Image

 

 

רוסיה היא המדינה המשתרעת על השטח הגדול ביותר בעולם: במערב היא גובלת בפולין, ובמזרח בקוריאה הצפונית. ובכל זאת, סוכנות החלל הרוסית רוסקוסמוס, משגרת את החלליות שלה מנמל החלל קוסמודרום בייקונור – בקזחסטן. הצרפתים משגרים את החלליות שלהם מגיאנה הצרפתית, מושבה בדרום אמריקה, ואילו נאס"א משתמשת בנמל החלל קייפ קנוורל שבפלורידה.

 

אבל למה? מה מיוחד כל כך בפלורידה? ולמה לשנע לדרום אמריקה לוויין שנבנה בפרברי פריז? התשובה לכל השאלות האלה פשוטה: סיבוב כדור הארץ. כדור הארץ מסתובב במהירות של 1,600 קמ"ש בקו המשווה – ו-0 קמ"ש בקטבים. במילים אחרות, שיגור של חללית סמוך לקו המשווה יקנה לחללית בונוס של עד 1,600 קמ"ש. מסיבה זו נמל החלל של ארה"ב נמצא בפלורידה הדרומית ולא באלסקה הצפונית. 

 

 

 

כמובן, הטריק הזה עובד רק אם משגרים את החללית עם כיוון כדור הארץ, ממערב למזרח. וזה שיקול נוסף בבניית נמלי חלל, שכן במקרה של תקלה – איש לא רוצה שהחללית שלו תתרסק על אוכלוסייה אזרחית. אין זה מקרה שממזרח לקייפ קנוורל נמצא האוקיינוס האטלנטי, ממזרח לקוסמודרום בייקנור נמצא את ימת אראל וממזרח למרכז שיגורי הלוויינים ג'יוקואן, נמל החלל הסיני, משתרע מדבר גובי. 

 

כל זה טוב ויפה, אבל מה לעשות שלא כל המדינות גדולות כמו רוסיה, ארה"ב וסין, או בעלות טריטוריות מרוחקות כמו צרפת. למעשה, יש מדינות צרות כל כך, שהן אפילו לא יכולות לשגר ממערב למזרח מחשש לחדור למרחב האווירי של מדינות אויב. טוב, בעצם יש מדינה אחת כזאת: ישראל.

 

כן, משגרי שביט שנושאים את לווייני אופק משוגרים מבסיס חיל האוויר בפלמחים – מערבה לים התיכון. מאחר שישראל דווקא קרובה יחסית לקו המשווה, פירושו של דבר שישראל שורפת יחסית המון דלק כדי להגיע להכניס לוויין למסלול סביב כדור הארץ. בין היתר, מסיבה זו הלוויינים הישראלים הם מהקטנים והחסכוניים בעולם – כדי לחסוך את עלויות הדלק הנוספות בשיגור נגד סיבוב כדור הארץ.

 

אבל למה לא לשגר לוויינים באמצעות מטוס? מה יקרה אם מטוס נוסעים רגיל ימריא מנתב"ג, ופשוט ימשיך לנסוק מעלה-מעלה, הלאה והלאה, יאללה-יאללה?

 

 

עבור משוגעי חלל, יש משהו מאוד מתסכל בטיסות רגילות. הנה אתם בגובה שיוט של 12 ק"מ מעל הקרקע, מתחתיכם העננים ומעל החלל השחור, אבל הטייס לא מוכן לנסוק עד קצת, ממש עוד טיפה. מה הקטע? האם זה בגלל שטסת בלואו קוסט?

 

ממש לא. כנפי המטוס בנויות כך שהאוויר יזרום מהר יותר מעל כנף המטוס, ולאט יותר מתחת לכנף. הפרש המהירויות גורם להפרש לחצים שיוצר את כוח העילוי, שגובר ככל שהמטוס נע מהר יותר בזכות מנועיו. ברגע שכוח העילוי גובר על משקל המטוס, המטוס ממריא, הקברניט עולה בקשר ומהמם משהו לא מובן ואז אפשר ללכת לשירותים.

 

אלא שהאוויר נהיה דליל יותר ככל שמטפסים במעלה שכבות האטמוספרה. אם המטוס ימשיך לנסוק מעל לגובה השיוט, כוח העילוי ייחלש והמטוס יפסיק לנסוק.

