מצלמה בחלל שמצלמת בשני מצבי תאורה במקביל
מאת עודד
אברהם
בכתבה זו
אנו מביאים רשמים ממושב החלל מסלון האוויר הישראלי – כנס איירוספייס 2011 בבנייני
האומה בירושלים, 30 בנובמבר.
הכנס, שנפתח בדברי ברכה של השר
מתן וילנאי ונציגי תעשיית וצבא בכירים, היה מרשים למדי. מאות משתתפיו זכו לסקור
תערוכת ספקים מקיפה בה הציגו עשרות חברות ישראליות וזרות את מרכולתן בתחום החלל
והתעופה, ולשבת במספר מושבים מקצועיים בתחומי הטכנולוגיה וההגנה. אישית, זכיתי לשבת
במושב החלל, שהיה מרתק.
במושב
החלל, סיפר מאיר חן, מנהל פיתוח נושאים עתידיים בבת חלל (תע"א), על קונסטלציה חללית
לניטור ימי. כיום, ניטור כלי ים אזרחיים נעשה באמצעות משדר VHF שנקרא AIS
(Automatic Identification System).
על פי הוראת ארגון הימאות הבינלאומי,
(International Maritime Organization – IMO) כל ספינה בת 300 טון-מטר ויותר חייבת
בנשיאת משדר כזה (למרות שגם ספינות קטנות יותר לעיתים מחויבות לשאת אחד). ניטור
האותות נעשה במערכת ממ"ג (מערכת מידע גיאוגרפית, כדוגמת Google Earth).
בעזרת
המערכת ניתן לדעת את מיקומו של כל כלי שיט נושא משדר, ולקבל מהמערכת כרטיס מידע
המשלב את תמונתו, פרטים על מטענו, דגלו וכדומה.
אולם, מספר כלי השיט
הנעים בים רק יעלה עם השנים. באזור אירופה למשל, הצפי ל-2029 הוא של 100,000 כלי
שיט בחופי ונהרות היבשת. ניטור כמות אדירה כזו, לשם הבטחת בטיחותם, אבטחם, הנצלתם
הנכונה ותיעוד זיהום שאולי ייצרו, תהווה אתגר עצום לבעלי העניין (מדינות חוף,
רשויות ימיות, חברות ספנות וכד'). די לדמיין מקרה זיהום באחד מנתיבי השייט. בלא
ניטור מספק, לא נוכל לדעת מי הכלי המזהם, איזה חומר נפלט למים ועל מי יוטלו האחריות
וההוצאה הכספית לשיקום הסביבה. סיבות נוספות המכריחות ניטור תמידי הם דייג בלתי
חוקי שמכביד על הסביבה והכלכלה המקומיות, כמו איומים מצד פיראטים (אם כי פחות בחופי
אירופה, בשלב זה).
לאחרונה יצאה סוכנות החלל האירופית ESA בקול קורא
לחברות מסחריות לשת"פ בשם SAT/AIS (Satellite Automatic Identification System).
כלומר, ניטור מן החלל של אותם משדרי רדיו. מספר חברות כבר פועלות בתחום, כגון
ExactEarth ו-SpaceQuest Canada הקנדיות, שמשתפות פעולה ובונות ננו לוויינים. אולם
גם לתעשייה האוירית יכולת מסחרית לתת מענה לצרכי ESA העתידיים. לווייני טסקאר
ואופסאט 3000 הישראלים נעים בגבהים נמוכים ויוכלו לתת מענה לצורך ניטור אוניות
עליהן לא מותקן משדר AIS. לוויינים ישראלים נוספים יוכלו לספק כיסוי של צפון
האוקיינוס האטלנטי ומאות מיילים לתוך הים סביב חופי אפריקה, כולל קרן אפריקה מוכת
הפיראטים. כמובן שלוויינים אלו ואחרים יוכלו לפעול במשותף (כקונסטלציה) ובכך לספק
כיסוי נרחב ברזולוציות שונות.
