יום ראשון, 10 בפברואר 2013

המסע המאוייש של נאס"א לכוכבי הלכת הפנימיים - מאמר מאת איימי שירה טייטל

[כשערכתי תחקיר עבור ההרצאה על עתיד טיסות החלל, גיליתי שבשנות ה- 60 היו בידי נאס"א המון תכניות שאפתניות לשלב שיבוא אחרי הנחיתה המאויישת על הירח. בראי ההיסטוריה אנחנו יודעים שדבר מכל התכניות הללו לא יצא לפועל, לפחות לא לפי התכנית המקורית, אבל מבחינה טכנולוגית היינו יכולים להגיע רחוק מאד כבר לפני 30 שנה.
המאמר שלפניכם עוסק בתכנית ישנה למשימה מאויישת בת שנתיים לביקור בנוגה ובמאדים. המאמר נכתב על ידי היסטוריונית החלל איימי שירה טייטל, ותורגם ברשותה ובאדיבותה על ידי.
איימי כותבת את הבלוג הנהדר Vintage Space, שעוסק בהיסטוריה של תכניות החלל, ובעיקר בזו האמריקאית. תרגום מאמר קודם שלה, אודות תכניות ההנעה הגרעינית כבר הופיע ב"מסה קריטית".]
 
כוכבי הלכת הפנימיים.
Credit: NASA

בשנות ה- 60 היו טיסות מעבר קרוב לכוכבי לכת בגדר שיא האופנה בנאס"א. ב- 1966 גילה גארי פלאנדרו, סטודנט לתואר שני, שכוכבי הלכת עומדים להסתדר בטור שמתאים למסע דילוגים פלנטרי, תגלית ששימשה לתכנון משימות וויאג'ר. באותה שנה החלה חברת בֶּלקוֹם [Bellcomm], קבלנית של נאס"א, לבחון אפשרות למשימות אשר תוכלנה לשלוח צוות אל נוגה וגם אל מאדים באותה טיסה, באמצעות מעברים קרובים ושימוש בחומרה של אפולו. 

טיסות מעברים קרובים לכוכבי לכת הן משימות שאפתניות הנעזרות בכבידה על מנת לשלוח חלליות למרחקים גדולים תוך שימוש מזערי בדלק. כשהחללית חולפת סמוך לצידו האחורי של כוכב הלכת [אחורי מבחינת כיוון תנועתו – י.ל.] היא צוברת מהירות, ואם הגיאומטריה של כוכבי הלכת מתאימה, אז היא תאיץ היישר אל היעד הבא שלה בצריכה מועטה של דלק להכוונה או בקרה על טיסתה. ההצעות לתכנון משימות מעברים קרובים הגיעו מבלקום, חטיבה של חברת AT&T שהוקמה בשנת 1963 כדי לעזור לסוכנות החלל במחקר, פיתוח ותיעוד כולל של שילוב מערכות. בעזרת שימוש בחומרה משודרגת של אפולו, המעברים הקרובים הללו נחשבו אבן דרך טבעית בין תכנית אפולו לבין יעדים נשגבים כגון תחנות חלל סביב כדור הארץ, נחיתות מאויישות על מאדים ומקפות סביב נוגה.

כדור הארץ כפי שנראה מהמסלול הגבוה של ג'מיני-11 בשנת 1966.
כך יכול היה להיראות הנוף של הצוות רגע לפני הפעלת המנוע
שיוציא אותם למשימת מעבר קרוב משולש.
Credit: NASA

בשנת 1966 הוצג מחקר המראה הזדמנויות אפשריות למשימה מאויישת הכוללת מעבר קרוב למאדים בין השנים 1978 ו- 1986. המחקר הוצג בכנס מכניקת טיסות חלל על ידי איי. איי. ואנדרוִין, מתמטיקאי מבלקום. ואנדרוין הציג מסגרת זמן אידיאלית, לדבריו, מאחר ומשימות מאויישות למאדים תהיינה כנראה בעלות עניין רב בשנים הללו; תכנית אפולו תסתיים, והצעד ההגיוני הבא בטיסות המחקר המאויישות, אחרי הירח, היה שכננו הפחות עוין מבין השניים.

