בדרך לירח

בשדה בוצי וזרוע אבנים על גדות הנהר מָנוֹנגָהֵלָה שבפיטסבורג, רובוט בעל צמד עיני מצלמה שצורתו צורת פירמידה וגובהו מטר וחצי סובב לאט סביב צירו על ארבעה גלגלי מתכת ומנועיו החשמליים פולטים קול המהום נמוך. במשאית הניצבת בסמוך מתגודדים סטודנטים מאוניברסיטת קַרנֶגי מֶלוֹן סביב מחשב נייד כדי לצפות בעולם דרך עיני הרובוט. פני השטח המחורצים, המופיעים על צג המחשב בשחור-לבן ובהפרדה נמוכה, מזכירים מאוד את הירח, שהוא היעד הסופי של הרובוט הזה.

הפרופסור לרובוטיקה מאוניברסיטת קרנגי מלון, ויליאם "רֶד" ויטַקֶר, בנה יחד עם תלמידיו את רכב השטח "רד רובר" (משחק מילים באנגלית המשלב שם של משחק ילדים עם המשמעות המילולית: "רכב השטח של רד" – העורכים) כדי לזכות בתחרות פרס-X לירח שנערכת בחסות גוגל (Google Lunar X-Prize). מטרת התחרות היא להגביר את מעורבותן של חברות פרטיות בחלל ולהעניק השראה ליוזמות בתחום טכנולוגיית תעופת החלל. הפרס, בסך 20 מיליון דולר, יוענק לצוות הלא-ממשלתי הראשון שינחית רובוט על הירח, יגרום לרובוט לנוע לאורך כקילומטר וישלח בחזרה לכדור הארץ סרט בהפרדה גבוהה – כל זאת עד סוף 2015. הפרס לזוכים במקום השני, בסך 5 מיליון דולר, יחד עם בונוסים להישגים אחרים כמו למשל הגעה לאתר הנחיתה של "אפולו", מעמיד את סכום הכסף הכולל המיועד לפרסים על 30 מיליון דולר. אף על פי ש-26 צוותים מתחרים [ובהם צוות ישראלי, ראו מדור זרקור בעמוד XX], הצוות של ויטקר הוא ללא ספק המוביל. החברה המסחרית שלו, Astrobotic Technology, הייתה הראשונה ששילמה מקדמה על טיל שיישא את ספינת החלל ורכב השטח שלו אל הירח. ויטקר גם הוכיח את יכולותיו כבנאי מעולה של כלי רכב עצמאיים שיכולים לנווט בסביבה קיצונית. [ראו: "רובוטים פורצי דרך", סיינטיפיק אמריקן ישראל, יוני 2004; "חידושים ממירוץ הרובוטים", סיינטיפיק אמריקן ישראל, אפריל 2006.]

תחרות פרס-X לירח של גוגל נולדה בימים שבהם חלה נקודת מפנה חשובה בתכנית החלל של ארה"ב. ב-2010, בעקבות ההמלצות של הוועדה לבחינת התכניות לטיסות חלל מאוישות של ארה"ב, הורה הנשיא ברק אובמה לנאס"א לעודד שימוש בחלליות השייכות לגורמים פרטיים, שגם אחראים על הפעלתן, במקום במעבורות החלל שעמדו אז לפני פרישה. הרעיון שמאחורי ההחלטה היה שהשקעה ראשונית של כסף ומשאבים אחרים מנאס"א, תאפשר לחברות פרטיות לתכנן ולבנות ספינות חלל מהר יותר ובעלות נמוכה יותר מאשר החברות הקבלניות הגדולות שהסוכנות הממשלתית רגילה לעבוד עמן. באותה רוח, תחרות פרס-X לירח מבקשת לטפח סוג חדש של משימות פרטיות לכוכבי הלכת שלא יהיה תלוי בחללית חד-פעמית ובהתחייבויות פוליטיות שעלולות להתבטל אחרי קדנציה אחת. במקום זאת, החוקרים ישלמו לחברות פרטיות שישגרו את רכבי השטח ואת המכשירים שלהם. נאס"א הוסיפה תמריצים משלה: עוד 30.1 מיליון דולר שיחולקו בין שישה צוותים שיצליחו להתגבר על משוכות טכנולוגיות שהכשילו רכבי שטח ממשלתיים רבים, כמו למשל הצורך להחזיק מעמד בלילה הירחי. גורלן של החברות הפרטיות לטיסות חלל אחרי תחרות פרס-X עדיין רחוק מלהיות ברור, ולא כולם משוכנעים שיש שוק לשירותים שלהן, אבל הרעיון של מדע חלל שימומן על ידי גורמים מסחריים מצליח להלהיב חוקרים רבים.

