מערך לוויינים

יש לערוך ערך זה. ייתכן שהערך סובל מבעיות ניסוח, סגנון טעון שיפור או צורך בהגהה, או שיש לעצב אותו, או מפגמים טכניים כגון מיעוט קישורים פנימיים.
אתם מוזמנים לסייע ולערוך את הערך. אם לדעתכם אין צורך בעריכת הערך, ניתן להסיר את התבנית. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה.

מערך לוויינים הוא כינוי למספר לוויינים אשר יש תיאום מיקומי ביניהם. למערך לוויינים שימושים שונים: מערכת ניווט לוויינית, מערכות תקשורת, סיוע במקרה אסון, ועוד. מספר הלוויינים במערך יכול לנוע בין עשרות לעשרות אלפים. יצירת מערך שומרת על תחום כיסוי מלא של כל נקודה על כדור הארץ, ומאפשרת נגישות מלאה בשירותים השונים, בכל שעות היממה.

מערך מערכת ה-GPS המורכב מ-24 לוויינים השומרים על מיקום מדויק

היסטוריה עריכה

 
שעון אטומי ממוזער שנחשף ב-2004. מהרכיבים האלקטרוניים החשובים בלוויין אשר במערך.

מערך ה-GPS נשלח כבר בשנת 1973. החל מהעשור השני של המאה ה-21, כמה גורמים הפכו את יישום שיטת מערך הלוויינים לאפשרית יותר ונפוצה:

  • כניסת חברות פרטיות ומסחריות לתחום החלל מציעה זמינות יותר גבוהה לשיגור
  • יכולת המזעור של רכיבים אלקטרוניים, תורמת לדחיסת או הקטנת רכיבי וגודלי הלוויינים
  • מעבר ויכולת בניית לוויינים על פס ייצור[1].
  • שלושת הגורמים מעלה הובילו להוזלת השיגורים בכלל.
  • מזעור הרכיב שעון אטומי שדרוש לדיוק המיקום, ולסנכרון בין הלוויינים[2].

פריסת הלוויינים עריכה

 
שמירה על כיסוי מלא של נקודה על כדור הארץ, בכל רגע נתון.

שיגור מערך ואופן הפריסה עריכה

אם מדובר בלוויינים קטנים, בדר"כ דרך הפריסה שלהם היא בתור "מטען טרמפ", אשר משוגרים יחד עם עוד מטען יותר גדול, אך מתוזמנים לפריסה בזמן שונה. חסרון שיטה זו היא שלעיתים המערך לא משוחרר בגובה בו הוא צריך להיות מוצב, וזה דורש עוד תמרונים. לעיתים אף משוחררים הלוויינים הקטנים, מלוויין יותר גדול[3]. כיום ישנן חברות אזרחיות בבעלותן משגרים קטנים, המיועדים לשיגור לוויינים קטנים ומערכי לוויינים, והצבתם בגובה אופטימלי. בין החברות RocketLab הניו זילנדית (המשגרת כמעט כל חודש) Astra, Virgin Orbit ו-Firefly האמריקאיות, ועוד[4].

מיקום המערך עריכה

 
דיאגרמה המראה מסלולים סביב כדור הארץ, המסלול הנמוך LEO מסומן בתכלת. המסלול של תחנת החלל הבינלאומית מסומן בקו האדום שבתוך התכלת. מסלול לווייני בינוני MEO מסומן בצהוב. מסלול גאוסטציונרי GEO בקו השחור.

העיקרון המנחה בפריסת מערך הוא כזה:

  • ככל שגובה שיוט הלוויין נמוך יותר, הרי שהוא יוצר שטח כיסוי קטן יותר על פני כדור הארץ, מאידך ככל שגובה שיוט הלוויין גבוהה יותר, הרי שהוא מכסה שטח גדול יותר על פני כדור הארץ.
  • כדי לכסות חלקים נרחבים יותר של כדור הארץ נדרשים יותר לוויינים למערך.
    • כמות פחותה של לוויינים, עלולה לצמצם את זמינות הכיסוי.
  • ככל שהלוויין יותר נמוך, אזי הזמן שלוקח לאות שמשדר הלוויין להגיע לפני השטח, הוא יותר קצר.

לפיכך, המשחק הוא בין כמות הלוויינים לגובה בו הם נמצאים: 3 לוויינים גבוהים (GEO - מסלול גאוסטציונרי) מכסים כמעט את כל כדור הארץ, לקבלת אותו הכיסוי על ידי לוויינים נמוכים (LEO - מסלול לווייני נמוך) נדרשים לפחות 50 לוויינים[5].

