יום שני, 5 בנובמבר 2012

פצצות אטום בחלל - מאמר מאת איימי שירה טייטל

[הרשומה להלן הינה תרגום מאמר מאת היסטוריונית החלל איימי שירה טייטל, מתוך הבלוג המרתק שלה Vintage Space. בבלוג תוכלו לקרוא סיפורים מדהימים בעיקר אודות ההיסטוריה של תכנית החלל המאויישת של ארצות הברית, כתובים בפירוט רב ובהתלהבות מדבקת. לכן אפתח בתודה מקרב לב לאיימי, שנאותה לבקשתי לתרגם מרשומותיה.]


ציור ממוחשב של רקטת פעימה גרעינית
מתקרבת לצדק. 
ברשומות קודמות דיברתי על מספר אתגרים הקשורים למשימה מאויישת למאדים, ובפרט לקושי לנחות על כוכב הלכת האדום. הבאת אנשים למאדים היא משימה מסובכת, אולם איננה בלתי אפשרית.
זמן הטיסה של משימה למאדים נמדד בחודשים ולא בימים; המסלול המהיר ביותר הוא כרגע בסביבות 180 יום או ששה חודשים.
לנחתות רובוטיות או רוברים, זמן הטיסה לא מהווה אתגר גדול. כל עוד המצברים מסוגלים לשמור על המפרקים המכניים ועל המערכות שלו מפני קפאון, לרובוט לא אכפת להמתין.

משימה מאויישת היא סיפור אחר. שמירה על הצוות בחיים ובמצב גופני טוב מסבכת את המסע למאדים; הבעיה אינה רק לספק לאסטרונאוטים מקור חום. ששה חודשים הם זמן ממושך מדי מכדי שהצוות יוכל לשבת ולחכות בתוך חללית קטנה וצפופה, חשופים לקרינה ובתנאי אפס-כבידה. ישנן דרכים להגן על האסטרונאוטים באמצעות מגיני קרינה ולסחרר את החללית ליצירת די כבידה למניעת ניוון שרירים או לפחות להגבלתו. אולם הדרך הטובה ביותר להתגבר על האתגרים הכרוכים בהבאת אנשים למאדים היא פשוט לקצר את משך הטיסה. אין זה רעיון חדש, אלא רעיון שנאס"א חוקרת כבר למעלה מ- 50 שנה. השיטה המועדפת היא רקטה גרעינית.


המחשבה על טיל המונע בכוח גרעיני עלולה להרים דגלים אדומים אצל מי מאיתנו. זה תרחיש ששווה לתהות לגביו: כיצד יגיבו מדינות בעלות יכולת גרעינית כמו רוסיה, סין או אחרות לכך שארצות הברית שולחת חומר גרעיני למרחב האווירי שלהן? ובתרחיש הפוך, האם חומר גרעיני המשוגר אל מעל המרחב האווירי של ארצות הברית  יגרום לגל בהלה ברחבי המדינה? מובן שאיש אינו מעוניין שמעל ביתו תרחף פצצה שוות עוצמה להירושימה.

אבל כוח גרעיני בחלל הוא לא דבר חדש, אלא רק לא כל כך מוכר, וקל להאפיל עליו באמצעות טיסות מאויישות שהן מרגשות יותר ובעלות פחות פוטנציאל הרס.

חתך של מודול השירות של אפולו
מראה את המנוע ומיכלי הדלק
בשנות ה- 50 המוקדמות של המאה ה- 20, שיחות ספקולטיביות בין מהנדסים ופיסיקאים על יישומים אפשריים לכוח גרעיני נסובו לבסוף לתחום הטיסות; כור גרעיני נחשב ליצרן של אנרגיה מספיקה להנעת רקטה מהירה יותר מכל רקטה כימית.

העקרון המבדיל בין רקטות גרעיניות וכימיות הוא מקור האנרגיה. רקטות כימיות משיגות את האנרגיה שלהן משריפת דלק. המחמצן וההודף מעורבבים ומחוממים, והפיצוץ שנוצר מכוון מבעד לנחיר בקצה הרקטה ליצירת דחף. הכוח של רקטות גרעיניות נובע מתגובות גרעיניות. באמצעות ביקוע (שבירתם של גרעינים כבדים) או היתוך (מיזוג של שני גרעינים קלים), האנרגיה המשתחררת מחממת הודף שמכוון החוצה מבעד לנחיר המנוע ומומר לדחף. גם בביקוע וגם בהיתוך התוצר המתקבל הוא אנרגיה רבה.

