‏הצגת רשומות עם תוויות חלליות. הצג את כל הרשומות
‏הצגת רשומות עם תוויות חלליות. הצג את כל הרשומות

יום שבת, 27 באוגוסט 2011

האם ניתן לראות את החומה הגדולה מהחלל?

הטענה כי החומה הגדולה של סין היא העצם היחיד מעשה ידי אדם שניתן לראות אותו מהחלל מוזכרת בספרים, באמצעי תקשורות שונים וכמובן באינטרנט.

קטע מהחומה הגדולה של סין ליד בייג'ינג. צלם: נתי דינור

האם זה נכון? האם בכלל ניתן לראות את החומה הגדולה מהחלל?
בגדול, התשובה היא: כנראה שלא ניתן להבחין בה בעין, ללא טלסקופ.

למעשה, אם מתרחקים מכדור הארץ, גם טלסקופ לא יועיל. רוחבה של החומה הגדולה אינו עולה על 10 מטרים, ולכן מהירח, שמרוחק מאיתנו בערך 400 אלף ק"מ לא ניתן להבחין בה גם אם ייעשה שימוש בטלסקופ הגדול ביותר הקיים. בעזרת טלסקופ האבל, המוצב בחלל ואינו נתון למגבלות הרזולוציה שגורמת האטמוספירה של כדור הארץ, ניתן להבחין על הירח בפרטים שגודלם כמאה מטר לפחות (למשל אזור הנחיתה של אפולו 17). בתנאים אידאליים, על מנת לראות עצם שרוחבו כ-10 מטרים על כדור הארץ יהיה צורך להציב על הירח טלסקופ בקוטר של 25 מטרים, בעוד שקוטר העדשה הראשית של הטלסקופ האופטי הגדול ביותר הקיים כיום היא 10 מטרים. בפועל גם זה לא יספיק, כי האטמוספירה שלנו פוגעת בכושר ההפרדה.

ממסלול קרוב לכדור הארץ, למשל מהמסלול של תחנת החלל הבינלאומית שמשייטת מעלינו בגובה של כ-400 ק"מ, ניתן להבחין בפרטים רבים על פני כדור הארץ ובעזרת מצלמה המחוברת לטלסקופ ניתן להבחין אפילו בבתים ובמכוניות. לראייה, ניתן לעקוב בעזרת תוכנת Google Earth, שעושה שימוש בתצלומי לוויין המוצב בגובה של 700 ק"מ, אחרי תוואי החומה. מצד שני, אין דיווח ודאי של אסטרונאוט שראה את החומה במו עיניו, ללא אמצעים אופטיים, ואפילו יאנג ליוויי, הטייקונאוט הסיני הראשון, נאלץ להודות שהוא לא ראה את החומה מהחלל.

קטע מהחומה הגדולה של סין בחלקה המזרחי. צלמת: Annie Lou

הבעיה היא לא רק שהחומה צרה מדי על מנת להבחין בה בעין, אלא גם שצבעה אינו שונה בדרך כלל באופן מהותי מצבע הסביבה, כלומר אין ניגודיות טובה מספיק על מנת להבחין בה. על מנת לראות את החומה יש צורך להתמקד באזור שצבעו שונה מאוד מצבע החומה. אם כן, בעין עדיין לא ראו את החומה מהחלל, וספק אם יצליחו לראות אותה, אבל בעזרת מצלמה עם זום קטן הצליחו להבחין בקטעים של החומה הגדולה. בתמונה הבאה שצולמה ב-2004 מתחנת החלל הבינלאומית בעזרת עדשת 180 מ"מ (שקול לזום של פי 5) מסומנים שני קטעים של החומה בעזרת חצים אדומים וקטע נוסף שאין ודאות לגבי הזיהוי שלו בעזרת חץ צהוב.

קטעים של החומה הסינית הגדולה בצילום מתחנת החלל הבינלאומית בשנת 2004. החצים האדומים מצביעים על קטעים של החומה שזוהו בוודאות והחץ הצהוב מצביע על קטע נוסף שקשה יותר להבחין בו. מקור: נאס"א

אין ספק שגם אם רואים את החומה בתצלום הזה, היא לא נראית כל כך מרשימה. יותר משמעותית בעיני היא העובדה שאסטרונאוטים יכולים להבחין מהחלל בהשפעת האדם על כדור הארץ - לטוב ולרע. הם יכולים לראות שדות תבואה ענקיים שהחליפו שטחים מדבריים, הם יכולים להבחין באורות מעשה ידי אדם, ולהבדיל הם גם יכולים לראות את ימת אראל שהתייבשה כמעט לחלוטין עקב הטיית הנהרות שהזינו אותה והם יכולים להבחין בשטחים ענקיים של יערות שנכרתו באזורים הטרופיים.

