מגן חום מתנפח:
השבוע בחלל

מגן החום המתנפח

אחת הטכנולוגיות שכמעט לא השתנו מאז תחילת עידן החלל היא מגיני החום, המאפשרים לחלליות לחזור מהחלל לכדור הארץ. החיכוך במהירות גבוהה עם האוויר באטמוספרה יוצר חום עז, והמגן מונע מהחום להגיע לחללית עצמה, ושומר על מערכותיה, וכמובן על אנשי הצוות. ברוב החלליות נעשה שימוש במגן אַבְּלַטִיבִי, המורכב מחומר מתכלה – לרוב סוג של שרף – המתאדה בטמפרטורות גבוהות וכך מסלק את רוב החום מפני השטח של החללית. כעת עומדת סוכנות החלל האמריקאית, נאס"א, להעמיד למבחן משמעותי ראשון סוג חדש של מגן חום, המבוסס על חומרים חדשניים וכן יכול להתנפח לקוטר גדול יותר מזה של החללית, וכך לשפר את ההגנה עליה. 

מגן החום החדש, שפיתוחו החל לפני יותר מעשור, מכונה HIAD – ראשי תיבות של Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator, כלומר התקן אווירודינמי מתנפח להאטת מהירות על-קולית. ליבת ההתקן היא מערכת של טבעות מתנפחות גדלות והולכות, היוצרות צורת חרוט. הטבעות ארוגות מסיב פולימרי חזק מאוד, בעל קשיחות גדולה פי עשרה מזו של פלדה ביחס למשקלו. המערכת כולה ארוזה בתוך טיל או חללית במצב דחוס, ובמרכזה בלוני גז. בהינתן הפקודה, הגז מנפח את הטבעות ומאפשר פריסה של מערכת הגנה רחבה יותר מהחללית, מה שמגדיל את ההגנה על החללית עצמה. מערכת הטבעות עטופה בשכבה נוספת של אריג מסיבי סיליקון קרביד (Silicone Carbide) עמידים מאוד בפני טמפרטורות גבוהות. 

סיבים חזקים מפלדה. מערכת הטבעות המתנפחות עם הכיסוי (מימין) ובלעדיו בניסוי במרכז המחקר של נאס"א בווירג'יניה | צילום: NASA, David C. Bowman

ניסויים ראשונים במערכת הזו נעשו בשנים האחרונות בטילים תת-מסלוליים, שהגיעו למהירות של 2.5 מטר לשנייה (9,000 קמ"ש), וכן במערכות נייחות שבדקו את עמידות המערכת לזרימת גזים לוהטים. בשבוע הבא אמורה המערכת החדשה להיבחן בניסוי LOFTID (קיצור של Low-Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator, או ניסוי במסלול נמוך של מערכת האטה מתנפחת), במסגרת שיגור לוויין לחקר הקטבים, ב-1 בנובמבר. הלוויין ישוגר מקליפורניה על גבי טיל של חברת ULA, ולאחר מכן אמור הטיל להכניס את מערכת הניסוי למסלול חזרה לאטמוספרה במהירות שתגיע ל-8 מטרים בשנייה (כמעט 29,000 קמ"ש), מה שיגרום לה להתמודד עם טמפרטורה של כ-1,600 מעלות צלזיוס. המערכת שתיבחן בניסוי תהיה גדולה מאלה שנוסו קודם, בקוטר של כששה מטרים. הניסוי לא יכלול חללית ממש, אלא רק את מערכת ההגנה המתנפחת, עם מערך גדול של חיישנים למדידת טמפרטורה, מהירות ונתונים אחרים של המשימה. המערכת מצויד גם במצנח שאמור להנחיתה בים מול חופי הוואי, כדי שמהנדסי נאס"א יוכלו לאסוף אותה ולבחון את תוצאות הניסוי. 