שיגור מבחן

לתחרות הזאת יש תקדים: פרס-X של אנסארי שהעניקה 10 מיליון דולר לכלי הטיס המאויש הראשון שנבנה על ידי גורמים פרטיים והצליח לעזוב את האטמוספרה. התחרות הזאת הסתיימה ב-2004 בניצחונו של SpaceShipOne – מטוס רקטי שנבנה על ידי חברת Scaled Composites, הממוקמת על יד נמל החלל מוהאבי שבמדבר מוהאבי בקליפורניה, בעזרת מימון מן המיליארדר פול אלן מחברת מייקרוסופט. חברת וירג'ין גלקטיק (Virgin Galactic) מממנת כעת את השלב הבא, המטוס SpaceShipTwo. החברה כבר אספה יותר מ-60 מיליון דולר שהפקידו אצלה אנשים פרטיים שכל אחד מהם מוכן לשלם 200,000 דולר בשביל הסיכוי לצוף בשדה כבידה מזערי ולראות את כדור הארץ ממרחק. וירג'ין ושש חברות פרטיות אחרות התחייבו להטיס בשביל נאס"א ציוד מדעי על סיפונן של SpaceShipTwo ושל חלליות אחרות, כדי לערוך ניסויים הנוגעים לאתגרים כמו למשל העברת דלק ללא כבידה. כעת, המארגנים של תחרות פרס-X לירח בחסות גוגל מקווים שיצליחו לשחזר את ההצלחה ולשגר משימות רובוטיות לכוכבי לכת.

וכשהמשימה שעל הפרק היא שליחת רובוט לירח, מעטים האנשים שיכולים להתחרות ברד ויטקר. ייתכן שב-63 שנות חייו הוא תרם יותר מכל אדם יחיד אחר לפיתוח תחום רובוטֵי השטח, התחום העוסק בהוצאת רובוטים מסביבות מבוקרות, כמו מפעלים לייצור מכוניות למשל, ושחרורם בשטח, כדי לבצע עבודה יעילה. בשנות ה-80 הוא תכנן ובנה את הרובוטים שסיירו בשטחים הפגועים ומוכי הקרינה הרדיואקטיבית שבתחנת הכוח הגרעינית באי שלושת המיילים, שהליבה שלה הותכה באופן חלקי. ויטקר, שייסד את המרכז לרובוטֵי שדה בקרנגי מלון ועומד בראשו, הפך מאז את ההמצאות פורצות הדרך בתחום כלי הרכב העצמאיים לקריירה. הוא יצר רובוטים התרים אחר מטאוריטים בשדות הקרח של אנטראקטיקה ורובוטים המסוגלים לטפס לתוך מכתשים של הרי געש פעילים באלסקה ובאנטראקטיקה.

ויטקר פתח בתכניות לקראת תחרות פרס-X לירח ב-2007, בשעה שהיה שקוע בתחרות אחרת: האתגר העירוני של הסוכנות האמריקנית למחקר מדעי מתקדם (DARPA), שנערכה בבסיס חיל האוויר לשעבר ע"ש ג'ורג' בעיר ויקטורוויל שבקליפורניה. ויטקר והסטודנטים שלו, בצוות שזכה לשם "מירוץ הטארטן" (על שם דוגמת המשבצות הסקוטית המסמלת את אוניברסיטת קרנגי מלון – העורכים), שיתפו פעולה עם ג'נרל מוטורס, קונטיננטל ונותני חסות אחרים, ויצרו שברולט טאהו ללא נהג שכונתה "בוס". אפילו לאחר שזכה במקום הראשון במירוץ העולמי הראשון של כלי רכב עצמאיים שנערך ברחובותיה של עיר, ויטקר לא בזבז זמן בחגיגות ומיהר להשלים את תכניותיו לקורס בקרנגי מלון ושמו "פיתוח מתקדם של רובוטים ניידים." היעדים הצנועים של הקורס, שתוארו בידיעון שלו, הם "לפרט, לנתח ולערוך הדמיות של נחתת ירח רובוטית, לערוך בדיקת שטח של אב-טיפוס לרכב שטח ירחי, להתמודד עם אתגרים הכרוכים במבצע, ולתאר את התקדמות המשימה באמצעות כתיבה, תמונות וסרטי וידאו." הקורס פתוח לסטודנטים הלומדים בקרנגי מלון, מכל תחום ידע ובכל שלב של לימודיהם. בערך באותו זמן ייסד ויטקר את "אסטרובוטיק טכנולוגיות" כחברה ללא מטרת רווח, והושיב על יד ההגה שלה את דייוויד גאמפ, יזם החלל הוותיק. גאמפ משקיע את זמנו במצוד נמרץ אחר תאגידים שיוכלו לתת חסות למבצע ואחר לקוחות אפשריים, ואילו ויטקר תורם ידע מעמיק שצבר לאורך 29 שנות מחקר במרכז לרובוטיקת שטח. אחת מנותני החסות של אסטרובוטיק היא חברת אלקואה (Alcoa) מפיטסבורג, שתרמה את האלומיניום הדרוש לבניית החללית שתישא את רכב השטח אל הירח.

ויטקר, ששירת בעברו בחיל הנחתים, בן לכימאית ולסוכן מכירות של חומרי נפץ, אומר שהנחתת אחת מיצירות הצוות שלו על הירח תהיה שיאה של קריירה שהובילה את הרובוטים שלו על פני היבשה, על פני המים, מתחת למים, מתחת לפני האדמה ופחות או יותר בכל סביבה קיצונית כאן על כדור הארץ. כיבוש הירח, מבחינתו, אינו רק זכייה בפרס הראשון; בעיניו, אסטרובוטיק לא תוכל להיחשב הצלחה אלא אם כן תצליח להגשים גם את כל אחד ואחד מיעדי הבונוס. "אם לא עשיתם הכול, לא עשיתם כלום," הוא אומר.

מדע טילים

החזון של ויטקר, להביא את החללית ואת רכב השטח של אסטרובוטיק אל הירח, מתחיל בטיל ספייס-X פלקון 9. הטיל הזה, שנוצר מלכתחילה במטרה להפחית בשיעור ניכר את עלות הנגישות לחלל, עשוי להיות גורם המפתח שיאפשר בכלל את התחרות של גוגל לירח. ויטקר סבור שהטיל של ספייס-X יהיה כלי השיגור שבו יבחרו כל הצוותים המשתתפים בתחרות. "ככל שידוע לי, כל המתחרים מארה"ב חושבים בכיוון של ספייס-X," הוא אומר. ואפילו כך, עלות השיגור תהיה ההוצאה היחידה הגדולה ביותר בשביל כל אחד מן הצוותים. על אף שהתשלום עבור שיגור הפלקון 9 נמוך יותר בהשוואה לטילים אחרים מסוגו, עדיין המחיר הרשמי לשיגורו עומד על 54 מיליון דולר – יותר מפי שניים מן הפרס הראשון בתחרות. המתחרים של ספייס-X אינם נלהבים לשתף בסידורי השיגור שהם מציעים, אבל ברור שספייס-X שינה כבר את חוקי המשחק עם חוזה השיגור המסחרי הגדול ביותר שנחתם מעולם עם גוף יחיד: עסקה של 492 מיליון דולר עם החברה לתקשורת לוויינית אירידיום. [במאי 2012 שוגרה החללית דראגון על גבי הטיל פלקון 9 אל תחנת החלל הבין-לאומית, הביאה אליה אספקה ונחתה בחזרה בשלום. זאת החללית הפרטית הראשונה שביצעה משימה זו – העורכים]

לאחר ש"רד רובר" יעזוב את האטמוספרה של כדור הארץ על גבי פלקון 9, ישליך מארז החללית של אסטרובוטיק הנושא את רכב השטח את מעטפת החרטום האווירודינמית, ומנוע השלב השני של הטיל ידחוף את המארז למסלול אל הירח. המסע יימשך חמישה ימים. תוכנת הבקרה, הניווט וההנחיה שפותחה בקרנגי מלון תאפשר לטיל להישאר במסלול הנכון. התוכנה היא תולדה ישירה של התוכנה שאפשרה לצוות מירוץ הטארטן לנצח באתגר העירוני. האתגרים החישוביים הכרוכים בטיסת חלל אינם שונים בהרבה מן האתגרים של נהיגה עצמאית: אותו סוג של מתמטיקה פותר את שתי הבעיות, ולכן התוכנה דומה כל כך. ההבדל העיקרי, אומר קווין פטרסון, חבר בצוות אסטרובוטיק ומועמד לקבלת תואר דוקטור, הוא היעדר ה-GPS להנחיית הכלי. כתחליף, החללית תתווה את המסלול שלה לירח בעזרת ייחוס תנועתה לכוכבים, לירח ולכדור הארץ.

לאחר שייכנסו החללית ורכב השטח למסלול סביב הירח, הם יצטרכו לנחות על פניו. ב-1969 הטיס האסטרונאוט ניל ארמסטרונג את רכב הנחיתה ממסלול סביב הירח אל נקודה מסוימת על פניו, כשהוא מתחמק ממכשולים מקומיים כמו גושי סלע ומכתשים. אבל 400,000 הק"מ שמפרידים בין כוכב הלכת שלנו לבין הלוויין שלו יוצרים פער זמן המונע בקרה בזמן אמת של טייס מכדור הארץ, ולכן התוכנה של החללית תצטרך לבצע בעצמה מה שארמסטרונג ביצע במו ידיו. מנוע נחיתה ראשוני יוצת ויאט את החללית בעת התקרבותה לירח, ובאותו זמן מנועי סילון משניים קטנים ישמרו על יציבותו של הכלי. הנחתת תגיע אל פני הירח יומיים לאחר השחר הירחי, ותפרוס שם שני כְּבָשׁים (השני נועד ליתר ביטחון, למקרה שסלע או מכתש יחסום את הראשון). הבריחים ששומרים על הכבשים מקופלים וצמודים לסולם אמורים להשתחרר בטמפרטורה גבוהה. לאחר שהכבשים ישולשלו מן החללית אל הקרקע, יתגלגל רכב השטח במורד אחד מהם אל פני הירח, כשהוא סורק את הקרקע שלפניו בעזרת מערכת ראייה דו-עינית. האבק שעל פני הירח חלקלק, ולכן אי אפשר למדוד במדויק את המרחק שעבר רכב השטח באמצעות מניית מספר הפעמים שהגלגלים שלו הסתובבו. במקום זאת, המחשב שעל גבי הרכב יחשב את המרחק על סמך האופן שבו תשתנה ההופעה של מאפיינים בשטח עם תזוזת הרובוט. רכיבים חסיני קרינה יגנו על המחשב מפני הקרינה הקוסמית ומפני קרני השמש הבלתי מסוננות שהולמות ללא הפסק בפני הירח חסרי האוויר.

