חללית בבועה

רעיון חללית המפרש צובר תאוצה. הגרסאות החדשות מבטיחות מהירות אדירה

אהרון האופטמן

תצלמי הדמייה: נאס”א, אוניברסיטת ואשינגטון

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/hauptman191000.html

“בועה” מגנטית האופפת ספינת חלל. בהשפעת חלקיקים טעוני חשמל של רוח השמש תוכל הבועה להאיץ את החללית למהירות של כ-100 ק”מ בשנייה. מימין: חללית מפרש, אחד התכנונים של נאס”א. אינה זקוקה לדלק כדי להאיץ.

הרעיון להניע חללית בעזרת מפרש איננו חדש. עוד לפני יותר מ-400 שנים חלם האסטרונום יוהנס קפלר על ספינות מפרש שיפליגו בכוח “משבי רוח שמימיים” אל החלל. בשנות החמישים והשישים של המאה ה-20 קם הרעיון לתחייה בסיפורי מדע בדיוני רבים ובמאמרים מדעיים. פיתוחים המתבצעים בימים אלה במעבדות המחקר עשויים להביא להגשמת החלום אולי כבר בעשור הקרוב.

הרעיון פשוט: כשקרני אור פוגעות במשטח מחזיר אור (נניח ראי גדול), הפוטונים (“חלקיקי” האור) המוחזרים מפעילים כוח על המשטח. כוח פירושו תאוצה, ולכן ראי המחובר לחללית יהיה בעצם מעין מפרש, והחללית תואץ בדומה לאופן שבו מואצים סירת מפרש או עפיפון, כתוצאה ממשב הרוח. כשחושבים על זה המלים “ספינת חלל” מקבלות פתאום משמעות של ממש.

יתרונה הגדול של חללית מפרש הוא בכך שהיא אינה זקוקה לדלק כדי להאיץ, לפחות כל עוד האור מגיע אליה. ודי בתאוצה זעירה אך קבועה כדי לצבור, בתוך כמה חודשים, מהירויות אדירות שאי אפשר להשיגן בשום אמצעי הנעה קונוונציונלי. המהירות היא המפתח למסע בחלל למרחקים אדירים באמת – לשולי מערכת השמש, לא כל שכן מעבר לה.

בסיפור “הרוח הנושבת מן השמש” (משנת 1963) דימיין סופר המדע הבדיוני ארתור סי קלארק תחרות בינלאומית של “מפרשיות חלל”. וכך תוארה שם אחת החלליות: “אילו היו נוטלים את כל יריעות המפרשים של אוניות התה אשר התרוצצו אי פעם במימי סין, והיו תופרים אותן ליריעה ענקית אחת – לא היתה יכולה להשתוות אל המפרש היחיד אשר פרשה החללית מול השמש. ובכל זאת לא היה המפרש מוצק בהרבה מבועת סבון; אותם חמשת הקילומטרים הרבועים של פלסטיק מצופה באלומיניום היו בעלי עובי של מיליוניות סנטימטר בלבד”. (תרגום יורם רפפורט, הוצאת מסדה 1972).

אך אם רעיון המפרש החללי פשוט, מימושו אינו כזה. מדובר על מפרש שממדיו מאות מטרים (ועד כדי עשרות קילומטרים, לפי תכנונים מסוימים) ועוביו דקיק. נדרשים לכך חומרים חזקים מאוד, קלי משקל, עמידים בחום, וכן מנגנון פרישה מתוחכם. הקשיים ההנדסיים גרמו לנאס”א לזנוח את הרעיון בשנות ה-.70 אך בשנים האחרונות הוא מתעורר לחיים חדשים. ההתקדמות הרבה בפיתוח חומרים מרוכבים חזקים מאוד וקלים הפיחה תקוות, ואכן, אחד החומרים שנבחנו לצורך זה מזכיר מאוד את תיאורו של קלארק: סיבי פחמן מצופים בשכבת אלומיניום דקיקה להדהים, בעובי כמה עשרות אטומים בלבד. רדיד דקיק כזה יכול להיות מאוחסן בקופסה לא גדולה ולהיפרש בחלל למשטח בגודל מגרש כדורגל.