 

בשלב הזה הקברניט האמיץ שלנו יכול להחליט שהוא שורף עוד קצת דלק כדי להאיץ ולנסוק עוד יותר מעלה. הרי אמרנו שכוח העילוי הוא תוצאה של מהירות המטוס ביחס לזרמי האוויר שמעל ומתחת לכנפיים. מטוס הביון האמריקאי, לוקהיד SR-71, הגיע לגובה של 24 ק"מ. זה כל כך גבוה, שטייסים היו צריכים ללבוש חליפות לחץ כמו של אסטרונאוטים. אבל מה אם היינו רוצים לטפס גבוה יותר? כאן אנחנו נתקלים בבעיה חמורה נוספת: המנוע.

 

Image

 

כדי לשרוף את הדלק, מנוע סילון משתמש בחמצן שבאוויר. בגבהים גבוהים מדי, לא זאת בלבד שאין מספיק אוויר ליצירת עילוי נדרש,  אין מספיק חמצן בשביל להבעיר את הדלק. במילים אחרות, המנוע ייכבה, הנוסעים ייכנסו לפאניקה, והקברניט שלנו יבין שאולי בכל זאת כדאי לנחות בשארל דה גול. מסיבה זו, מנוע רקטי, כלומר מנוע של משגרים וחלליות, נושא את החמצן עמו מהקרקע.

 

כבר היום ישנם כלי תעופה בני כלאיים: חצי מטוס וחצי חללית. הדוגמה הטובה ביותר היא SpaceShipTwo של חברת וירג'ין גלקטיק, שנועדה לספק את שירותי התיירות הראשונים בחלל. המטוס WhiteKnightTwo נושא את החללית SpaceShipTwo לגובה 15 ק"מ, ואז, כשהאוויר הופך לדליל מדי, החללית מציתה את המנוע הרקטי שלה וממשיכה לבד לחלל.

 

אז באיזה גובה מטוסים מפסיקים להיות מטוסים ומתחילים להיות חלליות?

 

Image

 

 

אם אתם גרים בתל אביב, חיפה רחוקה מכם בדיוק כמו החלל. 

 

כן, קו קרמן, לפי המדיניות הרשמית של הפדרציה הבינלאומית לאווירונאוטיקה, מגדיר את הגבול בין כדור הארץ לחלל החיצון ב-100 קילומטרים בלבד מעל פני הים. תזכרו את זה בפעם הבאה שהדודה שואלת למה אתם לא באים לבקר. אפילו תחנת החלל הבינלאומית שמקיפה את העולם רחוק בגובה ממוצע של 300 ק"מ מעל קו קרמן, רחוקה מתל-אביביים פחות ממה שאילת רחוקה מהם! 

 

כמובן, קו קרמן הוא קו מלאכותי. אפשר להבין את זה מעגלגלות המספר 100. אבל זו אינה בחירה שרירותית. תיאודור פון קרמן, המהנדס ההונגרי-אמריקני, קבע את הגבול ב-100 ק"מ מאחר שזהו פחות או יותר הקו שמעליו האוויר הופך לדליל עד כדי כך, שלא ניתן עוד להיעזר בכוח העילוי. אם אתם טסים בגובה נמוך מ-100 ק"מ מעל פני הים – אתם נוסעים שטסים במטוסים. אם אתם טסים גבוה מ-100 ק"מ – אתם רשמית אסטרונאוטים שטסים בחלליות!

 

 

 

 

100 קילומטר אולי לא נשמעים כמו מרחק רב, וזה באמת לא רחוק. למעשה, די במיכל דלק מלא של מכונית ממוצעת כדי לשאת את משקלו של אדם יחיד לקו קרמן. אז רגע, אם החלל הוא כל כך קרוב, למה אנחנו לא טסים לשם מחר בבוקר? 

למה כל כך קשה להגיע לחלל?

 

 

 

על מנת לשגר אסטרונאוט יחיד לחלל שמעל קו קרמן, 100 ק"מ מעל גובה פני הים, לא דרוש יותר ממכל דלק מלא של מכונית רגילה. הבעיה: אותו אסטרונאוט יחיד יצטרך לסחוב גם את מיכל הדלק המלא ואת הטיל שצריך לשרוף את הדלק הזה. וכדי להאיץ את המשקל הנוסף של הדלק והמשגר לחלל צריך עוד דלק. הדלק הנוסף מהווה משקל נוסף, מה שמצריך עוד דלק. הדלק הנוסף מצריך עוד דלק והדלק הנוסף הזה מצריך עוד יותר דלק – וחוזר חלילה. אל תשכחו גם, שכדי לשרוף את כל הדלק הזה הטיל צריך לשאת עמו גם חמצן, שכידוע אין בחלל, וגם לזה יש משקל. הצמיחה המסחררת הזאת במשקל ודלק נקראת בפי מהנדסים "עריצות משוואת הרקטות". 