סוג שלישי של הנעה גרעינית הוצע לשימוש בחלליות - הנעת פעימה גרעינית [Nuclear Pulse Propulsion - י.ל]. הנעת פעימה גרעינית משתמשת באנרגיה של פיצוץ גרעיני לדחיפת החללית. פצצות גרעיניות קטנות מתפוצצות מאחורי הרקטה ומעניקות לה מהירות; האנרגיה הנפלטת מהפיצוץ בצורת פלזמה בצפיפות גבוהה דוחפת את הרכב. 
באמצע שנות ה- 60 חקרו שיטה זו כחלק מתכנית אוריון.

מנוע הקיווי-A בניסויים
אחד הפיזיקאים הראשונים שהחל לעבוד על הנעה גרעינית היה רוברט באסארד [Bussard - י.ל]. בתחילת שנות ה- 50, באסארד שילב את הנתונים שברשותו אודות הכוח הבלתי-מרוסן של תגובות גרעיניות עם המידע הזמין על הנעת רקטות כימיות. העבודה ההיפותטית הציעה שההנעה הגרעינית עשויה להיות עדיפה בהרבה על ההנעה הכימית במובנים של דחף, טווח וקיבולת מטען. מִמצאיו הוציאו לו שם רע במידה מסויימת, וב- 1955 הצטרף לחטיבה להנעה גרעינית בלוס אלאמוס כדי לפתח מנוע רקטי גרעיני.

הצעד הראשון היה לפתח מנוע-כור קטן, להוכחת הרעיון. 
בשנת 1959 בוצע ניסוי במנוע ההנעה הגרעינית הראשון, שנקרא "קיווי" [Kiwi] על שם הציפור הלא מעופפת. המנוע פעל - הכור הפיק דחף מתון אך סיפק בטחון בכך שהנעה גרעינית היא שיטה ששווה לדבוק בה.

בשנת 1960, השאיפה להשגת יכולת הנעה גרעינית קיבלה דחיפה מתכנית חדשה בשם "רובר" [Rover] לפיתוח יכולות הנעה גרעיניות. המימון הגיע במשותף מנאס"א, מהועדה לאנרגיה אטומית, ומחיל האוויר של ארצות הברית. בתוך רובר היו תכניות קטנות יותר עם יעדים נפרדים. פרויקט NERVA - מנוע גרעיני לכלי רכב רקטיים - הוקדש לפיתוח מערכת הנעה גרעינית לרכב מאוייש. פרויקט מנוע פוֹבּוּס - נועד לפיתוח המנוע בעל ההספק הג
בוה ביותר. פרויקט XE-P - אבטיפוס למנוע טיסה ניסיוני - נועד לפיתוח מנועים גרעיניים לשימוש חוזר.

סכמה של מנוע NERVA
תכנית רובר התקדמה בקצב יציב במהלך שנות ה- 60. לאורך העשור, כשהניסויים הניבו תוצאות מוצלחות יותר ויותר, נאס"א החלה לתכנן את עתיד מערכת ההנעה החדשה שלה. מנועים ייצרו יותר ויותר דחף ובערו לאורך זמן רב יותר ויותר, ונראה היה שהמשך הפיתוח יפיק רקטה המסוגלת לשלוח אנשים למאדים בפרק זמן סביר; משך המסע הצטמק מחודשים לשבועות. ב- 1968, המנהלים של פרויקט רובר ציפו באופטימיות שהטילים הגרעיניים הראשונים יהיו בדרכם למאדים עד 1975.

לאחר שאפולו-11 נחתה על הירח בשנת 1969, 
נפגעה נאס"א מקיצוצים משמעותיים בתקציב, שהשפעתם הקרינה אל מעבר לתכנית הירח. נעשה ברור שמשימה מאויישת למאדים איננה עוד באותה עדיפות עם יעדים לאומיים לאחר שהושגה הנחיתה על הירח, והתכנית למשימה למאדים בהנעה גרעינית ננטשה. כזו היתה גם ההשפעה על תכנית רובר, שהופסקה לבסוף בשנת 1973. כלי הרכב ששיגרו את הנחתות הראשונות של נאס"א למאדים, וייקינג 1 ו- 2 ב- 1975 היו רקטות כימיות מסורתיות.

שיטת ההנעה הגרעינית עבור משימות למאדים הוקמה לתחייה פעמים רבות מאז שבוטלו המאמצים ההתחלתיים של תכנית רובר. הצעות מרובות עלו בשנות ה- 70 והבטיחו מסע של 30 יום למאדים אם נאס"א תתחייב לפיתוח ומימוש הנעה רקטית גרעינית. בשנת 1987 הוגשה לנאס"א הצעה ממרכז המחקר לואיס בקליבלנד, אוהיו, עם סקר מקיף על הנעה גרעינית במאמץ לקדם ענין מחודש בהנעה מסוג זה לחלליות, ובה מוצגת 
השיטה כטכנולוגיה חיונית לחקר מאדים. הנעה גרעינית עדיין משווקת על ידי רבים כאמצעי הטוב ביותר לא רק לשליחת אנשים למאדים, אלא גם ליעדים אחרים במערכת השמש. ששת החודשים שעשוי לקחת מסע בהנעה כימית למאדים יכול להיות מסע בן שישה חודשים בהנעה גרעינית לירח של שבתאי, טיטאן.

בזמן שהנעה גרעינית מעולם לא נהנתה מתפקיד מרכזי בטיסות חלל, אנרגיה גרעינית היתה במשך עשרות שנים מצרך יסודי בחקר החלל.

תפישת אמן של חללית וויאג'ר
בליבן של רבות מחלליות המחקר הפלנטרי שנשלחו למסעות ארוכים על פני מערכת השמש טמון מחולל תרמואלקטרי רדיואיזוטופי, או RTG - מכשיר שימושי עבור חללית הנוסעת הרחק מהשמש, היכן שכוח סולרי אינו יעיל עוד. יחידת RTG מייצרת הספק מהתפרקות חומר רדיואקטיבי. החום המופק מומר לחשמל אשר יכול להפעיל את מערכות ומכשירי החללית. עם מטען גרעיני המתפרק בקצב איטי, חללית יכולה לחיות במשך עשרות שנים; התאומות וויאג'ר 1 ו- 2, אשר לאחרונה הגיעו להליופאוזה (היכן שמערכת השמש מסתיימת באופן רשמי), דיברו עם נאס"א לאורך כל תקופת המסע הודות ליחידות ה- RTG שלהן.

אותם מחוללים גרעיניים שימשו את משימות אפולו 12 עד 17 כמקור כוח משני למכשירים ולניסויים שנותרו על הירח. אבל לא כל מתקני ה- RTG נותרו מחוץ לטווח גרימת הנזק. כשאפולו 13 נאלצה לבטל את נחיתתה על הירח, האסטרונאוטים נאלצו להחזיר את המטען הגרעיני הביתה, אל תוך האוקיינוס השקט, קצת לפני שהצוות נכנס לאטמוספירה של כדור הארץ. הליבה הגרעינית של ה- RTG נמצאת אי שם בתחתית האוקיינוס [הערה: זה איננו ה- RTG היחיד שצלל לאוקיינוס, אבל זה סיפור לפעם אחרת - י.ל].

החומר הגרעיני שבתוך ה- RTG
מעורר כנראה פחות חשש מאשר החומר הגרעיני שבתוך רקטה. החומר הגרעיני שנשלח לחלל כמקור כוח, נשלח כשהוא ארוז בתוך מין קופסה שחורה אולטרה-עמידה שנבנתה כדי לעמוד במגע ישיר עם טיל מתפוצץ.

רקטות, לעומת זאת, מתפוצצות. רקטה בעלת הנעה גרעינית עלולה להיות הרבה יותר מטרידה אפילו בשביל חובבי טיסות החלל המסורים ביותר. אבל אם הנעה גרעינית תשמש למסעות בין-פלנטריים, היא לא בהכרח תהיה שיטת ההנעה עבור השיגור; רקטות כימיות ייקחו את החללית הפלנטרית למסלול, היכן שהמנוע הגרעיני שלהן יתפוס פיקוד. כרגע אין בנמצא תכניות ברורות לרקטות בעלות הנעה גרעינית שישלחו משימות למאדים או לכל מקום אחר, וכל החומר הגרעיני הנשלח לחלל מאוחסן לבטח לקראת מסעו. מאידך יתכן שיבוא בקרוב יום, שבו הנעה גרעינית תהפוך לשיגרה בטיסות חלל, מטריד ככל שזה נשמע.


מנוע קיווי מושמד בכוונה תחילה כחלק מניסוי בטיחות. 1965.

המלצות לקריאה / מקורות נבחרים

Stanley Borowski. “Nuclear Propulsion – A Vital Technology for the Exploration of Mars and the Planets Beyond.” NASA. 1987.

“Nuclear Pulse Vehicle Study Condensed Summary Report.” NASA. 1964.

Annie Jacobson, Area 51. Little Brown. 2011.

_____________________________________
קישור למאמר המקורי

אין תגובות:

הוסף רשומת תגובה