מצרים וישראל בלילה בצילום מתחנת החלל הבינלאומית. מקור: נאס"א

לקריאה נוספת: China's Wall Less Great in View from Space באתר של נאס"א

יום רביעי, 24 בפברואר 2010

הטיל וכלבי השמש

לפני שבועיים, ב-11 בפברואר, שיגרה נאס"א לחלל את ה-SDO - לוויין שאמור לחקור בשנים הקרובות את האטמוספרה של השמש, כלומר את השכבה החיצונית שלה. בעת השיגור ארע אירוע יוצא דופן, שככל הידוע לא ניצפה עד היום, ולמרות שעברו כמה ימים מאז השיגור לא נמצא לו הסבר מלא.

אנא צפו בסרטון הבא שצולם על ידי אחת הצופות בשיגור.



התופעה המעניינת מתרחשת החל מדקה וארבעים שניות אחרי תחילתו של הסרטון (קצת פחות מ-75 שניות אחרי השיגור).

בצד ימין רואים כלב שמש (sundog) - תופעה אופטית אטמוספרית הנגרמת עקב שבירת קרני השמש בגבישי קרח משושים הנמצאים בגובה רב (כ-10 ק"מ). גבישי הקרח נמצאים בדרך כלל בענני צירוס דקים ושקופים למחצה. לפי סידור הצבעים ניתן להבין שזה כלב השמש השמאלי מבין השניים, כלומר השמש נמצאת מימין לתמונה. לאחר שטיל השיגור עובר את שכבת העננים מופיע בבת אחת מין גל בענני הצירוס אשר הורס את כלב השמש למשך מספר שניות (כאן וכאן ניתן לראות שכלב השמש מופיע שוב).

תצלום של הרגע שבו מופיע הגל (קרדיט: George Privon). העובדה שהגל הופיע בבת אחת על פני חלק גדול מהענן מרמזת על כך שהוא נוצר באופן מתמשך על ידי הטיל והופיע כאשר חלקים שונים שלו פגעו יחד בענן.

הגעתי למסקנה שהטיל כבר עבר את שכבת העננים משום שרואים קודם לכן שהוא נבלע בתוך עננים, והיות שרואים אותו בהמשך, גם דרך העננים, ניתן להסיק שזו שכבת עננים דקה למדי. בנוסף לכך ניתן לראות פרט מעניין בסרטונים אחרים של אותו שיגור. אלו סרטונים של נאס"א שמאגדים צילומים ממספר מצלמות שהוצבו סביב אתר השיגור. כאן וכאן רואים מין סילון שחור שמופיע באופן פתאומי לכיוון שמאל-למעלה ומיד אחר כך נוצר הגל המסתורי. לדעתי הסילון הזה הוא בעצם הצל של הטיל אשר מוטל על שכבת ענני הצירוס שמתחתיו. בצד ימין-למטה ניתן להבחין בעשן שחור שמקורו בטיל (ניתן להבחין בו גם בסרטונים נוספים, למשל כאן). אינני יודע למה נוצר העשן, אבל הוא לא קשור לצל. אגב, בהמשך רואים את שובל ההתעבות (contrail) האופייני לטילים ולמטוסים הטסים בגובה רב. צבעו לבן והוא מורכב מאדי המים הנפלטים מהמנוע אשר מתקררים והופכים לגבישי קרח.

 תצלום מסך מאחד הסרטונים של נאס"א. ניתן לראות את הצל של הטיל על הענן שמתחתיו ואת העשן השחור הנפלט מהמנוע. פחות משנייה אחר כך מופיעים הגלים המסתוריים על הענן.

תופעה מעניינת נוספת המתלווה לאותו גל היא התעבות של טיפות מים סביב הטיל, בחלקו הקדמי. ניתן לצפות בה בכל הסרטונים. ההתעבות הזו נגרמת כתוצאה מתופעה אווירודינמית הקרויה סינגולריות פראנטל-גלאוארט ואשר מופיעה במהירות טרנס-קולית (קרובה למהירות הקול). אם כך, הגל שלנו נוצר קצת לפני שהטיל עבר את מהירות הקול, אבל אני לא מוצא קשר ישיר בין השניים. עצם שנע במהירות על-קולית יוצר גל הלם בצורת חרוט, ואכן מספר אתרי אינטרנט שהתייחסו לאירוע הזה כתבו שמדובר בגלי הלם, אבל אני לא מזהה כאן מאפיינים של גל הלם - הוא דומה יותר לגל רגיל שנוצר במים על ידי מקור נקודתי. במקרה הזה יש לנו מועמד טוב למקור הגל - המנוע של הטיל שמייצר גלי קול באופן מתמשך.

