פינצטה

אסף בן נריה

ונוס, הלוויין הסביבתי

איך יעזור הלוויין הישראלי-צרפתי ונוס למחקר הסביבתי, ומה הקשר בינו לבין פיתוח מנועים חשמליים?

2 באוגוסט 2017

כלי מעופף חדש, פרי שיתוף פעולה של סוכנויות החלל הישראלית והצרפתית, המריא בהצלחה לחלל אי שם בדרום-אמריקה ביום רביעי, 2 באוגוסט 2017. מדובר בלוויין מחקר שמתדהר בשם ונוס (VENµS), אך הכוונה היא לא לכוכב הלכת, אלא לראשי תיבות באנגלית של "ניטור צמחייה וסביבה על גבי מיקרו-לוויין חדש" – Vegetation and Environment monitoring on a New Micro-Satellite.

הלוויין, שיכסה את ישראל לאורכה ולרוחבה, בנוסף ליעדים נוספים ברחבי העולם, יפיק צילומים שיהיו זמינים לחוקרים בישראל ומחוצה לה, ובאמצעותם יתקיימו מחקרים סביבתיים שונים: החל מניטור של זיהומי מים וקרקע, המשך במעקב מדויק אחרי מצב החקלאות ושמורות הטבע בישראל וכלה בהשפעות שינוי האקלים.

לוויין קטן, משימה גדולה

צמד המילים מיקרו-לוויין מרמזות על כך שמדובר בלוויין קטן יחסית, והוא משתייך לקטגוריית לוויינים שמשקלם עד 500 ק"ג. לשם השוואה, משקל של לוויין גדול יכול להגיע לאלפי קילוגרמים – כך למשל משקל לוויין התקשורת עמוס 4 הוא 4.2 טון. משקלו של ונוס בעת ההמראה, לעומת זאת, יסתכם ב 265 ק"ג "בלבד".

את תפקידו המדעי יבצע הלוויין כאשר הוא משייט במרחק של 720 ק"מ מעל פני כדור הארץ. הלוויין ינוע במסלול מסונכרן עם השמש, מה שיאפשר לו לעבור מעל אותה נקודה כל 48 שעות ולצלם אותה כאשר הוא שומר על אותה זווית ביחס לשמש. שמירה על זווית קבועה היא חשובה במיוחד, שכן היא מאפשרת לראות שינויים שמתרחשים לאורך זמן – דבר חשוב במיוחד לאור העובדה שהנתונים ישמשו למחקר מדעי.

הלוויין יספק מידע על יותר ממאה אזורים בעלי עניין מחקרי מיוחד, שכוללים יערות, שדות חקלאיים, שמורות טבע וגופי מים. באופן זה, הוא יוכל לשמש ככלי מחקרי לזיהוי של זיהום בימים ובאגמים, לחקר של תופעות אקולוגיות שקשורות בשינוי האקלים כמו תופעת המדבור, ולהערכה של נתונים החשובים לחקלאות כמו מידת רטיבות הקרקע ומחסור במים ובחומרי הזנה בצמחים.

לאחר שנתיים וחצי שבהן יבצע את משימת המחקר, ירד הלוויין לגובה נמוך יותר של 410 ק"מ ויתמקד במשימה הנדסית, שבה תיבחן מערכת ההנעה ייחודית שפותחה על ידי חברת רפא"ל. המנוע של ונוס הוא חלק קריטי בהצלחת המשימה, מפני שעל מנת לקבל תצלומים מדויקים, הלוויין צריך לעבור כל 48 שעות בדיוק מעל אותה נקודה ולשמור על זווית צילום קבועה מול כדור הארץ ומול השמש, מה שידרוש תיקוני מסלול מעת לעת. לכן, בשלב זה הוא צויד בשתי מערכות הנעה – קונבנציונאלית-כימית, וחשמלית במסגרת ניסוי.

ברפא"ל מקווים להראות כי מערכת ההנעה החשמלית המבוססת פלסמה שפיתחו יכולה להוות תחליף למערכת ההנעה הקונבנצינאלית שמבוססת על מנוע כימי ולכן להפעלתה נדרש דלק. המערכת החשמלית, מנגד, משתמשת באנרגיה סולארית ואינה דורשת דלקים. שימוש בה יסייע לצמצם את משקל המערכות של הלוויין, מה שיאפשר להגדיל את משקל הציוד לצורכי מחקר בלוויינים עתידיים.

שיתוף פעולה ישראלי-צרפתי

הלוויין ונוס נבנה בשנים האחרונות בישראל ביוזמת סוכנות החלל הישראלית, בשיתוף פעולה של התעשייה האווירית, אלביט ורפאל. השותפים מצרפת התמקדו בתכנון ובבנייה של תחנות הקליטה הקרקעיות, בפיתוח של מסלול עיבוד המידע שיתקבל מהלוויין ובפיתוח המצלמה. למעשה, גם המצלמה של ונוס נבנתה בישראל על ידי חברת אלביט, שהוזמנה על ידי הצרפתים לבצע עבורם את הפיתוח של המצלמה הייחודית.