אילן פורת, ראש תחום החלל באלאופ
ובאלביט סיפר על המערכת האופטית יופיטר, בעלת הרזולוציה הגבוהה והשדה הרחב, שמאפשרת
תמונות ומדידות גם בתנאי ראות קשים. רזולוציית צילומי שחור לבן עומדת על חצי מטר
מגובה 600 ק"מ. רוחב השדה באותו גובה הוא של 15 ק"מ, והתמונה מורכבת מ-30 אלף
פיקסלים (גודל כל פיקסל: 13 מיקרון). קצב העברת המידע עומד על 5.6 ג"ב בשניה, כלל
לא טריוויאלי. המצלמה מאפשרת binning, כלומר, איחוד פיקסלים לפי צורך המצמצם את נפח
המידע לשם העברה מהירה יותר של תמונות בהן אין צורך ברזולוציה גבוהה. תהליך זה נעשה
עד כה מחוץ למצלמה על מחשב חיצוני שדרש חשמל, או על הקרקע. למרות יכולות אלו, מערכת
היופיטר הצנועה שוקלת פחות ממאה קילו, וצורכת פחות מ-200 וואט.
חידוש
טכנולוגי שנמצא בגלאי המערכת עצמם מצמצם את הצורך בקיזוז תנועת הלויין (תנועה
שמטרתה צילום מטרה משתי זויות שונות). היות שבעת קיזוז מצטמצם שטף קרינת השמש המגיע
לתאים הסולאריים (או פוסק לחלוטין), יש בכך יתרון עצום. על גלאי בודד יש 5200
אלמנטים, וגלאי אחד עשוי, למעשה, משני גלאים זהים. לכל גלאי מערכת כוח ואלקטרוניקה
משלו. אומנם כפילות זו מביאה לצריכה כפולה של חשמל.
אך יש כאן יתרון
עצום: אם נצלם בניין מהחלל, יתכן שצילו ייפול על מגרש חניה בו מסתתר מידע חשוב.
במצלמות רגילות נוכל לצלם רק את הבניין המואר ואובייקט עניין שיעמוד במגרש החניה
יוסתר מעיננו. לחילופין, כדי לדעת מה נמצא במגרש החניה נצטרך לחשוף את התמונה חשיפת
יתר, לתפוס את הנסתר אך "לשרוף" את הבניין. כך שעל מנת לקבל את כל המידע יהיה עלינו
לצלם פעמיים – פעם בחשיפה רגילה, ופעם בחשיפת יתר. ומה אם ההזדמנות הבאה לתמונה
תבוא רק בהקפה הבאה? או אפילו מספר ימים לאחר מכן? יתכן שנחזור לצילום נוסף והמטרה
כבר תתגלגל מהמקום או תטושטש. במקרה של גלאי כפול ניתן לצלם שתי תמונות ב-White
Balance שונה, כאילו אנו מצלמים בשתי מצלמות נפרדות. כלומר, בו זמנית נקבל את
הבניין המואר בתמונה אחת, ואת מגרש החניה המוצל בתמונה שניה.
טל ענבר,
ראש המרכז לחקר החלל והכטב"ם במכון פישר לחקר החלל, הציג בעיה מוכרת: בעת אירוע
נקודתי (רעידת אדמה, צונאמי) או מתמשך (שריפה, שיטפון), ניטור מן החלל יכול לסייע
מיידית באומדן נזקים וניהול מאמצי החילוץ, בייחוד היכן שכל שעה קובעת. אולם לרוב,
תשתיות החלל אינן זמינות ברזולוציית זמן כזו. מדוע? קודם כל מפני שהאפשרות לספק
יכולות שונות מכלי חלל אשר כבר במסלול מוגבלת מאוד (כללית, לוויינים משוגרים עם
יכולות ניטור ותנועה ספציפיות שאינן ניתנות לשינוי מכדור הארץ). בנוסף, היכולת
להרכיב לוויין על פי דרישה ולשגרו בתוך שעות אומנם קיימת בידי נאס"א, אך לא חלחלה
לשאר מדינות העולם (וגם בארה"ב היא לא תורגלה פרט לניסוי בודד). לכן, כאשר מתעורר
הצורך, לעיתים נדרשות מספר שעות או אף ימים לקבל קלט חשוב מלוויין, צבאי או אזרחי
שכבר נמצא במסלול. כפתרון, ענבר הציג את קונספט ה-Responsive Space:
ראשית,
לוויינים ינוצלו טוב יותר כך שיוכלו להתפנות ממשימתם לניטור אירוע חשוב כזה או אחר.
שנית, ייבנו מחסנים של לוויינים וחלקי לוויינים שיהיו מוכנים לשילוח על פי דרישה.
אחת הבעיות העיקריות כאן היא סטנדרטיזציה של רכיבים. נסביר: כמה פעמים שכחתם את
מטען הסלולרי ונאלצתם לסרב להצעות חברים מפני שהמטען שברשותם לא מתאים למכשיר שלכם?
