כמה לוויינים יש עכשיו בחלל, איך זה שהם לא נופלים לכדוה"א והאם אפשר לקרוא עיתון מהחלל?
מה זה לוויין?
640px-ISS-45_Cygnus_5_approaching_the_ISS_(2).jpg
לוויין הוא כל עצם שמקיף, כלומר מלווה, את כדור הארץ. הירח הוא הלוויין הטבעי שלנו, וכל הלוויינים שנוספו לו מאז ראשית עידן החלל הם מלאכותיים, כמובן.
למעשה, כשהלוויין הראשון בהיסטוריה, ספוטניק 1, שוגר ב-1957 למסלול סביב כדור הארץ, הוא נקרא בעברית "ירח מלאכותי" וגם "בן ירח". את המילה "לוויין" חידש ראש הממשלה השני של ישראל, משה שרת.
1076px-Wwwm3711 (1).jpg
ואילו היום, כשהאנושות מפעילה לוויינים המקיפים גם עולמות אחרים – כמו הירח, נוגה ומאדים – נהוג לקרוא להם "מקפות" (חללית המקיפה גרם שמיים אחר) או "גשושיות" (חללית המסוגלת להיכנס ולצאת בכוחות עצמה ממסלול סביב גרם שמיים אחר ולנחות על פניו או לצלול לתוך האטמוספירה שלו).
כמה לוויינים יש עכשיו בחלל?
ב-1957 עשתה ברית המועצות את הלא ייאמן ושיגרה לוויין לחלל. ספוטניק 1 היה העצם הראשון מעשה ידי-אדם שנכנס למסלול סביב כדור הארץ. בנובמבר אותה שנה שוגר ספוטניק 2 וכבר ב-1958 שוגרו עוד שמונה. ב-1960 – עוד 20. ב-1970 – 130. בשנת 1990 שוגרו לא פחות מ-168 לוויינים למסלול. ובשנת 2017 נרשם שיא של כל הזמנים: 453 לוויינים הצטרפו לחבריהם.
Debris-GEO1280 (1).jpg
לפי משרד האו"ם לענייני החלל החיצון (UNOOSA), נכון ל-2019 עוטפים את כדור הארץ 4,987 לוויינים – מתוכם כ-2,000 לוויינים פעילים. כמובן, לא כל לוויין שאי פעם שוגר עדיין חג במסלול. ספוטניק 1, למשל, נשרף בכניסתו חזרה לאטמוספירה בינואר 1958, אחרי שהשלים 1,140 הקפות. אלא שמספר הלוויינים החדשים המשוגרים לחלל, ובעיקר למסלול לווייני נמוך (LEO) סביב כדור הארץ, גדול ממספר הלוויינים הישנים שנשרפים באטמוספירה. התוצאה היא מעין "פיצוץ אוכלוסין" חללי. דוגמה מוחשית לכך קיבלנו בספטמבר השנה, כשהלוויין אאוליס של סוכנות החלל האירופית נאלץ לבצע תמרון חירום כדי לחמוק מהתנגשות עם אחד מלווייני פרויקט התקשורת סטארלינק של ספייס אקס.
בד בבד, תעשיית החלל נמצאת בעיצומה של מהפכת מזעור. מבשר המהפכה הזאת הוא הלוויין קיובסאט, לוויין קובייה שמידותיו 10X10X11.35 ס"מ ומשקלו אינו עולה על קילו וחצי. שיגור קיובסאט, שלרוב "תופס טרמפ" על שיגור של לוויין רגיל, הוא גם הליך זול למדי –פחות מ-100,000 דולר. הפלטפורמה הקטנה והחכמה של הקיובסאט מאפשרת למדינות קטנות, לעסקים פרטיים, לאוניברסיטאות מחקר ואפילו לבתי ספר יסודיים לבנות ולשגר לוויינים לחלל. התוצאה היא למעלה מאלף לווייני קובייה שכבר שוגרו בהצלחה, ועשרות אלפים שצפויים להצטרף אליהם בשנים הקרובות.
למהפכת המזעור יש ערך מדעי כפול: היא מאפשרת ליותר חוקרים עריכת ניסויים בחלל, והיא מאפשרת את הצבתן של תחנות ממסר בחלל. כך למשל ב-2018 שיגרה נאס"א את הנחתת אינסייט למאדים. יחד עם אינסייט שוגרו שני לווייני קובייה, שאפשרו תקשורת בזמן אמת עם החללית – גם כאשר כדור הארץ ומאדים היו משני עברי השמש. תחנות ממסר זעירות כאלה יכולות לעזור לאנושות לחקור את מערכת השמש (למשל, לבסס תקשורת עם הצד הרחוק של הירח) אבל גם לרשֵת את כדור הארץ באינטרנט מהחלל. נתקעתם בלוע הר געש? שטים ביאכטה בלב ים? תמיד אפשר לשלוף את הטלפון ולהתחבר ללוויין קובייה.
Total-CubeSats-Launched.jpg
איך לוויינים בחלל לא נופלים חזרה לכדור הארץ?
640px-Zero_G.jpg
אנשים רבים חושבים שבחלל אין כוח כבידה – ולכן האסטרונאוטים מרחפים והלוויינים אינם נופלים חזרה לארץ. אבל האמת היא שרוב הלוויינים מקיפים את כדור הארץ מגובה של בין 100 ל-2,000 ק"מ בלבד מפני הים (מסלול לווייני נמוך – LEO). במילים אחרות, אם אתם גרים בחיפה, למשל – באר שבע רחוקה מכם יותר מהרבה מאוד לוויינים.
בגבהים כאלה כוח הכבידה שפועל על הלוויין כמעט אינו שונה מכוח הכבידה שמצמיד אותנו למטה – לכיוון מרכז המסה של כדור הארץ. אז איך הלוויין אינו נופל? הוא כן. כל הלוויינים נעים במסלול סביב כדור הארץ ולכן אפשר לומר שהם נמצאים בנפילה תמידית לכיוון כדור הארץ, ורק מהירותם היא שגורמת להם להמשיך ולנוע סביב כדור הארץ. אילו היינו במעלית שנותקה מכבליה והיא נופלת נפילה חופשית, גם אנחנו היינו "עפים" בתוכה, מכיוון שאנו והמעלית היינו נופלים באותה מהירות לכיוון כדור הארץ. מבחינה זו, לוויין דומה למעלית המצויה בנפילה חופשית תמידית לכיוון כדור הארץ, ותמיד "מפספסת" את הקרקע. ה"פספוס" הזה נקרא מסלול.
Tracy_Caldwell_Dyson_in_Cupola_ISS (1).jpg
כדי להגיע למסלול סביב כדור הארץ, הלוויין משוגר לא רק למעלה אלא גם מזרחה, עם כיוון הסיבוב של כדור הארץ, כדי "להרוויח" את התנע שסיבוב כדור הארץ מקנה לו, במהירות של לפחות 28,000 קמ"ש, או 7.8 קילומטר לשנייה, תלוי במרחק הלוויין מכדור הארץ. לאחר מכן, אין צורך להשקיע דלק נוסף כדי לשמור אותו "למעלה" לכמה שנים טובות.
עם זאת, כל הלוויינים ייפלו בסופו של דבר. גם באוויר הדליל מאוד של החלל הקרוב לכדור הארץ יש מולקולות של גז – והן מתנגשות בלוויינים ללא הרף. התנגשויות אלה מאיטות את מהירותו. ההתנגשויות נקראות "גרר אטמוספירי", וההשפעה שלהם קטנה ככל שמתרחקים מכדור הארץ. במסלול לווייני נמוך, תוחלת החיים הממוצעת של לוויין היא 15 שנים. לאחר מכן, ההתנגשויות יאטו את הלוויין למהירות הנמוכה ממהירות הסיבוב של כדור הארץ, והוא יתחיל לאבד גובה – עד שיישרף באטמוספירה.
אילו סוגי לוויינים יש?
640px-James_Webb_Primary_Mirror.jpg
מה משותף בין ריגול, טלוויית יס, WAZE, ומעבדה לחקר חיידקים בחלל? התשובה, כמובן, היא לוויינים.
לוויינים נחלקים לשלושה סוגים עיקריים: צבאיים, מחקריים ומסחריים. לוויינים צבאיים הם למעשה "מטוסי ריגול" בחלל. לחיל האוויר האמריקני, למשל, אסור לטוס מעל איראן. זאת תהיה פלישה למרחב האווירי של מדינת האויב, והיא עלולה לגרור תגובה צבאית. לכן הפתרון המתבקש הוא לצלם מהחלל ריכוזי כוחות ואתרים צבאיים, למשל של תוכנית הגרעין האיראנית. ויש גם לוויינים צבאיים שנעשה בהם שימוש אזרחי. כך למשל, לווייני ה-GPS שכולנו נעזרים בהם כדי להזמין מונית נבנו על ידי צבא ארצות הברית ונועדו לניווט לווייני של כוחות אמריקניים. בחלל שמעלינו פעילים כיום כ-1,000 לוויינים צבאיים ולוויינים צבאיים לשימושים אזרחיים, ולפעמים אנחנו פשוט לא יודעים מה הם עושים שם למעלה.
רק באוגוסט השנה נחתה סוף־סוף החללית USA-277, החמישית והאחרונה (בינתיים) בסדרת X-57 הסודית של חיל האוויר האמריקני, אחרי שבילתה 718 (!) ימים בחלל. מה היא עשתה שם כל הזמן הזה? ההשערות כוללות ריגול אחר תחנת החלל הסינית טיאנגונג 1, או ניסויים בכלי נשק שנועדו להפיל לווייני ריגול של האויב.
אנימציה המראה את צי לווייני מחקר כדור הארץ של נאס"א (נכון ל-2011). קרדיט: נאס"א
לוויינים מחקריים הם לוויינים המשמשים למחקר מדעי. חלקם, כמו טלסקופ החלל האבל, מופנים כלפי חוץ, כלומר מצלמים עולמות וכוכבים אחרים, אבל רובם מכוונים אלינו, לכדור הארץ. כ-200 לוויינים מחקריים פעילים משמשים היום למחקר של כדור הארץ. כך למשל, לוויינים מחקריים הם אלה שמגלים לנו מגמות של התחממות גלובלית, באמצעות ניטור מתמיד של המסת הקרחונים, כריתת יערות וריכוזי פחמן דו-חמצני באטמוספירה. קשה להאמין באיזו קלות התרגלנו כולנו למילים "ונעבור לתמונת הלוויין" בתחזית מזג האוויר. גם תחנת החלל הבינלאומית, המאוישת בקביעות מאז שנת 2000, אינה אלא לוויין מחקרי גדול במיוחד.
Directv_atq (1).jpg
לוויינים מסחריים הם לוויינים המוכרים שירותים מהחלל. הלוויין המסחרי הראשון, טלסטאר 1, שוגר ב-1962 ואפשר את שידור הטלוויזיה הטרנסאטלנטי הראשון. גם היום טלוויזיה בלוויין היא מהשימושים הנפוצים ביותר של לוויינים. לוויינים אחרים מספקים שירותי צילום מסחריים, כלומר תמונות באיכות גבוהה וברזולוציה חסרת תקדים של כל נקודה ופינה בעולם. את כל התמונות שאנו רואים בגוגל earth, למשל, צילמו לוויינים בחלל. ויש גם עסקים אחרים בחלל, מלבד תקשורת. חברת ספייס פארמה הישראלית מפתחת תרופות שנוסו על חיידקים בלוויינים, שכן חיידקים מפתחים עמידות רבה יותר לתרופות בתנאי העקה של מיקרו-כבידה, וכל תרופה שנוסתה בהצלחה עליהם תחסל בלי בעיה את החיידקים הארציים שלנו. כ-800 לוויינים מסחריים פעילים כרגע במסלול סביב כדור הארץ.
האם אפשר לקרוא עיתון מהחלל?
בשיא המלחמה הקרה הסתובבה שמועה שלפיה לווייני ריגול יכולים "לקרוא" את כותרת העיתון שאדון זה או אחר מחזיק בפארק בוושינגטון או במוסקבה. זאת הייתה הגזמה פרועה ליכולות הטכנולוגיות של שנות ה-50 וה-60, ולמעשה גם היום הדבר בלתי אפשרי מבחינה מעשית.
CHN_Shanghai_Pudong_Dec18_2014_WV3_30cm_2 (1).jpg
הסיבה לכך היא כושר ההפרדה המוגבל של טלסקופים, כלומר היכולת שלהם להפריד מקורות אור שונים הקרובים זה לזה. מדוע יש כזה קושי בכלל? מאחר שאור נע בצורה של גל, הוא יוצר תופעה הקרויה התאבכות, שבה גלים ממקורות שונים נפגשים וכך גם עשויים לבטל זה את זה. תופעת ההתאבכות מקשה על היכולת להפריד בין עצמים קרובים. ככל שקוטר המצלמה גדול יותר, ניתן להתגבר במידה מסוימת על תופעה זו. העין האנושית, שקוטר האישון שבה הוא כ-5 עד 7 מ"מ, יכולה לראות את צדק בשמיים, טלסקופ חובבים שקוטר עדשתו כמה עשרות ס"מ יראה לכם גם את ארבעת הירחים הגדולים של צדק, ואילו טלסקופ החלל האבל, שקוטרו 2.4 מטר, מסוגל לחשוף את פרטי האטמוספרה של צדק. כדי לצלם כותרת עיתון (דבר קטן בהרבה מהתפרצות הר געש, כמובן) מלוויין המקיף את כדור הארץ מגובה של 500 ק"מ, למשל, נצטרך מצלמה בקוטר 250 מטר – יותר משני מגרשי כדורגל. מובן שמגבלה נוספת היא האטמוספירה המצויה בין הלוויין לקרקע, המפריעה עוד יותר לראוּת.
אבל הלוויינים המסחריים כן משתכללים והרזולוציה כן משתפרת (בגבול הדיפרקציה), והיום ניתן לצלם ברזולוציות של עד 30 סנטימטרים. אין בעיה לצלם בניינים, מטוסים, מכוניות, עצים וכמובן – אנשים. ב-2014 אפילו הושקה חברת הריגול הלווייני הראשונה בעולם,Air & Space Evidence , ותמונות מלוויינים כבר משמשות ממשלות כראיות בבתי המשפט. תמורת כ-200 דולר, חברה פרטית תספק לכם תמונות לוויין מהארכיון. תמורת כ-900 דולר, הלוויין יצלם את המקום שתרצו, מתי שתבקשו.