פתיחת התפריט הראשי
שיגור ננו-לוויין מתוך תיבת האחסון שבלוויין האם

לוויין זעיר הוא לוויין מעשה ידי אדם שמשקלו קטן מ-50 קילוגרם. לוויינים זעירים המקוטלגים על פי גודלם. בשל משקלם הנמוך יחסית נלווים הלוויינים הזעירים למשגר שמיועד ללוויין גדול, הנקרא גם “נוסע ראשי” או “מטען ראשי” והוא הקובע את נתוני השיגור. הלוויינים משוגרים מתוך תיבת אחסון עם קפיץ כך שכאשר המשגר מגיע ליעדו, נשלחת פקודה שפותחת את דלת התיבה, והקפיץ דוחף את הלוויינים החוצה, בזה אחר זה. לוויינים זעירים יכולים להיות משוגרים בנפרד, או כחלק מלהק של לוויינים המתקשרים ביניהם ונשלטים על ידי לוויין ראשי המכונה "לוויין האם".

תוכן עניינים

רקעעריכה

בשל בעיות תקצוב של נושא החלל בעשור האחרון נוצר צורך גדול בהוזלת תחום החלל. הגופים הצבאיים העוסקים בתחום חשבו על מספר פתרונות. אחד הפתרונות היה ייצור ופיתוח של לוויינים קטנים. הצבא האמריקאי, שמתעסק בתחום של פיתוח טילים וחלל, החליט על תוכנית שנקראת "יותר קטן יותר טוב"[1], שמכאן הלך והתפתח הרעיון של לוויינים קטנים במיוחד. השיקול לעבור לפיתוח של לוויינים זעירים נבע מכמה סיבות: עלות גבוהה – לוויינים גדולים זקוקים למשגרים גדולים[2], שתהליך בנייתם מצריך עלות גבוהה. לעומת זאת, בנייה של לוויינים קטנים וקלים עלותם זולה משמעותית יחסית לגדולים. את השיגור של הלוויין ניתן לבצע בנוסף לשיגור של לוויין קיים. יש אפשרות לשגר מספר לוויינים בו זמנית. דרישות תקן מחמירות – ככל שהלוויינים והמשגרים גדולים יותר, כך נדרש להחמיר בתקני הבטיחות. תהליכים אלו יקרים ולוקח הרבה זמן לממש אותם. סוגי המשימות – עבודה עם לוויינים קטנים תאפשר ביצוע משימות שונות[3].

משימותעריכה

מחקרים מדעייםעריכה

לוויינים זעירים משמשים כמעבדות מעופפות להוכחת טכנולוגיות ובדיקת רכיבים חדשים עבור לוויינים. השילוב של קרינה חזקה, הפרשי טמפרטורה קיצוניים וריק כמעט מוחלט, מקשה על רכיבים אלקטרוניים לעבוד היטב בחלל. יש לזכור שללא תכנון מתאים, רכיבים אלו עלולים להינזק, להתקלקל ואפילו להישרף. בדיקת הרכיבים במעבדות הקיימות על פני כדור הארץ עולה הון. בנוסף, רק חלק מתנאי החלל משוחזרים בהן, לכן הן אינן מדמות את סביבת החלל באמת. היכולת לבנות ולשגר לוויין קטן וזול, מאפשרת הרכבת חלק מהרכיבים החדשים על לוויין זעיר ולבצע ניסוי בפועל בחלל.

שיפורים טכנולוגייםעריכה

תקשורת לוויינית בין מטוסים, בין חיילים בשדה הקרב. אחד החידושים המעניינים ביותר בתחום החלל הוא השימוש בטלפונים חכמים כמחשבי משימה ומטענים ייעודיים בלוויינים זעירים.