באופן כללי, אני מסכים עם מה שרשום באתר של נאס"א לגבי הרס כלב השמש על ידי הגל. גל אקוסטי (גל קול) שמקורו בטיל פגע בסידור הגבישים בענן, וכתוצאה מכך נעלם כלב השמש לזמן מה, עד שהגבישים הסתדרו מחדש. אבל לגבי השאלה מהו אותו גל אקוסטי ומה מקורו המדויק - לא מצאתי תשובה משכנעת באינטרנט.

החלטתי להעריך את אורך הגל על ידי השוואה לגודלו של טיל השיגור (אטלס 5). אורך הטיל עומד על כ-58 מטר, והמרחק בין שיא לשיא בגל הנראה בסרטון די קרוב לאורך הטיל, כלומר אורך הגל הוא בסדר גודל של עשרות מטרים. הורדתי את הסרטון למחשב שלי ובעזרת מעבר בין פריימים בודדים הערכתי את מהירות הגל - מצאתי שהיא קרובה למהירות הקול באוויר (בערך 300 מטר לשנייה בגובה של 10 ק"מ), ולכן אני מסיק שככל הנראה מדובר בגלי קול. חלוקת מהירות הגל באורך הגל נותנת את התדר. מתקבל תדר נמוך מאוד, פחות מעשרה הרץ. אלו תדרים שיכולים להופיע במנוע הטיל (למשל רעידות מכניות) ובהחלט ייתכן שמקור הגל במנוע, והוא נראה רק כשהוא פוגע בשכבת ענני הצירוס הדקה ומניע את גבישי הקרח הלוך ושוב למרחק של עשרות מטרים.

לסיכום, אלו הן המסקנות שלי:
מנוע הטיל יצר באופן מתמשך גלי קול בתדרים נמוכים מאוד וכאשר הם פגעו בשכבת ענני הצירוס ניתן היה לראות אותם עקב תזוזת גבישי הקרח בענן. התזוזה הרסה את סידור הגבישים וכלב השמש נעלם עד שהגבישים חזרו למקומם. הטיל היה קרוב למהירות הקול, ולכן הגלים שהוא יצר הגיעו לענן בערך ביחד איתו. הרגע שבו מופיע הגל בסרטונים הוא פחות או יותר הרגע שבו חזית הגלים פוגעת בענן.

האיור הבא מתאר חזית של גלי קול שנוצרים על ידי מטוס שטס במהירות נמוכה ממהירות הקול (שמאל) ושווה למהירות הקול (ימין). במקרה של תנועה במהירות הקול החזית מהווה גל הלם - שינוי חד בלחץ האוויר הנובע מהצטברות גלי קול רבים על קו אחד. לדעתי במקרה שלנו התופעה מופיעה לפני שהטיל מגיע למהירות הקול והיא לא קשורה להיווצרות גל הלם. 

היווצרות גל הלם בעת טיסה במהירות הקול (איור ימני) לעומת טיסה במהירות נמוכה יותר (איור שמאלי)

אני לא בטוח שההסבר שלי נכון, אבל לפחות כרגע הוא נראה לי הגיוני. מצד שני, מדוע לא ראו את התופעה בשיגורים קודמים? האם מעולם לא התבצע שיגור דרך שכבת ענני צירוס? האם היה משהו מיוחד בטיל הזה שגרם להיווצרות של גלי קול חזקים במיוחד בתדרי תת-שמע?

לקריאה ולצפייה נוספת:
על השיגור באתר APOD
סרטון נוסף של נאס"א

יום שבת, 13 ביוני 2009

למה אסטרונאוטים מרחפים במעבורת החלל?