על פי המחקר, נדרשת מעט מאד הנעה למשימה זו. לאחר השיגור הצוות יבצע תיקונים קטנים להתאמת המסלול, אבל מי שינהג בחללית תהיה הפיסיקה. המשימה תראה כמו גירסה מאדימאית של טיסת אפולו-13 למעט הפיצוץ של מיכל החמצן; בעירת מנוע אחת גדולה תשלח את הצוות למאדים, שם הם יאיצו סביב צידו הרחוק ויוטלו חזרה לכיוון כדור הארץ. העבודה הקשה תוטל על גבן של גשושות במשימה מסוג זה. הצוות ישחרר מגוון גשושות אוטומטיות אל מאדים, ולפחות אחת מכל סוג תנחת ובאופן אידיאלי תחזיר לצוות דגימת קרקע.

כדור הארץ והירח כפי שנראו על ידי מארינר-10 בדרכה לנוגה בשנת 1973.
Credit: NASA

ואנדרוין זיהה 5 ניגודים (הנקודה בה מאדים והארץ נמצאים בנקודות הקרובות ביותר זה לזה על מסלוליהם) שיתרחשו בין 1978 ו- 1986. זהו הזמן הטוב ביותר למעבר קרוב למאדים, מאחר והגיאומטריה בין הפלנטות מאפשרת את משך הטיסה הקצר ביותר. אבל משך הטיסה איננו המגבלה העיקרית של המשימה, אלא המשקל בעת השיגור. הבעירה הראשונה שתשלח את הצוות למאדים דורשת המון דלק, וחלק מההתיישרויות הפלנטריות אינן טובות מספיק, כך שיהיה צורך בכמות דלק גבוהה בהרבה משאפשר לשגר למסלול סביב הארץ. ואנדרוין זיהה שתי הזדמנויות שיגור טובות: ב- 1979 וב- 1983. שתיהן יתאימו למשימה בהתחשב במיקומי כוכבי הלכת ובטכנולוגיית ההנעה הזמינה.

בשנת 1967 כתב ואנדרוין דו"ח נוסף על משימת מעברים קרובים למאדים, וצירף את נוגה למשימה. שימוש בכבידה של נוגה על מנת להטיס את החללית אל מאדים יכול לפתור את בעיית המשקל בעת השיגור מכדור הארץ.

מאדים, כדור הארץ ונוגה מתיישרים עם השמש חמש פעמים כל 32 שנה, אבל נוגה ומאדים מתיישרים לעיתים תכופות יותר ויוצרים הזדמנויות תדירות למעבר קרוב כפול. הדו"ח מצא שחליפה ליד נוגה הן בטיסה הלוך והן בטיסה חזור ממאדים היא אפשרית, מה שהפך את המשימה למעבר קרוב משולש.

נוגה, בצבעים מותאמים לאור הנראה,
מטרה ראשונה של צוות המעבר הקרוב המשולש.
Credit: NASA

ההזדמנות הראשונה למעבר קרוב משולש שזוהתה בדו"ח תתרחש בפברואר 1977. ההזדמנות הבאה למעבר כזה תהיה ב- 1983. בזמן פרסום הדו"ח ציפו שבתחילת שנות ה- 80 תתבצע נחיתה מאויישת על מאדים ומשימת הקפה סביב נוגה, כך שהסיכוי לשיגור משימת מעבר קרוב משולש בשנים הללו יהיה כנראה מאד נמוך. 

