רחפן לירח טיטאן או איסוף דגימה מהשביט של רוזטה – במי נאס"א תבחר?

נאס"א הכריזה על שתי פיינליסטיות מבין 12 הצעות שהוגשו לתוכנית "הגבולות החדשים"  – רחפן לירח המסתורי והגדול ביותר של כוכב הלכת שבתאי, טיטאן, או משימה חוזרת לשביט אותו חקרה הגשושית רוזטה, 67P/צ'וריומוב-גרסימנקו, על מנת להחזיר ממנו דגימה לכדור הארץ. נאס"א תכריז על הזוכה הסופית מבין השתיים ב-2019, והיא תשוגר רק בסביבות שנת 2025.

הדמייה של הצעת המשימה דרגונפליי - רחפן שיתור את פני השטח של טיטאן, וינחת לאחר כל טיסה על מנת לחקור את פני השטח ולטעון את הבטריות שלו באמצעות גנרטור רדיואיזוטופי תרמולקטרי (RTG). מקור: NASA.
הדמייה של הצעת המשימה דרגונפליי – רחפן שינחת על פני טיטאן, ולאחר מכן יתור את פני השטח של טיטאן, וינוח לאחר כל טיסה על מנת לחקור את פני השטח ולטעון את הבטריות שלו באמצעות גנרטור רדיואיזוטופי תרמואלקטרי (MMRTG). מקור: NASA.

סוכנות החלל האמריקאית הכריזה אתמול על שתי פיינליסטיות בתחרות למשימה הבאה בתוכנית היוקרתית "הגבולות החדשים" (New Frontiers): דרגונפליי – רחפן לירח טיטאן של שבתאי, ו-CAESAR (קיצור של Comet Astrobiology Exploration Sample Return), משימה להחזרת דגימה לכדור הארץ מהשביט 67P/צ'וריומוב-גרסימנקו, שנחקר בעבר על ידי הגשושית רוזטה.

שתי ההצעות תקבלנה כעת מימון בסך 4 מיליון דולר לפיתוח הקונספט שלהם, כשההצעה הסופית תיבחר ב-2019. המשימה שתבחר תשוגר רק בסביבות שנת 2025.

תוכנית הגבולות החדשים של נאס"א נחשבת לאחת היוקרתיות ביותר של הסוכנות, ולבינונית מבין משימות המחקר הפלנטריות שלה – המשימה שתיבחר בה תזכה למימון של כ-850 מיליון דולר (לא כולל עלות השיגור). שתי התוכניות האחרות של הסוכנות היא תוכנית דיסקברי ה"זולה", שמשימות בה זוכות למימון בסך כ-450 מיליון דולר, ותוכנית משימות הדגל של הסוכנות, שמשימות בה נבחרות ללא תחרות וזוכות למימון עצום של מעבר ל-2 מיליארד דולר.

המשימה שתיבחר תהייה הרביעית בתוכנית הגבולות החדשים – כשהמשימות הקודמות ששוגרו במסגרתה הינן ניו הורייזונס לפלוטו, שממשיכה כעת לגוף נוסף בחגורת קויפר בשולי מערכת השמש ותגיע אליו ב-1 בינואר 2019; ג'ונו, שמקיפה כעת את כוכב הלכת צדק; ואוסיריס-רקס, שתגיע בשנה הבאה לאסטרואיד קרוב-הארץ "בנו" ותחזיר ממנו דגימה לכדור הארץ בשנת 2023.

איור של החללית CAESAR אוספת דגימה מפני השטח של השביט 67P/צ'וריומוב-גרסימנקו. מקור: NASA.
איור של החללית CAESAR אוספת דגימה מפני השטח של השביט 67P/צ'וריומוב-גרסימנקו. מקור: NASA.

שתי הפיינליסטיות זכו בתחרות קשוחה למדי, ונבחרו מבין 12 הצעות שהוגשו לנאס"א באפריל השנה. ההצעות נדרשו לעסוק בשישה מוטיבים שונים בתחרות הנוכחית: החזרת דגימה מאגן איטקן-הקוטב הדרומי של הירח; החזרת דגימה מגלעין של שביט; משימה לירחים טיטאן או אנסלדוס של שבתאי; גשוש לאטמוספירה של שבתאי; נחתת לכוכב הלכת נוגה; משימה לאסטרואיד טרויאני של צדק (משימה למספר גופים טרויאנים נבחרה כבר בתחילת השנה במסגרת תוכנית דיסקברי הזולה יותר, כך שלא הוגשו הצעות עבור מוטיב זה).