זאת בעיית הסטנדרטיזציה, שע"פ ענבר אולי תעלם בקרוב בתחום החלל. שלישית, יש צורך
בפיתוח מבני שיגור זמינים, פשוטים ואמינים שידרשו מינימום תחזוקה לפני ואחרי שיגור.
כאן סוכנות החלל היפנית עושה חיל, עם פיתוח משגר הM-5הטוויסט בסוף דבריו של ענבר
הוא העובדה שמערך שכזה יכול להיות אזרחי לחלוטין (Civilian Responsive Space –
CRS), ובחזקת מדינות שמבינות את היתרון שבקבלת מידע מהחלל. ישראל
ביניהן.
מידד פריינטא, מחברת ספייסיאליסט הישראלית ואיש לווייני
"עמוס" לשעבר, סיפר על בעיית זיהום החלל ע"י האדם. מסתבר שעשרות אלפי עצמים בגודל
של יותר מ-10 ס"מ סובבים את כדור הארץ, ומתוכם רק כמה מאות הם לוויינים פעילים שאכן
אמורים להיות שם. השאר הם לוויינים לא פעילים, חלקי משגרים שאינם בשימוש ושרידים של
התנגשויות לוויינים. עקרונית, חלק מפסולת החלל מנוטרת, אך ברמה נמוכה מאוד (אף אחת
מההתנגשויות שאירעו בחלל לא נחזתה מראש). בנוסף, בעיה חמורה צצה כאשר מדינות החלו
לנסות נשקי ASAT Anti-Satellite.
מדובר בטילים לכל דבר ועניין, אשר מטרתם היא
בודדה: להשמיד לוויין במסלול ע"י פיצוצו. אירוע שכזה עלול ליצור שברים רבים, אשר
רובם יישארו במסלול שנים רבות. בעיה חמורה נוצרה כאשר סין ביצעה ניסוי ברוטלי בו
לוויין סיני שעסק בניטור מזג-אויר גדול הושמד ע"י טיל ים-חלל ששוגר ע"י הצבא. ניסוי
חסר התראה זה הביא להיווצרותם של שברים רבים, שחלקם הגדול יישאר עימנו עוד שנים
רבות. תחנת החלל נאלצה לשנות מסלולה מספר פעמים על מנת להתחמק משברים שנוצרו בעת
הניסוי. גם בשנים 1993, 1998, ו-2003 אירעו אירועי התנגשות שמשויכים לפגיעות שברים
בלוויינים פעילים. אחד משיאי האירועים הוא ההתנגשות בין לוויין אירידיום ללוויין
קוסמוס רוסי. בנוסף, בינואר השנה, צוות תחנת החלל התפנה לממ"דים בהתראה של 27 דקות
מפני שבר פסולת חלל שעבר אותה במרחק 250 מטר בלבד – פה בפירוש היה מזל גדול.
לפי מר פריינטא, הבעיה דומה לבעיית זיהום האוקיינוסים. אם פעם חשבו שהים
יסבול הכל, כגון הזרמת שפכים, זיהומי ימאות וגם פסולת, הרי שהיום כולנו משלמים את
מחיר. כך גם יהיה בחלל. ומדוע להמתין? השלכות אפשריות להתנגשויות בחלל הן רבות, החל
מצמצום תדרי תקשורת בחלל בעקבות אובדן או פגיעה בלווייני תקשורת חשובים ועד לעצירת
שיגורים טוטאלית. אם נבחן את ההשלכה לצמצום תדרי תקשורת חלליים, למשל, הרי שמדובר
בסיפור לא נעים: על תדרים אלו נישאים אותות טלווייזיה, טלפוניה, ואפילו עסקאות
כרטיסי אשראי. צמצום רוחב הפס לתקשורת זו יביא לתמחור על ביט תקשורת שעובר בו,
והעלות תגולגל, מן הסתם, אלינו הצרכנים. ובל נזכיר את הסכנה של נפילת שברים מהחלל,
כפי שקרה לאחרונה עם לווייני ה-URAS האמריקאי וה-ROSAT הגרמני, אשר בתורם נפלו
לקרקע בנפילות לא מבוקרות. לדעת פריינטא, ניתן לתכנן לוויינים לכניסה מבוקרת כך
שישרפו לחלוטין באטמוספרה, וחובה לעשות זאת.
ד"ר ניסים יחזקאל, ראש
מינהל הנדסה במפעל מבת חלל, סיפר כיצד עלות-תועלת וביצועים לעיתים אינם משתנים
לטובה כאשר מקטינים את גודל הלויין.