בנוסף, מהירות האור משפיעה על הזמן שלוקח לשידור הלווין להגיע לקרקע, ככל שהלווין קרוב יותר לכדור הארץ קצב הנתונים של הלווין מהירה יותר, עניין זה הוא פרמטר משמעותי במגוון השירותים הניתנים מלוויין[6].

תיאום ושימור הפריסה עריכה

ציוד בלוויין עריכה

בלוויין צריך שיהיה המכשור המתאים לשמירה אוטונומית על המיקום העצמי, וכן להתגבר על הגרר של האטמוספירה, כגון גלגל תנע(אנ') או מנוע דחף קטן(אנ').

סוף חייו של לוויין עריכה

לשם תפקוד מלא ויציב של מערך לוויינים, יהיה צורך בהחלפת לוויינים שאינם מתפקדים עוד, מסיבות שונות.

  ערך מורחב – סוף חייו של לוויין

לווייני תקשורת עריכה

  ערך מורחב – לוויין תקשורת

עם התפתחות הגלובליזציה, והדרישה לטלקומוניקציה, נעשים ניסיונות שונים להנגשת האינטרנט בכל נקודה על פני כדור הארץ. התפתחות והוזלת תחום הלוויינות הופכים תהליך זה לאפשרי, בין השאר על ידי פריסת מערכי לוויינים.

OneWeb satellite constellation עריכה

בתחילת 2019 נשלחו לחלל ששת הלוויינים הראשונים של OneWeb satellite constellation (אנ'), פרויקט ששאיפתו להנגיש את האינטרנט לכל נקודה בכדור הארץ על ידי פריסת מערך רחב היקף של לוויינים[7].

Starlink עריכה

 
שיגור "מחסנית" של 60 הלוויינים הראשונים בפרויקט Starlink

פרויקט Starlink של SpaceX תכליתו ליצור מערך רחב היקף של 12,000 מיני לוויינים[8] אשר יספקו קישוריות אינטרנט לכל נקודה בכדור הארץ. ב-24 במאי 2019 שוגרו לחלל 60 הלוויינים הראשונים לשם הוכחת היתכנות[9][10].

China 125 עריכה

חברת תקשורת סינית המתעתדת לפרוש מאות לווייני תקשורת. ב-5 ביוני 2019 היא שיגרה שני לווייני תקשורת שלה[11].

NSLComm עריכה

חברת ההזנק הישראלית BeetleSat (NSLComm לשעבר[12]) תציע פריסת תקשורת אינטרנטית ל: תעשייה הצבאית, תחום הספנות, האינטרנט של הדברים (IoT) ותחומים נוספים. החברה עתידה לשגר מערך של מאות לוויינים זעירים לספק אינטרנט למקומות נידחים. החברה מציעה שני פרמטרים ייחודיים וחדשניים שעתידים לשנות את תחום פריסת האינטרנט העולמי :

  • קצב העברת נתונים של 1.5 ג'יגה-ביט לשנייה, לעומת 20 מגה-ביט בלוויינים בגודל זהה.
  • הלוויין נושא אנטנה ייחודית הבנויה מפולימר גמיש המאפשר לה להתקפל ולחסוך מקום בעת השיגור. פריסתה מאפשרת למקסם את יכולות השידור עד פי 100 ביחס ללוויינים באותו גודל.

שני הפרמטרים הנ"ל וכן בהתחשב בגודל הלוויין, עשויים לגרום להוזלת לווייני תקשורת הנתונים עד פי עשרה[13].

היסטוריה עריכה

  • ב-9 ביוני 2019 שוגר NSLSat-1.
  • ב-3 בינואר 2023 שוגר NSLSat-2[14].

אירידיום עריכה

 
פריסת האירידיום מאפשרת תקשורת גם באנטארקטיקה

מיזם מתחום הטלפוניה המאפשר תקשורת בין כל שתי נקודות על פני כדור הארץ. את המיזם הקימה באמצע שנות ה-90 חברת מוטורולה.

לווייני ניווט עריכה

לווייני הניווט הלווייני היו מהמערכים הראשונים להיפרס בחלל, עקב הדרישה הגבוהה ליכולת זו (גם אם לא הייתה נפוצה ופתוחה לשימוש אזרחי עד לשנות ה-90 של המאה ה-20).

הראשונות לשגר מערכים אלו היו המעצמות ברית המועצות וארצות הברית

  • GPS - מערכת ניווט אמריקאית, בשליטה אזרחית למחצה. פריסה עולמית עוד משנת 1973. מערך הלוויינים המוכר והנפוץ ביותר, ומשמש כמעט בכל מערכת ופלטפורמת ניווט.
  • GLONASS - מערכת ניווט רוסית, בשליטה צבאית מלאה. פריסה עולמית משנת 1982[15].

