חללית עם הנעת ואזימר עוזבת את מסלול כדור הארץ בדרכה לירח. Courtesy Ad Astra Rocket Company

לכתבה הקודמת לכתבה הבאה

למאדים בשלושים ותשעה יום

במנועי ואזימר אין משאבות, צינורות וחלקים נעים. הנעה זו יכולה להאיץ חלליות למהירויות גדולות, ולהקל על משימות רבות בחלל

הירשמו לאתר שלנו

קבלו מגזין דיגיטלי במתנה

הירשמו לניוזלטרים

מבצע לגולשי ifeel

תחום ההנעה הרקטית מגביל את האדם ומכשיריו בכל הקשור למסעות מחקר מהירים במערכת השמש. הנעה חדשנית תוכל לשנות את התמונה במידה ניכרת, ולפרוץ את הדרך למחקרים רבים יותר, לפיתוח תחום הטיסה המאוישת מעבר למסלולו של כדור הארץ, ואולי אף לשליחת חלליות מחקר למשימות רחוקות מחוץ למערכת השמש שלנו.

מסע מכדור הארץ למאדים אורך היום כשבעה עד שמונה חודשים, כתלות במיקומם היחסי של כדור הארץ ומאדים. טכנולוגיית הנעה חדשנית ליישומי חלל תוכל – אם תבשיל – לקצר את המסע לכדי 39 יום בלבד, ולפתוח את הדרך למחקר מאויש של הפלנטה האדומה והמסקרנת. הטכנולוגיה מכונה הנעת מגנטו פלזמה בעלת מתקף סגולי משתנהVariable Specific Impulse) Magneto plasma Rocket), או בקיצור VASIMR.

הרעיון מאחורי מנועי ואזימר הוא שימוש בגלי רדיו לשם יינון וחימום הודף גזי, והאצת התוצר הלוהט אל פיית פליטה באמצעות שדות מגנטיים רבי עוצמה. זהו יישום המזכיר את ההנעה היונית של חלליות, הקיימת זה שנים (ואף תיושם בלוויין הישראלי/צרפתי ונוס). ואולם בניגוד להנעה יונית קונוונציונלית, הנעת ואזימר תשיג רמות דחף גבוהות הרבה יותר, שיתורגמו למהירות טיסה גבוהה. אתהרעיון המקורי להנעת ואזימר הגה האסטרונאוט לשעבר האמריקני ד"ר פרנקלין צ'אנג-דיאז (Chang Diaz) ב-1977. היום הוא ממשיך בפיתוח הטכנולוגיה לכלל מנוע רקטי מבצעי, בחברה שהקים ושהוא עומד בראשה, אד אסטרה (Ad Astra Rocket company, וראו קישור בסוף הטור).

המכשול העיקרי בטיסות חלל מאוישות ממושכות הוא הגורם האנושי. פרט לבדידות, ללחץ הנפשי ולעומס העבודה שיוטל על הצוותים שיטוסו יום אחד לקצות מערכת השמש, קיימות סכנות חמורות לבריאותם – החל מאובדן סידן מהעצמות ודלדול מאסת שריר (בעיות שאפשר לצמצמן בעזרת התעמלות נכונה ודיאטה מיוחדת, ובעתיד באמצעות סרכזת, צנטריפוגה), וכלה בחשיפה לרמות קרינה גבוהות, בעיקר בעת סערות שמש (Solar Flares). צמצום המסע למאדים יקטין למינימום את זמן החשיפה של בני האדם לתנאים הקיצוניים, ויאפשר גם תמיכה בתחנת מחקר גדולה, ובעתיד אולי גם בהתיישבות אנושית על פני מאדים. בביקורו בישראל בחודש ינואר השנה, ציין ראש נאס"א, צ'רלס בולדן, כי אחד היעדים העיקריים שהוא מעוניין בקידומם הוא פיתוח הנעה רקטית שונה מהמקובל, שתאפשר צמצום ניכר בזמני הטיסה למאדים. הוא אף התייחס ספציפית לתחום הוואזימר כתחום מחקר מבטיח וחשוב.

בעין האמן: חללית מאוישת בדרכה למאדים. Courtesy Ad Astra Rocket Company

הטכנולוגיה

מנועי ואזימר משתמשים, כאמור,באנרגיה של גלי רדיו לצורך יינון וחימום הודף גזי. הפלזמה, תוצר היינון והחימום, מואצת באמצעות שדות מגנטיים חזקים ונפלטת מנחיר פליטה, לשם יצירת דחף המסוגל להניע חלליות ולוויינים. לחלקי המנוע אין מגע ישיר עם הפלזמה, שכן הוא מסוּכּך על-ידיהשדות המגנטיים שהוא מייצר. לכן, אין שחיקה מכנית של רכיביו בעת שהפלזמה נעה מהמנוע החוצה. במובן זה מנוע ואזימר עמיד יותר ממנועי פלזמה מהדור הנוכחי.

פעולת המנוע מורכבת משלושה שלבים:

1. הפיכת גז לפלזמה באמצעות אנטנות המתעלות אנרגיית רדיו למקום המתאים (מקור האנרגיה יכול להיות כור גרעיני או תאים פוטו וולטאיים).
2. חימום הפלזמה באמצעות גלי רדיו (תהליך המזכיר במעט את עיקרון הפעולה של תנורי מיקרו גל).
3. תיעול הפלזמה באמצעות שדות מגנטיים, המניעים אותה אל מחוץ למנוע ויוצרים בכך דחף.