תצפיות על כדור הארץעריכה

לוויינים זעירים כמו ננו-לוויינים קטנים מכדי להכיל עדשות ומצלמות לצילום צבאי ברזולוציה המאפשרת קירוב קטן ממטר, אך הם בהחלט יכולים לספק תמונות איכותיות של כדור הארץ בצבע וברזולוציה של כמה מטרים. תמונות אלה מצוינות ליישומים הקשורים לניטור כדור הארץ ואיכות הסביבה כמו זיהוי זיהומי מים, כתמי שמן ונפט בים, מקורות שריפה ואפילו חקלאות חכמה. דוגמאות של לוויינים:

  • לוויין QuakeSat האמריקאי תוכנן למדוד שינויים קלים בשדה המגנטי של כדור הארץ כדי לעזור למדענים לחזות רעידות אדמה.
  • לוויין SwissCube השווייצרי נועד למדוד תופעה אטמוספירית "זוהר אוויר" (Airglow) המתרחשת בשכבת המגע של האטמוספירה עם קרינת השמש.
  • לוויין Plume הבריטי שוגר למדידת האבק הקוסמי המקיף את כדור הארץ ונכלא בשדה הכבידה שלו.
  • לוויין Firefly של נאס"א נועד למדוד פליטת קרני גאמא המגיעות לכדור הארץ במטרה לזהות את מקור הקרינה.
  • לווייני Dove של חברת Planet Labs מיועדים מספקים צילום ברזולוציה של 3-5 מטר באיכות המתאימה לשימושים אזרחיים.

מחקר ביולוגיעריכה

בודק את השפעות סביבת החלל על חומרים אורגניים ויצורים חיים. אחד מהלוויינים ששוגרו לחלל לטובת נושא זה שוגר על ידי נאס"א. לוויין GeneSat (לוויין בראשית) נועד לבדוק את קצב גידול חיידקי אי-קולי (E.coli) בהשפעת הקרינה אשר בחלל. הלוויין שידר תמונות של תרביות גידול החיידקים דבר שאפשר למדענים לנתח את התוצאות בהשוואה לאוכלוסיית חיידקים זהה על פני כדור הארץ. בנוסף, לוויין PharmaSat, (פיתוח של נאס"א) נועד לבחון יעילות של תרופות אנטיביוטיות בחיסול חיידקים בחלל.

קיובסאטעריכה

 
לוויין קובייה מסוג EstCube-1

בשנת 1999 החליטו פרופ' רוברט (בוב) טוויגס מאוניברסיטת סטנפורד ופרופ' ג'ורדי פיו סאורי מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה, להציע לסטודנטים להנדסה לבנות לוויין במקום לכתוב עבודת גמר שתסתכם בספר עב כרס של עבודה תאורטית. כארבע שנים פיתחו בוב וג'ורדי עם הסטודנטים סטנדרט ללוויין קטן וקל משקל שעלות ייצורו כולל עלות הבחינה שלו יהיו כמה עשרות אלפי דולרים. לשם הפשטות הם החליטו שהלוויין יהיה בצורת קובייה, וקראו לסטנדרט החדש קיובסאט[3] "לוויין קובייה".

פרופק טוויגס, שבעבר היה מעורב בבניית לוויינים, חשש שמרוב התלהבות יכניסו הסטודנטים יכולות נוספות ללוויין והוא יגדל, יתייקר ויגרום לעיכוב בלוח הזמנים. הוא החליט שזאת ההזדמנות להכריח את המהנדסים בארצות הברית לעבור לשיטה המטרית, וקבע שהלוויין הבסיסי יהיה קובייה בעלת צלע של עשרה סנטימטר ובנפח של ליטר. ליחידה בסיסית זו קוראים CubeSat 1U, כלומר, יחידה אחת של לוויין הקובייה שמכילה כמעט את כל מערכות הלוויין הגדול: מחשב משימה, מערכת תקשורת, מערכת חשמל ושמיכות תרמיות להגנה על הלוויין מסביבת החלל הקיצונית. יחידה כזו שוגרה לראשונה בשנת 2003. מאז נוספו לסטנדרט עוד לוויינים בגדלים שונים - כולם מכפלות של הלוויין הבסיסי.

אתגרים טכנייםעריכה

האתגרים הטכניים[4] שאיתם מתמודדים מהנדסי הפיתוח הם מזעור רכיבי הלוויין תוך כדי שמירת האמינות והאיכות הגבוהה של הרכיבים. ככל שהרכיבים גדולים יותר, רמת האמינות גבוהה יותר, ולכן קל מאד לאשר אותם. ככל שמנסים למזער נדרשים כלים, שעלות שעות הפיתוח שלהם גדולה ביחס לעלות הפיתוח של הלוויין עצמו. ההשלכות והאתגרים הטכנולוגיים הנדרשים בתכנון לוויינים זעירים:

  • חומרה של מעבדים - אחד האתגרים הטכנולוגיים שהתמודדו אתו בתחילת שנות ה-2000 היה תמיכה במעבדים חזקים בסדרי גודל (פיזי) שמיועדים ללוויינים זעירים. כדי להטיס לוויינים נדרשות פונקציות חיוניות שחשובות למערכת, פונקציות אלו דורשות כוח עיבוד נתונים מהיר ויעיל. היה קשה מאד לפתח מעבדים קטנים שיכולים לתת ביצועים גבוהים ביעילות ואמינות טובים.
  • גודל הזיכרון - בשנים האלו היה קושי לייצר רכיבי זיכרון קטנים מאד בעלי נפח שמירה גדול.
  • ניווט ושליטה (Guidance Navigation and Control) - מזעור כל היחידות הקשורות להכוונה, ניווט ושליטה.
  • תקשורת – האתגר בתחום התקשורת הוא שילוב בין גודל להספק עבודה. קשה למצוא את היחס הפרופורציונלי בין כמות ההספק שיחידות התקשורת דורשות לבין גודלה. נדרש למזער הכול כמו כן גם נדרש לספק הספק גבוה, וכאן לטכנולוגיה יש עדיין מגבלה.
  • ספקי כוח - סוללות אמינות ביותר דורשות מקום גדול יותר בגלל הנפח שלהן. האתגר הוא למזער את הסוללות ולגרום לכך שיהיו יעילות ואמינות.
  • בקרה תרמית – ככל שהיחידה קטנה יותר כמות החום שהיא יכולה לאגור קטן יותר. לכן במידה והלוויין הזעיר ידרוש יותר אנרגיה כתוצאה מפעילויות שונות, כמות החום שייאגר בתוכו יהיה גבוה מאד, כך שפיזור החום הופך להיות גורם משמעותי.
  • חיווט – ככל שהלוויין קטן יותר, נדרש חיווט עדין ומיוחד. האתגר הוא לחווט את הרכיבים באזור קטן מאד.
  • מערכת ההנעה – האתגר הוא ליצור מערכת הנעה שתתאים לגדלים של ננו–לוויינים ומטה, שתוכל להחזיק את הלוויין במסלול שלו, לתקופה ארוכה (מעל ל-12 חודשים לפחות).

תכנונים עתידייםעריכה

על פי מחקרים עולמיים הצפי הוא לגידול משמעותי בשימוש בלוויינים זעירים.

  • נאס"א מבקשת ממפתחים להגיש הצעות ללוויינים המבוססים על טלפונים חכמים[5]. לדברי נאס"א, לווייניים קטנים שימושיים במיוחד בבדיקת טכנולוגיות מתפתחות שעשויות לשמש למשימות חלל עתידיות[6]. נאס"א מכוונת לשימוש בלוויינים זעירים עבור משימות חלל שונות שיכללו ניסויים בביולוגיה ובדיקת טכנולוגיות הנע ותקשורת מתקדמות.
  • תחזיות, המבוססות על תוכניות ממשלתיות עתידיות מצביעות על דרישה עתידית של בין 2,000 ל 2,750 שיגורים של מיקרו / ננו לוויינים בין השנים 2014 עד 2020[7].

החל מ-2010, נושא שיגור הלוויינים הזעירים החל לתפוס תאוצה. בין השנים 2004 - 2014 שוגרו לחלל 75 לוויינים זעירים. כמות השיגורים עלתה בצורה משמעותית בסוף שנת 2013, כך שמנובמבר 2013 עד ינואר 2014 שוגרו כ- 94 לוויינים מקבוצת ננו-לוויינים. חברות כמו Planet Labs מתכננות מערך לוויינים גדול, מעלות את כמות השיגורים. נכון ליולי 2015, החברה שיגרה כ-87 לוויינים ממערך לוויני Dove.

