דוכיפת 2: ננו-לוויין התלמידים

החל מהרכבת הלוויין, דרך תכנות הלוויין ובקרת תפעולו, ועד ניהול המשימה המדעית ועיבוד הנתונים- עשרת צוותי דוכיפת 2 עושים עבודה ברמה של מכון מחקר אקדמי. כדי להכיר את הפרויקט לעומק, אנחנו מזמינים אתכם להכיר לעומק את הצוותים שגורמים לו לקרום עור וגידים.

הכי נקי שיש: צוות החדר הנקי מכין את כולם למסדר

על מנת לבצע להרכיב את הלוויין כראוי ולבצע בדיקות, דרוש חדר נקי. וכשאנחנו אומרים "נקי", אנחנו לא מתכוונים ל"סדר פסח" או נקי "כמו בית מרקחת", אלא הרבה מעבר לכך! מדובר בחדר עם מערכת לחץ שדואגת לכמות מזערית של אבק ולחות, דבר שלוקח הרבה עבודה כדי לעמוד בתקנים המבטיחים שבזמן ההרכבה, רכיבי הלוויין לא יפגעו. צוות החדר הנקי מהקבוצה במרכז המדעים הרצליה, מכשיר את החדר, בונה את פרוטוקול העבודה בו, מתאם את זמני הבדיקות והעבודה בו, ובאופן כללי, מפקח שהכל יתקתק כמו שצריך בבנייה הפיזית של  הלוויין.

Image

מרכיבות את הלוויין: צוות תכנון מכני

צוות הבנות מקבוצת ירוחם, מדרשיית קמה, אחראי לבחון את המפרט הטכני של רכיבי הלוויין ואז לקבוע כיצד הוא יורכב. התלמידות לומדות את הנתונים הפיסיים של הלוויין ולוקחות בחשבון את מרכז המאסה, פיזור הטמפרטורה וחוזק החומרים שבו, כל זאת כדי לקבל החלטה על המיקום כל הרכיבים האלקטרוניים. במהלך עבודתן, התלמידות אף מצאו טעויות בתכנון המבנה החיצוני - שלד הלוויין - ובעקבות כך כתבו לחברה היצרנית לבצע תיקונים בהתאם. 

Image

מריצים את הכל: צוות התכנות מחליט איך יעבוד לוויין

כשאתם קונים מחשב, הוא בדרך כלל מגיע עם מערכת הפעלה או שצריך להתקין אחת מוכנה מהחנות. כדי להריץ את מערכת ההפעלה של הלוויין, צריך קודם כל צוות תכנות שיבנה מערכת הפעלה, פשוט כי אין. כדי לעשות זאת, צריך "להריץ" קצת גם את שאר הצוותים. זאת מאחר שעל מנת להורות למחשב הלווייני מה לעשות, מתי ואיך, צוות התכנות מקבוצת הרצליה, צריך לקבל משאר הצוותים את הדרישות שלהם ולאפיין מערכת לפי החלטותיהם, כל צוות בתחומו. בכך יש גם אתגר לא קטן בפתרון בעיות אינטגרטיביות. צוות בקרת החשמל עשוי להחליט, למשל, על הפעלת רכיבים מסויימים תוך התחשבות בתנודות עצמת הסוללה, ואילו צוות התרמודינמיקה עשוי לבחור להפעיל רכיב אחר כדי לייצר חום כאשר הטמפטורות צונחות. את כל ההחלטות הללו צוות התכנות צריך להטמיע בקוד של הלוויין. 

Image

לדבר עם לוויין: צוות התקשורת קולטים את אותות הלוויין

איך מתקשרים עם לוויין? איך יוצרים תוכנה שתדע לתרגם את המידע שהוא משדר, לאגור ולמיין אותו? ואיך מחליטים כמה מידע יישלח, כל כמה זמן זה יקרה וכו'? לצוות התקשורת של דוכיפת 2 יש החלטות רבות לקחת ולשם כך, התלמידים ממרכז המדעים הרצליה לומדים על תקשורת לוויינים, על האופן בו פועלים אותות רדיו ותחנת קרקע. חשיבות תחנת הקרקע היא באיסוף הנתונים המדעיים שנאספים כמו גם בניטור מצבו הפיסי.