עם התפתחות תעשיית החלל, נכנסו לתמונה עוד מדינות, החל מתחילת המאה ה-21 :

  • גלילאו - מערכת הניווט אירופאית, בשליטה אזרחית מלאה. פריסה עולמית[16].
  • BeiDou - מערכת ניווט סינית, בשליטה צבאית מלאה. פריסה אזורית[17].
  • QZSS - מערכת ניווט יפנית, בשליטה צבאית מלאה. פריסה אזורית.
  • IRNSS - מערכת ניווט הודית, בשליטה צבאית מלאה. פריסה אזורית[18].

לווייני התרעה והצלה עריכה

להק ננו-לוויינים אדליס-סמסון (Adelis-SAMSON) עריכה

פרויקט של הטכניון, אשר ישמש לחישוב מיקום של מקורות קורנים (היינו בטווחי קרינה אלקטרומגנטית שונים) מכדור הארץ, לשם איתור אנשים, מטוסים וספינות, לראשונה אי פעם באמצעות מערך ננו-לוויינים. המבנה בעל שלושה ננו-לוויינים ירחף בגובה 600 ק"מ, בצורה אוטונומית, תוך תיאום המיקום[19][20].

Disaster Monitoring Constellation(אנ') עריכה

תפקידה העיקרי של מערך לוויינים זה הוא לזהות אסונות טבע, ואסונות מעשה ידי אדם. המערך בן שמונת הלוויינים הוא פרויקט בינלאומי למעקב אחרי אסונות, המשמש גם מדינות שאינן במיזם. מטרת המערך לספק מידע לצוותי חירום וסיוע על אזורים שנפגעו, למשל משריפות, רעידות אדמה ושיטפונות. המערך משמש גם ארגונים למען איכות הסביבה, כך הם יכולים לעקוב אחרי צמיחת יבולים או כריתה בלתי חוקית של יערות. המערך מספק תמונות ברזלוציה גבוהה, בשטח ובכיסוי גבוה של כמה תמונות לאותו אזור במהלך היום[21].

לווייני מזג אוויר עריכה

פרויקט CloudCT עריכה

פרויקט שמטרתו לצמצם את אי הוודאות בחיזוי ובמידול מזג האוויר, וכן לספק מידע נוסף על השפעת העננים על האקלים. הפרויקט ייתן מענה לחקר שדות של עננים קטנים, שאינם נמדדים היטב בטכנולוגיות הלויינים הנוכחיות, אך השפעתם גדולה על מזג האוויר והאקלים. המערכת תספק נתונים על ההרכב הפנימי והמבנה החיצוני של עננים, באמצעות טכנולוגיה שפותחה בהשראת CT רפואי. המערך יכלול עשרה ננו לוויינים, שמשקל כל אחד מהם שלושה ק"ג וגודלו כשל קופסת נעליים. הפרויקט הוא שיתוף פעולה של הטכניון, מכון ויצמן למדע והמכון לטלמטיקה בגרמניה[22].

TROPICS עריכה

TROPICS (Time-Resolved Observations of Precipitation structure and storm Intensity with a Constellation of Smallsats) הוא מערך של ארבעה קיובסאט שנועדו לנטר סופות ציקלון מטעם נאס"א.

אסטרונומיה לוויינית עריכה

New Worlds Mission(אנ') עריכה

הדגמה של פריסת המערך New Worlds Mission

מערך עתידי מתוכנן של טלסקופ החלל ג'יימס וב יחד עם הלוויין Starshade להסתרת אור כוכב לשם מציאת כוכב לכת חוץ-שמשי. המערך צריך להיות בתיאום מוחלט על מנת שטלסקופ החלל יקלוט רק את הסביבה שמסביב לכוכב, ללא הסינוור שיוצר הכוכב.

China's Miyin exoplanet project עריכה

סין מתכננת לשגר בתחילת 2030 מערך של ארבעה טלסקופי חלל, במטרה לתור אחר כוכבי לכת חוץ שמשיים[23].

סוגים אחרים עריכה

  • JAXA מתכננת להציב מערך לוויינים סביב כדור הארץ, שישגר את האנרגיה הנקלטת מהשמש, לעבר קולטי אנרגיה[24][25].