ככל שהרעיון קרם עור וגידים, כך הוצעו גרסאות משוכללות יותר שלו. למשל, גרסה עתידנית שאיננה מסתפקת באור השמש אלא מציעה שימוש באלומות אור ממכשירי לייזר רבי עוצמה, שימוקמו בנקודות “אסטרטגיות” בחלל, אולי על פלנטות אחרות. שילוב בין מפרש ענק ובין אלומת אור מרוכזת אמור להקנות לחללית כוח דחף למרחקים עצומים, אולי הרבה מעבר למערכת השמש.

אבל באחרונה הוצע רעיון חדשני הרבה יותר: חללית מפרש ללא מפרש. צוות מדענים מאוניברסיטת ואשינגטון, בראשות ד”ר רוברט וינגלי, עובד במרץ על “הנעת פלסמה מיני-מגנטוספרית”, או בקיצור .M2P2 על פי הרעיון הזה, החללית תיעטף במעין בועה מגנטית ענקית, שתתפקד בדומה למפרש, כתוצאה מהאינטראקציה בין השדה המגנטי לבין חלקיקים הנפלטים ללא הרף מהשמש. הרעיון נשמע מסובך, אך הוא מושתת על פיסיקה די פשוטה. ה”רוח” האמיתית הנושבת מן השמש (נוסף על קרינת האור, שאיננה בדיוק “רוח”) היא שטף של חלקיקים תת אטומיים טעוני חשמל, ה”נושבים” לכל עבר במהירויות של עד כ-1,000 ק”מ לשנייה, למרחקים אדירים מהשמש. המפגש בין מטען חשמלי לשדה מגנטי יוצר כוח שאפשר לנצלו כדחף המאיץ את החללית.

כאשר הרעיון הוצע לפני שנים אחדות, התברר שכדי להוציאו אל הפועל צריך לעטוף את החללית בשדה מגנטי חזק כל כך, שהדבר אינו מעשי (לפחות עד שיפותחו חומרים מוליכי-על). אך ד”ר וינגלי ואנשיו הראו ששדה מגנטי ענק וחלש יכול להשיג אותו כוח כמו שדה קטן יותר אך חזק. הם גם הראו שאפשר ליצור שדה מגנטי חלש כזה בעזרת סליל מוליך ובו כמות קטנה להדהים (40 ק”ג) של פלסמה (גז מיונן). בעזרת המתקן הזה (שדגם מעבדתי שלו כבר נבנה), הם טוענים, אפשר “לנפח” בועה מגנטית בקוטר של 40 ק”מ וזו תלכוד מספר מספיק של חלקיקי רוח השמש שיאפשרו לה לתפקד כמפרש אדיר ממדים.

כך רוח השמש הקלילה תוכל להאיץ חלליות למהירויות של כ-100 ק”מ לשנייה. חללית כזאת תהיה אמנם אטית עד כדי ייאוש בהשוואה למהירות האור – משאת נפשם של החולמים על מסעות בין-גלקטיים – אך היא תהיה הרבה יותר מהירה מכל חללית שנבנתה עד כה; וזה יהיה הפתרון המעשי למסעות אל שולי מערכת השמש.

הרעיון, שהוצג רק באחרונה בכנס מדעי, נראה לנאס”א מעשי עד כדי כך שהסוכנות הקציבה מענק מחקר מכובד לצוות של ד”ר וינגלי, כדי להמשיך ולפתח את הרעיון. (פרטים אפשר למצוא באתר.

ריכוז מאמריו של ד”ר אהרון האופטמן באתר הידען

{הופיע בעיתון הארץ, 19/10/2000}
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~306109504~~~222&SiteName=hayadan