ובפיטסבורג שעל פני הארץ, חברי הצוות של אסטרובוטיק בחדר הבקרה של המשימה יעבדו במשמרות של 24 שעות במהלך היום הירחי הארוך, וינחו את רד רובר אל עבר מאפיינים מעניינים בעזרת תמונות בהפרדה נמוכה שהרובוט ישלח בקצב קבוע (בין השאר, הם מקווים להגיע אל אתר נחיתה של אחת מחלליות "אפולו"). [במאי 2012 פרסמה נאס"א הנחיות בלתי מחייבות הקוראות שלא להתקרב אל אתרי הנחיתה יתר על המידה משום שהם מהווים אתרי מורשת אנושית, מארגני פרס-X קיבלו על עצמם את ההנחיות. – העורכים] רכב השטח יתחמק ממכשולים שעל פני הירח באופן עצמאי. הוא ישדר סרטוני וידאו בהפרדה גבוהה במקטעים של נתונים מוצפנים, סרטון אחד לכל הפחות מיד לאחר הנחיתה וסרטון נוסף מאוחר יותר במהלך המשימה, כדי לעמוד בדרישות של פרס-X. רכב השטח ישלח גם דואר אלקטרוני, ציוצים בטוויטר ופוסטים בפייסבוק.

אחד האתגרים הטכניים הגדולים ביותר שהצוות חייב להתגבר עליהם הוא להבטיח ש"רד רובר" יחזיק מעמד בתנאים הקיצוניים של היום והלילה הירחיים, שכל אחד מהם נמשך שבועיים ארציים. בלילה הירחי, הטמפרטורה על פני הירח במקום שבו הצוות מתכנן לנחות צוללת מ-120 מעלות צלזיוס ששוררים שם במהלך היום עד למינוס 170 מעלות צלזיוס בערך. לכל רכיב ברובוט הכולל מעט מים, כמו למשל הסוללות, ייגרם נזק בלתי הפיך כשהמים יקפאו ונפחם יגדל. רכבי השטח היחידים שהצליחו אי פעם להחזיק מעמד בתנאים האלה היו הלוּנוֹחוֹדים (Луноход, "הולך ירח"), רכבי השטח הירחיים הסובייטים משנות ה-70, שהופעלו באמצעות שלט רחוק. הם הסתמכו על איזוטופ רדיואקטיבי של פולוניום כדי לשמור על הטמפרטורה שלהם. אבל אסטרובוטיק וחברות פרטיות אחרות שמתחרות על פרס-X אינן יכולות להשיג חומרים כאלה, המצויים בבקרה קפדנית. ולכן, כדי להגן על רד רובר מחום השמש, יותקנו סביב הסוללה מבנים מסיבי פחמן שיוליכו את החום אל המשטח החיצוני של רכב השטח. בלילה ישקע "רד רובר" בתרדמה ויתעורר עם זריחת השמש כשיופעלו סוללות הליתיום-ברזל-זרחתי שלו. הסוללות האלה אינן מכילות מים והן נבחנו בקפדנות על ידי צ'רלס מוניוז, סטודנט לשעבר להנדסת מכונות בקרנגי מלון.

זהו סוג החדשנות החסכונית שפרס-X מעוניין לעודד. אף על פי שיש לאסטרובוטיק סיכוי טוב לנצח במירוץ של תחרות פרס-X לירח של גוגל, מחכה לה תחרות צמודה עם צוותים מהודו ומרוסיה, המממנים יחד רכב שטח ירחי, ועם צוות מסין, שבונה רכב שטח משלו שישתמש באיזוטופ רדיואקטיבי כדי להישאר מונע במהלך הלילה הירחי. אם אחד מאלו יגיע לירח ראשון, הפרס הראשון ירד לסך של 15 מיליון דולר.