הסוכנות הכריזה גם על שתי הצעות שלא נבחרו, אך תזכנה למימון נוסף עבור פיתוח והבגרת הטכנולוגיות שנכללו בהצעותיהן, על מנת להגביר את הסיכוי לזכייה בתחרויות עתידיות. השתיים שנבחרו הינן הקונספט ELSAH (קיצור של Enceladus Life Signatures and Habitability) , שהציע לחקור את הירח אנסלדוס, בו מסתתר אוקיינוס מים נוזליים מתחת לפני השטח הקפואים; והקונספט VICI (קיצור של Venus In situ Composition Investigations) שהציע לשלוח נחתת לפני השטח הלוהטים של נוגה.

CAESAR – החזרת דגימה מהשביט של הגשושית רוזטה

הצעת המשימה CAESAR מבקשת לשלוח גשושית שתחזור לשביט 67P/צ'וריומוב-גרסימנקו, ולהחזיר ממנו דגימה לכדור הארץ לצורך בדיקות מעבדה מדוקדקות, אותן לא ניתן לבצע במכשירים המדעיים המוגבלים של גשושיות מחקר רובוטיות.

"שביטים הם מבין הגופים החשובים ביותר מבחינה מדעית במערכת השמש, אבל הם גם מבין אלו שמובנים הכי פחות", אמר סטיב סקוויירס, החוקר הראשי של המשימה מאוניברסיטת קורנל בניו יורק, במסיבת עיתונאים טלפונית. "הם אבני הבניין הפרמיטיביים ביותר של כוכבי הלכת. הם מכילים חומרים מהרגעים המוקדמים ביותר של היווצרות מערכת השמש ואף לפני כן".

גלעין השביט 67P צ'וריומוב-גאראסימנקו. צילום: ESA/Rosetta/NAVCAM.
גלעין השביט 67P/צ'וריומוב-גרסימנקו, בצילום של הגשושית רוזטה מ-2014. צילום: ESA/Rosetta/NAVCAM.

לפי ההצעה, החללית תאסוף מפני השטח של השביט דגימה במשקל של לפחות 100 גרם, ותכניס אותה לתוך קפסולת חזרה לכדור הארץ. "הדגימה תוחזר לכדור הארץ ב-20 בנובמבר 2038, אז תרשמו ביומן", אמר סקוויירס.

סקוויירס הוא גם החוקר הראשי של תוכנית "מרס אקספלוריישן רובר", במסגרתה שוגרו שני הרוברים התאומים ספיריט ואופורטיוניטי לכוכב הלכת מאדים ב-2004 (אופורטיוניטי עדיין פעילה, גם לאחר יותר מ-13 שנים). במה שאפשר להבין כהתייחסות למשך הארוך של המשימה המוצעת, סקויירס אמר שאחד הלקחים שלו, מתפקידו כחוקר הראשי של תוכנית רכבי המאדים, היא ש"סבלנות היא סגולה בעסק הזה".

כאמור, היעד ממנו CAESAR תיקח דגימה הוא אותו שביט שחקרה הגשושית האירופאית רוזטה. החללית הגיעה אליו בשנת 2014, והנחיתה עליו את הנחתת "פיליי", שנחיתתה הצליחה באופן חלקי בלבד. רוזטה התרסקה על פני השביט בספטמבר 2016, לאחר שחקרה וצילמה אותו בפרוטרוט. זו בדיוק הסיבה, לפי סקוויירס, שהשביט צ'וריומוב-גרסימנקו נבחר: בכך שפני השטח של גלעין השביט מוכרים מאד, אפשר לפתח ולבצע את המשימה ברמת סיכון מופחתת בהרבה מאשר אם היה זה שביט חדש ולא מוכר.

CAESAR תיבנה, אם תיבחר, על ידי חברת Orbital ATK, ותנוהל על ידי מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א. היא תשתמש באנרגיית השמש כדי להפעיל מנוע יונים במסע אל יעדה והחזרה לכדור הארץ.

איור של הנחיתה המוצנחת של קפסולת החזרה לכדור הארץ, שתתבצע ב-20 בנובמבר 2038 - תרשמו ביומן. מקור: NASA.
איור של הנחיתה המוצנחת של קפסולת החזרה לכדור הארץ, שתתבצע ב-20 בנובמבר 2038 – תרשמו ביומן. מקור: NASA.

מנגנון החזרת הדגימה לכדור הארץ יסופק על ידי סוכנות החלל היפנית, ויהיה מבוסס על זה של הגשושית "היאבוסה", שהחזירה לכדור הארץ ב-2010 דגימה מהאסטרואיד הקטנטן "איטוקאווה". לפי סקויירס הסיבה שנבחר המנגנון היפני, ולא זה המבוסס על מערכות אמריקאיות אחרות, היא שמכיוון שהדגימה תכלול גם חומרים נדיפים כמו קרח מפני השביט, וברצונם להשאירם במצב מוצק כל הדרך חזרה, עליהם לשמור על הדגימה קרה ככל האפשר. מבין מנגנוני החזרה לכדור הארץ, רק היפני כלל את השלחת מגן החום מהדגימה לפני הנחיתה המוצנחת על הקרקע, באופן שמונע מהחום שלו לעבור לדגימה עצמה, וכך שומר עליה קרה.