מגן החום מהסוג החדש אמור לאפשר בעתיד, בזכות גודלו, הכנסת מטענים גדולים וכבדים יותר לאטמוספרה, וכן להנחית בבטחה חלליות מאוישות. כמו כן המערכת החדשה, שבזכות היותה מתנפחת תופסת פחות מקום בטיל השיגור, אמורה לשמש גם בהנחתת משימות על כוכבי לכת וירחים אחרים עם אטמוספרה – בראש הרשימה כמובן משימות מאוישות למאדים, אבל גם משימות לנגה, לטיטאן וליעדים מאתגרים נוספים. 

טבעות מתנפחות - סרטון של נאס"א המדגים את הטכנולוגיה שתיבחן בניסוי LOFTID: 

החור באוזון מתכווץ

מדידות לוויין של הסוכנות האמריקאית לחקר האוקיינוסים והאטמוספרה, NOAA, העלו כי החור באוזון מעל יבשת אנטארקטיקה מכסה כעת שטח של כ-23 מיליון קילומטרים רבועים, מעט פחות מהמדידות בשנה שעברה, אז עמד שטחו על כמעט 25 מיליון קמ"ר. כך נמשכת מגמת הצטמצמותו בשנים האחרונות. 

החור בשכבת האוזון נוצר כל שנה בספטמבר, כשהלוגנים כמו כלור (Cl) וברום (Br), הנפלטים בכל העולם עקב פעילות האדם, מצטברים בשמי אנטארקטיקה במהלך החורף של חצי הכדור הדרומי. עם תחילת האביב, כשהשמש מחממת את הסטרסוספרה, הם מגיבים עם האוזון (O3) ומפרקים אותו, וכך מדללים את השכבה שחוסמת חלק ניכר מהקרינה העל סגולה (UV) שמגיעה אלינו מהחלל. 

"עם הזמן מושגת התקדמות והחור מתכווץ", אמר פול ניומן (Newman), ראש צוות מדעי כדור הארץ במרכז גודרד של נאס"א. "אנו רואים תנודות תקופתיות הנובעות ממזג אוויר ומגורמים אחרים בעלי השפעה קצרה, אבל המגמה הכללית היא של התכווצות החור בשני העשורים האחרונים. הפסקת השימוש בחומרים מפרקי אוזון כפי שנקבע באמנת מונטריאול, גורמת להתכווצות החור". 

סותמים חורים - סרטון של נאס"א על החור באוזון (באנגלית):

בואינג מפסידה כסף בחלל

חברת "בואינג" דיווחה השבוע לבעלי המניות כי רשמה ברבע השלישי של השנה הפסד נוסף של 195 מיליון דולר במיזם "סטארליינר" - החללית שאמורה להטיס מטענים ואנשי צוות לתחנת החלל הבינלאומית. בכך האמירו הפסדי החברה מההשקעה בחללית הזו כמעט ל-900 מיליון דולר. 

לפני כחמישה חודשים ביצעה בואינג טיסת ניסוי לא מאוישת שנייה של החללית לתחנת החלל הבינלאומית. המשימה הסתיימה בהצלחה, אך לוותה בקשיים טכניים. בין השאר התקשתה החללית לעגון בתחנה עקב תקלה במנועי דחף, מה שאילץ את מהנדסי החברה להפעיל את מערכת הגיבוי. שיגור חללית לטיסת מבחן מאוישת מתעכב לפי שעה, ולא יתבצע לפני פברואר 2023. 

בחברה הסבירו כי ההפסד נובע משינוי לוח הזמנים המתוכנן של משימות שהחברה אמורה לשגר לאחר שתקבל אישור להטיס אספקה ואנשי צוות לתחנת החלל, וכי משימות שהיו אמורות להתבצע עד 2024 נדחו עד שנת 2026. החברה גם הזהירה בדו"ח כי היא עלולה לספוג עוד הפסדים במיזם בעתיד. 