זאת שאלה שרבים טועים בה. אמנם אסטרונאוט שנמצא בחללית רחוקה מכדור הארץ כמעט שלא ירגיש את כוח הכבידה וירחף בחללית, אבל מעבורת החלל ותחנת החלל טסות בגובה נמוך יחסית. אני לא כל כך אוהב נוסחאות, אך בכל זאת עשיתי לי הרגל להשתמש בהן לצורך חישובים פשוטים, כאלו שאפשר לעשות על פתק קטן או על גב מעטפה. הפעם הייתי צריך רק מחשבון. מעבורת החלל טסה בגובה של כ-350 ק"מ מעל פני כדור הארץ. אם מציבים בנוסחה של תאוצת הכובד מרחק של 6,750 ק"מ במקום 6,400 ק"מ (רדיוס כדור הארץ) רואים שתאוצת הכובד במעבורת החלל קטנה בערך ב-10% יחסית לתאוצה על פני כדור הארץ (8.8 מטר לשנייה בריבוע במקום 9.8 מטר לשנייה בריבוע). אם כך, כוח הכובד שפועל במעבורת החלל אינו קטן באופן ניכר מכוח הכובד שפועל על פני כדור הארץ, ולכן יש לחפש הסבר אחר לתופעת הריחוף במעבורת החלל.

שחמט בחלל. מקור: נאס"א

ההסבר הפשוט הוא שתאוצת הכובד פועלת על מעבורת החלל ועל האסטרונאוטים באותה מידה, כלומר הם נמשכים באותה עוצמה כלפי כדור הארץ. המשיכה הזו מתבטאת בתנועה במסלול סביב כדור הארץ של המעבורת וגם של האסטרונאוטים. בפועל הם נעים יחד ולכן לאסטרונאוטים אין תנועה יחסית למעבורת והם מרחפים בתוכה. זה המקום להעיר שבמצב כזה שבו הכוח היחיד הפועל על גוף הוא כוח הכובד, אנו אומרים שהגוף נמצא בנפילה חופשית. אם יש לו מהירות אופקית התחלתית בגודל הנכון הוא לא ייפול לעבר מקור כוח הכובד אלא יסתובב סביב אותו מקור. הנפילה החופשית מתבטאת בתנועה במסלול ללא השקעה של כוח חיצוני. ואכן המעבורת לא מפעילה את המנועים שלה כשהיא במסלול. בכלל, הפעלת מנועים של לוויינים (מעבורת החלל היא לוויין של כדור הארץ כשהיא במסלול) נעשית רק לצורך תיקוני מסלול.

למעשה, השאלה בכותרת של הפוסט מהותית יותר. לא מדובר רק באותה תנועה של שני הגופים (האסטרונאוט והמעבורת) וריחוף פיזי בתוך המעבורת, אלא עצם התחושה שיש לאדם שנמצא בנפילה חופשית. ובכן, התחושה של חוסר משקל מורגשת על ידי כל מי שנמצא בנפילה חופשית, בין אם הוא נמצא בתוך המעבורת או שהוא יוצא למשימה מחוץ למעבורת ואפילו אם הוא קופץ חלילה מראש מגדל. מי שעומד על הקרקע מרגיש את המשקל של עצמו בגלל שהקרקע מפעילה עליו כוח זהה למשקל שלו בכיוון ההפוך. המשקל הוא בעצם כוח הכבידה שמופעל על עצם שנמצא על פני כדור הארץ, ואילו הכוח שמופעל על העצם חזרה מהמשטח קרוי המשקל הנדמה (apparent weight). תחושת המשקל נובעת דווקא מקיומו של המשקל הנדמה, ותחושת חוסר-משקל נובעת מאי-קיומו של משקל נדמה במצב של נפילה חופשית.

איינשטיין סיפר ב-1922 על הניצוץ הראשון של תורת היחסות הכללית, 15 שנה קודם לכן:
ישבתי על כיסא במשרד הפטנטים בברן. לפתע עלתה בראשי מחשבה: אם אדם נופל בנפילה חופשית, הוא לא מרגיש את המשקל של עצמו. נדהמתי. הניסוי המחשבתי הפשוט הזה הותיר עלי רושם חזק. זה הוביל לתורת הכבידה.
קרוב לוודאי שהמחשבה הזו, שאותה הגדיר איינשטיין בתור "המחשבה המאושרת ביותר בחיי", לא הייתה מקורית לחלוטין אלא עלתה בראשו בעקבות קריאת ספרו של ארנסט מאך, אחד המדענים שהשפיעו עליו יותר מכול. אך איינשטיין הרחיב את הרעיון וניסח את עקרון השקילות: תנועה בשדה כבידה שקולה לתנועה במערכת מואצת. עקרון השקילות איפשר לאיינשטיין להתמודד עם הכבידה באמצעות ניתוח של מערכות מואצות ולהתאים את תורת הכבידה לעקרונות תורת היחסות. תוך שמונה שנים הוא הצליח לנסח את תורת היחסות הכללית.