דרגונפליי – רחפן לירח המסתורי של שבתאי, טיטאן

"דרגונפליי" (Dragonfly – שפירית בעברית) היא ללא ספק ההצעה הנועזת מבין 12 ההצעות שהוגשו לתחרות. ההצעה מבקשת להנחית על הירח טיטאן של שבתאי רחפן מסוג קוואדקופטר כפול (בעל ארבה רוטורים עליונים וארבעה רוטורים תחתונים – הסיבה לשם הרחפן, שכן לשפיריות יש שני זוגות כנפיים). אם יבחר, הוא צפוי להגיע לטיטאן רק בשנת 2034.

טיטאן הוא הירח הגדול ביותר של ענק הגזים שבתאי, שאותו, את טבעותיו ואת מערכת ירחיו הרבים חקרה עד לאחרונה הגשושית קאסיני, שסיימה את חייה בהתרסקות אל תוך שבתאי ב-15 בספטמבר 2017. קאסיני הייתה החללית הראשונה שיכלה לצפות דרך מעטה האובך הכבד באטמוספירה הצפופה של טיטאן, שהופך אותה לכתומה ועמומה לאור נראה. החללית שחררה גם את הגשוש האירופאי הויגנס, שנחת על הירח ב-2005 ופעל לזמן קצר על פניו. הללו גילו, בין היתר, שבקטביו קיימים אגמים ענקיים של מתאן ואתאן נוזליים; דיונות של "חול" העשוי מתרכובות פחמימניות מורכבות שמקורן במתאן הרב באטמוספירה; ומתחת לפני השטח שלו, שמורכבים מקרח מים קפוא בטמפרטורה של כמינוס 180 מעלות צלזיוס, מסתתר אוקיינוס גלובלי של מים נוזליים.

אליזבת טורטל, החוקרת הראשית של ההצעה מהמעבדה לפיזיקה יישומית (APL) באוניברסיטת ג'ון הופקינס במרילנד, הסבירה את מטרת המשימה: "קאסיני מיפתה את טיטאן באופן מפורט למדי, וזה מאד יעיל עבור זיהוי אתרי נחיתה פוטנציאליים ולדעת איפה המקומות הטובים ביותר לנחיתה בטיטאן, כדי לבצע מדידות להבנת הכימיה האורגנית על פני השטח של טיטאן. בנוסף, נחתת ההויגנס נחתה על טיטאן בזמן דומה של השנה, ובקו רוחב דומה, למתי ואיפה שדרגונפליי תנחת, כך שגם אפיינו את האטמוספירה באותו זמן. אך המשימות הללו הותירו אותנו עם שאלות בסיסיות רבות. אנחנו לא יודעים את ההרכב הבסיסי של פני השטח המוצקים של טיטאן. יש לנו מידע מסוים מאפיון ספקטרוסקופי ממסלול [ע"י קאסיני], יש לנו מידע מסוים מהגשוש הויגנס, אך אף אחד מהם לא תוכנן או היה מסוגל לבצע מדידות מפורטות של הסוג העשיר של כימיה אורגנית שאנו יודעים שמתרחשת שם. כך שדגרונפליי מתוכננת לחזור, לבנות על מה שלמדנו מקאסיני והויגנס ולענות על השאלות הבסיסיות שנותרות לגבי טיטאן".

צולם עיל ידי קאסיני בשנת 2011. מקור: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.
טיטאן על רקע שבתאי וטבעותיו. צולם על ידי קאסיני בשנת 2011. מקור: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.

כדי לחקור כמה שיותר אתרים גיאולוגיים שונים בטיטאן, שיתפרסו על מרחקים של מאות קילומטר, וכך להגדיל את ההחזר המדעי של המשימה, החוקרים מבקשים לשלוח לפני שטחו של הירח המסתורי רחפן. טיטאן הוא הירח היחיד במערכת השמש עם אטמוספירה צפופה ומשמעותית. למעשה, הלחץ האטמוספרי בפני השטח שלו גדול מעט יותר מזה שבכדור הארץ. ביחד עם כוח המשיכה הנמוך שלו (14% מזה של כדור הארץ) – טיטאן מספק תנאים אידיאליים לתעופה.