הסיכויים לשיגור משימת מעבר קרוב משולש השתפרו כאשר ואנדרוין, יחד עם מהנדס נוסף מבלקום ששמו ג'יי. בנקובסקיס, גילה עוד הזדמנות למעבר קרוב משולש עם חלון שיגור ב- 1981. הם תארו את המשימה בדו"ח מספטמבר 1967. השיגור האידיאלי ב- 26 במאי 1981 היה שולח את הצוות למשימה בת 790 ימים. הם תכננו חליפה ליד נוגה ב- 28 בדצמבר, ליד מאדים ב- 5 באוקטובר 1982, שוב ליד נוגה ב- 1 במרץ 1983, ונחיתה בים על כדור הארץ ב- 25 ביולי. גם שיגור לא-אופטימלי היה אפשרות טובה. היה חלון שיגור של 30 יום למשימה, ואפילו ההזדמנות הגרועה ביותר בחלון זה היתה מאריכה את המשימה ל- 850 ימים בלבד.

מאדים, היעד השני של צוות המעבר הקרוב המשולש.
Credit: NASA

מציאת הזדמנות שיגור שלא היתה ידועה לפני כן נתנה לואנדרוין השראה לחפש עוד מעברים קרובים משולשים. בדו"ח מאוקטובר 1967 הוא דיווח על מעבר כפול בנובמבר 1978, משימת ארץ-נוגה-מאדים-ארץ. בשינוי קל, היא יכולה להפוך למעבר קרוב משולש. הוספת חליפה סמוך לנוגה בדרך חזרה ממאדים היתה אפשרית. עבור שיגור ב- 28 בנובמבר 1978, הצוות היה עובר את נוגה ב- 11 במאי 1979, את מאדים ב- 25 בנובמבר, שוב את נוגה ב- 29 בינואר 1980, וחוזר לנחות בכדור הארץ ב- 31 בינואר 1981. בסך הכל המשימה היתה בת 800 ימים, ותאריך אחר בחלון השיגור בן 35 הימים היה מאפשר קיצור המשימה ל- 760 יום.

מה שממש מעניין במשימות המעבר הקרוב המשולש, הוא שהן לא רק סיכוי עבור הצוות לצאת למסע במערכת השמש הפנימית, אלא שכל מעבר קרוב הוא הזדמנות מדעית ייחודית. בגלל גיאומטריית מסלולי הפלנטות, כל משימה, ואפילו רק כיוון אחד של כל משימה, היו לוקחים את הצוות לצד אחר של כוכב הלכת. מעבר אחד היה לוקח את הצוות לצידו המואר של כוכב הלכת ליד קו המשווה שלו, בעוד שהמעבר הבא היה לוקח אותם סביב הצד החשוך או ליד אחד הקטבים. אף מעבר לא היה מעבר קרוב גרוע. חיישני תת-אדום ומכ"ם מיפוי היו יכולים לבצע תצפיות שהצוות לא היה מסוגל לבצע באופן חזותי.

הארץ והירח כפי שנראו על ידי מצלמת HiRISE שעל
המקפת MRO של נאס"א. 3 באוקטובר 2007.
Credit: NASA

מה שלא תהיה הצורה של המשימה, מעברים קרובים משולשים הבטיחו תמורה מדעית גדולה ומשימה מאד מעניינת. אולם, כמו הרבה תכניות מלהיבות שהיו בשנות ה- 70 וה- 80, היא מעולם לא יצאה לפועל מעבר להוכחת הרעיון.

אולי מעברים קרובים משולשים יחזרו לאופנה אם נאס"א או חברה פרטית כלשהי תדחוף קדימה משימה למאדים. אם מתכננים לעשות סיור פלנטרי לצורך משימת נחיתה, למה לא לעשות קצת מדע על הדרך, ולצלם את נוגה מקרוב באותה הזדמנות.

לקריאה נוספת: 

VanderVeen and Bankovskis. ”The Existence of a Triple-Planet Ballistic Flyby.” Bellcomm. September 19, 1967. Washington.

VanderVeen and London. “Existence of a Favorable 1976 Dual-Planet Ballistic Flyby.” Bellcomm. February 14, 1967. Washington.

VanderVeen. “The 1975 Mars-Venus Ballistic Dual-Planet Flyby.” Bellcomm. December 19, 1967. Washington.

