קונספט של אמן של חללית מתקדמת מורכבת של מערכת מפרש השמש של נאס"א במסלול כשהשמש גולשת על אופק כדור הארץ. קרדיט: NASA/Aero Animation/Ben Schweighart
נאס"אהמשימה המתקדמת של מערכת מפרשי שמש מורכבת יוצאת לדרך! החללית התרוממה משטח השיגור על גבי רקטת האלקטרון של Rocket Lab במתחם השיגור 1 של החברה במהיה, ניו זילנד בשעה 10:33 בבוקר ב-24 באפריל לפי שעון ניו זילנד.
הלוויין בגודל תנור מיקרוגל בדרך למסלול נמוך על כדור הארץ כדי לבחון את טכנולוגיית המפרש הסולארי של הדור הבא שלו, תוך שימוש בכוחו של אור השמש כהנעה.
טכנולוגיית מפרש שמש
הפלגה בחלל אולי נשמעת כמו משהו מתוך מדע בדיוני, אבל הרעיון כבר לא מוגבל לספרים או למסך הגדול. טכנולוגיית מפרש סולארי מהדור הבא – הידועה בשם Advanced Composite Solar Sail System – שוגרה זה עתה על סיפון רקטת Rocket Lab Electron. הטכנולוגיה יכולה לקדם מסעות עתידיים בחלל ולהרחיב את ההבנה שלנו לגבי השמש ומערכת השמש שלנו.
מפרשי שמש משתמשים בלחץ של אור השמש להנעה, בזוית לכיוון השמש או הרחק ממנה, כך שפוטונים קופצים מהמפרש הרפלקטיבי כדי לדחוף חללית. זה מבטל מערכות הנעה כבדות ויכול לאפשר משימות ארוך יותר ומשימות בעלות נמוכה יותר. למרות שהמסה מופחתת, מפרשי השמש הוגבלו על ידי החומר והמבנה של הבומים, שמתנהגים בדומה לתורן של סירת מפרש. אבל נאס"א עומדת לשנות את משחק השיט לעתיד.
המלח הקל משקל החדש של נאס"א
ההדגמה המתקדמת של מערכת מפרש שמש מורכבת משתמשת ב- CubeSat בן שתים עשרה יחידות (12U) שנבנה על ידי NanoAvionics כדי לבדוק בום מרוכב חדש עשוי מחומרים גמישים של פולימר וסיבי פחמן שהם קשיחים וקלים יותר מתכנוני בום קודמים. המטרה העיקרית של המשימה היא להדגים בהצלחה פריסת בום חדשה, אך לאחר פריסה, הצוות גם מקווה להוכיח את ביצועי המפרש.
כמו סירת מפרש הפונה כדי ללכוד את הרוח, מפרש השמש יכול להתאים את מסלולו על ידי הזווית המפרש שלו. לאחר הערכת פריסת הבום, המשימה תבחן סדרה של תמרונים כדי לשנות את מסלול החללית ולאסוף נתונים למשימות עתידיות פוטנציאליות עם מפרשים גדולים עוד יותר.
"בומים נטו להיות כבדים ומתכתיים או עשויים מקומפוזיט קל משקל עם עיצוב מגושם – אף אחד מהם לא עובד טוב עבור החללית הקטנה של היום. מפרשי שמש זקוקים לבומים גדולים מאוד, יציבים וקלים שיכולים להתקפל בצורה קומפקטית", אמר קיטס ווילקי, החוקר הראשי של המשימה במרכז המחקר לנגלי של נאס"א בהמפטון, וירג'יניה. "הבומים של המפרש הזה הם בצורת צינור וניתן למעוך אותם שטוח ולגלגל כמו סרט מדידה לתוך חבילה קטנה תוך שהם מציעים את כל היתרונות של חומרים מרוכבים, כמו פחות כיפוף והתגמשות במהלך שינויי טמפרטורה."
מריאנו פרז, מהנדס אבטחת איכות בנאס"א איימס, בודק את החללית Advanced Composite Solar Sail System. כאשר הבומים המרוכבים והמפרש הסולארי ייפרסו במסלול, הם יהיו בגודל של כ-860 רגל רבוע (80 מ"ר) – בערך בגודל של שישה מקומות חניה. קרדיט: נאס"א/ברנדון טורס
פריסה ונראות של מפרש השמש
לאחר שתגיע למסלול הסינכרוני שלה לשמש, כ-600 מייל (1,000 ק"מ) מעל כדור הארץ, החללית תתחיל לפרוש את הבומים המרוכבים שלה, המשתרעים על אלכסוני מפרש הפולימר. לאחר כ-25 דקות המפרש הסולארי ייפרס במלואו, בגודל של כ-860 רגל רבוע (80 מ"ר) – בערך בגודל של שישה מקומות חניה. מצלמות מותקנות בחללית ילכדו את הרגע הגדול של המפרש, וינטרו את צורתו והסימטריה שלו במהלך הפריסה.
עם המפרש הגדול שלה, החללית עשויה להיראות מכדור הארץ אם תנאי התאורה מתאימים בדיוק. לאחר הרחבה מלאה ובכיוון הנכון, החומר המשקף של המפרש יהיה בהיר כמו סיריוס, הכוכב הבהיר ביותר בשמי הלילה.
