טיסות מוזלות לחלל

בקיצור

• מדענים הזקוקים לגישה לחלל מתוסכלים זה זמן רב מן התדירות הנמוכה של שיגור משימות לחלל: תוצאה בלתי נמנעת של מחירן הגבוה.
• ואולם, חברות פרטיות בתעשיית החלל מבשרות עידן חדש של טיסות חלל זולות הרבה יותר, בתדירות גבוהה פי כמה.
• אם כי רבות מחברות אלה הוקמו כחברות תיירות חלל, גם מדענים יוכלו לרכוש מקום בטיסות פרטיות לחלל לשם ביצוע ניסויים מדעיים במחיר נמוך במידה ניכרת מזה הנדרש מהם כיום.
• גם מדענים שיבקשו לשגר ניסויים לירח או למשימות חקר ממושכות במסלול סביב כדור הארץ צפויים להפיק תועלת מחברות מסחריות המפתחות כיום נחתות ירח ותחנות חלל פרטיות.
  

  ---

אחת הבעיות המטרידות בתחום חקר החלל היא שכה מעט השתנה ב-50 השנים האחרונות בדרך שבה אנו מגיעים לחלל. הגישה לחלל נשארה אפוא יקרה ונדירה גם יחד. שלא כעמיתיהם האוקיינוגרפים, הצוללים למעמקי הים כדי לחקור את צפונותיו, או הגאופיזיקאים, היוצאים למשימות חקר בקטבים, מדענים עדיין אינם יכולים לטוס לחלל כדבר שבשגרה כדי לערוך בו מחקרים בעצמם.

אך כל זה צפוי להשתנות. טיסות חלל מסחריות למטרות רווח עתידות לחולל מהפכה בחקר החלל. רק לאחרונה התבשרנו על השיגורים המוצלחים לתחנת החלל הבין-לאומית (ISS) של חללית המטען דרגון, שפותחה ומופעלת בידי חברת ספייס איקס (SpaceX). עם ההתקדמות בתחום הזה, יוכלו מדענים ליהנות מטיסות מוזלות לחלל, שיעמדו לרשותם בתדירות גבוהה פי כמה ויאפשרו להם לערוך מחקרים בעצמם, תוך כדי טיסה בחלל במסלול סביב כדור הארץ. ההתפתחות הזאת לא זו בלבד שתסייע לתכניות חקר החלל הגדולות ועתירות התקציבים של סוכנות החלל האמריקנית, נאס"א, ושל סוכנויות החלל היפנית והאירופית, אלא אף תאפשר, קרוב לוודאי, להרבה מדינות, מוסדות אקדמיים וחברות ברחבי העולם גישה לחלל במחירים סבירים.

האפשרויות הגלומות בטיסות מסחריות לחלל עוררו בי עניין לראשונה כשכיהנתי כמנהל עמית בנאס"א והייתי מופקד על כל תכניות המחקר בתחום מדעי החלל וכדור הארץ. מאז הספקתי לשמש כיועץ לחברות מסחריות בתעשיית החלל, למלא את תפקיד המדען הראשי של שני צוותים בתחרות פרס-X לירח שנערכת בחסות גוגל (Google Lunar X-Prize) ולרכוש כרטיסים לטיסות מאוישות לחקר החלל באמצעות המכון שבו אני עוסק במחקר, ה-Southwest Research Institute, שבסיסו בסן אנטוניו שבטקסס. ליוויתי מקרוב את תעשיית טיסות החלל וראיתי כיצד היא צומחת ומתפתחת.

מגוון רחב של רכבי חלל המיועדים לטיסות חלל מסחריות מצויים כיום בפיתוח וצפויים לצאת לשוק בשנים הקרובות. הם יציעו למדענים העוסקים בחקר החלל יכולות חדשות ומעניינות. המדענים האלה מנסים זה שנים למצוא דרכים יעילות יותר לביצוע מחקריהם, עוד מאז הימים שלאחר מלחמת העולם השנייה, בעת שהפכו את טילי ה-V-2 של גרמניה שנפלו שלל במלחמה לפלטפורמות לניסוייהם המדעיים. אמנם, לא כל תכניות הפיתוח של רכבי חלל אלה צפויות לצאת מן הכוח אל הפועל, אבל חלקן יוכתר ללא ספק בהצלחה. במצב היום של קיצוצים תקציביים, של עלויות חריגות וקיפאון מתמשך בפיתוח דרכי גישה לחלל, כל הנוגעים בדבר מצפים בכיליון עיניים להצלחתן.

