לחזור מהחלל בלי כנפיים (כמעט)

סוכנות החלל האירופית צפויה לשגר לחלל כלי טיס מיוחד שאינו כולל כנפיים

23 בדצמבר 2014

סוכנות החלל האירופית צפויה לשגר לחלל כלי טיס מיוחד, שנועד לבחון החזרה של גופים מהחלל באמצעות כוח עילוי הנותר על ידי הגוף עצמו, שאינו מצויד בתוספת כנפיים. את כלי הניסוי, המכונה IXV (ראשי תיבות: Intermediate Experimental Vehicle), מפתחים בסוכנות האירופית כדי ללמוד את תחום ההחזרה מהחלל של כלים ממסלול נמוך סביב כדור הארץ. הדבר נעשה כחלק מההיערכות למיזמי חלל עתידיים שיישאו לחלל חלליות רב פעמיות בעלות יכולת לשוב ולנחות על כדור הארץ. ה־IXV הוא קטן ממדים – אורכו חמישה מטרים, גובהו מטר וחצי ורוחבו 2.2 מטרים. משקל כלי הניסוי הוא שני טונה. הכלי תוכנן לטוס לחלל באמצעות משגר הלוויינים האירופי "וגה", המשוגר מבסיס החלל קורו שבגיאנה הצרפתית, סמוך לקו המשווה. כלי הניסוי תוכנן ונבנה באיטליה על ידי חברת תאלס אלניה (Thales Alenia Space), שזכתה בחוזה מטעם סוכנות החלל האירופית. עלות המיזם מוערכת ב־150 מיליון יורו. בתום תהליך הכניסה לאטמוספירה ייפרס מצנח שיביא את הכלי לנחיתה. דגמים מבצעיים שייכנסו בעתיד לשירות סוכנות החלל האירופית, יונחתו על גבי מסלול נחיתה ויחסכו את הצורך במבצע לוגיסטי מורכב למשייתם מן הים – וכך ימנע נזק ממי הים למערכות הכלי.

גופי עילוי נבחנו בשנות ה־60 על ידי ארצות הברית – שם שימשו להוכחת התפישה (האפשרות להתבסס על צורת הכלי עצמו, ללא תוספת כנפיים) והיוו בסיס לפיתוחה של מעבורת החלל האמריקאית, ואף של מטוס החלל הבלתי מאויש האמריקאי X-37b ששב לאחרונה ממשימת חלל מסווגת שארכה כשנתיים.

מבט אל העתיד

מבחינת סוכנות החלל האירופית, החזרה של חלליות ממסלול סביב כדור הארץ היא עניין חדש ועדיין רב הנסתר על הגלוי. שלושה תחומים עיקריים ייחקרו באמצעות IXV:

אוירו־תרמודינמיקה – הוכחה ניסויית של תכן (Design). מאתגר ומסובך לבנות כלי שׂגא־קוֹלי השב מן החלל, והמטרה היא לשפר את התכן לאחר ניסוי השיגור והכניסה לאטמוספירה. בעוד הדמיות ממוחשבות וניסויים במנהרות רוח על־קוליות משתמשות בחוקים פיזיקליים הנוגעים לגז, המציאות בעת החזרה מהחלל מורכבת יותר: בעת החזרה לאטמוספירה, במהירויות גבוהות ביותר, מתפרקות חלק ממולקולות החמצן והחנקן שבאוויר. החללית הנכנסת לאטמוספירה נתקלת באטומים חופשיים הנעים במהירות אדירה וזורמים על פני השטח שלה באופן מורכב ושונה מזרימה במהירות נמוכה יותר של אוויר. יש קושי בחיזוי ההתנהגות המדויקת של זרימה זו על משטחי הגוף החודר לאטמוספירה, ולכן ניסויים בתנאי אמת הכרחיים.

הנחייה, ניווט ובקרה – בניסוי ייבחן שיפור באלגוריתמים של ההנחיה, ושימוש במערכות הנחייה אינרציאליות (המודדות את מיקומו היחסי של הגוף במרחב, לרוב באמצעות גירוסקופים), תוך כדי שילובם במדידה באמצעות לווייני ניווט (GPS). נוסף על כך, ייבחן ניהוג אווירודינמי של הכלי באמצעות מדפים (FLAPS) ללא משטחי ניהוג נוספים, המקובלים למשל במטוסים (הגה כיוון, מאזנות וכיו"ב) – דבר שכרגע הוא אתגר ממשי.

הגנה תֶרמית – מהירות הכניסה הגבוהה של הכלי לאטמוספרה והלחץ העצום שנוצר, בשילוב חיכוך עם האוויר, גורמים לחימום משטחים שונים של כלי הניסוי והגעתם לטמפרטורות גבוהות – חלקן יותר מ־1,500 מעלות צלזיוס. בסוכנות החלל האירופית פותחו אריחי בידוד מיוחדים (הדומים לאלה ששימשו את מעבורות החלל של ארצות הברית, וכן הם היו בשימוש בחללית הנחיתה הוֹיחֶנס (הויגנס), שחדרה לאטמוספירת טיטאן, ירחו של שבתאי, בינואר 2004). נוסף על בחינת תפקודם של אריחי המיגון, ייבחנו היבטים נוספים הקשורים לחימום החללית, לרבות אטימה של חללים בתוכה, התפשטות חומרי המבנה ומערכות שירות (סֶרווֹ) שונות, הנדרשות כדי לעמוד בעומסים גדולים בעת ניהוג המדפים של החללית. חלק ממערכת ההגנה התֶרמית של החללית מבוסס על מיגון מִתכלה (אבלטיבי), המבוסס על שלד של מבנה חלת דבש מתכתית, שבה ממלאים את התאים הקטנים באפוקסי. מיגון זה מתנדף בחלקו. הוא שימש במשך שנים את נאס"א, ומשמש כיום את רוסיה וסין. מיגון מסוג זה הוא חד פעמי.

סוכנות החלל האירופית, המפתחת משגרים חדשים ומקדמת את פעילותה גם בתחום טיסות החלל המאוישות (ותומכת גם בחללית המאוישת הבאה של נאס"א, אוריון, ומספקת לה את מכלול השירות, ההנעה, הבקרה והאנרגיה), תפיק מהכלי מידע רב, ואם יפותח ה־IXV מֵעבר לשלב של מדגים טכנולוגי וכלי לימודי לכלל חללית מבצעית של ממש, ייפתחו בפני הסוכנות אופקים חדשים למשימות חלל מגוונות ומאתגרות.