לכאורה אפשר לשגר חללית למאדים מתי שנרצה. בפועל, תנועת כוכבי הלכת, יחד עם שיקולי אנרגיה ויעילות, פותחים לנו "חלון שיגור" רק פעם בשנתיים

גיבור הספר "לבד על מאדים" מאת אנדי וייר, שעל פיו נעשה הסרט המצליח "להציל את מארק וואטני (2015), הוא אסטרונאוט אמריקאי שנשאר בטעות מאחור כשחבריו לצוות הנחיתה חזרו אל כדור הארץ. הספר מתאר את ההישרדות של הגיבור לבדו על מאדים במשך חודשים ארוכים. כאשר נאס"א מגלים שהוא עדיין בחיים, הם אינם משגרים מיד משימת הצלה, אלא חייבים לבדוק מתי יוכלו לשלוח חללית עם אספקת מים, מזון וציוד חיוני להישרדותו.

העיכוב נובע מכך שלא כל תאריך מתאים לשיגור חללית לכוכב לכת אחר במערכת השמש. בפועל עלינו להתאים את עצמנו לפרקי זמן מסוימים שנקראים "חלונות שיגור". חלון השיגור מכדור הארץ למאדים נפתח רק אחת ל-780 ימים, כלומר בערך פעם בשנתיים.

מדוע צריכים לחשב את חלון השיגור? הסיבה היא שכלי טיס בחלל אינם יכולים לנוע בנתיבים ישרים כמו מכוניות בכביש. שיגור חללית לכוכב לכת אחר שקול לזריקה של חץ לעבר מטרה נעה, כשגם הזורק עצמו נע. החץ הוא החללית שלנו, המטרה היא מאדים והזורק הוא כדור הארץ. העניין מסתבך עוד יותר עקב כוח הכבידה של השמש, שמעקם את מסלולו של החץ.

כמו כל כוכבי הלכת במערכת השמש, גם מאדים נע סביב השמש במסלול אליפטי. כדי להגיע אליו איננו מכוונים את החללית שלנו למקום שבו הוא נמצא עכשיו, כי עד שנגיע לנקודה הזאת הוא כבר לא יהיה שם. במקום זאת עלינו לתכנן את השיגור כך שהחללית תנוע במסלול אליפטי משלה סביב השמש עד שהמסלול יצטלב עם זה של מאדים. אם החללית תגיע מוקדם מדי או מאוחר מדי לנקודת ההצטלבות בין המסלול שלה למסלול של מאדים, היא תחטיא את מטרתה.

נפתח פעם בשנתיים. חלון השיגור למאדים במסלול הוהמן. התרשים אינו לפי קנה מידה מציאותי | מקור: NASA
נפתח פעם בשנתיים. חלון השיגור למאדים במסלול הוהמן. התרשים אינו לפי קנה מידה מציאותי | מקור: NASA

מסלול אופטימלי

לכן, ברגע השיגור אנו מכוונים את עצמנו לנקודה שבה יימצא כוכב הלכת בפועל בעוד כמה חודשים. אם נפספס את חלון השיגור, נפספס גם את היעד שאליו ברצוננו להגיע. כדי לוודא שהחללית תגיע ליעדה, אנו צריכים לחשב מראש במדויק את חלונות השיגור האפשריים עבור המסלול האופטימלי.

השיקול העיקרי בתכנון המסלול האופטימלי הוא החיסכון באנרגיה. לשם כך אנו רוצים לשגר את החללית כמה חודשים לפני שכדור הארץ יגיע לנקודה הקרובה ביותר למאדים במהלך תנועתם סביב השמש. בתכנון מסע כזה אל המאדים משתמשים במסלול הוֹהְמן (Hohmann), המשמש למעבר בין שני מסלולים שיש להם מרכז משותף, במקרה זה - השמש.

מסלול הוהמן הוא מסלול יעיל וחסכוני באנרגיה, מכיוון שמספיק להפעיל בו את המנוע פעם אחת להאצה בתחילת המסלול, ושוב בסופו לכניסה למסלול סביב מאדים. בכל מסלול אחר היינו צריכי להפעיל את המנוע לפרקי זמן הרבה יותר ארוכים, בתהליך שדורש הרבה יותר דלק, מייקר מאוד את הנסיעה ומסבך אותה.

בתחילת הדרך החללית מפעילה את המנוע כדי להשתחרר מהכבידה של כדור הארץ ולצאת לחלל. לאחר מכן היא נעה במסלול הוהמן שמושפע מכבידת השמש ומכיוון התנועה והמהירות שקיבלה מהמנוע בתחילת הדרך. מכיוון שבחלל אין חיכוך עם האוויר, היא תשמור על המהירות שקיבלה ואם הכול תוכנן כהלכה, החללית תגיע למסלול של מאדים בדיוק כשכוכב הלכת האדום יהיה בנקודה הרצויה. שם המנוע יופעל שוב כדי להיכנס למסלול סביב מאדים או לנחות עליו. המסע נגמר.

לוויין המאדים MRO לדוגמה, שנאס"א שיגרה ב-2005, התנתק מכדור הארץ באמצעות טיל רקטי שהפעיל דחף במשך כשעה, עד לכניסתו למסלול הוהמן. הוא שייט בדרך שבעה חודשים וחצי בלי להפעיל מנועים, פרט לאי אילו תיקוני כיוון קלים שבמהלכם המנועים הופעלו למשך כמה שניות בכל פעם. בסיום המסלול הופעלו המנועים לכחצי שעה כדי להאט את הלוויין ולאפשר לו להיכנס למסלול של מאדים.

מאדים מקיף את השמש במסלול גדול מזה של כדור הארץ, ושנה שלו נמשכת 687 ימי ארץ. לכן חלק מהזמן מאדים וכדור הארץ רחוקים מאוד זה מזה, ואף נמצאים משני עברי השמש. רק פעם בשנתיים בערך הם קרובים יחסית, ולקראת המועד הזה אפשר לשגר חלליות למאדים. חלון השיגור למאדים נפתח למשך כשעתיים ביום לאורך כחודש.

מהסיבה הזאת, לא פעם קורה שמדינות שונות משגרות משימות למאדים כמעט באותו זמן. למשל ב-7 בנובמבר 1996 שיגרה נאס"א למאדים את החללית Mars Global Surveyor. שבוע לאחר מכן, ב-14 בנובמבר, שיגרה רוסיה את החללית Mars 96. כך קרה גם ביוני 2003: ב-2 ביוני שיגרה סוכנות החלל האירופית חללית למאדים וב-10 ביוני שיגרה גם נאס"א משימה אחרת לאותו כוכב לכת.

נכון להיום, החללית האחרונה שיצאה למאדים היא InSight, משימה של נאס"א ששוגרה בהצלחה ב-5 במאי 2018, עם פתיחתו של חלון השיגור הנוכחי שנסגר ב-8 ביוני.

הכתבה נכתבה במסגרת השתלמות של תלמידי קורס "התנסות בתקשורת המדע" של פרופ' אילת ברעם-צברי בפקולטה לחינוך למדע וטכנולוגיה, הטכניון.

תגובה אחת

  • נועם

    למה שעתיים ביום?

    למה שעתיים ביום? מה קורה בשאר השעות? או שהכוונה שצריך לשגר בשעה המתאימה לפי האיזור הגיאוגרפי של השיגור?