אפשר לחזות בבטחה כי, בדומה לשנות ה-50 וה-60 של המאה ה-20, העשור השני והעשור השלישי של המאה ה-21 יהיו מכריעים בהתפתחות חֵקֶר החלל. למעשה, כבר כיום אנו עדים למהפכה בחיתוליה. מִטִיסות חלל תת-מסלוליות, המשווקות כטיסות "תיירות" (שבהן גם מדענים יוכלו לרכוש מקום) ועד טיסות מסלוליות לתחנת החלל הבין-לאומית ואף מעבר לה: כל אלה יעצבו מחדש בשנים הקרובות את הקשר שלנו לעולם המסתורי עדיין המקיף את כדור הארץ.

העתיד התת-מסלולי

אחת מן התכניות הפוריות ביותר של נאס"א בתחום טיסות החלל, ולמרבה הצער, כנראה הפחות ידועה שבהן, היא תכנית הטיסות התת-מסלוליות. במסגרת תכנית זו, שהושקה כבר לפני כמה עשרות שנים, משוגרים לחלל טילים חד-פעמיים בלתי מאוישים, אחד או יותר מדי חודש, במשימות חקר המאפשרות למדענים להציב בחלל את מכשירי הניסוי שלהם למשך כמה דקות בכל פעם. אך על אף משך הזמן הקצר של הטיסות התת-מסלוליות האלה, הן הניבו גילויים מדעיים פורצי דרך בתחום הפיזיקה של השמש, חקר סופרנובות, מדעי האטמוספרה העליונה, אסטרופיזיקה וחקר שביטים. מלבד זאת, משימות חקר אלה הוכחו כבעלות ערך רב בניסוי רכבי חלל חדשים וטכנולוגיות חישה חדשניות, קודם ליישומם במשימות שעלותן מיליארדי דולרים, וכן כשדה אימונים לאינספור אנשי מחקר וחלל, בהם מדענים ידועי שם בתחומי האסטרונומיה והאטמוספרה וכמה מקברניטי משימות החלל המהוללים של ארה"ב.

במהלך 20 השנים האחרונות נשמעו בקרב הקהילה המדעית קריאות חוזרות ונשנות להגדלה ניכרת של תדירות הטיסות התת-מסלוליות, אבל למרבה הצער קצב השיגורים בתכנית הטיסות התת-מסלוליות של נאס"א נותר נמוך כשהיה. הסיבות לכך רבות, אך הבעיה העיקרית היא כספית. עלותה של כל משימה כזאת היא כ-2.5 מיליון דולר, ובמסגרת התקציב שיועד לתכנית הטיסות התת-מסלוליות של נאס"א, אין אפשרות להגדיל את תדירות השיגורים במידה ניכרת.

עם זאת, רכבי חלל חדשים לטיסות תת-מסלוליות, הניתנים לשימוש חוזר, שמפתחות חברות מסחריות כמו XCOR אֵירוֹסְפֵּייס, וירג'ין גַלַקטיק, אַרמַדילו אֵירוֹסְפֵּייס, מאסטֶן ספייס סיסטמס ובּלוּ אוריג'ין, מציעים יכולות מהפכניות הצפויות להגדיל באופן ניכר את קצב הטיסות ולקדם בצעדי ענק את חקר החלל בטיסות כאלה.

איך בדיוק יתאפשר הדבר? ראשית, שיגור חלליות לשימוש חוזר במקום חלליות חד-פעמיות יפחית עד מאוד את עלות הטיסות ויאפשר לחברות האלה להגדיל בהתאם את קצב השיגורים. שני הגורמים המכריעים האלה במשולב ישפיעו, קרוב לוודאי, על חקר החלל באופן דומה לזה שבו פיתוח המחשב האישי השפיע על תחום המִחשוב, ויחוללו מהפכה בגישה לחלל.