מנועי ואזימר מאפשרים יצירת דחף נמוך או גבוה בהתאם לצורך, וכן מאפשרים תקיפה סגולית גבוהה או נמוכה (תקיפה סגולית היא מדד בתחום ההנעה הרקטית המתאר את מידת יעילות המנוע והחומר ההודף). המנועים שונים מהותית ממנועים רקטיים קונוונציונליים שבהם נשרפים דלקים כימיים. בניגוד למנועים הפועלים באמצעות דלק נוזלי, אין במנועי ואזימר משאבות, צינורות וחלקים נעים.

יישומים

הנעת ואזימר לא תאפשר שיגור לוויינים וחלליות מכדור הארץ לחלל, בגלל היחס הנמוך בין דחף למשקל המנועים. ואולם בחלל אפשר להאיץ חלליות המצוידות בהנעה זו למהירויות גבוהות בהרבה מהמקובל כיום. להנעת ואזימר שלל שימושים אפשריים בתחום החלל, ומביניהם נציין: פיצוי על גרר הגורם להנמכת המסלול של תחנות חלל ולוויינים; שיגור מטענים אל הירח; משימות לתדלוק בחלל,  משימות מחקר בלתי מאוישות ליעדים שונים במערכת השמש; הסטת אסטרואידים המסכנים את כדור הארץ ומשימות מאוישות למאדים, משימות שיצריכו שימוש במקור כוח גרעיני.

אתגרים

למרות הפשטות במבנה ביחס למנועים רקטיים מקובלים ואפילו ביחס למנועים יוניים רגילים, מציבים מנועי ואזימר אתגרים אחרים ובהם אינטראקציה עם שדות מגנטיים חזקים מאוד וכן ניהול החום הרב שנוצר בהם. המגנטים החזקים המבוססים על מוליכים למחצה, יוצרים שדות מגנטיים בעוצמה של מספר טסלה, עוצמה גבוהה היכולה לפגוע במערכות רבות על החללית. מכיוון שדרושה אנרגיה רבה לשם יצירת הפלזמה מחד גיסא והשדות המגנטיים להנעתה מאידך גיסא, נוצר במנוע חום רב שאותו יש לסלק. כמויות האנרגיה הגדולות שנדרשות לחימום הגז ההודף, וכן לייצור השדות המגנטיים, יחייבו ככל הנראה התקנת כורים גרעיניים על גבי החלליות שבהן ישתמשו בשיטת הנעה זו. נציין כי הנעה גרעינית לחלליות נבחנה עוד בשנות השישים של המאה ה-20 ונמצאה כאפשרית ויעילה, אולם פעילות נמרצת של חסידי איכות הסביבה לצד יחסי ציבור לא טובים של תחום הגרעין מנעו עד כה שימוש בהנעה גרעינית ישירה. עם זאת, חשמל לחלליות מחקר מופק זה עשורים אחדים באמצעות ניצול החום של התפרקות פלוטוניום ביחידות מבודדות לייצור חשמל. פרט לבעיה של גישת הציבור לנושא הגרעין, יש צורך לפתח כוּרים עתירי הספק וקלי משקל.

מצב הפיתוח של הנעת ואזימר

אד אסטרה,החברה שהקים הוגה רעיון הנעת ואזימר, בנתה וניסתה כמה מנועים. הגז ההודף ההופך לפלזמה במנועי החברה הוא אַרְגון. היעילות של חלק מהמנועים המתוכננים עומדת על כ-67 אחוזים, וחישובים מראים שאפשר יהיה להעלותה עד כדי 98 אחוזים. במלוא העוצמה, מייצר מנוע הניסוי של החברה הֶספק של 200 קילו-וואט בקירוב. הדחף שהמנועים ייצרו עד כה אינו גבוה במיוחד. לחברה הסכם עם סוכנות החלל האמריקנית נאס"א לניסוי שיתקיים ב-2011 או ב-2013, ושיבחון מנוע ואזימר על גבי תחנת החלל הבין-לאומית. היום מתבצעת שמירת הגובה באמצעות מנועים רקטיים הפועלים באמצעות הידרזין: במסגרת הניסוי העתידי יחובר מנוע מתוצרת אד אסטרה לתחנת החלל הבין-לאומית, והפעלתו למשך של כרבע שעה תאפשר את שמירת גובהה בחלל מעל כדור הארץ.

טל ענבר הוא ראש המרכז לחקר החלל, מכון פישר למחקר אסטרטגי אוויר וחלל, ויו"ר אגודת החלל הישראלית.

לקבלת גליון של גליליאו במתנה לחץ כאן

להזמנת מנוי

גולשים שקראו כתבה זו התעניינו גם ב:

מה נשמע במאדים?

חוקרים ערכו הדמיות של מעבר גלי קול באטמוספרה של מאדים

מיכל סחף

נפטון כפול שלושה

התגלתה מערכת שמש ובה שלושה כוכבי-לכת בגודלו של נפטון במרחק 41 שנות אור מאיתנו

יורם אורעד

סין רוצה לקטוף את הירח

על תכנית החלל הסינית

אבי בליזובסקי

תגובות

טוען הודעות