יתרונות וחסרונות עריכה

יתרונות עריכה

  • הנגשת ופריסה כלל עולמית לצרכים השונים
  • כיסוי שטח יותר זמין ותכוף
  • המערך פועל כמו רשת, אם אחד יוצא מכלל שליטה, זה לא נורא, כי יש עוד הרבה שיכולים לתפוס את מקומו.
  • עלות כספית ללוויין בודד וקטן נמוכה, יחסית ללוויין גדול יותר.
  • (בדור החדש) בקרה אוטונומית על דיוק המיקום.

חסרונות עריכה

 
חלק קטן מפסולת החלל המקיפה את כדור הארץ בכמה מסלולים
 
הבזק לוויין אירידיום מהחזרה של קרני השמש. פריסה של אלפי לוויינים נוספים, עלולה לגרום לזיהום אור


ראו גם עריכה

קישורים חיצוניים עריכה

  מדיה וקבצים בנושא מערך לוויינים בוויקישיתוף

הערות שוליים עריכה

  1. ^ https://www.space.gov.il/news-space/130519
  2. ^ https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8662498
  3. ^   KickSat Sprite deployment, סרטון באתר יוטיוב (אורך: 0:28)
  4. ^ http://interactive.satellitetoday.com/via/february-2020/launchers-get-ready-for-the-small-satellite-gold-rush/
  5. ^ mop-old.ort.org.il/courses/meida/satell/sat8.htm
  6. ^ https://experis.co.il/kickstart/articles/תקשורת-אלחוטית-חלק-ג-תקשורת-לווינית/
  7. ^ https://www.youtube.com/watch?v=PPtr4Eec4Hg=Arianespace TV VS 21 Live Launch English - סרטון השיגור
  8. ^   שגיא כהן, המירוץ לאינטרנט מהחלל: הקרב בין הענקיות, מאיפה יבוא הכסף - ומה יקרה כש-13 אלף לוויינים יתקלקלו?, באתר TheMarker‏, 14 במאי 2019
  9. ^ יניב אביטל, ספייס X שיגרה בבת אחת 60 לוויינים לחלל; אסטרונום חובב לכד את זה בווידאו. Geektime. ‏26 במאי 2019
  10. ^ Mike Wall, SpaceX Is Launching 60 Starlink Internet Satellites Thursday: How to Watch Live. Space.com. May 16, 2019
  11. ^ רויטרס, לראשונה: סין שיגרה טיל לחלל מספינה בים, באתר ynet, 6 ביוני 2019
  12. ^ NSLComm הישראלית שגרה לוויין נוסף כחלק מתוכנית לשגר קונסטלציית לווייני תקשורת, באתר סוכנות החלל הישראלית, 3 בינואר 2023
  13. ^ https://www.space.gov.il/news-space/131665 הסטארטאפ הישראלי NSLComm שיגרה בהצלחה לוויין אינטרנט זעיר 05.07.2019
  14. ^ NSLComm הישראלית שגרה לוויין נוסף כחלק מתוכנית לשגר קונסטלציית לווייני תקשורת, באתר סוכנות החלל הישראלית, 3 בינואר 2023
  15. ^ https://gssc.esa.int/navipedia/index.php/GLONASS_Space_Segment
  16. ^ https://www.gsc-europa.eu/system-status/Constellation-Information
  17. ^ https://www.glonass-iac.ru/en/BEIDOU/
  18. ^ https://www.isro.gov.in/irnss-programme
  19. ^ אדליס-סמסון (Adelis-SAMSON): להק ננו-לוויינים, באתר סוכנות החלל הישראלית, 14 במרץ 2021
  20. ^ https://www.israeldefense.co.il/node/48981
  21. ^ שירות הידען, ‏מערך לווינים בינלאומי יסייע בהתמודדות עם אסונות, באתר "הידען", 21 בספטמבר 2006
  22. ^ יפעת גדות, מערך לווינים חדשני יספק מידע על עננים ועל השפעתם, באתר News1 מחלקה ראשונה, 18 בדצמבר 2018
  23. ^ https://spacenews.com/china-to-hunt-for-earth-like-planets-with-formation-flying-telescopes/
  24. ^ ניב ליליאן‏, סוכנות החלל של יפן תנסה לשגר אנרגיית שמש אל כדור הארץ, באתר וואלה!‏, 4 ביוני 2023
  25. ^ https://asia.nikkei.com/Business/Science/Japan-to-try-beaming-solar-power-from-space-in-mid-decade
  26. ^ עודד כרמלי, ‏החוקרים מזהירים: השמיים שלנו משתנים ויש לכך השלכות, באתר ‏מאקו‏, 6 באפריל 2021
  27. ^ https://spacenews.com/radio-telescope-faces-extremely-concerning-threat-from-satellite-constellations/