כיום עורכת נאס"א כ-20 עד 25 טיסות תת-מסלוליות בשנה. ספקית הטיסות התת-מסלוליות וירג'ין גלקטיק מתכננת לשגר את רכב החלל הראשון שלה לטיסה תת-מסלולית פעם ביום. בכל אחת מן הטיסות האלה, יוכל רכב החלל לשאת שישה מדפי מטען או שישה אנשי מחקר (או מטען ונוסעים גם יחד, בהרכב משתנה). חברה זו לבדה תוכל לספק כ-2,000 הזדמנויות מדי שנה לעריכת ניסויים מדעיים בחלל.

וירג'ין גלקטיק אינה החברה היחידה בשוק החדש הזה. אחת מיריבותיה העיקריות, חברת XCOR אירוספייס, עומדת להציע ארבע טיסות ביום ברכבי החלל שלה, המיועדים לשימוש חוזר, שכמה מהם כבר הוחכרו למדינות שונות, ובהן דרום קוריאה וקורסאו. דמיינו אפוא עד כמה יאיצו טיסות לחלל בתדירות כה גבוהה את ההתקדמות המדעית בכמה וכמה תחומי מחקר. לדוגמה, חוקרים בתחום מדעי החיים יוכלו לאסוף מדי שנה מאות ערכות נתונים לגבי תפקוד של אסטרונאוטים בתנאים של אפס כבידה, לעומת הניסויים הספורים הנערכים כיום.

ברור כי אין די בתדירות גבוהה של טיסות לחלל כדי לחולל מהפכה. גורם מפתח נוסף הוא עלות הטיסות. וירג'ין גלקטיק מתכננת למכור כרטיסים במחיר של 200,000 דולר לשיגור מטען של כ-90 ק"ג או מושב למדען בטיסה תת-מסלולית, מחיר זול פי עשרה בערך מזה הנדרש כיום לשיגור חללית מחקר. XCOR אירוספייס וארמדילו אירוספייס מבטיחות למכור כרטיסים בכמחצית המחיר: כ-100,000 דולר בלבד.

מהפכת החלליות הרב-פעמיות תאפשר גם עריכת מחקרים בתחומים שלא היו נגישים עד כה למחקר מדעי. לדוגמה, הטיסות יאפשרו גישה בתדירות גבוהה לשכבת האטמוספרה העליונה המכונה בפי המדענים ""ignorosphere – אזור עלוּם המצוי בגובה רב מכדי שיהיה נגיש לכלי טיס רגילים ולבלוני מזג אוויר ובגובה נמוך מכדי שלוויינים יוכלו לטוס בו בלי ליפול חזרה לכדור הארץ. גישה כזאת תאפשר למדענים לחקור תופעות אטמוספריות רבות, ובהן ההתפרקויות החשמליות המסתוריות המתרחשות ברוּם האטמוספרה, המתגלות כהבזקי אור [עצומים] בגוני אדום וכחול, וידועות בשם שדוני ברקים.

לרכבי החלל החדשים יתרון גדול נוסף, שכן ביכולתם להטיס אנשי מחקר על מטענם למשימות חקר בחלל. לראשונה בהיסטוריה של עידן החלל, עתיד חקר החלל לזכות במה שמקובל בכל תחום מדעי אחר זה מכבר: סביבת מעבדה שבה יוכלו המדענים לערוך את מחקריהם בעצמם, היישר באתר, בלא שייאלצו להיעזר ברובוטים.

ואם כי העתיד המתואר כאן עשוי להישמע, בחלקו לפחות, כמדע בדיוני, הרי שמדענים מכמה מכוני מחקר כבר הזמינו מקום בטיסות חלל, לעצמם ולמכשירי הניסוי שלהם. עד מחצית העשור הזה התחום צפוי לשגשג כשהדור הבא של הטכנולוגיה יעשה את הטיסות התת-מסלוליות מאירוע נדיר לשגרתי, כפי שקרה בחקר החלל באמצעות טילים בשנות ה-50 של המאה הקודמת. שינוי זה לבדו יהיה בבחינת מהפך דרמתי. אך הטיסות האלה אינן אלא הבשורה הראשונה בשפע של יכולות חדשות בתחום תעשיית החלל המסחרית שיש בהן עניין לקהילת מדעני החלל.