VanderVeen. “Venus Swingbys for Manned Mars Missions During the 1978-1986 Period.” Bellcomm. August 9, 1966. Washington.
__________________________________
קישור למאמר המקורי

8 תגובות:

  1. תודה על הפרסום..
    יש לי כמה שאלות פה:
    1.איך המים בכדה"א לא מתנדפים לחלל? כוח משיכה או הרכב האטמוספירה?
    2.למה המים והאטמוספירה במאדים התנדפו לחלל?
    3.מה אתה חושב על מה שקרה ברוסייה ביום שישי ועל da14 בערב אותו היום? באמת אין קשר בינהם? ואיך זה שנאסא לא הזהירה שמשהו כזה יכול לקרות ברוסיה? ואיך ידעו שהאסטראויד לא יפגע בנו.. ואיךזה שהוא פשוט הפסיק להתקרב!

    השבמחק
    תשובות
    1. 1. כוח המשיכה ולחץ האטמוספירה מונעים מהמים להתנדף.
      2. במאדים יש אטמוספירה דלילה ביותר. מים לא יכולים להישאר במצב נוזל על פניו במצב הנוכחי.
      3. אין קשר בין שני האירועים, וקל להראות זאת לפי המיקום של הפגיעה והכיוונים שבהם נעו שני הגופים.
      לא היתה אזהרה כי לא ניתן היה לזהות את המטאור מבעוד מועד הן בגלל שהוא קטן והן בגלל המהירות שלו.
      את מסלול האסטרואיד חישבו בדיוק רב מיד לאחר גילויו, והראו שלא תהיה פגיעה. הוא הפסיק להתקרב כי הוא חלף לידינו והמשיך הלאה.

      מחק
    2. תודה על התשובה המפורטת :)

      מחק
  2. שלום!
    יש לי כמה שאלות שאשמח אם תענה לי אליהם:
    1.יש אסטרואיד שיתנגש בנו במאה הקרובה?ואיך אנחנו יודעים לחשב מסלולים של אסטרואידים ממה הם מושפעים?
    2.עד לאיזה גובה או ומהירות צריך עצם מהחלל להגיע כדי להיכנס למסלול סביב כדה"א או אפילו בשביל להתנגש בנו?
    3.למה אתה לא מפרסם עוד פוסטים מעניינים :)?!

    השבמחק
    תשובות
    1. 1. לא ידוע על שום אסטרואיד במסלול פגיעה בכדור הארץ בעשרות השנים הקרובות. קשה לחשב במדוייק לתקופות ממושכות יותר, אבל החשש הוא בעיקר מאלו שטרם מצאנו. האסטרואידים מושפעים בראש ובראשונה מכבידת השמש, ואח"כ מכבידת כל הפלנטות. את ההשפעה שלהם מכירים היטב, אבל כדי לחשב לעתיד הרחוק צריך לקחת בחשבון גם כוחות קטנים יותר שמשפיעים.
      2. כדי להתנגש בכדוה"א צריך ששני הגופים, כדוה"א והעצם מהחלל, יגיעו לאותו מקום באותו זמן. זה לא קשור למהירות אלא רק לצירוף המקרים הזה. כניסה למסלול לא מתרחשת ללא עזרה חיצונית, ועשויה להתרחש עם למשל גוף גדול יתנגש בירח.
      3. זמן. אבל יהיו בקרוב מאד :)

      מחק
    2. כמו תמיד תודה על התשובה המפורטת :)

      מחק
  3. באיזה מהירות מתפשט היקום?!
    אני יודע שהוא מאיץ בגלל החומר האפל ..
    והוא מתפשט יותר מהר ממהירות האור? !

    השבמחק
    תשובות
    1. לא ידוע כיצד מתפשט היקום. ניתן להסביר את התופעה באמצעות אנרגיה אפלה, אולם לא ידוע מה טיבה של אנרגיה זו.
      מהירות האור נמדדת ביחס למרחב, אבל התפשטות היקום היא התפשטות של המרחב.

      מחק