעה שלהן המאפשרת לאסטרונאוט לפקח על תנועותיו ולכוון את תנועתו. ההפעלה אפשרית ידנית בעזרת זרמי חנקן או רגלית. הנעה מסוג זה משחררת את הידיים לפעולות חיוניות יותר. על האסטרונאוטים לבדוק את מכשירי ההנעה של החליפות.
8. ניסויים להצלת אסטרונאוטים – מבחינים בין שני סוגים של מקרי חירום.

א. הצלת צוות המעבדה – במקרה והצוות לא יכול לנתק את החללית הוא חוזר למעבדה ובתוך 22 יום משוגרת חללית הצלה הנצמדת לפתח השני של המעבדה.
ב. אסטרונאוטים הנמצאים בחלל ואינם יכולים לחזור ארצה בשל תקלות בחללית, מכוונים אותם לעבר המעבדה או להיפך ובה הם ממתינים עד לשיגורו של רכב הצלה.

סך הכול תוכננו 287 ניסויים בעזרת 54 מכשירים מדעיים ורפואיים והם מתחלקים בצורה הבאה:
1. 140 ניסויים בחיפוש מחצבים באדמה.
2. 25 ניסויים בחקר השמש.
3. 28 ניסויים ברפואה ובמדעי החיים – לשם כך נעשה שימוש ב־19 מכשירים.
4. 24 ניסויים באסטרופיזיקה – לשם כך נעשה שימוש ב־14 מכשירים.
5. 18 ניסויים בטכנולוגיה ובתעשיית חלל.
6. 13 ניסויים בהנדסת ניהול וייצור.
7. 19 ניסויים שתִכננו תלמידי תיכון – את רעיון שיתופם של תלמידי תיכון בחקר החלל העלה נאס”א ב־1969 לאחר נחיתת אדם על הירח. תכנית החלל החלה לסבול מנסיגה. האיגוד הלאומי האמריקני למורים מדעיים אִרגן את המבצע, בחר שופטים ודאג לכך שתהיה חלוקה גיאוגרפית הוגנת של הזוכים. לנ־א־ס־א הוגשו 3,400 הצעות מתוכם נבחרו 25. שישה ניסויים דרשו תקציב גדול במיוחד, מכשור מיוחד וזמן רב מהאסטרונאוטים. נשארו רק 19 ניסויים ובהם ניסוי עם עכבישים (סקילאב 3) וניסיון לבדיקת הכושר המוטורי של האסטרונאוטים במהלך הטיסה (סקילאב 4).

מבנה המעבדה
מעבדת החלל לא נבנתה כאמור לפי טכנולוגיות חדשות. המרכיב העיקרי של המעבדה הוא השלב השלישי של המשגר סטורן 5. משקל המעבדה כולה הוא 90.607 טון ונִפחה 349 מ”ק. אורכה 36 מטר. למעבדה 4 חלקים:

1. המעבדה – Orbital Workshop(OWS) .
2. תא מחסום אוויר – Airlock Module (AM) .
3. רציף היצמדות – Multiple Docking Adapter (NDA).
4. טלסקופ – Apollo Telescope Mount (ATM) .

המעבדה
אורכה של המעבדה 14.6 מטר, קוטרה 6.6 מטר, משקלה 38.380 טון ונִפחה 292 מ”ק. היא מספקת לצוות מקום עבודה ומחייה בזמן השהייה בחלל. היא משמשת בסיס למערך הגדול של מדפי השמש ומחסן לגז קר, דלק למערכת בקרת הכיוון, מחסן אספקה , שירותים ואשפה. המעבדה אשר שימשה במקור כשלב שלישי של המשגר סטורן 5 מנוצלת מבחינת המבנה כמות שהוא. מיכל המימן הוסב לשתי קומות המדורים והעבודה ומיכל החמצן הנוזלי הוסב למיכל אשפה.