 

הפיתרון לעריצות משוואת הרקטות היא הנעה רקטית רב שלבית: מעבורת החלל, למשל, עומדת על כן השיגור, על גבי "מגדל בבל" של שתיים ואפילו שלוש רקטות. השלב הראשון מכלה את הדלק והחמצן שבתוכו, ניתק ונופל. ואז הרקטה השניה ניצתת ונותנת עוד קצת דחיפה מעלה, עד שגם היא נופלת לים. רק אז המעבורת עצמה מציתה את המנועים שלה ויוצאת לחלל. המשמעות היא שבסופו נשארים עם 95% דלק ורק 5% מטען (אסטרונאוטים, לוויינים, ציוד מדעי וכולי). 

 

 

 

אלא שלהגיע לגובה החלל זה חלק מהסיפור. בשביל להישאר שם, תצטרכו להגיע למהירות אדירה כדי להדביק את מהירות סיבוב כדור הארץ ולהישאר במסלול סביבו. על פני הארץ, בקו המשווה, הכדור שלנו מסתובב סביב עצמו ב-1,600 קמ"ש. אבל כמו בגלגל ענק, ככל שמתרחקים מהמרכז, מהירות הסיבוב גדלה. למשל, כדי שתחנת החלל הבינלאומית תדביק את מהירות סיבוב כדור הארץ בגובה 400 ק"מ מפני הים, עליה לטוס במהירות מסחררת של 28,800 קמ"ש! 

 

וכל זה רק כדי להגיע למסלול לווייני נמוך (Low Earth Orbit), שמתחיל כ-60 ק"מ אחרי קו ה-100 ק"מ של קו קרמן ונגמר בערך בגובה של 2,000 ק"מ מעל פני הים. למעשה, רוב הלוויינים המקיפים את כדור הארץ עושים זאת במסלול לווייני נמוך. כדי להתרחק עוד יותר ולבקר בגרמי שמיים אחרים במערכת השמש, תצטרכו להשתחרר לגמרי מכוח המשיכה של כדור הארץ. לשם כך יהיה עליכם לצבור מהירות של למעלה מ- 40 אלף קמ"ש! ושוב, זו מהירות שכדי להגיע אליה תצטרכו טונות של דלק, שיעמיסו משקל נוסף, שיצריך עוד טונות של דלק וחוזר חלילה. 

 

אז למה לא בכל זאת להסתפק בנסיעה לדודה בחיפה?

 

אולי משום שעמוק בלב, תמיד חלמתם להגיע רחוק יותר, גבוה יותר. ואתם לא היחידים. בני אדם חולמים להגיע לחלל כבר אלפי שנים. איך הם חשבו לעשות את זה?

 

 

 

 

 

מסעות מאוישים ובלתי מאוישים לחלל הם תופעה חדשה יחסית, בת כמה עשרות שנים, אך בני אדם דמיינו כיצד הם מבקרים כוכבים אחרים הרבה לפני המאה העשרים. למעשה, לפני כמעט 2,000 שנה הרטוריקן היווני, לוקיאנוס מסאמוסטאטה, יווני ממוצא אשורי הנחשב לאבי המדע הבדיוני, תיאר בכתביו מסעות אל הירח ואל כוכב הלכת נוגה וגם חיים בחלל ומלחמות בין כוכבים. השאלה היא, איך מגיעים כל כך רחוק? 

 

לאחר שכשגלילאו גליליי האיטלקי ותומס האריוט האנגלי הפנו את הטלסקופים שלהם לירח בתחילת המאה ה- 17 הרבה לסתות נשמטו בתדהמה. הרישומים של גלילאו בפרט חשפו עולם שונה עם מכתשים והרים שניתן ממש למפות. במשך מאות שנים לאחר מכן הוגים וסופרים ניסו לשער כיצד זה יהיה אפשרי בעתיד להגיע מעלה והלאה, לחלל, לעולמות חדשים. 

 

בספר "הפילוסוף היומרני" משנת 1775, למשל, מכונת שיגור מיוחדת מייצרת חשמל ססטי כדי לדחוף את עצמה מעלה. עוד קודם לכן, בשנת 1638, ספרו של פרנסיס גודווין תיאר זן מיוחד של ברבורים שיכולים לשאת משקל רב ואז בטעות, נושא את הגיבור אל הירח. 

 

 

 

 

בשנת 1835, בעקבות סדרת כתבות שהתפרסמה בניו-יורק סאן על גילויים של יצורים על הירח (פייק ניוז! לא היה ולא נברא), האמן האיטלקי סלבטורה פרגוֹלה הגה מעלית החלל, בדמות סירה עם גלגלי שיניים שטיפסו במעלה שרשראות עד לירח.

