בלוג לנושאי מדע scienceblog.galbarak.co.il

באחד מאתרי NASA, מפרסמים סדרת מאמרים על טכנולוגיות לחקר החלל, כיום ובעיקר בעתיד. מאמר שפורסם זה עתה, השני בסדרה, עוסק במערכות הנעה של חלליות. מאחר והמערכות הקיימות (המבוססות על שריפת דלק) אינן יעילות במיוחד מתקיים מחקר רב בנושאי הנעה, ונבדקות אלטרנטיבות שונות(חלקן אף נוסו כבר בעבר).
ברצוני לתמצת את המאמר, תוך הצגת צורות ההינע השונות ודרך הפעולה שלהם:

נתחיל בטכנולוגיות ושיטות שכבר משתמשים בהם ונמשיך לעבר השיטות היותר ניסיוניות.

שימוש בגרוויטציה: שיטה זו קיימת כבר מספר עשורים והשתמשו בה כבר מטיסות החלל הראשונות. בצורת מעבר מסויימת, ניתן לגרום לחללית ”לגנוב“ תנע מגוף כשלהו (כמו פלנטות שהחללית עוברת לידם) ולהאיץ את מהירותן. שיטה זו עובדת טוב מאד כדי לגרום לחלליות להגיע רחוק תוך שימוש במעט דלק ככל האפשר, אך לוקה בחיסרון חמור: החללית חייבת לנוע במסלול שנקבע למעשה ע“י גופים במערכת השמש, ומחייבת תכנון מדוקדק תוך התחשבות במיקומם של אותם גופים. (ולפעמים שיטה זו מאריכה את משך ה“טיסה“ בזמן רב)

האטה ע“י אוויר: השיטה המקובלת להאט חללית לפני כניסה לפלנטה (או מעבר למסלול סביב אותה פלנטה) הוא להשתמש בהנעה רקטית שיורה בכיוון ההפוך לכיוון החללית. שוב, שוהי שיטה מאד בזבזנית ודורשת כמות גדולה של דלק על החללית עצמה. פתרון לא רע להאטת חללית הוא שימוש בחיכוך עם האויר באטמוספירה של הפלנטה שאותה רוצים לחקור, כדי להאט את מהירות החללית. בעיה רצינית בנושא הזה היא החום הרב שיכל להיווצר עם הכניסה לאטמוספירה, ומצד שני, אסור שהחללית תשאר במהירות גבוהה מידי, כך ש“תפספס“ ותמשיך לשייט בחלל.
עפ“י המאמר בו אני משתמש כמקור ראשי, מדעני נאס“א מאמינים שניתן יהיה להתגבר על על הבעיה הזו עם עיצוב נכון שיאפשר לחלק גדול מהמשימות בחלל להשתמש בשיטה זו, והאטה למהירות הרצויה תוך זמן קצר.
בשיטה זו בוצע כבר שימוש בשנים האחרונות, החללית ה-Mars Global Surveyor הואטה תוך שימוש באטמוספירה של מאדים, אך בצורה ממושכת ביותר.

תמרוני ההאטה של החללית.

מנוע יוני: מנוע יוני, כמו כל סוג של הינע רקטי, מבוסס על ”זריקת חומר לאחור“, כלומר, חוק הפעולה והתגובה בפיסיקה (החוק השלישי של ניוטון) אומר שאם נפעיל כח על משהו, הוא יחזיר את אותו הכח חזרה. כל מנוע רקטי (כולל הטילים בהם משתמשים באופן שוטף כיום) פולטים חומר במהירות גבוהה, והאצת אותו החומר היא מה שדוחף אותם. מנוע יוני מתבסס על אותו העיקרון, אבל ביעילות הגבוהה פי 10 מהמנועים הכימיים. חסרונו בכח החלש מאד שמספק, יתרונו בכך שאותו הכח יכל לפעול זמן רב מאד ובסה“כ החללית יכולה להגיע למהירויות גדולות מאד.
מנוע שכזה פועל ע“י יצירת יונים של חומר כשלהו והאצתם בשדה חשמלי.



בתמונה ניתן לראות אב-טיפוס של מנוע שטס כבר לחלל ופעל בהצלחה, על החללית Deep-Space 1. לתוך חלל המנוע מוזרק הגז קסנון, קרן אלקטרונים המפציצה את אטומי הקסנון גורמת להם לאבד אלקטרון (או אלקטרונים) ובכך הופכת אותם ליונים. אותם היונים מואצים בעזרת רשת טעונה מטען שלילי (המושכת את האטומים מצד אחד, אך גם מלאה חורים ולכן לא כל האטומים יתנגשו בה, וחלקם יעופו החוצה). אותם האטומים שיצאו החוצה הם אחראים למעשה לכח הדוחף את החללית.



מנוע יוני דורש חשמל, שתי השיטות לייצור אות חשמל הוא לוחות סולאריים (הקולטים אנרגיה מהשמש) ושימוש באנרגיה גרעינית.
הכח שנוצר בשימוש במנוע מהסוג המוצג בתמונה, דומה לכח שמפעיל דף נייר, כתוצאה ממשקלו.

מפרש סולרי: גם טכנולוגיה זו כמו הקודמת יוצרת כח קטן אך מתמשך.
לאור יש ”כח“. האור (או קרינה אלקטרומגנטית אחרת) יכל לדחוף דברים, ועל כך מסתמכת שיטה זו. אמנם הכח שהאור מפעיל קטן מאד עבור שטחים קטנים (מי מאיתנו יכל להגיד שהרגיש פעם אור ”דוחף“ אותו?) אולם ניתן להשתמש במפרשים קלים מאד, שיכולים להתפרש אפילו לגדלים של מספר קילומטרים רבועים, ובכך להגדיל את הכח הכללי הפועל על החללית.

מפרש פלאסמה: מפרש פלאסמה אינו ממש מפרש (בצורה שאנחנו רגילים אליו), ובהחלט לא נראה כמו מפרש… למעשה הוא לא נראה בכלל.
מפרש סולרי הוא שדה מגנטי בלבד. אולם גם שדה מגנטי יכל לשמש כמנוע, במיוחד אם הוא מתפרש לקוטר של 15-20 ק“מ.
העיקרון על פיו פועל מפרש הפלאזמה הוא שימוש ברוח סולארית: זרם של חלקיקים טעונים הנפלטית כל הזמן מהשמש. אותם חלקיקים משפיעים על שדות מגנטיים (כמו למשל השדה המגנטי של כדור הארץ) וגורמים ל“דחיפת“ הגוף יוצר השדה. יתרון נוסף של השיטה הזו היא, שלא כמו במערכות קיימות הפועלות בחלל, אין צורך למגן את החללית בצורה המכבידה שנדרשים אליה כיום, מפני אותה הרוח הסולרית (שיכולה לגרום גם לנזק למערכות אלקטרוניות ולבריאות בני אדם).



המקור:
Sciecne@NASA

מקור כל התמונות באתר NASA

הסיפור הזה נכתב ביום Sunday, 15 בSeptember 2002, בשעה 09:10:00, והוא שייך לנושא מאמרים והסברים. את כל התגובות והטראקבאקים אפשר לקרוא ב-RSS 2.0‏. אפשר לשלוח לסיפור הזה טראקבאק מבלוג אחר.‏