במרחק העצום של טיטאן מהשמש, יחד עם אטמוספירה שמסתירה את טיפת האור שמגיעה אליו, הרחפן לא יוכל להשתמש באנרגיה סולארית בכדי לפעול. במקום זאת דרגונפליי ישתמש בגנרטור רדיואיזוטופי תרמואלקטרי (מסוג MMRTG), שמפיק חשמל על בסיס החום שנפלט מחומר רדיואקטיבי. יתרון מרכזי של גנרטור כזה היא יכולתו לפעול שנים רבות. חלליות אחרות שהשתמשו בגנרטור כזה, למשל, הן קאסיני שפעלה במשך 20 שנה (והייתה יכולה לפעול עוד שנים רבות לולא נשלחה אל מוות מכוון בתוך שבתאי) וחלליות הוויאג'ר, שעדיין פעילות לאחר 40 שנה.

כדי לחקור את האטמוספירה, פני השטח ומבנהו הפנימי של טיטאן, דרגונפליי יבצע מספר סוגי מדידות: ספקטרומטר מסה ישתמש בדגימות מפני השטח והאטמוספירה כדי לקבוע את ההרכב הכימי שלהם; ספקטורמטר קרני גמא ימדוד את ההרכב הכימי הכללי של פני השטח; מערכת של חיישנים אטמוספריים תמדוד את הלחץ האטמוספרי, טמפרטורה ורוחות; מדידות סייסמוגרפיות יחקרו את המבנה הפנימי של טיטאן; וכמובן – מערך של מצלמות יאפיין את הגיאולוגיה האקזוטית של טיטאן.

ליאגה מארה, הממקומת בקוטב הצפוני שלו. ממדיה עומדים על כ-420 על 350 ק"מ, והיא הימה שנייה בגודלה על פני טיטאן. התמונה היא תצלום צבע מלאכותי של נתוני הרדאר של קאסיני. מקור: NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell.
ליאגה מארה, ימה של מתאן-אתאן נוזליים הממוקמת בקוטב הצפוני של הירח טיטאן. ממדיה עומדים על כ-420 על 350 ק"מ, והיא הימה שנייה בגודלה על פני טיטאן. התמונה היא תצלום צבע מלאכותי של נתוני הרדאר של קאסיני. מקור: NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell.

המרחק העצום של טיטאן מכדור הארץ יצריך שהרחפן יוכל לפעול באופן אוטונומי כמעט לגמרי. בניגוד לנחתת הויגנס האירופית שפעלה זמן קצר מאד על פני השטח של טיטאן, ותקשרה עם כדור הארץ באמצעות חללית האם שלה קאסיני, דרגונפליי יתקשר עם כדור הארץ באופן ישיר.

המשימה תנוהל על ידי המעבדה לפיזיקה יישומית (APL) ותיבנה גם על ידה, בשיתוף פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת פן סטייט בפנסילבניה, להם יש ניסיון בעיצוב רכבי תעופה בעלי רוטורים, ואשר בנו כבר מודל של הרחפן המוצע במסגרת תהליך ההצעה הראשוני.

להודעה של נאס"א

ראו עוד בנושא באתר הידען:

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

4 תגובות

  1. כשמתכננים הצמדה על שביט שתנאי הקרקע לא ידועים, לוקחים את התרחיש הקשה ביותר,
    ולא מניחים מראש תנאים לא ידועים.
    ההנחה שצלצלים יאחזו בקרקע וימשכו את הנחתת במשך הנחיתה התבררה כמוטעית
    הקרקע הקפואה הייתה קשה.
    ולכן ניראה לי שמהירות נחיתה נכונה בשילוב עם רקטות שיתנו כוח הצמדה נכון לקרקע
    היה פותר את בעיית ההתנגשות האלסטית.
    אני מניח ששיטת הצלצלים נועדה בסופו של דבר לאפשר קידוח בקרקע, לאסוף דגימות.

  2. כשמתכננים מערכת לנחיתה רכה על עצם שבכלל אין מידע על סוג הקרקע הנחיתה,
    יש לקחת את האפשרות הקשה ביותר.
    המהנדסים הניחו הנחה מוקדמת, תיכננו באמצעות צילצלים שהם יחדרו ויאחזו.
    בפועל זה לא עבד.
    אני מניח ששילוב בין מהירות נחיתה נכונה ורקטות נגדיות להצמדה לקרקע היה פותר את בעיית הנחיתה בהתנגשות האלסטית שהייתה.

  3. גל
    מה הייתה הטעות בתכנון? כלומר – מה היו צריכים לעשות אחרת – בלי הניסיון של מה שקרה במקרה הזה?

  4. הגשושית רוזטה של סוכנות החלל האירופית אשר נחתה או יותר נכון קפצה
    על פני השביט צ'וריומוב-גרסימנקו הייתה כישלון תיכנוני הנדסי מהמעלה הראשונה
    ההצמדה של הנחתת לשביט לא תוכננה נכון

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן