טילים רגילים לא יביאו אותנו אל הכוכבים. מדענים חוקרים את אזורי הספר של הפיזיקה בניסיון למצוא מה בכל זאת ייקח אותנו לשם

בקיצור

  • טילים כימיים ומנועים חשמליים לעולם לא יצליחו להניע חלליות מהר מספיק כדי להגיע למערכות כוכבים אחרות במסגרות זמן סבירות.
  • נאס"א מממנת מחקרים על טכנולוגיות הינע אקזוטיות, שעלולות להתברר כהבל מוחלט – אבל עשויות גם לשאת פירות.
  • אחד המיזמים חוקר את מה שמכונה "אפקט מאך", שיטה: לנצל את עקרון ההתמדה כדי לחולל דחף.

כשהיידי פירן (Fearn), פיזיקאית תיאורטיקאי מאוניברסיטית קליפורניה סטייט בפולרטון, חזרה לעבודתה ב-2012 משנת שבתון, ציפתה לה הפתעה במעבדה הסמוכה למשרדה: היה שם אדם, זקן בשם ג'יימס פ' וודוורד (Woodward). פירן ראתה אותו בסביבה עוד קודם – הוא היה פרופסור להיסטוריה של המדע ולפיזיקה. התפקיד הלם את מראהו – שיער לבן ועיניים המביטות מעל זגוגיות משקפיו. ובכל זאת היא חשבה, "מה לעזאזל עושה הברנש הזה בחדר האחורי שלי?"

התברר שהוא היטלטל ברחבי המרחב-זמן: מן מה קודם לכן החרימה האוניברסיטה את משרדו לטובת מרכז חדש לאסטרונומיה ופיזיקת גלי כבידה. הפקידות המוסדית העבירה אותו למקום השכוח למדי הזה.

בהתחלה, פירן ראתה בו פולש, אבל נקודת המבט שלה השתנתה די מהר. וודוורד חקר תחום שוליים – נושא המצוי לחלוטין מחוץ לשדה עיסוקה הרגיל של פירן. היא התמחתה באופטיקה קוונטית, שעוסקת באינטראקציות של האור עם חומר – נושא מחקר הרבה יותר מקובל מהתחום של וודוורד: צורה משוערת של הינע חללי שיהיה חזק מספיק כדי שיוכל להלכה – אם יתקיים במציאות – להביא את האנושות אל הכוכבים.

או שזה לפחות היה מה שהוא טען. פירן, שראשה המגולח וחיוכה הלגלגני מעידים על ספקנות תמידית, הייתה פחות בטוחה. "לא ממש השתכנעתי שמה שהוא עושה באמת נכון", היא אומרת. מדי יום, כשחלפה על פני חדרו, ראתה פירן מחזה שהזכיר יותר ניסוי מעבדה בקורס מבוא לפיזיקה מאשר מערכת הינע עתידנית. המערך שוודוורד בנה כלל מאזניים נעולים שבצידם האחד תלוי כלוב מתכת, תילים מתוחים בכל מקום ומשקולות נגדיים בצד השני. "אפשר להשיג אפקטים כבידתיים גדולים מאוד אם רק דוחפים דברים", הבטיח לה וודוורד – והתכוון במיוחד לדבר שבתוך קופסת המתכת.

הוא טען שהוא מסוגל להשרות תנודה זעירה ומהירה כבזק במסה של גוף, כך שיהיה קל יותר ואז כבד יותר. ואז, כשימשוך וידחף אותו קדימה ואחורה באופן שנועד להתאים לשינוי המסה, הוא יוכל ליצור דחף. הוא הראה לה קפיצות קטנות על גרף הפלט, שכמעט היה אפשר לשמוע אותן אותן מטרטרות. "נו באמת", חשבה פירן, אבל הציצה מדי יום בגרף בהיסח הדעת. "כל פעם שחלפתי על פניו, הקפיצה נראתה גדולה יותר", היא אומרת. לבסוף שאל אותה וודוורד אם היא רוצה לעזור לו.

הייתה לה קביעות, והיא אהבה את "מסע בין כוכבים", כך שהיא אמרה, "כן, בטח". מאז הזוג המוזר הזה עובד בצוותא על הפיתוח של MEGA: מנוע אפקט מאך בסיוע כבידה (Mach Effect Gravity-Assist drive). ואף על פי שהמנוע הזה מצוי עדיין אי שם בשולי המדע השגרתי, הוא זכה לאמון. שלוש מעבדות אחרות העתיקו את מערך הניסוי וזיהו בו דחף דומה, ו-MEGA הצליחה לקבל שניים מהמענקים הנחשקים ביותר של נאס"א.

וודוורד (משמאל) ופירן במעבדה. חיפוש אחרי שיטת הינע חדשה | צילום: פרטי

אבל אלה לא סתם מענקים. הם מגיעים מהמחלקה הכי מעופפת של הסוכנות: תוכנית הרעיונות המתקדמים החדשניים של נאס"א (NIAC), שמממנת מחקרים שיהיו "מדהימים אם יתברר שהם מציאותיים". בשנים 2017 ו-2018, כ-20 אחוזים מהפרסים הוענקו לרעיונות לפיתוח מנועים מתקדמים – שליחת יותר מסה, דרך יותר מרחב בפחות זמן ובפחות דלק לעומת טילים רגילים. מדובר בפרויקטים מגוונים מאוד, שכוללים דברים ממש אקזוטיים או סתם משונים. אולם מה שמשותף לכולם הוא שהם סוטים מהמסלול המקובל ושואפים להגיע למחוזות חדשים.

גבול המדע הבדיוני

טכנולוגיות ההינע פחות או יותר קופאות על שמריהן מאז אמצע המאה ה-20, והמענקים של נאס"א מנסים לתקן את המצב. רוב החלליות משתמשות בחומרי הדף כימיים, שהם המקבילה החללית לבנזין. בטילים רגילים, הכימיקלים האלו מתערבבים ומגיבים זה עם זה כך שהם מתחממים ומתפשטים. בשלב הזה תא הדלק נהיה קטן למידותיהם, והם נורים אל מאחורי כלי הטיס ויוצרים דחף. דחף הוא פשוט הפעלת כוח בכיוון אחד כדי ליצור כוח זהה בכיוון ההפוך. כשאתם דוחפים את הקיר ברגליכם בבריכה, הדחף הוא הדבר שהודף אתכם קדימה.

אולם דלק הוא אמצעי כבד ובלתי יעיל. כדי להשיג דחף גדול באמת, כלי רכב יצטרך לשאת כל כך הרבה דלק עד שלא יוכל בכלל להתרומם מהאדמה. כדי לשלוח חלליות למערכות שמש אחרות או אפילו רק למסעות מהירים הרבה יותר בתוך מערכת השמש שלנו, דלק כימי פשוט לא יספק את הסחורה. "כמות האנרגיה בחומרי ההדף האלו מוגבלת", אומר ג'ון ברופי (Brophy) ממעבדת ההינע הסילוני של נאס"א. הוא עומד בראש מיזם אחר של תוכנית הרעיונות החדשניים, המכונה 'ארכיטקטורת הינע פורצת דרך למשימות בין-כוכביות נחשוניות'. "לא משנה כמה חכמים תהיו וכמה גדול יהיה הנחיר של הטיל שתבנו, הבעיה לא תיעלם", הוא מציין.

מיזמי חלל-עמוק מסוימים, כגון משימת דאון (Dawn) של נאס"א לחגורת האסטרואידים, העדיפו להשתמש בהינע חשמלי. מערכות כאלה משתמשות בדרך כלל באנרגיה חשמלית כדי להאיץ חלקיקים טעונים, ואז אפשר לירות אותם מהטיל במהירויות גבוהות עד פי 20 מחומרי דלק רגילים. אולם גם הטכנולוגיה הזו עצרה במקום. "מתברר שכמעט כל מנועי הדחף החשמליים שהומצאו אי פעם – הומצאו בשנות ה-50 וה-60", אומר דן מ' גבל (Goebel), חוקר בכיר במעבדת ההינע הסילוני של נאס"א. "נדמה כאילו שום רעיון חדש לא צץ מאז".

NIAC, לעומת זאת, מחפשים רק רעיונות חדשים. התוכנית משמשת מעין זרוע הון-סיכון של נאס"א, שכן היא תומכת בטכנולוגיות שעשויות לפרוץ, ובגדול. דברים "משוגעים", מגדיר זאת סמנכ"ל התוכנית ג'ייסון דרלת (Derleth). "וב'משוגע' אני מתכוון לדברים שאף אחד לא חושב עליהם. משהו שיהיה טוב פי עשרה מהטכנולוגיה הנוכחית, שיבוא בסערה וינער את הסטטוס-קוו המדשדש. בעולם הסטארט-אפ קוראים לזה "חדשנות משבשת".

כדוגמה, דרלת מצטט את מחקרו של פיליפ לובין (Lubin) מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה. לפני כמה שנים העלה לובין הצעה לפרויקט שהוא כינה, במחווה לסדרה "מסע בין כוכבים" Starchip Enterprise (מילולית: "יוזמת שבב החלל", אך גם "שבב החלל אנטרפרייז"): מדובר בלוויין זעיר המצויד ב"מפרש אור" (גרסה חדשה של רעיון קודם). קרני לייזר רבות עוצמה יכוונו אל המפרש ממסלול סביב כדור הארץ. כשהקרניים יפגעו במפרש, הוא יחזיר את האור והתנע שלו ידחף את החללית קדימה.

נאס"א נתנה ללובין מענקים בשנים 2015 ו-2016, וכיום הוא עובד על פרויקט של תוכנית "חדשנויות פורצות דרך" שנועד לשלוח מפרש אור המונע בלייזר אל הכוכב הקרוב ביותר אלינו. זהו שיגעון בקטע טוב, מהסוג ש-NIAC אוהבים. "זה משוגע בדיוק במידה שמשאירה לו סיכוי לעבוד", אומר דרלת. "היעד שלנו הוא להגיע לגבול המדע בדיוני, אבל לא לחצות אותו. אנחנו עושים כמיטב יכולתנו לא לחצות אותו".

דגם של מפרש שמש | Science Photo Library

אולם הפער בין המידע והבדיון הוא דק מן הדק כש"רמת המוכנות הטכנולוגית" (רמ"ט, או TRL –  שיטת דירוג שנאס"א משתמשת בה כדי להעריך את רמת הבשלות של יוזמה חדשנית) נמוכה כל כך. הלוחות הסולריים שהתקינה נאס"א על הנחתת שלה במאדים, אינסייט, מדורגים כרמ"ט 9, ומשמעות הדבר היא שהם פרוסים כבר בחלל ופועלים. אולם NIAC מחפשת פרויקטים בשלב פיתוח ראשוני המדורגים ברמ"ט 1, 2 ולפעמים 3, וצריכים להתבשל יותר עד שיהיו מוכנים להתייצב בעולם האמיתי.

כמאתיים צוותים מגישים הצעות לשלב א' של NIAC מדי שנה, ורק 18-15 מהן זוכות לאור ירוק מהסוכנות. עם תקציב של 125 אלף דולר לכל מיזם, המדענים מקבלים תשעה חודשים "להריץ סיבוב מהיר על הרעיון ולבדוק את ההיתכנות שלו", אומר דרלת. אם לא צצות בעיות שמורידות את כל העסק לטמיון, החוקרים יכולים להגיש בקשה למענק שלב ב', בסך 500 אלף דולר. "זו אחת ההצעות הקשות ביותר לכתיבה, עם סיכויי הזכייה הנמוכים ביותר בשדה האווירונאוטיקה והחלל", הוא אומר. "מבחינתי, החבר'ה האלו הם הדובדבן שבקצפת".

שמונה מ-47 פרויקטים שמומנו בשנתיים האחרונות, ושלושה מאלה שנבחרו לשלב ב', עסקו בהינעים מתקדמים. אבל NIAC מהמרת על כל פרויקט – ומקווה שלפחות אחדים מהם מייצגים כוח חיצוני אמיתי, שיוכל לדחוף את תחום ההינעים לכיוון חדש.

עקרון ההתמדה

"זה לא היה מסע חקר שעמוד אש של גאונות ותובנה חודרת הולך לפניו". אומר וודוורד באחד הימים בפברואר, במהלך שיחת ועידת וידיאו. הוא ופירן יושבים במשרד שהפך למטה המשותף שלהם, ובו קופסת ממחטות נייר ניצבת לצד זוג מלקחיים. משרדה הריק של פירן נראה על המסך, וברקע שלו נראה יער-עד של ארונות מדפים ממתכת קשורים זה לזה בחבל. יחד – אם כי פירן מצהירה שהפרויקט שייך לוודוורד ואילו הוא מוחה בכוח שווה בגודלו ומנוגד בכיוונו – הם מתארים איך MEGA תעבוד, אם תעבוד. הכול מתחיל בהתמד.

התמד (אינרציה) הוא עיקרון פשוט, שאתם מתנסים בו בכל יום: נטייתם של דברים להמשיך לנוע באותו כיוון שבו הם כבר נעים או להישאר ללא תנועה אם הם עומדים במקום. אולם למדענים חסר הסבר מניח את הדעת לשאלה מדוע יש התמד. הוא פשוט... קיים. בסוף שנות ה-80 של המאה ה-19 הציע הפיזיקאי ארנסט מאך (Mach) גרעין של רעיון: התמד הוא התוצאה של כל ההשפעות הכבידתיות של כל החומר ביקום.

כל דבר שנמצא בתוך מנוע חללית מרגיש אפוא את משיכת הכבידה שמפעילים דברים סמוכים לו, וגם דברים שנמצאים במרחק של מיליארדי שנות אור ממנו. והמסה של עצם משתנה מעט בכל פעם שהוא מאיץ או מאט יחסית אליהם. פיזיקאים אחרים בני תקופתו של מאך, כגון בנדיקט פרידלנדר (FriedLaender) ואוגוסט פפל (Föppl) החזיקו גם הם בתפיסות יחסותיות דומות.

אולם מי שטבע בפועל את המושג "עקרון מאך" היה אלברט איינשטיין, לאחר שקרא את הגיגיו המוקדמים של מאך בנושא. פיזיקאים עכשוויים יותר – וביניהם דונלד לינדן-בל (Lynden-Bell) ז"ל, שבשנת 1969 היה הראשון שהציע את האפשרות שבמרכזי הגלקסיות יש חורים שחורים סופר-מסיביים – אימצו גם הם את הרעיון.

לינדן-בל הסתקרן מהרעיון כבר כסטודנט, והמנחה שלו נתן לו לקרוא מאמר משנת 1953 שחיבר הפיזיקאי דניס שיאמה (Sciama) כדי לתאר את הגרסה המקיפה ביותר לרעיון של מאך. עבודתו של שיאמה העניקה השראה גם לוודוורד. אף שלינדן-בל לא הרפה מהנושא לאורך כל הקריירה שלו, עדיין היה מדובר מבחינתו בפרויקט צדדי; פילוסופיית המחקר שבה דגל סתרה כמעט לחלוטין את זו של וודוורד: "העבודה המדעית השגרתית והבסיסית, הכוללת הרחבות ישירות של מה שכבר ידוע לנו במטרה לפזר את הערפל מעל תופעות חדשות, היא העבודה העיקרית", כתב בשנת 2010. "אסור לנו לכלות את כל זמננו בניסיון להשתלט על בעיות גדולות שעשויות להיות מעבר לכוחנו".

וודוורד חולק עליו, ומעדיף לדבוק בעיקרון "אל תוותר עד הרגע האחרון". ולכן המשיך לנסות ליישם את עקרון מאך על מנועי חלליות. המהנדס מרק מיליס (Millis), שניהל בעבר את תוכנית "פיזיקת דחף פורצת דרך" של נאס"א, מרגיש שיש משהו מבטיח ברעיון הזה. "בשונה מטענות אחרות, [מנוע הדחף על פי אפקט מאך]... מבוסס על שאלות פתוחות בפיזיקה", הוא אומר.

מנוע אפקט מאך
כדי לדחוף חללית למהירות גבוהה יותר מזאת שטילים רגילים יכולים לספק, מדענים תרים אחרי רעיונות חדשניים ולעיתים אקזוטיים. אחת ההצעות היא לרתום את "אפקט מאך" – הרעיון שלפיו כאשר מאיצים עצם משנים מעט את המסה שלו, והתנודות הללו יכולות ליצור דחף – הדיפה בכיוון מסוים – בלי לפלוט חומר הדף.

איור: יאן כריסטיאנסן

הרעיון של מנוע דחף המבוסס על עקרון מאך הוא כזה: כשמעוותים את צורתו של עצם, מאיצים אך חלקיו הפנימיים (דמיינו לעצמכם קימוט של נייר – כשאתם מועכים אותו אתם מזיזים את החלקים שלו). וכשאתם מאיצים משהו, אתם משנים את האנרגיה שלו. אם אתם משנים את האנרגיה שלו, אזי – על פי תגליתו של איינשטיין ש-E=mc2 – אתם משנים את המסה שלו. אם אתם משנים את המסה שלו, אתם משפיעים על ההתמד שלו. ואם אתם משחקים עם התמד, אתם בעצם משחקים עם האופן שבו העצם מתייחס ליקום כולו.

קשה לפסוק מה המשמעות של זה בפועל. אולם וודוורד ופירן ניסו להוריד את הרעיונות האלו לקרקע המציאות. בהינע החללי שלהם יש מחסנית מהודקת של "דיסקות פיזואלקטריות", כלומר חומרים קֵרָמִיים שמתפשטים ומתכווצים (כמו חתיכות נייר שמתקמטות ומתיישרות) כשמפעילים עליהם מתח חשמלי. חלק מהתאוצה הזאת משנה את האנרגיה הפנימית של הדיסקות, ולכן משנה את המסה שלהן: הן נהיות כבדות יותר, קלות יותר, כבדות יותר, קלות יותר. אם תמשכו אותן כשהן קלות ותהדפו אותן כשהן כבדות, תקבלו דחף – בלי שום צורך בדלק.

"תארו לעצמכם שאתם עומדים על סקייטבורד כשמחוברת אליכם בחבל לבנה במשקל 5 ק"ג", כתב טום מאהוד (Mahood), שעשה תואר שני בהנחיית וודוורד, בתיאור שהעלה לבלוג שלו באפריל 2012 במטרה להבהיר מעט את העניינים. "אם תשליכו את הלבנה, אתם והסקייטבורד תנועו בכיוון אחד והלבנה תנוע בכיוון הנגדי." דחף! זו אינה הקבלה מושלמת, מציין וודוורד – אולם מודה שהוא לא מצא משל פיזיקלי שיישמע הגיוני ובה בעת יהיה נכון לחלוטין.

הרעיון הזה אינו מפותח די הצורך, ויש מדענים הסבורים שהוא מפר את עקרון שימור התנע, אולם יש מחקרים (וגם וודוורד ופירן עצמם) שחולקים עליהם. עם זאת, הרעיון לכד את תשומת ליבו של גארי הדסון (Hudson), נשיא מכון חקר החלל, מוסד בקליפורניה שבעבר עמד בראשו הפיזיקאי התיאורטיקאי המפורסם פרימן דייסון (Dyson). הצוות ייסד בשנת 2013 את "מיזם ההינע האקזוטי" שהתקציבים הראשונים שלו הועברו לידי וודוורד ופירן.

עד מהרה החל וודוורד לשלוח עותקים של מערך הניסוי שלו למעבדות אחרות, כדי שינסו לשחזר את הדחף. פירן ולנס ויליאמס, שהיה אז מדען בתאגיד התעופה והחלל, שהוא מרכז ממשלתי למחקר ופיתוח באל-סגונדו שבקליפורניה, הציעו שמכון חקר החלל יפתח סדנה לדחפנים מתקדמים.

ויליאמס גר בקולורדו, וידע שזה מקום שאפשר להתחפר בו בכיף גם אם אף אחד מהמשתתפים לא יאשר את בואו. וכך בסתיו 2016, התיישב הצוות בעיירת הנופש אסטס פארק, בדיוק כשעצי הצפצפה צבעו את מורדות ההרים התלולים באזור בגוון אדום-כתום בוער האופייני לטילים (רגילים). סיסמת הכנס, "וכיתתו חרבותם לאתים", עודדה שיתוף פעולה בין מתחרים, והוועידה אפילו הפיקה סיכת דש מעוטרת בציור של גרזן ומעדר ש-X מתנוסס עליהם.

שחזור התוצאות

ביום הראשון עמד הדסון לפני הנאספים, כשמאחוריו קירות ספוני עץ ולוחות מחיקים. "בעבר עבודתנו הייתה נטועה עמוק בהנדסה ובפיזיקה", אמר, "ואין ספק שהינע אקזוטי הוא נושא שנוי במחלוקת". אולם, הוא המשיך, הנושא הזה קוסם לו כבר זמן רב. סופר המדע הבדיוני ארתור סי. קלארק אמר לו פעם שאם ברצוננו להתרחק משמעותית מכוכב הלכת שלנו – ולחזור בסוף – צריך דבר אחד: "פיזיקאי שלא יתחמק מלענות לך 'מהו התמד?'"

"זכרתי את המילים האלו", אמר הדסון. "הפיזיקאי הראשון שפגשתי ולא התחמק מלענות לי היה ג'ים וודוורד".

וככל שהכנס התמשך, הסתמן שגם ממצאים של אחרים תומכים במדידות של וודוורד ופירן, לפחות במידת מה. הממצאים הראו שמגיע דחף ממערך MEGA כשמנוע הדחף פועל, והוא איננו כשהמנוע כבוי. ביום השלישי התייצב בפני המשתתפים נמבו בולדריני (Buldrini) מחברת הנדסה אוסטרית בשם מרכז FOTEC למחקר והעברת טכנולוגיה. בדרך כלל בולדריני עוסק בהערכת האפקטים של מנועי דחף חשמליים, אולם לפני כמה שנים וודוורד שלח לו התקן של אפקט מאך.

טיל סטורן: דחף כימי מסורתי | הדמיה: Science Photo Library

בולדריני העלה גרף המציג את ממצאיו, לצד אלה של וודוורד ופירן. "הדבר הראשון שרואים הוא צורת העקומה", אמר. ואכן בשני הגרפים נראו ירידה כשהדליקו את ההתקן, דחף קבוע בזמן פעולתו ולבסוף קפיצה נגדית כשכיבו אותו. היה הבדל של סדר גודל במספרים של שלב הדחף – אולי, אמר בולדריני, זה נבע מבעיה בכיול. ואולי לא. (וודוורד מציין גם שהבדלים בציוד האיזון עשויים להסביר את ההבדלים בעוצמה).

לשתי קבוצות אחרות היו נתונים דומים עם דפוסי דחף דומים. למרטין טיימאר (Tajmar) מהאוניברסיטה הטכנולוגית של דרזדן היו רק ממצאים ראשוניים, אולם לג'ורג' התאווי, מהנדס חשמל שמנהל חברת ייעוץ עצמאית, היו יותר נתונים. כשהציג את ממצאיו הוא לא נעל נעליים – רק גרביים שעליהם היו מרוחים פרצופים של איינשטיין בכל צבעי הקשת. הוא אמר שהעבודה במעבדה שלו נעשתה על שולחנות אנטי-סייסמיים, כדי לוודא שהרעידות של כוכב הלכת לא ישבשו ממצאים שנוגעים לטיסה מחוץ לכדור הארץ. והדחף החזיק מעמד.

השחזורים שנעשו לגישושים הראשונים בסדנה לכדו את תשומת ליבה של NIAC, שנתנה לוודוורד ולפירן את המענק לשלב א' בשנת 2017. ברור שהמענק הזה לא מבטיח שהדחף אמיתי מעל לכל ספק ושהוא איננו טעות שיטתית כלשהי – וגם אם הוא אמיתי לא מובן מאליו שהוא נובע מאפקט מאך.

בשנת 2018 פרסם טיימאר מאמר במסגרת מיזם הינע החלל שלו, שבו הוא מנסה לשחזר או לפסול טענות הנוגעות להינעים שנשמעים הזויים או לפחות יוצאים מגדר הרגיל. ולמעשה, המחקר הזה הראה דחפים גבוהים במידה חריגה – דבר שמשמעותו היא שייתכן שהקפיצות האלו אינן דחף כלל וכלל אלא שגיאה או תופעה אחרת. בסדנה שנערכה ב-2018 במכון לחקר החלל, הציג מהנדס תוכנה בשם ג'יימי סיומפרליק (Ciomperlik) הדמיה שמראה איך רטיטות במערכת עלולות להתחזות לכוחות מיוחדים.

יתרה מזאת, ב-2019 פרסם טיימאר באינטרנט מאמר נוסף של מיזם הינע החלל, ואחרי שסילק אפקטים אחרים שעשויים להתחזות לדחף, לא נותר שום דחף נראה לעין. "התוצאות שלנו קוראות תיגר על תוקפה של הטענה שמנוע אפקט מאך אכן מפגין דחף ממשי", אומר טיימאר, "אולם נחוץ מחקר נוסף כדי לאשש זאת באופן חד משמעי". וודוורד אומר שלדעתו התצורה של מערך הניסוי הייתה לקויה. הצוות מתכנן להציג נתונים חדשים בהמשך השנה, וטיימאר אומר שגם אם הדחף יופיע מחדש, הוא סבור שהתיאוריה שביסודו אינה נכונה.

מיליס נוטה להסכים – גם לטענה שייתכן שמה שהצוותים ראו היה התרעת שווא וגם לאפשרות שאפילו אם התוצאה אמיתית היא לא בהכרח ממחישה את אפקט מאך. עם זאת, במובן מסוים, התיאוריה שביסוד הניסוי חשובה פחות מההמחשה עצמה. כפי שאמר ויליאמס במהלך סדנת ההינע בשנת 2016, "אם אתם יכולים לגרום לכדור תותח לרחף מול עינינו, לא משנה לנו מהי התיאוריה".

מערכת MEGA. טכניקה חדשה להשגת דחף? | צילום: פרטי

"ספקנות היא תכונה חיובית, והדרך היחידה להתיר ספקות היא למצוא ראיה שאי אפשר להפריך", אומר מיליס, שבילה לאחרונה שלושה חודשים במעבדה של טיימאר בחיפוש אחרי ראיה כזאת. "אף שנעשו שחזורים, עדיין ייתכן ש[מנוע הדחף] יתברר כתוצא לוואי של המדידות ותו לא", הוא אומר. "ובכל זאת, ייתכן עדיין שמדובר בתופעה חדשה אמיתית". אף שהמדע רחוק מלהיות חד משמעי, תוצאות שלב א' של MEGA הרשימו את נאס"א במידה מספקת כדי שתיתן להם את מענק שלב ב' ב-2018.

לייזרים, אנטי-חומר ואנרגיה גרעינית

מבין כל הפרויקטים שקיבלו את מענק ההינע של NIAC, הניסוי של וודוורד ופירן הוא האקזוטי ביותר. ולא כל החוקרים שקיבלו מימון מ-NIAC, סבורים שהדרך הנכונה היא הדרך ה"אקזוטית".

ארכיטקטורת ההינע פורצת הדרך עבור משימות בין-כוכביות נחשוניות של ברופי משליכה את יהבה על לייזרים. הלייזרים של ברופי דומים בכמה היבטים לליזרי מפרש האור של לובין. הכוונה היא לירות אותם ממסלול סביב כדור הארץ, כך שאלומות האור יפגעו בלוחות שימירו את האנרגיה שלהם לאנרגיה חשמלית, בדומה ללוחות סולריים. החשמל הזה יוזן למערכת הינע גדושה בליתיום. המתח שייווצר יעקור אלקטרונים מאטומי הליתיום ויותיר אותם עם מטען חיובי. ואז שדה חשמלי יאיץ אותם ויפלוט אותם מהצד האחורי של החללית. ברופי רוצה שהיא תטוס במהירות גבוהה פי 20 ממערכת ההינע היונית של החללית דאון – שהוא עמד בראש צוות הפיתוח שלה – ושתגיע למהירות של כ-200 קילומטר בשנייה.

אולם הפרויקט הזה הוא עדיין הימור פרוע. הצוות אינו יודע אם יוכל לכוון את הלייזר בצורה מדויקת מספיק או שיוכל להרכיב מערך לייזרים גדול כל כך בחלל או ליצור לוחות ממירי אור שייצרו את 6,000 הוולט הנדרשים. "לכן מדובר במחקר שמתאים בדיוק ל-NIAC", אומר ברופי. "[ניסויי NIAC] מתנודדים בכוונה תחילה בדיוק על הגבולות הפרומים שבין המעשי והבלתי מעשי".

יש גם חוקרים שמנסים להשתחרר לגמרי מלפיתתו של המסלול החשמלי. פרויקט אחר של NIAC שואף לבנות מנוע אנטי-חומר על ידי "קירור" של פוזיטרונים, שהם חלקיקים בעלי מסה זהה למסת האלקטרון אולם מטען חיובי במקום שלילי. במצבם הטבעי, הטמפרטורה של חלקיקי האנטי-חומר האלה גבוהה יותר מזו השוררת על פני השמש, כך שקשה לעבוד איתם ולאחסן אותם. אולם כשמקררים אותם, אפשר לשמור עליהם ולשלוט בהם, וגם – כפי שנעשה בפרויקט הזה – להטיח אותם באלקטרונים. קרני הגמא שייפלטו בעקבות זאת יוכלו לתדלק תגובת היתוך שתניע את החללית.

רעיון אחר מציע לקלוע יחדיו אלומת ניטרונים ואלומת פוטוני לייזר, כך שהחלקיקים לא יתפשטו לצדדים, כלומר לא יבצעו עקיפה, בזמן שהם נעים בחלל. אלומת הניטרונים מכנסת את הפוטונים על ידי כך שהיא מחזירה אותם, או מכופפת את מסלולם, והשדה החשמלי של אלומת הלייזר "לוכד" את הניטרונים. לטענת הצוות, אם ניצור אלומה על ידי לייזר בהספק של 50 גיגה-וואט ונירה אותה על מפרש שיוצב על חללית, הקרן תוכל להאיץ גשושית שמסתה קילוגרם אחד ולשלוח אותה למשימה של 42 שנה אל עבר מערכת הכוכב הקרובה ביותר אלינו.

חללית אנטי חומר | איור: Science Photo Library

וכמובן, איש לא מתעלם מהאפשרות של אנרגיה גרעינית. לרוברט אדמס ממרכז תעופת החלל ע"ש מרשל של נאס"א יש פרויקט NIAC המכונה פעימות ביקוע-היתוך (PuFF), שמשלב שתי אסטרטגיות גרעיניות. "לא מצאנו שום דרך לפתח דברים שכוללים היתוך פרט לשימוש בביקוע בתור מחולל", הוא אומר: כלומר שימוש בתגובת ביקוע – תגובה שקל להפיק – שתיצור תנאים קיצוניים מספיק להצתת תגובת היתוך.

אולם מחולל ביקוע-היתוך דומה מאוד לְפצצה, ולכן אדמס התחיל לדמיין מערכות שפושעים לא יוכלו לנצל למטרותיהם, וכך נתקל במקרה ברעיון הקרוי "צביטת Z" (Z-pinch). אם מעבירים זרם חשמלי בפלזמה (שבמקרה הזה, עשויה מליתיום), אפשר להשתמש בשדה המגנטי שהזרם משרה כדי לדחוס, או "לצבוט" משהו – במקרה הזה, מטרה שעשויה מאורניום ודיטריום-טריטיום.

האורניום שנמעך מגיע למצב קריטי, והביקוע שמתחולל בו מעניק לדיטריום-טריטיום מספיק אנרגיה כדי לחולל היתוך. ההיתוך יוצר ניטרונים, שמשתלבים בעוד ביקוע, שמעלה את הטמפרטורה וממילא גם את קצב ההיתוך. עוצמת הפיצוץ הדו-שלבי הזה שקולה לכמה קילוגרמים של TNT. פיצוץ כזה ממש לא יביא לסוף העולם, אבל הוא חזק מספיק כדי שאם יופעל בקצב יציב ובכמה התקנים מקבילים, הוא יאפשר לחללית שמסתה 25 טונות להגיע למאדים תוך 37 ימים (לעומת כתשעה חודשים שנדרשים עם מנוע כימי). בשנת 2018, לאחר שהגיש בקשה חמש פעמים, קיבל אדמס סוף סוף מענק שלב ב'.

אפשר להתייחס לבעיה הגדולה ביותר שאדמס מתמודד איתה במונחים של עוגת קרם. נסו לדחוס את העוגה – המייצגת את מטרת הביקוע-היתוך – באופן אחיד. לא יעלה על הדעת! המאפה הספוגי החיצוני יתערבב עם הקרם; והקרם הפנימי יתיז לצדדים. משמעות הדליפה הזאת בפרויקט PuFF היא שהאנרגיה תינתז החוצה ומה שיישאר לא יספיק כדי להאיץ תהליך של היתוך. בעבר, הסוגיה הזו הציבה העמידה את החוקרים בפני שוקת שבורה. "הם ויתרו ופנו לדרכים אחרות", הוא אומר. אולם אף אחת מהדרכים האלו לא הובילה לקפיצות ענק בפיתוח הינע חללי.

כיוון חדש

מקבילה היסטורית לפרויקט של אדמס מצביעה על אחת הסיבות לכך שתחום ההינעים קפא על שמריו. משנת 1958 ועד שנת 1964 הוציאו צבא ארה"ב ונאס"א 11 מיליון דולר (השקולים ל-93 מיליון דולר של היום) על פרויקט שניהל פרימן דייסון לפיתוח מערכת הינע גרעינית בשם אוריון, שהייתה דומה מאוד ל-PuFF. המוטו של הפרויקט היה "מאדים עד 1965, שבתאי עד 1970".

הפרויקט לא היה צבאי במובהק, אבל עוצמות הפיצוץ שנדרשו עבורו היו גבוליות מבחינת נאס"א, ולכן אף אחד מהמוסדות לא התמסר אליו בלב שלם. לבסוף הוא נבלם כשממשלת ארצות הברית חתמה בשנת 1963 על האמנה למניעת ניסויים גרעיניים, שהוציאה מחוץ לחוק ניסויים שהיו חיוניים. "זו הפעם הראשונה בהיסטוריה המודרנית שבה התפתחות חשובה בטכנולוגיה האנושית דוכאה מסיבות פוליטיות", אמר דייסון בזמנו.

אלפא קנטאורי. אנחנו עדיין לא שם | תמונה: מוויקיפדיה

איכות, אם כן, איננה הגורם היחיד שקובע אילו טכנולוגיות יהפכו למציאות. כל דבר שנשלח לחלל מגיע מכדור הארץ, שבו יש חוקים, יריבויות חיות ובועטות, פיזיקה שאיננו מבינים כהלכה ודברים שאנחנו אפילו לא יודעים שאנחנו לא יודעים ולכן לא רצוי להסתכן ולשים אותם על חללית יקרה. אלו חלק מהגורמים שיוצרים את ההתמד המוכר – הנטייה להמשיך להשתמש באותן טכנולוגיות ולצעוד בשביל שתמיד צעדנו בו. אולם הבעיטה החיצונית שתגרום לתחום הזה לפנות לכיוון חדש עשויה להגיע בכל רגע.

מבחינת MEGA עדיין לא נאמרה המילה האחרונה, והרעיון שהיא מציגה עדיין רחוק מאוד מיישום, אם בכלל יגיע אי פעם לידי כך. ההתקנים הנוכחיים מצליחים ליצור רק דחיפה זעירה – שנמדדת ב"מיקרו-ניוטון" – תפוח שמונח על השיש במטבח מפעיל על השיש כוח גדול יותר כמה מונים. והתפוח אינו עומד להגיע לסביבות אלפא קנטאורי.

אולם כל דחיפה מתחילה אי שם. בעזרת המענק של שלב ב', וודוורד ופירן מקווים להגדיל את הדחף שהם יוצרים ולהציב כמה התקנים במקביל כך שהכוח המשולב שלהם יגיע לרמה שימושית. ואז, בעזרת המימון שהם מקווים לגייס אי שם, הם ישגרו לוויין זעיר, המצויד בהינע מיני-MEGA. בעזרת ההינע הם ינסו לשנות את מסלולו של הלוויין, וכך להראות שאפקט מאך יכול לפעול בעולם הממשי.

בשנה הנוכחית פתחה NIAC מסלול מימון חדש – פרסי שלב ג' בסך כולל של שני מיליון דולר. שני הפרסים של שנת 2019 הוענקו לפרויקטים של חיפוש משאבים וכרייתם בחלל ושל מיפוי מכתשים על הירח. אולם בעתיד ייתכן שהפרסים יוענקו למיזמים שיפנו מבט עמוק יותר לתוך החלל ורחוק יותר אל העתיד – מיזמים כמו MEGA, בהנחה שהוא יניב פירות. אבל קודם כל, אומרת פירן, "נאס"א מוודאת שזה לא רעיון עיוועים ששני טיפוסים מדרום קליפורניה משחיתים עליו את זמנם" – במילים אחרות, שהם משוגעים בקטע טוב.

תרגום: דוד מדר

פורסם במקור בגיליון אוגוסט 2019 של כתב העת Scientific American

לקריאה נוספת

  • On the Origin of Inertia. D. W. Sciama in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 113, No. 1, pages 34–42; February 1, 1953. https://doi.org/10.1093/mnras/113.1.34
  • Experimental Null Test of a Mach Effect Thruster. Heidi Fearn and James F. Woodward in Journal of Space Exploration, Vol. 2, No. 2, pages 98–105; 2013. NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) Program.

מארכיון סיינטיפיק אמריקן