מיכל האשפה
המיכל מחולק לשניים. אחד בעל נפח של 62.5 מ”ק לפסולת מוצקה ותרמילים לנוזלים והחלק הקטן יותר 7.4 מ”ק לנוזלים. שני חלקי המיכל נסגרים במכסים מתכתיים כדי למנוע דליפות.

קומה א
1. מטבח – שטח המטבח 9.3 מר’ ונמצאים בו שולחן אכילה וארונות מזון – המקררים. השולחן מחולק לשלושה מגשים אישיים כדי למנוע תנועה מיותרת של פתיחת המקררים וסגירתם. כל זה בא כדי למנוע שפיכת מזון. לכל אסטרונאוט מגש אישי ועליו הוא מכין את ארוחותיו. כן מצויים במטבח, גופי חימום אישיים לחימום המזון וברז שתייה המאפשר לגימה חד־פעמית של אונקיה בכל פעם שרוצים לשתות. המים מוזרמים בלחץ ובתחתית מופעל מתקן שאיבה לסילוקם. היה רעיון לצייד את האסטרונאוטים ביין, אך הוא נגנז.
2. תאי שינה ומגורים – לכל אסטרונאוט תא שינה אישי ובו הוא ישן במעין ערסל. בתאים קיימת תאורה לקריאה. שטחו של תא השינה 6.5 מ”ר.
3. חדרי שירותים – א. האסטרונאוט מתרחץ פעם בשבוע בכמות מים מוקצבת. המים מוזרמים למקלחת בוואקום. ב. האסלה בחדר הנוחיות מצוידת בזרמי אוויר פנימיים, הצואה מוקפאת ומוחזרת ארצה והשתן נבדק מדי יום ביומו. חדרי השירותים מופרדים משאר החדרים כך שנמנעת דליפת ריחות בלתי נעימים וחלקים המסוגלים לנוע ולרחף בחלל המעבדה.
4. חדר ניסויים ואימונים – חדר זה תופס כמחצית שטחה של הקומה הראשונה. כאן נמצא ציוד רפואי: המערכת הקרדיו־וסקולרית, הכיסא המסתובב והארגומטר. מ־30 לוחות הפיקוח שישה הם לניסויים, שבעה לשבירת המעגלים והשאר לתקשורת פנימית, אזעקה מפני שריפות, יציאות בעבור מכשירים שונים.

ב־58 הארונות הצמודים לדופן המעבדה נמצאים מקררי מזון, רשם קול, קלפים, ספרים, משקפות, חִצי קליעה, לוח קליעה ומכשירי התעמלות.

קומה ב’
מכשירי המחקר הנמצאים כאן הם המשקל, מכשיר מדידה פנורמי אולטרה סגולי. בדופן הקומה מצויים פתחים בשטח של 0.21 מטר כל אחד לחשיפת מכשירים לחלל. 25 הארונות כוללים מקררי מזון, מים, חבלים, צינורות, מנורות ניידות, מסננים העובדים על עקרון של פחם עץ, מניפות ושלושה סוגי חליפות לחץ. משקל מקררי המים הוא 272 ק”ג כל אחד. ברשות האסטרונאוטים נמצא מיכל נייד של 12 ק”ג.

במעבדה אין מעלית ועל כן הותקנו בה ידיות רבות המאפשרות מעבר מקומה לקומה. הרצפה עשויה רשת מיוחדת שאליה מתחברות נעלי האסטרונאוטים. זאת כדי למנוע ריחוף פתאומי ומסוכן. דלת כניסה לשימוש רב־פעמי באה במקום הכיסוי החד־פעמי של פתח הכניסה שהיה בחלק הקדמי של כיפת מיכל המימן הנוזלי. דלת נוספת מוקמה בצִדה של המעבדה כדי לאפשר לעובדים ולטכנאים כניסה נוחה לחלק הפנימי בזמן הבדיקה שלפני השיגור.

