בחלק א' הסברנו איך נכנסים למסלול מעגלי בחלל. בחלק ב' נדון במסלולים אליפטיים, נסביר מה זה תמרון ואיך מבצעים אותו.

בחלק א' סיפרנו לכם על הענק אפרים שהכניס סלע למסלול מעגלי מסביב לכדור הארץ. אפרים זרק את הסלע מהר מספיק, ולכן תנועת הסלע היא מסלול מעגלי בגובה של 100 קילומטרים מפני כדור הארץ.

מה יקרה אם אפרים יזרוק את הסלע יותר חזק? במקרה כזה, העקמומיות של המסלול תהיה קטנה יותר בהתחלה, והסלע יתחיל להתרחק מכדור הארץ. אבל כמו שהסלע עלה ואז נפל כשאפרים זרק אותו כלפי מעלה, כך כח המשיכה יאט את הסלע. לבסוף, העקמומיות של המסלול תהיה כזו, שהסלע יתרחק מכדור הארץ במסלול אליפטי, יגיע לנקודה רחוקה מכדור הארץ שם המהירות שלו תהיה הכי איטית, ואז יחזור חזרה מהצד השני של האליפסה:

כשהסלע יפגע שוב ביד של אפרים, המהירות שלו תהיה אותה מהירות בה אפרים זרק את הסלע. נקרא לנקודה הרחוקה ביותר שהחללית תגיע אליה נקודה א', ולנקודה הקרובה ביותר (היד של אפרים) נקודה ב'. הפיזיקאים קוראים לנקודה הקרובה ביותר פריגאה ולרחוקה ביותר אפוגיאה, אבל אנחנו נישאר עם א' ו-ב' כדי לא לבלבל יותר מדי.

עכשיו דמיינו, שבמקום סלע אפרים זורק חללית. חללית שיכולה על ידי מנוע רקטי (או מנוע הדף כלשהו [1]) להגביר את המהירות של עצמה. מה יקרה אם החללית תגביר את המהירות שלה בכיוון המשיק לכיוון התנועה שלה? מה יקרה כשהיא תעשה את זה בנקודה הכי רחוקה מכדור הארץ (נקודה א')? החללית כאילו "תזרוק" את עצמה שוב מהנקודה הזו. אם החללית תוסיף מהירות בנקודה א', האליפסה שבה היא נעה תשתנה. בגלל שהחללית נמצאת בנקודה זו, והמהירות גדלה רק בכיוון שהחללית כבר טסה בו, נקודה א' תשאר חלק מהמסלול. כלומר, החללית תעשה סיבוב ותחזור לנקודה א. כמו שהחללית חזרה לנקודה שבה אפרים זרק אותה (כשהיא עוד הייתה רק סלע), כך החללית תחזור לנקודה בה הפעילה את המנועים. למה תנוצל המהירות שהתווספה? המהירות הזו תנוצל להגבהת המסלול. כלומר עכשיו, החללית לא תחזור אחרי התמרון לנקודה ב' בגובה של היד של אפרים, היא תחזור לנקודה גבוהה יותר. המסלול כולו יהיה גבוה יותר, מלבד בנקודה א. בעיקר, המהירות שלה בנקודה ב' החדשה (זו שמעל אפרים), תהיה יותר קטנה מהמהירות בה אפרים זרק אותה. זאת משום שהאנרגיה שהחללית הוסיפה לעצמה תורגמה לגובה.

אם החללית תשנה את מהירותה שוב ושוב בנקודות שונות לאורך המסלול, עד שהמהירות בנקודה א' והמהירות בנקודה ב' החדשה יהיו שוות, היא תסתובב שוב במסלול מעגלי (ולא אליפטי), רק שעכשיו הוא יהיה גבוה יותר מעל כדור הארץ.

כשחללית משנה את מהירותה באחת הנקודות במסלול, יתרחש שינוי במסלול, מה שמכונה "תמרון". בתמרוני גובה, החללית מפעילה מנועים על מנת לשנות את המהירות שלה בכיוון התנועה. הוספת מהירות תעלה את גובה החללית, והורדת מהירות תוריד את גובה החללית. שימו לב, שהתמרון לא מעלה או מוריד את הגובה בנקודה בה החללית מתמרנת, אלא רק בנקודות הסמוכות לה. האפקט הגדול ביותר יתרחש בנקודה הנמצאת מולה במסלול - מהצד השני של כדור הארץ (או העצם השמימי הרלוונטי האחר). ישנם גם תמרונים שמוסיפים מהירות בכיוון אנכי למסלול, אך אלה לא משנים את גובה המסלול, אלא את המישור בו המסלול מתקיים (המישור הדמיוני סביב כדור הארץ בו האליפסה או העיגול "מצוירים").

קשה לבנות חללית שמסוגלת לבצע תמרוני גובה בצורה מדוייקת, מכיוון שקשה להגיע למצב שבו מנועי הטיל מכוונים בדיוק בכיוון התנועה. כמו כן, קשה לשלוט במיקומה של החללית ולהעריך את המיקום ואת הזווית של המנועים שלה ביחס למסלול, בגלל תנודות קלות של כל חללית סביב עצמה. אתגר נוסף, הוא להבין מהו בדיוק המסלול בפועל. חללית או לווין אינם יודעים איפה הם נמצאים באופו אבסולוטי, ואינם יודעים באיזו אליפסה הם נעים כרגע. על מנת להתמודד עם אתגר זה, אנו נעזרים בתחנת קרקע אשר מודדת את מיקום הלווין בכמה נקודות לאורך המסלול, ועל פי המידע מנסים לשחזר את האליפסה האמיתית שהוא עושה. על ידי כך, אפשר להחליט איזו מהירות צריך לתת לו ומתי, כדי לקבל את האפקט של העלאת והורדת המסלול שתיארנו קודם. תמרונים כאלו הם דבר שבשגרה עבור לווינים רגילים, כמו לוויני עמוס, שם התמרונים נועדו לשמר את המסלול במקומו כנגד הפרעות שונות. לעומת זאת, מאוד מאוד קשה לבנות לווין כזה שמסוגל לעשות סדרה של תמרונים שיגיעו עד לירח - אבל זה בדיוק מה שהמדענים והמהנדסים של ספייס איי אל עשו. החללית "בראשית" שוגרה בעזרת טיל של ספייס אקס, ולאחר הניתוק מהטיל ביצעה מספר תמרונים למסלולים גבוהים יותר ויותר עד שהגיעה לגובה של הירח מעל כדור הארץ. לאחר מכן, תמרנה החללית להזזת המסלול ממסלול סביב כדור הארץ למסלול סביב הירח - תמרון מורכב כשלעצמו - ואז הנמיכה את גובה המסלול שסביב הירח, עד לפגיעה בו!

לסיכום חלק ב' - לתמרן בחלל זה קשה. להגיע לירח קשה מאוד. כל הכבוד למי שהצליח.

נזמין אתכם שוב להיות אפרים ולנסות לזרוק סלע באפליקציה כאן.

אנימציות מקוריות: ענברי פינקלשטיין

מקורות ולקריאה נוספת:

מסלולים בחלל - חלק א'

[1] על מנועים רקטיים - איך להגיע לחלל

[2] המסלול והתמרונים של בראשית