פרס יוקרתי לחוקר הנעה רקטית, ציפויים של חברה ישראלית מקבלים הכרה בדרך לצדק, ההצלחה של ספייס אקס וחליפות הירח החדשות. סיכום השבוע ברחבי היקום
פרס יוקרתי לחוקר הנעה ישראלי
המכון האמריקאי לאווירונאוטיקה ואסטרונאוטיקה (AIAA) בחר בחוקר הישראלי אלון גני לקבל את הפרס היוקרתי שלו בתחום ההנעה, פרס ויילד (Wyld), לשנת 2025. הפרס ניתן לגני על "תרומות חלוציות לחקר ההנעה באמצעות דלקים מכילי מתכות, חומרים אנרגטיים, רקטות היברידיות, מנועי מגח-סילון ועל-מגח סילוני ועל מצוינות בחינוך דורות של מומחים בתחום ההנעה".
"מרגש ומשמח לקבל את ההכרה הבינלאומית הזו", אמר גני לאתר מכון דוידסון. "מי שקיבלו את הפרס הזה בשנים קודמות הם הטופ שבטופ, וזו הכרה ברמה הגבוהה ביותר". גני (80), פרופסור אמריטוס בפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל בטכניון, עשה את כל תאריו האקדמיים בטכניון, עד להשלמת דוקטורט בהנדסה ב-1975. לאחר השתלמות פוסט-דוקטורט באוניברסיטת פרינסטון בארצות הברית, החל דרכו כחבר סגל בטכניון. הוא עסק במחקריו במשך השנים בתחומים רבים בשטח ההנעה, ואכן הוביל כמה פריצות דרך חשובות.
בתחילת דרכו עסק גני בחקר דלקים רקטיים מוצקים. כמו בכל דלק, גם במערכות כאלה דרוש חומר מחמצן בשביל שריפתו. אם הטיל מונע בדלק נוזלי – הסטארשיפ של ספייס אקס מונע למשל במתאן, CH4 – המחמצן הוא לרוב חמצן נוזלי שמוזרם ממיכל נפרד ומתערבב עמו בתא השריפה. בטילים בעלי הודף מוצק, הדלק הוא לרוב פולימר, והמחמצן הוא מלח שמכיל חמצן שמפוזר בתוכו. לדלקים כאלה נהוג להוסיף גם אבקת אלומיניום, שמשפרת את הבעירה. אחד האתגרים הוא למנוע מחלקיקי האלומיניום להתלכד לצבירים גדולים, שבוערים לאט יותר ולכן פוגעים בביצועי המנוע. "גילינו שדווקא בשימוש בחלקיקי אלומיניום גדולים יחסית, בקוטר 30-20 מיקרון, כלומר 0.03-0.02 מילימטר, נוצרים פחות צבירים כאלה מאשר בשימוש בגבישים קטנטנים, 6-5 מיקרון, וכיום התעשייה משתמשת בגבישים כאלה", סיפר גני. "כמו כן פיתחנו שיטה לצפות את גבישי האלומיניום בניקל או בברזל, מה שאיפשר הצתה ובעירה טובה יותר".
גני תרם רבות לפיתוחים הקשורים בהנעה מגח סילונית (Ramjet), מנועי סילון שפועלים במהירויות טיסה עצומות, מעל מאך-2, כלומר כפליים ממהירות הקול. "אפיינו את נתוני הבעירה של דלק מוצק במנועים כאלה – סוגי דלק שונים, מהירויות שונות ועוד", הוא הסביר. "הנתונים הרבים שסיפקנו משמשים עד היום בתכנון מנועים כאלה". משם המשיכו גני ועמיתיו לעבודה עם מנועי על -מגח, Scramjet, הפועלים במהירות גבוהה עוד יותר, מעל מאך-5, ובהם גם זרימת האוויר בתא הבעירה היא על-קולית. "היינו הראשונים בעולם ששחזרנו בניסויים סטטיים עם דלק מוצק טיסה במאך-5.5, והקדמנו את זמננו בהרבה שנים. התוצאות שלנו עדיין משמשות את העוסקים בתחום".
תחום נוסף שגני תרם לו רבות הוא הנעה רקטית היברידית, שבה משלבים דלק מוצק עם מחמצן נוזלי או גזי. "מצאנו דרכים לשפר את קצב הבעירה של הדלק בצורה משמעותית, מה שהגדיל את הדחף של הרקטה". הוא אמר.