דרכי גישה חדשות לחלל

עלותם של המשגרים ששימשו בעבר לשיגור מרבית משימות חקר החלל של נאס"א לטיסות מסלוליות – פגאסוס, אטלס ודלתא – גבוהה כיום פי שניים ויותר מעלותם בשלהי שנות ה-90 של המאה ה-20. אם בעבר נדרשו כ-15 מיליון דולר לשיגור משימה מדעית קטנה על גבי משגר פגאסוס, הרי שעלותו של שיגור כזה כיום היא יותר מ-40 מיליון דולר. מחירם של משגרים משוכללים שיכולים לשאת מטענים כבדים במיוחד, כגון אטלס 5, הרקיע שחקים אף הוא, מ-150 מיליון דולר ל-350 מיליון דולר לערך.

במצב שבו התקציבים העומדים לרשות חקר החלל הולכים ומצטמקים עקב קיצוצים במימון ועקב חריגות תקציב, החלופות המסחריות הזולות יותר למשגרים האלה הן מתנה משמים בעבור מנהלי תכניות המחקר המדעי של נאס"א. קחו לדוגמה את סדרת משגרי הפאלקון שפותחה על ידי חברת ספייס איקס. החברה הגתה, תכננה, פיתחה, בחנה והכניסה לשימוש את סדרת משגרי הפאלקון שלה בהשקעה נמוכה מזו שנדרשה לממשל האמריקני לבנות רק את מגדל השיגור למשגר ה-Ares שלה במסגרת תכנית החלל [המאוישת קונסטליישן] שבוטלה בינתיים. ספייס איקס מציעה כיום את משגר הפאלקון 9 במחיר של כ-65 מיליון דולר, כמחצית ממחיר המשגר המתחרה, דלתא 2, המיועד לשאת מטענים בינוניים. עד 2014 מתכננת ספייס איקס להוציא לשוק משגר פאלקון גדול הרבה יותר, שייקרא "פאלקון כבד" או, בקיצור, FH. משגר ה-FH יהיה מסוגל לשאת מטען כפול מזה שמיועדים לשאת דגמי האטלס והדלתא הגדולים ביותר, במחיר של 100 מיליון דולר בלבד, פחות משליש מן המחיר הנדרש בעבור מתחריו.

עד עתה, שיגרה נאס"א שלוש עד חמש משימות חקר מדעיות לטיסות מסלוליות מדי שנה. אילו רק מחצית ממשימות אלה היו משוגרות על גבי הפאלקון הכבד, היה אפשר לחסוך שניים עד שלושה מיליארד דולר במהלך חמש שנים. די היה בסכום זה כדי לממן שיגור של כמה משימות חדשות לאחד מכוכבי הלכת במסגרת תכנית דיסקברי [לחקר מערכת השמש] או כעשר משימות במסגרת תכנית ה-Small Explorer, המיועדת למחקרים בתחום האסטרונומיה והפיזיקה של השמש. בסכום זה, היה אפשר אף לשגר למאדים גשושית מחקר חדשה, משוכללת פי כמה מקוריוסיטי.

אפשרות אחרת לחיסכון בעלויות שמציעות חברות בתעשיית החלל היא שיגור מִכשור מדעי כמטען נלווה בטיסות חלל מסחריות. לדוגמה, כל אחד מ-72 לווייני הדור השני של מערך התקשורת אירידיום מציע להציב עליו מטען בתשלום. המשימה המארחת מכסה את עלויות השיגור והלוויין, והגוף המשגר את המכשור המדעי משלם רק חלק קטן מעלויות אלה. לעת עתה, רעיון "המטען האורח" כבש פלח שוק מצומצם בלבד, שכן אפשרות זו ניתנת ליישום רק כשהמכשירים המדעיים מתאימים להעמסה על לווייני התקשורת ולפעולה ממסלול התנועה המיוחד של לוויינים אלה. ברור שאפשרות זו אינה ישימה כשמדובר בשיגור טלסקופים גדולים או במשימות המחייבות שימוש בלוויין ייעודי. עם זאת, זו הזדמנות לשיגור מטענים קטנים יחסית בעלות של כמה עשרות מיליוני דולרים במקום מאות מיליוני הדולרים הנדרשים כיום לשיגור ולהפעלה של לוויין ייעודי למשימה.