 

 

 

ובשנת 1889 אסטרונום אמריקאי בשם גארט סרוויס כתב ספר המשך לספרו הנודע של ה.ג. ולס, מלחמת העולמות, ובו הגיבור ממציא הנעה אנטי כבידתית. 

 

אבל האמת היא שרק המצאה אחת הכי התקרבה לשיגור טילים שאנו מכירים כיום, ואיש לא חשב עליה אז בתור אמצעי תעופה לבני אדם, אלא בתור כלי נשק וגם מופע של פיצוצים ואורות. אנחנו כמובן מדברים על המצאת זיקוקי דינור, שעדויות ראשונות להם אפשר לזהות כבר מסין העתיקה מהמאה ה- 13 לספירה.  

 

Image

 

 

קל להתייחס לכל שאר הרעיונות בגיחוך אבל היו רעיונות שלמרות שנחשבו מופרכים לגמרי, כמו למשל מעלית החלל, הציגו רעיון מקורי שכיום נידון ברצינות. מה שמעלה את השאלה:

האם אי פעם נוכל להגיע לחלל ללא חללית?

 

 

 

עד כמה שמעלית חלל נשמעת כמו רעיון מופרך, היא אפשרית מבחינה פיזיקלית. הרעיון הוא להציב משקולת במרחק אלפי קילומטרים מכדור הארץ, ולחבר את המשקולת לכבלים חזקים על הקרקע. המעלית עצמה תטפס על הכבלים באמצעות אנרגיה חשמלית או מגנטית, מה שיאפשר עלייה לחלל וירידה חזרה במהירויות מתונות. כך לא יהיה צורך בבידוד מפני החום הרב שנוצר כתוצאה מהחיכוך עם האטמוספרה ובנוסף, גם לא תהיה מגבלה על צורת ונפח המטענים. פשוט נכנסים למעלית ולוחצים על כפתור.

 

הבעיה העיקרית עם רעיון מעלית החלל: הכבלים יצטרכו לעמוד בעומסים אדירים. כיום יש חומר שניתן לייצר ממנו כבלים חזקים דיים, חומר חדשני שנקרא ננו-צינוריות פחמן – אבל אין מספיק ננו-צינוריות פחמן כדי לבנות כבלים באורך אלפי קילומטרים. למעשה, אין מספיק ננו-צינוריות פחמן כדי לייצר כבלים באורך קילומטרים ספורים. אבל לפחות תאורטית, מעלית החלל יכולה לעבוד, והיא אף נושא חם בכנסים מדעיים ומקצועיים המתקיימים בתעשיית החלל.

 

 

 

 

רעיון נוסף שזוכה לעדנה בשנים האחרונות הוא רעיון רכבת החלל. ב-1961, קצה נפשו של הפיזיקאי הצעיר ג'יימס פאוול בפקקים, והוא חשב על פטנט מהפכני: להשתמש במגנטים כדי להרים ולשנע קרונות נוסעים. פאוול פיתח את טכנולוגיית ה-Maglev (Magnetic Levitation): המסילה ממוגנטת ותחתית הקרון ממוגנטת – בקטבים הופכיים. בהיעדר חיכוך, רכבות Maglev יכולות להגיע למהירויות של 450 קמ"ש ויותר. למעשה, רכבות אלו פועלות היום בערים רבות בעולם.

 

ב-2001 ייסד פאוול את StarTrem, חברת הזנק ששואפת ליישם את טכנולוגיית הריחוף המגנטי כדי להאיץ קרונות למהירויות בריחה מכוח המשיכה של כדור הארץ. שלא כמו רקטות, רכבת חלל אינה מושלכת לאשפה אחרי שימוש אחד, ולטווח הארוך היא תחזיר את ההשקעה הראשונית בבניית המסילה. עם זאת, כוחות התאוצה האדירים יהפכו כלי כזה לבלתי ישים לשיגור אסטרונאוטים – אלא רק לוויינים, אספקה וציוד מדעי, למשל לתחנת החלל הבינלאומית.

 

מה שמחזיר אותנו בינתיים להנעה רקטית, פטנט מדהים שהסינים הקדומים חשבו עליו כבר במאה ה-13 לפנה"ס – כשהם שיגרו זיקוק דינור. ככל שנלמד להשתמש במשגרים ממוחזרים וזולים יותר, כך נוכל להוזיל את המסעות לחלל ואז, מי יודע, אולי גם לכם או לילדיכם תהיה כבר הזדמנות לחצות את מחסום השמים ולהיות אסטרונאוטים. 

 

אבל לפני הכל, כדאי לכם לדעת, איך זה מרגיש להיות שם, מחוץ לחללית, בחלל הפתוח?