"שבעה מטרים מהבומים הניתנים לפריסה יכולים להתגלגל לצורה שתתאים בידכם", אמר אלן רודס, מהנדס המערכות הראשי של המשימה במרכז המחקר איימס של נאס"א בעמק הסיליקון בקליפורניה. "התקווה היא שהטכנולוגיות החדשות שאומתו בחללית הזו יעוררו אחרים להשתמש בהן בדרכים שאפילו לא שקלנו".
הקונספט של אמן זה מציג את חללית מערכת המפרש הסולרית המתקדמת המשייטת בחלל באמצעות אנרגיית השמש. קרדיט: NASA/Aero Animation/Ben Schweighart
מאפשר חידושים עתידיים
באמצעות תוכנית טכנולוגיית החללית הקטנה של נאס"א, פריסה ותפעול מוצלחים של בומים המרוכבים הקלים של המפרש הסולארי יוכיחו את היכולת ויפתחו את הדלת למשימות בקנה מידה גדול יותר לירח, מַאְדִיםומעבר.
עיצוב בום זה עשוי לתמוך במפרשים סולאריים עתידיים בגודל של עד 5,400 רגל מרובע (500 מ"ר), בערך בגודל של מגרש כדורסל, וטכנולוגיה הנובעת מהצלחת המשימה יכולה לתמוך במפרשים של עד 21,500 רגל מרובע (2,000 מ"ר) – כחצי מגרש כדורגל.
"השמש תמשיך לבעור במשך מיליארדי שנים, כך שיש לנו מקור הנעה בלתי מוגבל. במקום לשגר מיכלי דלק מסיביים למשימות עתידיות, נוכל לשגר מפרשים גדולים יותר המשתמשים ב"דלק" שכבר זמין", אמר רודס. "נדגים מערכת שמשתמשת במשאב הרב הזה כדי לבצע את הצעדים הענקיים הבאים בחקר ובמדע."
מערכת מפרש השמש המתקדמת של נאס"א הושקה כמטען משני על סיפון משימת 'תחילת הנחיל' של Rocket Lab. מערכת המפרש הסולארי תדגים את השימוש בחומרים ומבנים חדשניים לפריסת מפרש סולארי מהדור הבא מ-CubeSat בגודל מיקרוגל. בדיוק כפי שסירת מפרש מונעת על ידי רוח במפרש, מפרשים סולאריים מפעילים את הלחץ של אור השמש להנעה, ומבטלים את הצורך בהנעה רקטית קונבנציונלית. קרדיט: נאס"א
מכיוון שהמפרשים משתמשים בכוחה של השמש, הם יכולים לספק דחף מתמיד כדי לתמוך במשימות הדורשות נקודות תצפית ייחודיות, כגון אלו המבקשות להבין את השמש שלנו והשפעתה על כדור הארץ. מפרשים סולאריים הם כבר מזמן יכולת רצויה למשימות שיכולות לשאת מערכות התרעה מוקדמת לניטור מזג אוויר סולארי. סופות שמש ופליטות מסה קורונלית עלולות לגרום לנזק ניכר על כדור הארץ, להעמיס על רשתות החשמל, לשבש את תקשורת הרדיו ולהשפיע על מטוסים וחלליות.
לבומים מרוכבים עשוי להיות גם עתיד מעבר לשיט סולארי: העיצוב הקל משקל ומערכת האריזה הקומפקטית יכולים להפוך אותם לחומר המושלם לבניית בתי גידול בירח ובמאדים, לשמש כמבני מסגרות לבניינים או עמודי אנטנה קומפקטיים ליצירת ממסר תקשורת לאסטרונאוטים לחקור את פני הירח.
"טכנולוגיה זו מעוררת את הדמיון, מדמיינת מחדש את כל רעיון ההפלגה וליישם אותו במסע בחלל", אמר רודי אקווילינה, מנהל פרויקט של משימת מפרש השמש בנאס"א איימס. "הדגמת היכולות של מפרשי שמש ושל בומים קלים ומרוכבים היא השלב הבא בשימוש בטכנולוגיה זו כדי לעורר השראה למשימות עתידיות."
נאס"א איימס מנהלת את פרויקט Advanced Composite Solar Sail System ותכננה ובנתה את מערכת האבחון המשולבת של המצלמה. נאס"א לנגלי תכננה ובנתה את הבומים המרוכבים הניתנים לפריסה ואת מערכת המפרש הסולארי. משרד תוכנית טכנולוגיית החלל הקטנה של נאס"א (SST) המבוסס בנאס"א איימס ובראשם מנהלת משימת טכנולוגיית החלל של הסוכנות (STMD), מממן ומנהל את המשימה. תוכנית הפיתוח לשינוי משחקים של נאס"א STMD פיתחה את טכנולוגיית ה-composite boom הניתנת לפריסה. Rocket Lab USA, Inc מלונג ביץ', קליפורניה מספקת שירותי שיגור. NanoAvionics מספקת את אוטובוס החללית.