Image

לפענח את המטריקס: צוות בקרת משימה

זוכרים את הסצנה ההיא מהמטריקס, שבה הגיבורים מפענחים מפל טורים של אותיות וסימנים סתומים על גבי מסך מחשב? ובכן, צריך לפענח גם את נתוני הלוויין הסתומים באותה מידה. צוות התקשורת מעביר את הנתונים לצוות בקרת המשימה והוא זה שאחראי לפענח אותם. תלמידי עאהד, בית ספר למצויינות במדעים של הפזורה הבדואית שבחוּרה, לומדים מדעי המחשב. באמצעות תכנה ייעודית שכתבו התלמידים, האותות מומרים לגרפים וכך אפשר לעקוב אחר המתח החשמלים על הפאנלים של הלוויין, לנטר אחר חשיפתו לשמש, להבין את הנתונים המדעיים המתקבלים ועוד. התכנה עובדת אונליין כך שצוותים שונים בעולם יכולים להיכנס מהטלפון הנייד ולהתעדכן בנתונים בזמן אמת. 

Image

לעולם בעקבות השמש: צוות EPS אחראי על מערכת בקרת החשמל 

כאשר הוא כבר בחלל, מטרתו העיקרית של הלוויין היא לעבוד כמה שיותר זמן ולשלוח נתונים רבים ככל הניתן. ולכן, ממש כמו הלוויינים הגדולים, גם דוכיפת 2 מצויד בתאים סולריים. ככל שהתאים הסולריים הללו יופנו לשמש, הם יוכלו להפיק יותר חשמל. ועדיין, בשל ממדיו, דוכיפת 2 אינו יכול לשאת מספיק תאים סולריים שיספקו לו את כמות החשמל לה הוא זקוק. לכן, את החשמל של דוכיפת 2 צריך לנהל בקפידה, כלומר ביעילות מרבית. על כך אחראיים חברי צוות בקרת החשמל מקבוצת הרצליה. 

הצוות מבצע אנליזות, מבחנים ובדיקות, על מנת להחליט באיזו מידה יוכל הלוויין לפעול במצב האופטימלי כאשר הוא בחשיפה מלאה לשמש; כמה לאפשר לו לפעול כאשר הוא מוסתר מהשמש; ובאיזה שלב יש לעצור את פעילותו לפני שהסוללה מתרוקנת לגמרי. ניהול חשמל וכתיבת אלגורתמים מתוחכמים המונעים מצב של עומס, הם כמה מהמיומנויות שצוות זה רוכש על הדרך.

לפני שהעניינים מתחממים, צוות תרמודינמיקה נכנס לפעולה

כאשר הלוויין בחלל, הצד הפונה לשמש הולך ומתחמם ואילו הצד המנוגד לשמש, מתקרר. לכן, כאשר מפעילים רכיבים, עלולה להיווצר התחממות יתר בצד אחד, בעוד שבאחר הם עלולים לקפוא ולהפסיק לעבוד. צוות תרמודינמיקה מקבוצת הרצליה, אחראי על כך שזה לא יקרה. בקרת חום היא שם המשחק והצוות קובע את הפרוטוקול המכתיב מה להפעיל מתי, כמה ועוד החלטות דומות, הכל על מנת לדאוג שהלוויין יתפקד כראוי בטמפרטורות הקיצוניות של החלל.

בלב המשימה המדעית: צוות מטע"ד

לב המשימה של לוויין, כל לוויין, נקרא המטע"ד, כלומר, המטען היעודי שלו. המטע"ד של דוכיפת 2, הוא חיישן שנועד לחקור פלזמה בשכבה עליונה של האטמוספירה- התרמוספרה. פלזמה אינה נוזל או גז, אלא מצב צבירה אחר. היא נראית לעיתים כמו גז תזזיתי ובוהק ולמעשה, מדובר בחומר המכיל חלקיקים חופשיים טעונים חשמלית, כמו אלקטרונים. כאשר אלקטרונים ניתקים מהאטום בשל מטען חשמלי חזק, כמו ברק המפלח את השמיים או בשל חום גבוה מאוד כמו בשמש, אז נוצרת פלזמה (זו הסיבה, למעשה, שאנו רואים ברקים- הינתקות האלקטרונים מהאטומים באוויר, בתהליך הנקרא "יינון", הופך את האוויר לפלזמה בוהקת שנראית למרחוק). 
 
