תוצאות מוצלחות לניסוי הישראלי:
השבוע בחלל

האפוד עלה על כל הציפיות

החברה הישראלית-אמריקאית סטמראד (StemRad) הציגה לאחרונה לבכירים בסוכנות החלל של ארצות הברית – נאס"א, את נתוני הניסוי באפוד המגן ממשימת ארטמיס 1. "התוצאות עלו על הציפיות שלנו", אמר ד"ר אורן מילשטיין, מנכ"ל החברה ואחד ממייסדיה, בשיחה עם אתר מכון דוידסון. "בהתחלה זה נשמע טוב מכדי להיות אמיתי, אבל אחרי חודשים ארוכים של ניתוח יסודי של הנתונים והתייעצות עם מומחים מגופים אחרים, השתכנענו שהתוצאות אכן כה טובות".

החברה נוסדה לפני יותר מעשור, בעקבות לקחי התאונה בכור הגרעיני בפוקושימה שביפן. היא נולדה מתוך ההבנה שלא מעשי להגן על הגוף כולו מקרינה רדיואקטיבית, ושכדי לאפשר לצוותי החירום לתפקד יש לספק להם מענה שיגן על האזורים הרגישים ביותר לקרינה בגופם. מדובר בעיקר באיברים פנימיים ובעצם האגן, המכילה את רוב מוח העצם. 

מכאן התפתח הרעיון למוצר שיספק הגנה דומה לאסטרונאוטים בחלל. הם אומנם אינם פועלים בקרבת כור גרעיני שפולט קרינה רדיואקטיבית, אך עלולים להיחשף לרמות גבוהות של קרינה המורכבת מחלקיקים טעונים הנפלטים בכמות גדולה מהשמש, בעיקר בתקופות של פעילות גבוהה שלה, המכונות "סערות שמש". בשונה מאפוד המגן העשוי עופרת שמיועד להגנה על צוותי חירום בכדור הארץ מקרינה גמא, האפוד של האסטרונאוטים, שנקרא אסטרוראד, משתמש בפוליאתילן דחוס, שבולם חלקיקים טעונים כמו פרוטונים בעלי אנרגיה גבוהה.

במשימת ארטמיס 1, שהתקיימה לפני כשנה, שוגרה חללית אוריון לא מאוישת למסע של 25 יום סביב הירח, כדי לבחון את תפקודה ומערכותיה לפני המשימות הבאות שבהן יטוסו בה אסטרונאוטים – תחילה סביב הירח ובהמשך בדרך לנחיתה עליו. ביוזמה משותפת של סוכנות החלל הישראלית, סוכנות החלל הגרמנית (DLR), נאס"א ויצרנית החללית חברת לוקהיד מרטין, הוצבו בה שתי בובות, מכוסות בחיישני קרינה רבים. הבובה הראשונה, שקיבלה את השם זוהר, לבשה את אפוד המגן, והבובה השנייה, הלגה, נותרה בלעדיו, כניסוי ביקורת. "שתיהן צוידו בעשרות חיישנים אקטיביים, על הגוף ובתוכו, שמדדו ותיעדו את רמות הקרינה בכל רגע. לזוהר הייתה קבוצה נוספת של חיישנים בצד החיצוני של אפוד המגן", הסביר ג'ורדן חורי, המדען הראשי של סטמארד בניסוי. "בנוסף, גופן של הבובות רושת באלפי חיישנים פסיביים, שמודדים את החשיפה המצטברת לקרינה".

במהלך משימת ארטמיס 1 לא נרשמה פעילות חריגה של השמש, כך שעיקר החשיפה לקרינה אירע בשעה שההחללית עברה דרך חגורות ון-אלן – אזורים עשירים בחלקיקים טעונים שנוצרים בהשפעת השדה המגנטי של כדור הארץ, אשר מגן עלינו מפני חלק גדול מהקרינה הזו. נתוני הניסוי הגולמיים הראו כי זוהר אכן ספגה הרבה פחות קרינה מהלגה, אך הנתונים היו מוגבלים בגלל צורת הניסוי. לדוגמה, הבובות כמעט לא ספגו קרינה מכיוון גבן, משום שהושיבו אותן עם הפנים קדימה, כשהגב שלהן פונה כלפי תא השירות של החללית, שבולם את רוב הקרינה.

לכן החוקרים השתמשו בנתונים שנאספו כדי לבדוק בהדמיות שנעשו במחשב-על איזו הגנה היה האפוד מספק לאסטרונאוטים שנעים בחופשיות בחללית. כמו כן בדקו מה היה קורה להם במהלך סערות שמש חזקות. לשם כך נעזרו גם בנתונים משתי סערות כאלה, מהשנים 1972 ו-1989, שעוצמתן הייתה חזקה מספיק לסכן אסטרונאוטים בחלל.