עם סיום בנייתו בישראל, בחודש מאי, החל הלוויין לעשות את דרכו לאתר השיגור בגינאה הצרפתית, משם הוא שוגר בהצלחה ונכנס למסלולו. בעוד שלישראל יש טכנולוגיה ייחודית לשיגור לוויינים לכיוון מערב, נגד כיוון סיבוב כדור הארץ, שיקולים של משקל הביאו לכך שהלוויין לא ישוגר מישראל. לדברי אבי בלסברגר, ראש סוכנות החלל הישראלית, "השיגור בישראל מוגבל לכיוון מערב, ובשיגור כזה מפסידים הרבה משקל" – כלומר, משקל של ציוד מחקר שניתן להעמיס על הלוויין. שיגור של לוויין הוא מבצע יקר ומורכב, "עלותו יכולה להגיע לעשרות מיליוני דולרים", מציין בלסברגר, כאשר מה שקובע את הסכום המדויק הוא המסלול אליו משוגר הלוויין, משקלו והאם מדובר בשיגור של לוויין יחיד.

לוויין שיאפשר לראות אל תוך השדה החקלאי

"העבודה על פרויקט ונוס החלה כבר לפני כ 15 שנים", מספר פרופ' ארנון קרניאלי מאוניברסיטת בן גוריון בנגב, שמשמש כמדען הראשי של הפרויקט. "גיבשנו מסמך שפירט את תכונות הלוויין שדרושות למדענים, כולל מה יהיה כושר ההפרדה המרחבי (רזולוציה – א.ב.נ), מה יהיו אורכי הגל שמצלמת הלוויין תצלם, ולאילו דיוקים אנחנו שואפים".

בהתאם לדרישות שהציבו המדענים, ונוס צויד במצלמה מיוחדת שיכולה לקלוט פרטים על פני כדור הארץ ב-12 אורכי גל, בהם גם פרטים שאינם נראים לעין, ברזולוציה מרחבית של כחמישה מטרים. לדברי קרניאלי, כבר כיום קיימים לוויינים שיודעים לצלם מעל 12 אורכי גל, מסוגלים לתת רזולוציה מרחבית טובה יותר, ולעשות את זה בפרקי זמן קצרים יותר, "אך אין כיום אף לוויין שמשלב בין שלושת התכונות האלה כמו שוונוס עושה". השילוב הוא חסר תקדים בתחום המחקר הלווייני ומאפשר קשת רחבה של שימושים.

אחת התכונות הייחודיות של מצלמת הלוויין היא יכולתה לתרגם לנתונים כמותיים מדויקים ארבעה אורכי גל שנמצאים בקצה הספקטרום הנראה, בתחום המכונה "הקצה האדום". "לתחום זה יש חשיבות גדולה לצורך הבחנה בתכונות שונות של צמחייה", מסביר קרניאלי. לדבריו, ניתוח המידע שיתקבל מאורכי גל שנמצאים בתחום הזה יאפשר ניטור של מצב הצומח, ויאפשר גילוי של מצבי עקה, שבהם מחסור במים או בחומרי הזנה גורם לפגיעה בצמחים.

שימוש בנתונים בעלי רזולוציה מרחבית גבוהה הוא חלק מגישה יישומית שנקראת "חקלאות מדייקת". בגישה זאת, אומר קרניאלי, "ניתן לבחון את השינויים בזמן ובמרחב של מצב הצמחייה בתת-חלקות, ולא להתייחס לשדה כמכלול". איתור של מצבים חריגים בחלקות השונות של השדה יכול לאפשר לחקלאי לתת פתרון פרטני למצב, ועל ידי כך לחסוך בעלויות ובמשאבים כמו דשנים ומים.

היורש האיטלקי כבר בדרך

התמונות הראשונות שישגר אלינו ונוס צפויות להגיע למרכז המחקר בקמפוס שדה בוקר של אוניברסיטת בן גוריון כבר בחודש נובמבר. המרכז יעבד ויתקן תמונות שיגיעו משלוש רצועות שטח – הגליל, מישור החוף (כולל רצועת הים הקרובה) והנגב. בשטח המצולם ייכללו תחנות אקולוגיות שמבוצעים בהן כיום מחקרים סביבתיים ארוכי טווח, פארקים לאומיים, שמורות טבע ומרבית היערות הטבעיים והנטועים. התמונות, ברמות שונות של עיבוד, יופצו באופן חופשי לצרכי מחקר, אך לא ניתן יהיה לעשות בהן שימוש לצרכים מסחריים. התמונות שיצלם הלוויין מחוץ לישראל ישמשו גופי מחקר בחו"ל, וכך, למשל, תמונות מהלוויין ישמשו לביצוע מחקר במדינת מישיגן שבארה"ב בנוגע לקשר בין אזורים חקלאיים ומיוערים לרמת פליטות הפחמן לאטמוספירה.

בעזרת התמונות ניתן יהיה להשוות בין אזורים צחיחים וירוקים, בין אזורים מושקים ויבשים, ובאופן זה, לראות את ההשפעה שיש לשינוי האקלים על שימושי וכיסויי הקרקע. במרכז בשדה בוקר ייבנה גם הארכיב הלאומי של תמונות הלוויין, שהמידע שיופק מהן יוכל לשמש בעתיד כנקודות ייחוס למחקרים אחרים.

המשימה של ונוס צפויה להימשך כ-4.5 שנים. מכיוון שבנייה של לוויין היא תהליך שנמשך שנים רבות, בסוכנות החלל הישראלית עובדים כבר כיום על לוויין עתידי שיחליף את ונוס כאשר הוא יסיים את משימותיו בחלל. "כיום אנחנו מדברים עם האיטלקים על פרויקט חישה מרחוק, שיהיה מתקדם מוונוס", מסכם בלסברגר, "למעשה כבר ביצענו חקר היתכנות ואנחנו כרגע דנים על מימוש הפרויקט".

חפשו מומחים נוספים בתחום