פלזמה נוצרת גם בשכבה העליונה של האטמוספירה, שכבה הנקראת "יונוספירה". באזור זה תהליך היינון (שעל שמו נקראת היונוספירה) מתרחש בגלל קרינת השמש החזקה. משימת דוכיפת 2 היא לחקור את הפלזמה הנוצרת ביונוספירה באמצעות חיישן מיוחד. בגלל ניצול האנרגיה הגבוהה של החיישן והדרישות הניהוליות שלו, דרוש צוות מיומן שישגיח שהכל יפעל כשורה- וזהו צוות מטע"ד מקבוצת הרצליה. תלמידים אלה לומדים על תכונות הפלזמה ועל ניהול המשאבים והרכיבים המדעיים של המשימה. בין השאר הם מחליטים מתי לבצע בדיקה ומשגיחים שהחיישן תקין.

Image

סאלטות בחלל: צוות בקרת הכוון ידאג לייצב את טיסת הלוויין

במסגרת המשימה המדעית שניתנה לדוכיפת 2, חיישני מדידת הפלזמה של הלוויין צריכים במשך כל טיסתו סביב כדור הארץ להיות מופנים כלפי כיוון השיוט. הבעיה היא, שמהרגע הזרוע הרובוטית בתחנת החלל הבינלאומית משלחת את הלוויין לדרכו, הוא נכנס לסחרור בלתי נשלט. מצד שני, להעמיד מנוע על לוויין כל כך קטן על מנת לייצב אותו, זה בלתי אפשרי. אז מה עושים? תאמינו או לא, דוכיפת 2 מייצב את עצמו ומתקן סטיות תוך כדי תנועה, בעזרתו האדיבה של מגנט ענק בשם כדור הארץ. 
 
איך זה עובד? לכדור הארץ יש שדה מגנטי לא מבוטל, אותו חוויתם כל פעם שהשתמשתם במצפן והמחט התמגנטה לה לכיוון צפון. מי שאחז פעם שני מגנטים בידיו, יודע שהם יכולים לדחות זה את זה או למשוך, תלוי איזה צד (פלוס/מינוס) מצמידים. בכל צדדיו של דוכיפת 2 מותקנים רכיבים שברגע שמזרימים להם חשמל, ניתן להפוך אותם למגנט שמגיב לשדה המגנטי של כדור הארץ. הצוות של דוכיפת 2 אמנם לא המציא את השיטה, אך הוא משתמש בה על מנת לגרום לצירי הלוויין להתקרב או להתרחק ביחס לכדור הארץ וכך לייצב את הלוויין כולו. לצורך כך צוות בקרת הכוון, שהוא שיתוף פעולה בין תלמידות אולפנת עפרה וקבוצת הרצליה, מתמחה בשדות מגנטיים, וקטורים, האופן בו פועלת מערכת ההכוון של לווייני קובייה, וכן כתיבת אלגוריתמים למערכת בקרת ההכוון. 

Image

אחד בשביל כולם: צוות הנדסת מערכת ואינטגרציה

דמיינו שיש לכם מפעל שכל המחלקות שלו מפוזרות ברחבי הארץ. איך מתאמים בין המחלקות השונות? איך בכלל ניתן להחליף רעיונות בקלות וביעילות? 
אחד האתגרים המעניינים בפרוייקט דוכיפת 2, הוא לקיים שיתוף פעולה רציף ויעיל בין כל הצוותים- לא דבר של מה בכך כאשר מדובר ביותר משמונים תלמידים הממוקמים במוקדים מרוחקים זה מזה ברחבי הארץ. צוות הנדסת מערכת ואינטגרציה הוא תוצר של שיתוף פעולה בין קבוצת אופקים (בית הספר הממלכתי עמל אמירים ותלמידות האולפנה איילת השחר) לקבוצת הרצליה. זהו אחד הצוותים החשובים ביותר כי הוא דואג לשלב בין כלל תתי-מערכות הלוויין למערכת אחת המאפשרת את הקמתו: הוא מקשר בין הצוותים ומתאם ביניהם, על מנת לאפשר שהכל ילך כשורה ולפי לוחות זמנים. וכך, תוך שהם לומדים ניהול פרויקטים ויצירת שיתוף פעולה ארגוני, צוות זה מקשר בין מוקדים פזורים והופך אותם למערכת משומנת אחת. 