"לפי הנתונים שלנו, רמת הקרינה שזוהר הייתה סופגת באירוע של 1972 נמוכה ב-60 אחוז מזו שהלגה הייתה סופגת בלי האפוד, וההפרש שקול לכ-1,500 צילומי רנטגן", הסביר חורי. "כשבדקנו את ההגנה על עצם האגן, המאגר העיקרי של מוח העצם, ההפרש עלה לכ-90 אחוז".

במהלך סערת שמש, אסטרונאוטים שיטוסו בחללית אוריון אמורים להסתופף באזור בחללית שהוגדר "מקלט קרינה". למעשה אלה כוכים קטנים מתחת למושבי החללית, שאפשר לסדר סביבם ציוד ואספקה כך שיעניקו להם הגנה מיטבית. הבעיה היא שיהיה קשה לשהות בהם שעות ארוכות ברציפות, לא כל שכן כמה ימים, וכמובן השהות בהם תגביל את יכולתם של האסטרונאוטים לבצע את המשימות השוטפות שלהם.

האפוד יוכל לאפשר לאסטרונאוטים, או לפחות לחלקם, לצאת מהמקלט לזמן מה ולבצע פעולות חיוניות. בסטמראד מדגישים שהוא לא אמור להחליף את מקלט הקרינה בחללית, אלא להשלים אותו. מעבר להגנה המיידית, שתמנע פגיעות כמו מחלת קרינה שתסכן את חיי האסטרונאוטים, האפוד מקטין את רמת הקרינה שאסטרונאוט נחשף אליה, ולכן יוכל לאפשר לאסטרונאוט שהיה בחלל בזמן סערת שמש לא לעבור את רמת החשיפה המרבית לקרינה, שלא תאפשר לו לצאת למשימות נוספות בחלל.

"אחרי שהנתונים הראשונים הצביעו על הצלחה, עשינו עוד יותר משישה חודשים של ניתוחים. בחלקם השתתפו מומחי המעבדה הלאומית באוקרידג' שבטנסי, שגם יהיו שותפים למאמרים הצפויים להתפרסם בקרוב", אמר מילשטיין. "אני מרגיש טוב עם התוצאות כמדען, לא רק כאיש עסקים".

הבובה המוגנת באפוד ספגה 60 אחוז פחות קרינה, ו-90 אחוז פחות באזורים רגישים במיוחד. הלגה (מימין) וזוהר עם אפוד המגן בחללית אוריון לפני משימת ארטמיס 1 | צילום: NASA/LM/DLR

ראשי סטמראד ומנכ"ל סוכנות החלל הישראלית, אורי אורון, הציגו את הנתונים לג'ים פרי (Free), המשנה לראש נאס"א והמנהל של תוכנית ארטמיס. "התגובה שלו הייתה 'לא יכולנו לצפות לתוצאות טובות יותר'", אמר מילשטיין. "לאור ההצלחה אנו בודקים עם נאס"א את האפשרות להפחית את מסת האפוד במקומות מסוימים, כדי לייעל את השימוש בו במשימות חלל שבהן כל גרם חשוב, בלי לוותר על רוב ההגנה מקרינה". לדברי חורי, הפחתה של 50 אחוז במסת האפוד תקזז רק 25 אחוז מההגנה, בזכות העיצוב שלו שבו עובי שכבת המגן משתנה מאזור לאזור, לפי רמת הסיכון לאיברים שהאפוד מגן עליהם.

"כרגע אנו בתהליך עם נאס"א, באמצעות סוכנות החלל הישראלית, על שילוב האפוד במשימות ארטמיס הבאות. לא בטוח שהוא יהיה בארטמיס 2, שהיא משימה קצרה יחסית שרמת החשיפה לקרינה בה לא אמורה להיות גבוהה, אבל אנו מכוונים לשלב אותו בארטמיס 3, שאמורה לקחת בני אדם לנחיתה ראשונה על הירח במסגרת התוכנית, וכמובן במשימות שיהיו אחריה".

כעת החברה שוקדת על אופטימיזציה של שכבות המיגון. במקביל הם פועלים לשפר את הנדסת האנוש של האפוד, בניסוי נוסף שנעשה בשיתוף נאס"א בתחנת החלל הבינלאומית. "ארבע אסטרונאוטיות של נאס"א לבשו את האפוד שלנו בתחנה לפרקי זמן ארוכים, כדי לבדוק את נוחות השימוש בו בפעילות שוטפת, כולל שינה עם האפוד. גם האסטרונאוט איתן סטיבה עשה זאת במשימת 'רקיע' בשנה שעברה", אמר מילשטיין. "השלב הבא בפיתוח יהיה אפודים שאפשר לכוון את גודלם ולהתאימו לגוף של אסטרונאוט מסוים, כמובן עם דגמים שונים לגברים ולנשים".

בינתיים, בכדור הארץ, החברה רשמה עיסקה גדולה ראשונה של מכירת אפודי המגן לכוחות ביטחון, כשחתמה על חוזה למכירת 360 אפודי מגן למשמר הלאומי של ארצות הברית, בהיקף של כחמישה מיליון דולר. "המשמר הלאומי מקביל במידה מסוימת לפיקוד העורף בארץ, ואנשיו אמורים לתת מענה במקרה של תאונה בכור גרעיני, או חלילה פעולת טרור או התקפה צבאית בנשק גרעיני", אמר מילשטיין. "העסקה סוכמה אחרי הרבה מאוד בדיקות שהם עשו לאפוד שלנו, ואחרי תהליך ממושך שכלל עבודה מול הקונגרס על תקצוב המיגון הזה. אנו מקווים שזו תהיה עסקה ראשונה מיני רבות, לא רק עם מערכות הביטחון אלא גם עם גופי חירום נוספים, כמו שירותי כיבוי, וכמובן עם מדינות נוספות ברחבי העולם".

ריכוז המיגון באזורים מסוימים מאפשר לייצר אפוד קל יחסית, שנוח ללבוש אותו גם זמן רב. אפוד הקרינה שנמכר למשמר הלאומי האמריקאי | צילום: STEMRAD

אסטרואיד מלא הפתעות

חודשיים וחצי חלפו מאז הנחיתה המוצלחת של הקפסולה עם הדגימה שנאספה מהאסטרואיד בֶּנוּ (Bennu), והצוותים הטכניים של נאס"א עדיין לא הצליחו לפתוח את מכל איסוף הדגימות העיקרי. שניים מ-35 הברגים שסוגרים אותו נהרסו, וכעת מייצרים בנאס"א מברגים חדשים שיאפשרו לפתוח את המכל. הסיבה לעיכוב הניכר היא שצריך לייצר את המברגים מחומר אדיש, שלא יגיב עם החומרים בדגימה ויזהם אותה.

עם זאת, מחוץ למכל הראשי כבר הצליחו החוקרים לאסוף לא פחות מ-70 גרם של דגימות חול ואבנים – כמות שדי בה כדי להגדיר את המשימה כהצלחה אפילו בלי תכולת המכל. הפיסה הגדולה ביותר היא אבן באורך 3.5 ס"מ, שכנראה הייתה מה שמנע סגירה טובה של המכל החיצוני אחרי איסוף הדגימה והוביל לאובדן של חלק מהחומר שנאסף. עד כה השלימו חוקרים מאוניברסיטת אריזונה, האחראים על ניתוח הרכב הדגימה, את בחינתם של יותר מאלף חלקיקי חומר בגודל של חצי מילימטר ומעלה. רובם כהים בצבעם, אבל לקצתם יש שכבה חיצונית בהירה שמכילה מגנזיום, נתרן וזרחן. צירוף חומרים כזה לא נראה כמעט במטאוריטים שהגיעו לכדור הארץ, והחוקרים מנסים להבין את משמעותו. "אנו די מגרדים בראש בעניין הזה", הודה ראש צוות המחקר, דנטה לורטה (Lauretta).

על פי הערכות, האסטרואיד הוא שריד מראשית ימיה של מערכת השמש, והרכב החומרים שבו משקף את אלה שהיו בדיסקה שממנה נוצרו כוכבי הלכת. הוא מכיל גם חומרים אורגניים, כלומר תרכובות של פחמן ומימן, חלקם במולקולות טבעתיות שלדברי החוקרים ייתכן שמהן נוצרו אבני הבניין של החיים בכדור הארץ, ואולי גם במקומות נוספים.

הטיפול במכל נעשה בסביבה מבוקרת, כדי לא לזהם את החומרים שהשתמרו במשך יותר מארבעה מיליארדי שנים. מעבדת ניתוח הדגימות במרכז החלל ג'ונסון בטקסס | צילום: NASA/Kimberly Allums

החללית הוותיקה שוב מקרטעת

חללית המחקר וויאג'ר 1 (Voyager-1), שהיא החללית המתפקדת הראשונה שיצאה מגבולות מערכת השמש, שוב מתמודדת עם תקלה שמקשה על פעילותה התקינה. החללית ממשיכה לקבל את הפקודות ממרכז הבקרה, אך אינה מצליחה לשלוח בחזרה מידע, כולל נתונים על מערכות החללית. הכשל הזה נובע כנראה מתקלה במערכת נתוני הטיסה (FDS) שתפקידה לרכז מידע ממערכות החללית ולהעבירו למערכת התקשורת שלה.

בנאס"א מעריכים כי גם אם יצליחו לתקן את התקלה, מציאת הפתרון תדרוש כמה שבועות. הקושי הזה נובע בין השאר מכך שהחללית, בדומה לאחותה התאומה וויאג'ר 2, שוגרה לחלל לפני 46 שנה ונבנתה בטכנולוגיה של שנות ה-70. גורם מאתגר נוסף הוא המרחק העצום של החללית מכדור הארץ, שעומד על כ-24 מיליארד קילומטר, כך שכל פקודה שנשלחת אליה, או כל תשובה שהיא שולחת אלינו, מגיעה ליעדה רק אחרי 22.5 שעות.

לפני כשנה וחצי התמודדו מהנדסי החללית עם תקלה אחרת בהעברת הנתונים שלה, ובסופו של דבר הצליחו להתגבר עליה בתום כמה חודשי עבודה.  

להתמודד עם תקלות מחוץ למערכת השמש. הדמיה של החללית וויאג'ר בחלל | מקור: NASA-JPL

מחשבים כניסה למסלול מחדש

בשנת 1971 הייתה מרינר 9 האמריקאית החללית הראשונה אי פעם שנכנסה למסלול סביב מאדים. מאז עשו זאת חלליות רבות אחרות, וכולן השתמשו באותה שיטה: החללית מתקרבת למאדים במהירות גבוהה, ואז מפעילה את מנועיה לבלימה, בניגוד לכיוון הטיסה, כדי להאט למהירות שתאפשר לה להילכד בשדה הכבידה של כוכב הלכת ולהישאר במסלול סביבו. החיסרון הגדול של התמרון הזה הוא שדרוש דלק רב כדי להוציא אותו לפועל. כל זה דורש מראש חללית גדולה יחסית, ומייקר את עלויות השיגור והמשימה כולה.

החלופה האפשרית – לפחות להלכה – היא לנצל את האטמוספרה של כוכב הלכת עצמו לצורכי האטה. לשם כך צריך לכוון את החללית כך שתעבור דרך האטמוספרה העליונה של מאדים ותפרוש שם התקן שיגביר את כוח הגרר ויאט אותה. כשתגיע למהירות הרצויה, היא תשחרר את התקן ההאטה ותצא מהאטמוספרה בעברה השני למסלול המבוקש.

הרעיון, שמכונה Aerocapture, כלומר "לכידה באמצעות האוויר" הוצע כבר בשנות ה-60 של המאה שעברה. יש לו שני יתרונות בולטים: הוא מאפשר לחללית לשאת פחות דלק, וגם להגיע ליעדה במהירות גבוהה יותר, ועל ידי כך לקצר את זמן הטיסה הכולל מכדור הארץ למאדים. עם זאת, הוא לא נוסה עד כה מעולם, לא במאדים ולא בשום מקום אחר, בעיקר בגלל הסיכון הגבוה יחסית לכישלון שיסתיים באובדן החללית ויוריד לטמיון את המשימה כולה.

סוכנות החלל האירופית (ESA) מימנה לאחרונה מחקרי פיתוח והיתכנות בביצוען של שתי קבוצות שהצעותיהן נבחרו בתחרות – האחת של חברת אריאן והאחרת בהובלת חברת ווֹרטיסיטי. כל חברה הגישה שתי הצעות: אחת לחללית שתשוגר למאדים כמשימה עיקרית, והאחרת לבחינת הרעיון על חללית נלווית, שתטוס למאדים כמטען משני של משימה אחרת. שני הרעיונות דומים ביסודם, ומבוססים על מתקן מתנפח בצורת חרוט שייצור את כוח הגרר הדרוש, ויוצמד למגן חום שיעטוף את החללית עצמה. כשהחללית תאט די הצורך היא תשחרר את מתקן הגרר, ואחרי היציאה מהאטמוספרה היא תיפרד ממגן החום ותיכנס למסלול המבוקש בלי לצרוך שום טיפת דלק.

"אנחנו ננתח לעומק את שתי ההצעות, נדון עם מומחים בנקודות ספציפיות ונגבש רשימה ממוקדת יותר של הפיתוחים הדרושים. אנו מקווים שזה יוביל לפיתוח של משימת מאדים, עם שימוש מחקרי שייעשה בחללית אחרי ה-aerocapture", אמר המהנדס אנדרו בול (Ball), שפיקח על המיזם מטעם הסוכנות האירופית. להערכתו, אפשר יהיה לשגר משימה כזו בעשור הבא, ולבחון את הטכנולוגיה. "גם אם לא נמשיך עם פיתוח הקונספט המסוים הזה, עשויות לצוץ הזדמנויות אחרות להשתמש בטכנולוגיה. אפשר למשל להיעזר בה כדי להחזיר עצמים ממסלול סביב כדור הארץ, למשל את השלב העליון של טילי שיגור, כך שאולי יש פה אפילו הזדמנות כלכלית".

להאט בלי להפעיל את המנוע. שלבי תמרון ה-Aerocapture סביב מאדים | איור: ESA