גני ועמיתיו הובילו פריצת דרך גם בתחום של אספקת מימן לתאי דלק. תאים כאלה הם התקנים שמאפשרים לייצר חשמל נקי מחמצון של מימן בתהליך אלקטרוכימי, בצפיפות אנרגיה גבוהה בהרבה מאשר של סוללות. הם היו למשל מקור האנרגיה העיקרי של חלליות אפולו, והתאונה המפורסמת של אפולו 13 נגרמה מפיצוץ במיכל חמצן שהזין את תאי הדלק. החיסרון שלהם הוא שקשה לאחסן ולשנע מימן בכמויות גדולות, והפתרון עשוי להיות ייצור מימן תוך כדי תנועה, בתגובה בין אלומיניום למים. זה לא מעשי בחלליות, אבל יכול להיות שימושי מאוד בצוללות או בספינות, שיש להן מים זמינים בלי הגבלה. פיתוחים של גני ועמיתיו מאפשרים להתגבר על השכבה החיצונית של האלומיניום, שמונעת ממנו להתחמצן. "בשיטה הזו, אפשר לקבל מכל קילוגרם של אלומיניום פי עשרה יותר חשמל מאשר סוללות באותו משקל", אמר גני. "יש הרבה שיטות להפיק מימן מאלומיניום ומים, וממה שאני מכיר שלנו הכי יעילה, זולה ויישומית. רשמנו על זה פטנטים ואנו מחפשים עכשיו משקיעים, כדי להפוך את הפיתוח למסחרי".
בשנים האחרונות ממשיך גני לעבוד במלוא המרץ גם בתחום חדש: מנועי מגח תת-מימיים. "הרעיון הוא נגזרת של מגח תעופתי, אבל המנוע נושם מים במקום אוויר, ומעלה בכך את הביצועים האנרגטיים ואת טווח הפעולה האפשרי".
גני פרסם במהלך עבודתו כ-150 מאמרים מדעיים ועוד כ-20 פרקים בספרים, רובם הגדול בשיתוף עם תלמידי מחקר. הוא הנחה כמאה תלמידי מסטר ודוקטורט, מספר עצום בהשוואה לחוקרים אחרים, ולימד עוד אלפי סטודנטים לתואר ראשון. "הכשרתי דורות של סטודנטים ומומחים, ואפשר למצוא אותם היום בכל התעשיות שעוסקות בתחומים האלה", הוא אומר בגאווה. "אני אסיר תודה לכל מי שעבד איתי במשך השנים – סטודנטים, צוותים טכניים ומדענים אורחים". באופן טבעי, חלק מהעבודה שלו נעשתה גם עם תעשיות בטחוניות. "אנו בדרך כלל עוסקים במחקר בסיסי ולא מסווג, ולא בונים מערכות. אבל כשצריך, אני מייעץ מהידע שלי לפרויקטים ספציפיים".
את חשיבות עבודתם של גני ועמיתיו אפשר לראות כיום בזירות המלחמה של ישראל, מהנעה רקטית ועד כלי שיט. "איינשטיין אמר שהעתיד של ישראל ויכולתה להתקיים יהיו תלויים במדענים ובמהנדסים", הוא מסכם. "הצורך של המדינה במדענים טובים ובמהנדסים טובים הוא צורך קריטי".
הכרה בינלאומית משמחת ומרגשת. פרופ' אלון גני בכנס | צילום: מארק גולדמן, הטכניון
הציפוי הישראלי בדרך לצדק
סוכנות החלל של ארצות הברית, נאס"א, שיגרה השבוע בהצלחה את החללית הלא מאוישת Europa Clipper לחקר ירחו הקפוא של כוכב הלכת צדק, אירופה. משימתה העיקרית היא לבדוק אם יש תנאים לקיום חיים באוקיינוס הנוזלי שככל הנראה קיים מתחת לשכבת הקרח החיצונית שלו. החללית הגדולה שוגרה מפלורידה בטיל "פלקון הבי" (Falcon Heavy) של חברת ספייס אקס, והיא אמורה להיכנס למסלול סביב צדק בשנת 2030, אחרי יעפים ליד מאדים ושוב סביב כדור הארץ, כדי לצבור מהירות. משימתה סביב צדק מתוכננת להימשך כשלוש שנים, ובמהלכן היא תבצע כחמישים יעפים סמוך לאירופה, קצתם במרחק 25 קילומטרים בלבד מפני השטח שלו. יעפים אלה יאפשרו לה לחקור את פני השטח בשלל מכשירים, ולספק מידע חסר תקדים בהיקפו על מעטה הקרח ועל מה שמתחתיו.
אחד האמצעים שיאפשרו לה להשלים את משימתה פותח בחברת אקטר (Acktar) הישראלית, שמתמחה בפיתוח וייצור של ציפויים שחורים בולעי אור למגוון רחב של שימושים – מתעשיית האלקטרוניקה דרך כלי רכב ועד מכשור רפואי. החברה, שקמה לפני 30 שנה בקרית גת, היא אחד השחקנים המשמעותיים בתחום הציפויים של רכיבים למשימות חלל, שם הציפויים צריכים להיות עמידים בתנאים קיצוניים במיוחד.
אחד המכשירים החשובים ב-Europa Clipper הוא E-THEMIS, סורק הפועל באורכי גל של קרינה תת-אדומה רחוקה. "באופן עקרוני זה דומה למצלמה תרמית רגילה, אבל עם יכולות הרבה יותר גבוהות – גם יכולת לחדור לעומק פני השטח, וגם למדוד הבדלי טמפרטורות ברגישות גבוהה מאוד", הסבירה דינה קציר, סמנכ"לית הטכנולוגיות של אקטר, בראיון לאתר מכון דוידסון. את המכשיר פיתח עבור נאס"א צוות מחקר באוניברסיטת אריזונה. "החלק שלנו הוא ייצור ציפוי שחור שיאפשר לכייל את המכשיר – צעד חיוני בדרך להפעלה שלו במשימה", הסבירה קציר. "האתגר הפעם היה לייצר ציפוי שיהיה עמיד בסביבת הקרינה הקיצונית של צדק, וגם יהיה דק מאוד, בעובי של כמה מיקרונים (אלפיות המילימטר)". בזכות הסיוע של החברה בתכנון ובפיתוח של המכשיר המורכב, הוזמנה קציר לצרף את חתימתה לאלו של מובילי הפרויקט, שנחקקו על לוחית זיכרון זעירה שהוצמדה למכשיר, ועושה את דרכה אל צדק. "זאת הרגשה נפלאה, להיות מעורבת בפרויקטים כאלה", סיכמה קציר.
המצלמה של Europa Clipper לא תהיה המכשיר הראשון שהחברה שותפה בו שמגיע לצדק: משימת JUICE של סוכנות החלל האירופית, שגם היא עושה דרכה לחקור את צדק וירחיו, מכילה רכיבים עם ציפוי של אקטר, כמו גם רכיבים ישראלים נוספים. הסוכנות האירופית גם פרסמה השבוע תמונות ראשונות מהמיפוי של טלסקופ החלל EUCLID, ששוגר בשנה שעברה לחקור חומר אפל ואנרגיה אפלה, פרויקט שגם בו אפשר למצוא רכיבים אופטיים שאקטר היתה שותפה בפיתוחם.
אחד המפתחות להצלחת המשימה: כיול המצלמה התרמית בעזרת הציפוי הישראלי. גוף החללית Europa Clipper, מכשיר E-THEMIS מסומן באדום | מקור: NASA
סטארשיפ: ניסוי שישי באופק
חברת ספייס אקס רשמה הצלחה כבירה בתחילת השבוע בניסוי השיגור החמישי של מערכת סטארשיפ, כשהצליחה בניסיון הראשון להנחית את טיל השיגור הענקי, סופר הבי, על מתקן הקליטה המיוחד של מגדל השיגור. זרועות המגדל המכונות מכזילה (Mechazilla), או פשוט ה"צ'ופסטיקס" (מקלות אכילה סיניים), לכדו את הטיל בעודו מרחף אנכית סמוך למגדל. אפילו בספייס אקס עצמה הופתעו מההצלחה, ונשיאת החברה גווין שוטוול (Shotwell) צייצה רק "אני לא יודעת מה לומר!" עם סרטון של הנחיתה.