Image

עם ביקורו של בריאן מיי, גיטריסט להקת קווין במסגרת הופעתה בישראל, סוכנות החלל הישראלית פנתה אליו וסיפרה לו על הפרויקט שבמסגרתו תלמידי תיכון מתכננים ובונים ננו-לוויין. בהיותו גם דוקטור לאסטרופיזיקה מיי התעניין ונפגש עם 8 מתלמידי המרכז למדעים הרצליה אחרי ההופעה. 

לסיפור המלא>>

Image

אורי קראוטהמר

גיל: 17

כיתה: י"א

מקום מגורים: הרצליה

ארץ לידה: ישראל

מגמת לימודים: מדעית טכנולוגית

צוות במיזם 'דוכיפת 2': אינטגרציה

מתי התחלת להתעניין בתחום החלל? 

התחלתי להתעניין בתחום החלל כשהייתי בן ארבע. ראיתי סרטים כגון אפולו 13 וזה גרם לי לרצות להיות אסטרונאוט. התעניינותי התרחבה כאשר אחי הגדול הזמין אותי ואת אימא שלי לכנס פישר שבו הוא הציג את פרויקט גמר הלימודים שלו בנושא תיירות חלל בפני ראש נאס"א לשעבר.

איך היה לעבוד עם תלמידים מרחבי הארץ? 

כאשר יצא לי לעבוד עם אנשים מהקבוצות השונות נהניתי מאוד משום שהכרתי אנשים שלא היה יוצא לי לדבר אתם בדרך כלל והבנתי איך תחום החלל יכול לקרב אנשים. 

מה תהיה כשתהיה גדול?

מהנדס בתעשייה האווירית.

מה התחביבים שלך? 

אני משחק אולטימייט פריזבי, צולל ומשחק במחשב בזמן המועט שיש לי.

האם יש חוויה מיוחדת שזכורה לך מתקופת העבודה על הלוויין? 

החוויה המיוחדת שהייתה לי היא לילה לבן שעשינו בו סימולציות של שהיית הלוויין בחלל. בדקנו אם הלוויין מגיב כראוי במצבים של יום ולילה. 

מה למדת מהמיזם? 

למדתי איך לעבוד בחדר הנקי עם הלוויין, למדתי איך מערכות התקשורת בתחנת הקרקע שלנו עובדות, פרוטוקולי תקשורת של חובבי רדיו. הצוות שלי ואני פיתחנו את מנגנון הפרישה של המטען הייעודי של הלוויין.

Image

עמית אבן חיים

גיל: 18

כיתה: י"ב

מקום מגורים: מיתר

ארץ לידה: ישראל

מגמת לימודים: תנ"ך

צוות במיזם 'דוכיפת 2': תכנון מכאני - קבוצת ירוחם

מתי התחלת להתעניין בתחום החלל?

מאז שהייתי קטנה הייתי סקרנית לגבי מה יש מעבר לכדור הארץ ומה מתרחש שם בחלל.

איך היה לעבוד עם תלמידים מרחבי הארץ?

זו הייתה דרך עבודה שונה לגמרי מאיך שאני רגילה – הנסיעות, ההתכתבויות במיילים עם צוותים אחרים. אך זו גם הייתה חוויה של הכרת אנשים שונים שבאים מרקעים שונים מהאנשים שאני פוגשת ביום-יום שלי. 

מה תהיי כשתהיי גדולה?

אהיה עדיין סקרנית לדעת כמה שיותר.

מה התחביבים שלך?

ספרים ומוזיקה

האם יש חוויה מיוחדת שזכורה לך מתקופת העבודה על הלוויין?

קצת פחות משנה אחרי שהקבוצה שלנו התחילה, דוכיפת1 שוגר והוזמנו לראות את השיגור ממרכז המדעים בהרצליה. אני זוכרת שאחרי השיגור התקשרו בסקייפ אל התלמידים שטסו לראות את השיגור וראו עד כמה הם מתרגשים, ואז הבנתי שזה אמִתי, שגם דוכיפת2 ישוגר, שזה לא סתם פרויקט ושזה דבר מיוחד ונדיר להיות חלק מזה.

מה למדת מהמיזם?

למדתי לשאוף גבוה ולדעת שאני יכולה לעשות כל כך הרבה דברים – שהשמים הם לא הגבול!