לחלל, בחזרה, ושוב לחלל

השיגור לחלל של חללית דראגון למשימת אספקה לתחנת החלל הבינלאומית, שהתקיים באפריל 2014, עבר בהצלחה ומשגר הלוויינים מסוג פאלקון 9 (מפיתוח חברת ספייס אקס, שאחראית גם על פיתוח חלליות דראגון), העלה לחלל כמתוכנן את החללית. ואולם, שיגור זה היה יוצא דופן בהיסטוריה של טיסות החלל בכלל ובזו של חברת ספייס אקס בפרט: לשלב הראשון של המשגר הגדול הוצמדו ארבע רגלי נחיתה ענקיות הבנויות מסיבי פחמן ומצוידות במנגנון הידראולי לפרישתן.

איור המציג את נחיתת השלב הראשון לאחר השגירו לחלל
צילום מתוך SpaceX

לשם הבנת המהפכה בטיסות החלל, כפי שהגדיר מייסד ספייס אקס אילון מאסק (Musk) את השיגור, שומה עלינו לשוב לרגע אל העקרונות של טיסות החלל למן ראשית עידן החלל. כל מי שרוצה לשגר לחלל מטען כלשהו חייב להגיע למהירות מסלולית סביב כדור הארץ העומדת על כשמונה ק"מ בשנייה בקירוב. כדי להשיג מהירות זו יש צורך במנועים רקטיים רבי עוצמה, הצורכים דלק ומחמצן בכמויות גדולות מאוד. מובן שמשקל ההמראה של טיל גדול וכבד יהיה גדול – ולכן יש צורך בדלק נוסף, וחוזר חלילה. האדם הראשון שחילץ אותנו ממעגל קסמים זה היה "אבי האסטרונאוטיקה", קונסטנטין ציאולקובסקי (Tsiolkovsky), שבשנת 1903 לא רק היה הראשון שתיאר טיל מונע בדלק נוזלי, אלא גם הגה את הטיל הרב שלבי – המפתח לטיסות חלל מאז ועד היום.

טיל רב שלבי הוא טיל שבו מותקנים כמה מנועים רקטיים, מערכות דלק ומחמצן (במקרה של דלק נוזלי). הטיל ממריא אל על כשהוא כבד, צובר מהירות, ומשליך מעליו את השלב הראשון, ואחריו את הבאים בתור (מרבית משגרי הלוויינים הם תלת שלביים, אך יש גם דו שלביים וכאלה הכוללים ארבעה שלבים). עם כל השלכה של שלב ריק, מסת הטיל קטנה, ואפשר להאיצו ולהגיע בשלב האחרון למהירות הנדרשת כדי להציב בחלל לוויין או חללית. הבעיה בשיטת השלבים לטילים היא כפולה: מצד אחד, נצילות נמוכה מאוד של משגרי הלוויינים באשר הם (לרוב עד כדי אחוז וחצי בלבד ממשקל ההמראה מגיעים למסלול) מחייבת מנועים גדולים מאוד לשלב הראשון ולרוב גם לשני, המושלכים לאחר שימוש יחיד ונופלים לים או לשטחים שוממים ביבשה (יוצאי דופן היו המאיצים המוצקים של מעבורת החלל האמריקאית, שנאספו מהים, והושמשו לטיסות נוספות, וכן המנועים הראשיים). מצד שני, בניית משגר לוויינים היא פעילות שאורכת זמן רב ועולה ממון רב; גם משגרי לוויינים זולים עולים עשרות מיליוני דולרים. האופי החד פעמי של המשגרים, העלות הכבדה והזמן הארוך הנדרש לבניית משגרים הופכת את השיגורים ליקרים מאוד.

ניסוי טיסה של מדגים טכנולוגיה לקונספט המשגר לשימוש
צילום מתוך SpaceX

שימוש רב פעמי

זה שנים רבות חולמים הטילאים על משגרי לוויינים רב פעמיים – דהיינו, שאפשר לעשות בהם שימוש למספר רב של טיסות לחלל, ומכל מקום יותר מאחת. חלק גדול מהתכנונים ברבות השנים היה קשור בניסיונות לפיתוח משגרים מכונפים דמויי מטוס או מעבורת החלל. מיזמים אחרים כללו הטסה מבוקרת של השלב הראשון לאחר גמר פעולתו – באמצעות כנפיים נשלפות ומנגנון נחיתה של מטוס. אחרים ראו בדמיונם שימוש במצנחים, ונחיתה בים לשיכוך הלם הנחיתה.

אילון מאסק, היזם והמנהל של ספייס אקס, הכריז לפני כשלוש שנים על רצונו בבניית דגם ייחודי של משגר הלוויינים העיקרי של החברה, פאלקון 9, שישיב באופן נשלט (שאפשר יהיה לשלוט בו ולהחזירו לנחיתה ביבשה) את השלב הראשון והשני שלו לנחיתה ביבשה – תוך שימוש במנועים הרקטיים שמותקנים בהם ממילא. השלב הראשון מיועד לחזור מגובה של עשרות אחדות של ק"מ, ולכן אין צורך בהגנות תרמיות מיוחדות, שכן הוא נע עדיין בתוך האטמוספרה. זאת, בשונה מהשלב השני, שנועד לחזור משולי החלל, ולכן הוא חייב להיות מוגן מפני הטמפרטורות הקיצוניות בעת הכניסה מחדש לאטמוספרה. כמובן שקיימים שיקולים נוספים, שהביאו רבים בקהילת החלל העולמית לפקפק ברעיונותיו של מאסק. למשל, כדי לבצע נחיתה נשלטת בכוח מנועים רקטיים, על המשגר לשאת עמו כמות נוספת ובלתי מבוטלת של דלק ומחמצן. יתר על כן, המערכת חייבת להיות אוטונומית ולעמוד גם בסטנדרטים מחמירים ביותר של בטיחות טיסה – שכן הכוונה היא להשיב את השלב הראשון והשני בחזרה אל אתר השיגור של חברת ספייס אקס – מתחם שהוחכר לה על ידי ממשלת ארצות הברית וממוקם בתוככי בסיס החלל קנדי שבפלורידה.

השיגור הראשון של פאלקון 9 המצויד ברגלי נחיתה, התבצע כאמור באפריל 2014, והניסוי הוכתר בהצלחה – הרגליים נפרסו כמתוכנן, וככל הנראה גם הופעלו חלק ממנועי השלב הראשון. בשיגור זה השלב הראשון נחת בים ולא הייתה כוונה להנחיתו ביבשה. המטרה של מאסק היא ברורה: אם יצליחו בחברת ספייס אקס להשיב משגר בשלמותו, אפשר יהיה להשיג קצב שיגורים גדול יותר לחלל והפחתה במחיר ללקוחות המזמינים את השיגור – שתי מטרות בעלות חשיבות רבה לחברה עסקית המבקשת למקסם את רווחיה.

מתי יתגשם החלום של משגר לשימוש רב פעמי אמיתי – קשה לדעת, אך באפריל האחרון הוטס דגם חדש – שני במספר – של החברה, שנועד לבצע טיסות לגבהים נמוכים (בשלב ראשון מאות מטרים, בהמשך קילומטרים בודדים) באטמוספרה, ולבחון את מערכות בקרת הטיסה של הכלי – וכבר בטיסת הניסוי הראשונה השיג תוצאות מעולות.