הפסד מצטבר של 900 מיליון דולר. חללית "סטארליינר" לא מאוישת בדרך לתחנת החלל במאי 2022 | צילום: NASA

אזרחים מחפשים שדונים

"שדוני חלל", או "ספרייטים" (Sprites) הם תופעת טבע מרהיבה המתרחשת מעל סערות ברקים. אלה התפרקויות חשמליות מהענן כלפי מעלה, בעלות מגוון רחב של צבעים וצורות, וגודל עצום שעשוי להגיע לעשרות קילומטרים. ואולם, קשה מאוד להבחין בתופעה, גם בגלל שהיא מתרחשת מעל העננים, וגם בגלל שהיא קצרה מאוד ונמשכת רק שברירי שנייה. במשך שנים רבות היו דיווחים לא מאומתים על תופעות כאלה, בעיקר של טייסים, אבל רק ב-1989 הצליחו חוקרים לתעד שדוני ברקים ולהתחיל לחקור את התופעה. 

אחד החוקרים המובילים בעולם בתחום הוא פרופ' יואב יאיר מאוניברסיטת רייכמן. יאיר הדריך את האסטרונאוט הישראלי הראשון, אילן רמון, בצילום שדוני ברקים ממעבורת החלל "קולומביה", וכן הוביל ניסוי נוסף עם האסטרונאוט הפרטי איתן סטיבה במשימת "רקיע". במשך השנים הוא צבר ניסיון רב בהדרכת אסטרונאוטים כיצד ומתי לצלם שדוני ברקים, ובאספקת תחזיות מתי והיכן יתרחשו סופות ברקים שיניבו תופעות כאלה. עם זאת, למרות הידע הרב שנצבר ביותר מ-30 שנות מחקר, עדיין יש שאלות רבות על התופעה הזו. בין השאר, לא ברור באיזו תדירות הם נוצרים, מה התנאים המדויקים שדרושים להיווצרותם, כיצד הם משפיעים על האטמוספרה העליונה, ומה הקשר שלהם לתופעות פיזיקליות אחרות. כעת מבקשים בנאס"א לנסות להתגבר על פערי הידע באמצעות פנייה לציבור הרחב במיזם של "מדע אזרחי", שבמסגרתו מוזמנים גם מי שאינם מדענים לשלוח צילומים של התופעה למחקר מדעי. 

המיזם, שקיבל את השם ספרייטקיולר (Spritacular, שילוב של המילים "שדון ברקים" ו"מרהיב"), אינו מוגבל רק לטייסים או לאסטרונאוטים, ופתוח לכל מי שהצליח לצלם, גם מהקרקע, שדוני ברקים או תופעות אטמוספריות מהירות אחרות, המכונות יחד TLE (קיצור של Transient Luminous Events). מי שהצליח לצלם תופעה כזו, או חושב שהצליח, מוזמן לפתוח חשבון באתר המיזם, ולהעלות את התמונות עם ציון מועד ומקום הצילום. 

"אנשים צילמו תמונות נהדרות של שדוני ברקים, אבל הן מופצות באופן ספורדי ברשת, ולא מגיעות לרוב לקהילה המדעית", אמר ד"ר בורקו קוסאר (Cosar), החוקר הראשי של המיזם. "'ספרייטקיולר' יגשר על הפער, ויביא להקמת מאגר של צילומים ומידע על שדוני ברקים ותופעות TLE אחרות שיהיה נגיש וזמין למחקר מדעי". 

בנאס"א מבטיחים כי מדענים יעברו על כל הצילומים שיעלו לאתר. צילומים שישותפו במאמר מדעי יזכו את הצלמים בקרדיט, ואולי אפילו בשותפות בכתיבת המאמר עצמו, לפי מידת ואיכות תרומתם למחקר. 

מראה מרהיב מחוץ לאטמוספרה: שדוני ברקים (מימין) בצילום מתחנת החלל הבינלאומית מ-2015, בעת מעבר מעל מקסיקו. ברקע אפשר לראות את הירח ואת כוכבי קבוצת אוריון.