תחרות

הצוות של ויטקר מצפה גם לתחרות רצינית עם כמה משתתפים אמריקנים אחרים באתגר של פרס-X. חברת מון אקספרס (Moon Express), שבסיסה במאונטיין ויו שבקליפורניה, היא אולי הצוות שזוכה למימון הטוב ביותר מבין משתתפי התחרות מפני שהיא ממומנת על ידי אחד ממייסדיה, המיליארדר נאווין ג'אין, ועל ידי משקיעים פרטיים עשירים אחרים. מון אקספרס נכנסה לקלחת רק ב-2010, שלוש שנים לאחר ההכרזה על התחרות, ולכן היא מפגרת אחרי אסטרובוטיק. אבל כדי לפצות על עמדת הנחיתות שנובעת מן האיחור היא משתמשת בחללית קיימת שפותחה בנאס"א. משתתפת אחרת היא חברת "הצעד הגדול הבא" (Next Giant Leap) מבולדר שבקולורדו, שבראשה עומד היזם מייקל ג'ויס, טייס חיל האוויר של ארה"ב בעברו. החברה של ג'ויס איחדה כוחות עם מעבדת דרייפר (שתכננה את מערכות הבקרה, הניווט וההנחיה שהובילו את החללית "אפולו" אל הירח), עם קבוצה מן המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) ועם ענף מערכות החלל של תאגיד סיירה נבאדה. היא בונה חללית "מדלגת" חדשנית שנפטרת מן הצורך ברכב שטח נפרד. החללית מציתה מחדש את מנועי הסילון המשניים שבהם היא משתמשת לצורך הנחיתה כדי להתרומם מחדש ולעבור מרחקים קצרים אל האזורים שמעניינים אותה. הרעיון נראה ישים, אבל רק אם יצליח ג'ויס לגייס את המימון הדרוש.

המארגנים של תחרות פרס-X לירח מקווים שההמצאה היא לפעמים אימו של הצורך, כלומר, שפיתוח רכבי שטח והבאתם לירח תעודד צמיחה של שוק חדש. אסטרובוטיק, לדוגמה, מציעה מקום על סיפון החללית שלה במחיר של 1.8 מיליון דולר לקילוגרם ועל גבי רכב השטח שלה ב-2 מיליון דולר לקילוגרם בנוסף ל"דמי שילוב" בסך 250,000 דולר. עבור חוקרים כמו למשל דוגלס קארי, פיזיקאי מאוניברסיטת מרילנד, מקום מובטח תמורת מחיר קבוע על משימה מסחרית יהיה דבר בעִתו. קארי ועמיתיו מעוניינים למקם על הירח מערך של רטרו-רפלקטורים למדידת טווח באמצעות לייזר, שיתמכו במדידות שיהיו מדויקות פי 100 ממה שאפשר להשיג על ידי המערך הדומה שהשאירו האסטרונאוטים של "אפולו" – אם רק יהיו משימות נגישות שיהיה אפשר להטיס אותם עליהן.

ייתכן שהרווח ארוך הטווח ביותר מפרס-X יהיה ההשראה שהוא יעניק לדור הבא של מדענים ומהנדסים. המירוץ השרה בקרב תלמידי הקורס של ויטקר בפיתוח מתקדם של רובוטים ניידים אווירה של התרגשות שרק התנסות אמיתית יכולה להעניק. במהלך השבוע האחרון של הלימודים, באפריל 2011, חברים בצוות המבנים של אסטרובוטיק מתרוצצים ברחבי הסדנה שבמעבדת הרובוטיקה הפלנטרית של קרנגי מלון ששטחה 300 מטרים רבועים ושמיוחדת כולה לפרויקט רכב השטח הירחי. הם בוחנים דגם של בריחי מתכת מתפרקים, חלופה אפשרית לבריחים המתפוצצים המקובלים שאמורים לשחרר את הכבשים מן החללית ולאפשר לרכב השטח לרדת ולהתחיל לסייר על פני הירח. קנצ'י נַייאקה, סטודנטית לתואר מתקדם, וצוות של סטודנטים לתואר ראשון מכינים מצלמת וידאו מהירה על חצובה כדי שתקליט את ההדמיה. ואז הסטודנטים לוחצים על מתג, ו-17.9 שניות לאחר מכן הבריח מתפרק בקול נפץ, הכבש נפתח לרווחה ונופל על הרצפה, מוכן לשאת על גביו את רכב השטח.

"מגניב!" אומרת נייאקה. היא נסוגה מן המצלמה ומשגרת חיוך לעבר אורח. "אתה בטח מביא מזל טוב!"