לעבר הירח והמאדים

בקרוב יהיה אפשר לשגר מכשירים מדעיים כמטען נלווה הרחק מעבר למסלול הסובב את כדור הארץ. יותר מעשרים צוותים מאירופה, מצפון אמריקה, מאסיה וממקומות אחרים ברחבי העולם [ובהם ישראל] נרשמו לתחרות פרס X לירח של גוגל, המבטיחה פרס בשווי של יותר מ-30 מיליון דולר לצוות שישלים בהצלחה להנחית לראשונה רובוט מסחרי על פני הירח (ראו: "בדרך לירח", מאת מייקל בלפיורי, סיינטיפיק אמריקן ישראל, אוגוסט-ספטמבר 2012 ו-" להציב את דגל ישראל על הירח", מאת איתן קריין, באותו גיליון).

קבוצות [של מתחרים] כמו Moon Express ו-Astrobotic החלו כבר לחתום על חוזים לשיגור מכשור מדעי לירח. חברות אלה ואחרות רואות בתחרות פרס ה-X משימה לדוגמה, ראשונה בשרשרת של משימות דומות. היעד לטווח רחוק הוא יצירת זרם הכנסות קבוע שמקורו באנשי מחקר ובמדינות שאין לרשותם מאות מיליוני דולרים ואף לא ניסיון טכני הדרוש לנחיתה על הירח, אך יכולים לממן משלוח של מטען על נחתת של גורם אחר. גם 10 מיליון דולר הם מחיר מציאה, זול פי 100 ממשימות החלל הממשלתיות שהגיעו לאחרונה לעלות של מיליארד דולר האחת.

מדענים העוסקים בחקר הירח וכוכבי הלכת מקווים שברמת מחירים זו, עוד ועוד מדינות יוכלו להרשות לעצמן לשגר ניסויים לירח, וכך לחולל רנסאנס בחקר "כוכב הלכת הארצי החמישי" (לאחר כדור הארץ, מאדים, כוכב חמה ונוגה).

בשאיפה להגיע מעבר לירח, אל מאדים, חברת ספייס איקס בוחנת בימים אלה את האפשרות להתאים את חללית הדרגון, שפותחה במקור כדי לשאת מטען לתחנת החלל הבין-לאומית, לשיגור מטענים גדולים יותר למאדים. עלותה של חללית משודרגת כזו צפויה להיות קטנה במאות מיליוני דולרים מזו של נחתות המאדים ששוגרו לאחרונה. אם תצליח החברה למכור את הרעיון לנאס"א או לסוכנויות חלל אחרות, תיפתח דרך חדשה ולא יקרה לחקר המאדים, שתיתן מענה הולם לבעיית המימון של המשך חקר המאדים, שלפניה ניצבות כיום סוכנויות חלל ברחבי העולם.

תחנות חלל פרטיות

כ-90% מ-194 מדינות העולם אינן שותפות לתחנת החלל הבין-לאומית ולכן אין להן סיכוי רב להשיג גישה משמעותית לתחנת חלל גדולה ויחידה במינה זו. בשביל מדינות כמו סין, הודו ודרום קוריאה, תחנות חלל מסחריות פרטיות יכולות להיות הפתרון הטוב ביותר לגישה נרחבת לחלל לשם מחקר מדעי בנושאים כגון היעדר כוח כבידה, חוקי היסוד של הפיזיקה ומדעי החיים בחלל, וכן לניסוי טכנולוגיות בחלל, וכבונוס, אף להעניק להן יוקרה לאומית.

החלוצה בתחום זה, והידועה מכולן, היא חברת ביגלו אירוספייס (Bigelow Aerospace). ללא הרבה רעש תקשורתי פיתחה החברה כבר שני אבות-טיפוס של תחנת חלל פרטית המיועדת להקיף את כדור הארץ במסלול לווייני נמוך והיא בוחנת אותן. תחנת החלל המאוישת הראשונה של ביגלו תספק מקום לעד שישה מדענים וכך תכפיל את מספר המחקרים הנערכים בחלל תוך כדי הקפת כדור הארץ בכל זמן נתון. במשולב עם שירות של מוניות חלל פרטיות, כמו ה-CST-100 של חברת בואינג או הדרגון של ספייס איקס (המיועדות להטיס אסטרונאוטים בין כדור הארץ לבין תחנת החלל הבין-לאומית), תוכל תחנת החלל הפרטית של ביגלו להציע לאנשי מחקר, לסוכנויות ולחברות, בארה"ב ובמדינות אחרות, גישה מהירה יותר לחלל במחצית או אף בפחות ממחצית העלות המוערכת של שיגור חללית סוֹ‏יוּ‏ז והשהייה בתחנת החלל הבין-לאומית.

חברת ביגלו אינה היחידה העוסקת בתחום זה. חברה אחרת, אקסקליבר-אלמאז, מתכננת תחנת חלל דומה, אך קטנה יותר, המבוססת על מודולים של תחנת חלל ועל חלליות לשיגור אנשי צוות מתקופת ברית המועצות לשעבר.

גם חלליות הדרגון של ספייס איקס יכולות לשמש כתחנות חלל לטווח ארוך. על פי חוזה שחתמה החברה עם נאס"א, החלליות משמשות כיום כמעבורות להעברת מטען לתחנת החלל הבין-לאומית. בעתיד הקרוב, הן צפויות חלליות להטיס אליה גם אסטרונאוטים. אך חלליות הדרגון מסוגלות להרבה יותר מכך. חברת ספייס איקס מתכננת שיגור של חללית כזאת כמעבדה מעופפת, בתצורת DragonLab‏, למשימות חקר אוטומטיות או מאוישות במסלול סביב כדור הארץ. היא תוכל לשהות במסלול במשך שבועות או אף חודשים, כשבמהלכם ייערכו ניסויים מדעיים הן בתוך החללית והן מחוצה לה, וכל זאת, בעלות נמוכה מזו שעשויות להציע תחנות החלל המסחריות.

למרחבי החלל הלא נודע שמעבר

הפיתוחים החדשניים האלה הם דוגמאות לגישה לחלל בדרכים מהפכניות, הראשונות מאז שנות ה-50 וה-60 של המאה הקודמת, שבהן התפתחו והבשילו הלוויינים, חלליות המחקר בתת-מסלול והמשימות לכוכבי הלכת. עם זאת, תעשיית החלל המסחרית עדיין מצויה בתחילת הדרך, ושאלות רבות נותרו פתוחות. באיזו מידה ישפיעו החברות שנכנסו לשוק החדש על חקר החלל, עד כמה ילהיבו את הציבור הרחב והאם יצליחו לסחוף אחריהן יזמים נוספים להצטרף למהפכת תעשיית החלל המסחרית? התשובות לשאלות האלה תלויות, ולא במעט, בחדשנות שיראו מדענים וסוכנויות חלל, במידה שבה ייטיבו להסתגל לעולם החדש של תעשיית החלל המסחרית ובאופן שבו ישכילו לנצל אותו כדי לקדם את חקר החלל.

אם היוזמות המסחריות בתחום הטיסות התת-מסלוליות והטיסות המסלוליות המצויות כיום בשלבי פיתוח יוכתרו בהצלחה, הן עשויות לפתוח לפנינו דרך נוספת לחקר האסטרואידים, כוכבי הלכת והירחים של מערכת השמש. בדומה למסעות החקר הפרטיים לאזורי הקוטב, שגילו ארץ לא נודעת, היוזמות המסחריות האלה יכולות לפתוח צוהר למרחבי החלל הלא נודע עדיין וכך לתרום לקידום המדע. ואין זה חלום באספמיה. במקרה זה, לפחות, השמים אינם הגבול.