בסרטי מדע בדיוני הגיבורים בחללית אף פעם לא מרחפים בחסור משקל אלא תמיד הולכים ויושבים כאילו תנאי המיקרו-כבידה בחלל אינם משפיעים עליהם. מהי בדיוק הכבידה המלאכותית שמצמידה אותם לקרקע? זו שאלה כבדת משקל, תרתי משמע, כיוון שבמסעות מאויישים ליעדים רחוקים, החיים בחוסר משקל אינם אידיאליים, בלשון המעטה.
הפתרון המוביל כיום לכבידה מלאכותית, הוא באמצעות רוטציה עם כוח צנטרפוגלי שיצמיד את האסטרונאוטים לדפנות החללית. זו גם היתה משימתו של גדי מינסטר, מלגאי רמון של סוכנות החלל הישראלית במשרד המדע, שעמד בראש צוות סטודנטים מאוניברסיטת דרום קליפורניה. הצוות השקיע תשעה חודשים בעיצוב החללית היפריון למאדים במסגרת תחרות מסע לחלל של נאס"א שהתקיימה ביוני, וזכה במקום הראשון במחלקת הבוגרים.
התחרות השנתית, שמטרתה לחולל רעיונות מהפכניים למערכות חלל, הגיעה לשיאה בפורום בן שלושה ימים במהלכו המועמדים הסופיים מתוך עשרות צוותים התחרו בקוקואה ביץ' בפלורידה ביוני האחרון.
במהלך התחרות, הסטודנטים באוניברסיטה עבדו יחד כדי לעצב ולנתח חלליות וארכיטקטורות שיוכלו לעמוד במסע בחלל למרחקים ארוכים. השנה, הסטודנטים יכלו לבחור בין ארבעה נושאים של חקר החלל. הצוות של בית הספר להנדסה ע"ש וטרבי באוניברסיטת דרום קליפורניה, שכלל גם את אלכסנדר צ'אנג, ג'ייקוב אינווה, סריראם נריאנן, אוסטין קרטר וג'יאלינג טונג, בחר בנושא "מעבורת חלל עמוק מאוישת עם כבידה מלאכותית לשימוש חוזר". משימתם היתה לעצב חללית עם כבידה מלאכותית, הדומה לכבידה של מאדים, שתוכל לעמוד בשלוש משימות אל כדור הארץ ובחזרה למשך תקופה של 15 שנים.
על אף שהסיבה להדמיית הכבידה של מאדים לא צוינה, מינסטר שיער שהמטרה היא להרגיל אסטרונאוטים לתנאים של מאדים לפני הנחיתה על הכוכב האדום.
"החשש הוא שאחרי שהאסטרונאוטים יבלו חצי שנה בחלל, הם ינחתו על מאדים ולא יהיו מסוגלים לתפקד באופן אפקטיבי", אמר מינסטר. "זו הסיבה שאנחנו יוצרים כבידה מלאכותית – כדי להכין אותם למסע הארוך שלפניהם".
הצגת הפרויקט | הסרטון נוצר בשיתוף עם בית הספר לקולנוע של אוניברסיטת דרום קליפורניה
כבידה מלאכותית: מסתובבים בחלל
אחרי תקופה ממושכת בסביבה ללא כבידה בתחנת החלל הבינלאומית, כשהאסטרונאוטים חוזרים לכדור הארץ קשה להם לנוע. מעבר לכוח המשיכה של כדור הארץ, עליהם להתאים מחדש את חוש הכיוון והאיזון שלהם. לפעמים לוקח להם שבועות עד שהם מסוגלים לתפקד בצורה נורמלית – מה שיהווה בזבוז זמן עבור החוקרים שנחתו על מאדים.
על מנת ליצור כבידה מלאכותית, הצוות עיצב חללית מסתובבת, תחת הנחייתו של פרופסור המחקר דיוויד ברנהרט, מנהל מרכז המחקר להנדסת חלל במכון המדעי המידע של USC. הכוח הצנטרפוגלי כתוצאה מהסיבוב, מייצר תחושה של משיכה לכיוון רצפת החללית אשר מחקה את השפעות הכבידה. במקרה זה, הצוות חישב שהחללית תצטרך להסתובב בקצב של כשלושה מחזורים בדקה על מנת לדמות את הכבידה של מאדים, השווה בערך ל-38% מהכבידה של כדור הארץ.
שיטה זו של יצירת כבידה מלאכותית מופיעה באופן נרחב בסרטי מדע בדיוני וכיום היא האפשרות הטכנולוגית המעשית ביותר. "השאלה הגדולה היא מה בדיוק צריך להסתובב היא אחת מהשאלות הגדולות ביותר בתכנון החללית," מסביר מינסטר. הצוות שהוביל היה היחיד בתחרות שבחר לסובב את כל החללית. באופן זה, המתכננים יכלו להימנע מההתמודדות עם בעיות החיבור בין מודולים מסתובבים לנייחים.
העיצוב החדשני של הצוות כלל מספר תכונות המאפשרות את הרוטציה הייחודית. על מנת לשמור על האיזון, הם השתמשו במבנה דינאמי שמתקצר ומתארך על מנת לפצות על שינויים במסה בעקבות צריכת הדלק והמשאבים. על מנת לשמור על קשר עם כדור הארץ, הם השתמשו בטכנולוגיית אנטנות מוכחת שחללית MarCO של נאס"א משתמשת בה כיום, המניעה את האנטנות באופן אלקטרוני במקום מכאני, כך שיוכלו למצוא את הכיוון הנכון תוך מילישניות ספורות.
לבסוף, ברגע שהחללית מגיעה ליעדה, הלוחות הסולאריים תוכננו כך שיוכלו להפוך ל"מצנחים", כדי להגביר את כוח הגרר ולהאט את המעבורת באופן הדרגתי בלי להשתמש במערכות הנעה יקרות. בשיטה זו, הנקראת "בלימה אטמוספירית", משתמשת הגשושית אקסו מארס של סוכנות החלל האירופית ורוסקוסמוס הרוסית.
על מנת להבטיח את הצלחת הפרויקט, צוות המהנדסים, המורכב הן מסטודנטים לתואר ראשון ממחלקת הנדסה אסטרונאוטית ומחלקת הנדסת החלל והנדסה מכאנית, עבדו יחד עם סוקרים ממעבדות הנעת הסילון של נאס"א (JPL) ומדענים מצוות אקסו מארס.
באוקטובר הקרוב הצוות יציג את עבודתו בכנס האסטרונאוטיקה הבינלאומי בגרמניה.