הישג לא פחות חשוב היה השלמת המשימה של החללית עצמה, ה"שיפ", שהמשיכה בטיסה תת-מסלולית לאוקיינוס ההודי, עמדה בהצלחה מלאה בכניסה לאטמוספרה, וביצעה תמרון נחיתה מעל פני המים, בדיוק באתר המיועד, בטרם צללה לים בפיצוץ גדול. החללית שיפרה את דיוק הנחיתה מהניסוי הקודם, וגם סיימה אותו עם פחות נזקי חום לכנפונים, בזכות שיפורים שהכניסה החברה במבנה שלהם. מייסד ומנכ"ל החברה, אילון מאסק (Musk) צייץ למחרת "הרגע בחנתי את טיל הסטארשיפ, לאחר שהזרועות הניחו אותו שוב על כן השיגור. נראה נהדר! חלקים חיצוניים של כמה מהמנועים התעוותו קצת בגלל החום, ויש עוד כמה בעיות קטנות, אבל אלה דברים שאפשר לתקן בקלות".
ספייס אקס שיגרה את טיסת הניסוי החמישית זמן קצר לאחר שקיבלה את רישיון השיגור ממינהל התעופה האזרחית (FAA), שעימו היה למאסק עימות מתוקשר. הבונוס הוא שרישיון השיגור מכסה גם את טיסת הניסוי הבאה, מספר שש, אם תתבצע באותו מתווה. ספייס אקס עדיין לא פרסמה פרטים על תוכניותיה לניסוי הבא, אבל ככל הידוע בינתיים הוא מתוכנן לחזור פחות או יותר על מה שנעשה בניסוי החמישי, ואמור להתבצע עוד לפני סוף השנה, כלומר תוך חודש וחצי. החברה כבר השלימה ניסויי הנעה סטטיים בטיל השיגור ובחללית המיועדים לניסוי, כך שהיא ערוכה לשיגור בזמן קצר יחסית.
בשלב הבא תנסה החברה להנחית גם את ה"שיפ" עצמה באתר השיגור. זה אתגר שדורש להכניס אותה למסלול סביב כדור הארץ, מה שלא נעשה עד כה, וכולל הפעלה של המנועים בחלל, גם לכניסה למסלול וגם לחזרה לאטמוספרה. בהנחה שתתגבר על המשוכות האלה, בשנת 2025 מתכננת החברה לפחות ארבע טיסות ניסוי, כולל הדגמה של תדלוק בין חלליות, שאמור להיות צעד חיוני בדרך לשימוש בסטארשיפ כרכב הנחיתה המאוישת על הירח, המתוכננת במסגרת תוכנית ארטמיס.
דברים שאפשר לתקן בקלות. לכידת הטיל סופר-הבי בזרועות מגדל השיגור של ספייס אקס | צילום: SpaceX
חליפות הירח החדשות
חברת אקסיום (Axiom) חשפה השבוע את חליפות החלל שהיא פיתחה עבור האסטרונאוטים והאסטרונאוטיות שינחתו על הירח במסגרת תוכנית ארטמיס. החליפות פותחו בשיתוף פעולה עם בית האופנה פראדה (Prada) והוצגו לראשונה בכינוס האסטרונאוטיקה הבינלאומי, המתקיים השנה במילנו שבאיטליה. אקסיום זכתה לפני כשנתיים במכרז של סוכנות החלל האמריקאית, נאס"א, לפיתוח החליפות החדשות, וקיבלה מהסוכנות כ-230 מיליון דולר לשם כך. היקף המכרז הכולל עשוי להגיע ליותר משלושה מיליארד דולר, עם אספקת החליפות עצמן למשימות החלל.
בחברה אומרים כי השילוב של המבנה והחומרים בחליפה יקנה לאסטרונאוטים גמישות רבה יותר על פני הירח, לצד שיפור הבטיחות שלהם בזמן המשימה. בהודעת החברה נאמר כי כי היא תספק בידוד מהחום העז באזור הקוטב הדרומי של הירח, וגם מהקור הרב במכתשים המוצלים של האזור הזה. החליפה, הכוללת את כל מערכות תמיכת החיים, מיועדת לאפשר פעילות של שמונה שעות על פני השטח. החליפות החדשות מותאמות גם לגברים וגם לנשים כמעט בכל מידת גוף, ואמורות להתאים את עצמן לממדים האישיים של כל אסטרונאוט או אסטרונאוטית. החליפות כבר נבחנו בתאי ואקום, כדי לבדוק את עמידותן, ובמהלך 2025 חברת אקסיום, נאס"א וספייס אקס, יבחנו את תפקוד האסטרונאוטים בחליפות במגוון תנאים המדמים עבודה ופעילות על פני הירח.
שמונה שעות של פעילות על הירח בתנאים קשים. החליפות החדשות של אקסיום | מקור: Axiom Space