הזווית הישראליתעריכה

דוכיפתעריכה

דוכיפת 1[8]אבי בליזובסקי, ‏לוויין התלמידים הישראלי דוכיפת-1 שוגר בהצלחה מרוסיה, באתר "הידען", 19 ביוני 2014 הוא ננו-לוויין פרי מחקר ופיתוח של תלמידי תיכון הנדסאים הרצליה במרכז המדעים הרצליה, כחלק מפרויקט חדשני של סוכנות החלל הישראלית במשרד המדע ועיריית הרצליה. הננו-לוויין שוגר לחלל בחודש יולי 2014 על משגר רוסי יחד עם עוד 37 לוויינים ממדינות אחרות בהם גם לוויין סעודי. תפקיד הלוויין, שגודלו 10 סמ"ר ומשקלו 853 גרם בלבד, הוא להוות פלטפורמה חינוכית לתלמידים ומטרתו המשנית היא לסייע למטיילים שהולכים לאיבוד במקום שאין בו קליטה סלולרית. המטייל שאבד יוכל לשלוח אותות מצוקה ממכשיר קשר אל הלוויין הזעיר, שישדר את המיקום למרכז הבקרה כדי שהמרכז הבקרה ישלח כוח חילוץ. הלווין פעיל ומתקשר כל יום עם תחנת הקרקע של מרכז המדעים בהרצליה. נכון לחודש מאי 2016 הלוויין ממשיך לתפקד.

דוכיפת 2, הלוויין הבא של מרכז המדעים, אשר מטרתו היא מחקר האטמוספירה כחלק מפרויקט QB50 של סוכנות החלל האירופאית, נמצא כיום בשלבי פיתוח והוא ישוגר בספטמבר 2016.

דוכיפת 3, הלוויין יבנה בתיכון שער הנגב בשיתוף ובהנחיית מרכז המדעים בהרצליה ובשיתוף אולפנת עפרה, נמצא כיום בשלבי פיתוח והוא ישוגר ביום העצמאות ה-70 של מדינת ישראל בשנת 2018.

Inklajn-1עריכה

Inklajn-1[9] הוא שיתוף פעולה בין התעשייה האווירית לבין העמותה ללוויינות זעירה בישראל. הלוויין הזעיר שתוכנן היה Inklajn-1 אשר נבנה על ידי מתנדבי העמותה ללווינות זעירה, ונמצא בחדר השילובים של התעשייה האווירית לישראל. הלוויין קרוי על שמו של חלוץ החלל הישראלי ד"ר מרסל קליין. גודלו של הלוויין 10X10X32 ס"מ והוא מתוכנן לנוע במסלול מסונכרן-שמש בגובה של כ-650 ק"מ ולהקיף את כדור הארץ בכל 90 דקות. הלוויין ישרת את קהילת חובבי הרדיו ויכיל מספר ניסויים מדעיים. נכון ל-2015, לא ידוע מועד השיגור.

פרויקט SAMSONעריכה

פרויקט SAMSON של מכון אשר לחקר החלל בטכניון שהחל בשנת 2012 מפותחים שלושה ננו לוויינים שמשקל כל אחד מהם כ- 10 ק"ג. שם הלוויינים : Jacob Abraham, Issac and. משימות הלוויינים הם: הוכחת יכולת לטיסת מבנה, חילוץ והצלה של שייטים. תאריך שיגור משוער של הלוויינים הוא ב-2017.

ראו גםעריכה

קישורים חיצונייםעריכה

הערות שולייםעריכה

  1. ^ Small Is Beautiful: US Military Explores Use of Microsatellites אתר Defenseindustrydaily, מתאריך 30 ביוני 2011
  2. ^ U.S. Army, NASA Working on Low-Cost Nanosat Launcher מתאריך 19 בנובמבר 2012
  3. ^ 3.0 3.1 מידד פרינטא, ננו לוויינים גיליון ראש גדול דצמבר 2013
  4. ^ The challenges of developing an operational הכנס לוויינים קטנים ה-22 של אוניברסיטת יוטה, 2008, D. Homan, Q. Young, מאמר SSC08-I-3
  5. ^ Nanosats are go, האקונומיסט, 7 ביוני 2014
  6. ^ NASA Pursues Nanosatellites For Future Missions אתר Informationweek, מתאריך 14 באוגוסט 2014
  7. ^ SpaceWorks Nano Microsatellite Market Assessment מתאריך ינואר 2014
  8. ^ עתודאית ממודיעין פיתחה ושלחה לוויין לחלל, באתר mynet (כפי שנשמר בארכיון האינטרנט)
  9. ^ התעשייה האווירית בונה נאנו לוויינים בשיתוף עמותת INSA אתר techtime, מתאריך 16 במאי 2011