האסטרונאוטים יכולים להשקיף החוצה דרך חלון בתאי המגורים. החלון ממוקם באמצע התא, קוטרו 54 ס”מ והוא עשוי זכוכית כפולה עם סידור בעבור חימום להגנה מפני ערפל. בתקרה של תאי המגורים ישנם מתקני תאורה שאפשר לפקח עליהם בצורה נפרדת. כן ניתנות לשימוש מנורות ניידות לתאורה נוספת. קירות המעבדה מוגנים מבפנים בלוחות אלומיניום חסיני אש ומבחוץ במעטה המגן מפני פגיעות מטאורידים. המגן עשוי לוח אלומיניום בעובי 0.6 מ”מ הצמוד למעבדה בזמן השיגור. לאחר מכן הוא מופרד ממנו על ידי פיצוצם של מנגנוני קפיצים חיבוריים ומוחזק במרחק 12.7 ס”מ מקירות המעבדה.

המעבדה ממוזגת אוויר ומעניקה תחושה סביבתית נוחה בטמפרטורה של 15.6- 32.2 מעלות. האטמוספרה מורכבת מ־76% חנקן ו־24% חנקן ולחצה 0.35 אטמוספירות. מניפות מחזיקות את האוויר בתנועה מתמדת כדי לקיים טמפרטורה קבועה. המעבדה מוזנת משתי כנפיים ענקיות של מדפי שמש הפרושות משני צדדיה במקביל אחת לשנייה ו־4 כנפיים על הטלסקופ המיועדות לקליטת האנרגיה מהשמש. הן בנויות בצורה גמישה המאפשרת להם לספוג עומסים פתאומיים ומסוגלות ליצור הספק של 22.8 קילוואט. כנפי המעבדה הן באורך 9.5 מטר ו־8.3 מטר רוחב כל אחת. הספקה של כל כנף 6.2 קילוואט ומשקלה 1840 ק”ג. ההספק מחולק לארבע תת־יחידות המזינות 8 סוללות של 33 אמפר/שעה כל אחת המשותפת לכול שני מדפים.

במעבדה 3240 ליטר מים ויותר מ־340 ק”ג מזון. כמות זאת היא בשיעור של 19% מעל הדרוש לשהות הכוללת של 140 יום בחלל. למעבדה 2 מערכות של 3 מנועי ניווט כל אחת בקצה האחורי של המעבדה. הדלק נמצא ב־22 גופים כדוריים. הגוף ה־23 מכיל גז דחיסה. כוח הדחף של כל מנוע הוא 12,600 ק”ג/שנייה. חרטום קונוס מיוחד במשקל 12 טון מגן על החלקים העדינים של המעבדה בזמן ההמראה והמעבר בשכבות האוויר הצפופות של האטמוספירה. החרטום מקנה למעבדה צורה אווירודינמית.

מי השפכים והפסולת
במעבדה הותקן מנגנון לטיהור מי השפכים לצורך שימוש חוזר ולהקטנת נפח הפסולת. משקל המנגנון 400 ק”ג והוא מסוגל לפעול ללא טיפול או תיקונים במשך שלוש שנים ותוך הפקה רצופה של 1270 ואט. המנגנון מופעל על־ידי האיזוטופ הרדיואקטיבי אורניום 238 המספק לו אנרגיה. כל חומר לא מתכתי המצוי במעבדה מועבר למערכת סילוק האשפה כולל חומרים פלסטיים, ביגוד, שיירי מזון והפרשות. במערכת מאיידים מתוך הפסולת את הנוזלים (7 ליטר לכל אסטרונאוט) ומטהרים אותם מחיידקים מתוך הפסד מינימלי של 2% בלבד בכל מחזור ,טיהור. הפסולת המוצקה מרוסקת מיובשת ונשרפת עד לנפח שהוא 1% בלבד מנפח הפסולת המקורי.

בפרק הבא נביא את המשך תיאור מבנה התחנה