ריקוד אוטונומי בחלל
18/03/2021
בשבת הקרובה בשעה 8 בערב ישוגרו לחלל שלושה ננו-לוויינים של הטכניון. מה כה ייחודי בשיגור זה ואילו סוגי לוויינים הוא כולל? מהם האתגרים בטיסת מבנה, וכיצד טיסה עם בקרה ותמרונים אוטונומיים יכולה לפתור אותם?
כשם שישנם סוגי מכוניות :רכב מיני, רכב משפחתי, סטיישן רכב פוזה וכולי, כך גם ללויינים יש סיווג [1]. למשל, לוויין גדול הוא לוויין השוקל מעל טון. רוב לווייני התקשורת שמספקים לנו אינטרנט ושידורי טלויזיה הינם לוויינים גדולים השוקלים סביב 2-4 טון [2]. לעומת זאת, לוויין בינוני שוקל בין 500 ק״ג לטון, ואילו מיני-לוויין ישקול בין 100 ל- 500 ק״ג ולא תהיה לו בעיה למצוא חנייה בתל אביב.
ישראל משגרת את לווייני אופק, הנחשבים למיני-לוויינים. הם שוקלים 200-400 ק"ג, משקל קטן יחסית ללוויינים אחרים בעלי יכולות דומות. אחת הסיבות שלווייני אופק קלים יותר היא שישראל, בניגוד לרוב מדינות העולם, משגרת את הלוויינים שלה לכיוון מערב (ולא מזרחה לכיוון עירק ואיראן) וכך מפסידה את המהירות של סיבוב כדור הארץ. בגלל הפסד זה, הטיל המשמש שיגור דורש יותר דלק לעומת שיגור למזרח של מטען באותו משקל (הלוויין, במקרה זה). פתרון יעיל לבעיה זו הוא להקטין את גודל הלוויין.
ישנם לוויינים קטנים אפילו יותר: מיקרו-לוויין הוא לוויין שמשקלו נע בין 10 ל 100 ק"ג, ואילו ננו-לוויין שוקל בין 1 ל- 10 ק״ג. לוויינים קטנים כאלו ניתן לשגר בצורה זולה יחסית: הם יכולים לתפוס "טרמפ" על שיגור של מטען גדול יותר (זאת אומרת שהם מורכבים על אותו הטיל אבל מתנתקים ממנו בזמן ומקום אחר מהמטען הראשי). לחילופין, כמה ארגונים המעונינים לשגר מטענים קטנים יכולים לחבור לשיגור משותף ולחלק ביניהם את העלויות.
בתחילת שנות האלפיים פותח תקן לננו-לוויינים הנקרא קיובסאטס (לוויני קוביה)[3]. בהתאם לשם, מדובר בננו-לוויינים הבנויים מקוביות, כאשר כל קוביה, הנקראת יחידה, שוקלת כ-1.5 ק"ג. תקן זה מאפשר להוזיל עלויות, בעיקר מאחר וחברות מסחריות מוכרות רכיבים מוכנים מראש ללויינים אלה, דבר המקל על התכנון והייצור.
בשבוע הבא ישגרו לחלל מקזחסטן שלושה לווייני קוביה כאלה (כאשר כל אחד מורכב מ-6 יחידות) בפרויקט של הטכניון בשיתוף עם סוכנות החלל הישראלית ומספר גורמים בתעשית החלל הישראלית, הנקרא פרויקט אדליס סמסון. שלושת הלווינים מתוכננים לנוע במבנה יחד (זאת אומרת במרחקים מבוקרים זה מזה תוך תיאום הדדי), כחלק מהדגמת יכולת של טכנולוגיה חדשה, שכן זו תהיה הפעם הראשונה בעולם שבו לוויינים בגודל של כקופסאת נעליים ינועו יחד בטיסת מבנה אוטונומית.
לוויינים נעים בחלל במהירויות עצומות, בערך פי עשר פעמים גבוהות יותר ממהירות קליע של רובה [4]. לכן, סטיות מאוד קטנות בכיוון התנועה או בשיערוך המיקום עלולות לגרום להתרחקות או התקרבות מהירה של הלוויינים זה ביחס לזה. כדי לשמור על מבנה תקין, ישנה דרישה הנדסית לעקוב אחרי הלוויינים ברציפות ומדי פעם להפעיל מנועים כדי לתקן את המסלול כך שישארו במרחק שהוגדר להם זה מזה. אם תחנת הקרקע היא האחראית לתמרונים האלה, הרי ככל שיש יותר לוויינים במבנה כך נדרשת עבודה רבה ומורכבת יותר לתחזק את המבנה.
הלוויינים של פרויקט אדליס סמסון ידגימו טכנולוגיות של שמירה על מבנה אשר תעשה על ידי הלוויינים עצמם. הם יפעילו מנועים באופן אוטונומי כך שטווח המרחקים הרצוי ישמר ללא התערבות של אדם מתחנת הקרקע. שימושים אפשריים ללוויינים כאלה יכולים להיות תקשורת, ניווט או איתור לטובת חילוץ והצלה. הדגמת היכולות של הטכניון יכולה לבשר על פיתוחים עתידיים של לווייני תקשורת וניווט הזולים בהרבה מאלה בהם נעשה שימוש היום.
לקריאה נוספת:
[1] סיווג לוויינים Konecny, G., Small satellites–A tool for Earth observation
[3] קיוב סאטס
[4] מסלולים בחלל - כתבה במדע גדול בקטנה
מרצה במחלקה להנדסת מכונות, במכללה האקדמית להנדסה בראודה בכרמיאל. אלעד דוקטור למערכות אוטונומיות ורובוטיקה, חוקר בינה מלאכותית ואופטימיזציה.