אנסה להסביר קצת את עקרון השקילות ואת הקשר לנפילה חופשית. כאמור, אדם שנמצא בחללית רחוקה מכדור הארץ מרגיש חוסר-משקל והוא מרחף בחללית, אבל אם החללית מתחילה להאיץ קדימה, האדם נע בתוך החללית לכיוון ההפוך - אחורה. אפשר לחשוב על זה כך: לא פועל על האדם כוח ולכן הוא נוטה להמשיך באותה מהירות (החוק הראשון של ניוטון), אבל החללית החלה להאיץ קדימה, ולכן הוא נזרק לכיוון הקיר האחורי. כשהאדם יתנגש בקיר החללית הוא יתחיל להרגיש את הכוח שמפעיל עליו הקיר. בצורה דומה אדם שעומד על קרקע של כוכב לכת נמשך לעבר מרכז כוכב הלכת ומרגיש את הכוח שמפעילה עליו הקרקע (המשקל הנדמה). אדם בנפילה חופשית נמצא במצב מיוחד - מצד אחד פועלת עליו כבידה ומצד שני הוא נמצא במערכת מואצת. שני הגורמים הללו מבטלים האחד את השני (לפי עקרון השקילות - כבידה שקולה לתאוצה כלפי מעלה) והאדם מרגיש חוסר-משקל.

לסיום, אני רוצה לקחת את הנושא של נפילה חופשית צעד אחד קדימה ולהתבונן על היקום כולו. עקרון מאך קובע שעל מנת לנתח התנהגות של מערכת יש לקחת בחשבון את ההשפעה עליה של כל המסות ביקום. אני אישית רואה זאת כך: גופים נמצאים במצב של נפילה חופשית יחסית לשאר העצמים ביקום, והכוונה לכל גוף שהכוח היחיד שפועל עליו הוא כבידה. זה יכול להיות אדם מרחף בחלל, כוכב לכת, כוכב, גלקסיה או אפילו צביר גלקסיות. בהקשר זה, גלקסיות נמצאות בנפילה חופשית גם ביקום המתרחב, ולכן לא פועל עליהן כוח מעצם התפשטות היקום.

מאמר יפה של צבי עצמון על נושא זה: כבידה חסרת משקל, התפרסם בגלילאו 76, דצמבר 2004.

לקריאה נוספת בבלוג זה: כוח ג'י (g-force)

יום חמישי, 12 במרץ 2009

עוד כמה מילים על מעבורת החלל

שתי שאלות שקיבלתי במייל לאחר פרסום הפוסטים אודות אסון הצ'לנג'ר:

1. האם תוכל לתאר את מערכת ההנעה של המעבורת?
מעבורת החלל עצמה מכילה שלושה מנועים רקטיים. הדלק למנועים אלו מסופק ממיכל הדלק החיצוני (צבע חום-כתום בתמונה). המיכל מכיל חמצן נוזלי בחלקו העליון ומימן נוזלי בחלקו התחתון. המימן הוא בעצם הדלק והחמצן (המחמצן) משמש לבעירה של המימן. משני צדי מיכל הדלק נמצאים משגרי דלק מוצק שמספקים את מירב ההנעה בעת ההאצה הראשונית. הם מתנתקים כשתי דקות לאחר ההמראה. אסון הצ'לנג'ר נבע מאיבוד האלסטיות של אטמים שנמצאים במשגרים.

2. למה נדחתה המראת מעבורת החלל דיסקברי היום?
הדחייה ליום ראשון (לפחות) נובעת מדליפת מימן ממיכל הדלק החיצוני. גם כאן, בדומה לאסון הצ'לנג'ר, מדובר בבעיית איטום, אלא שהפעם הבעיה במיכל הדלק החיצוני ולא במשגר הדלק המוצק.

מעבורת החלל אנדוור

יום רביעי, 11 במרץ 2009

על החשיבות של חקירת "כמעט תאונה"

שני הפוסטים שפרסמתי אודות אסון הצ'לנג'ר (הראשון והשני) גרמו לי לחשוב על החשיבות של חקירת מקרים של כמעט תאונה. זו הייתה תאונה ידועה מראש. אטמי הגומי היו בעייתיים, ומקבלי ההחלטות, הן בחברה שייצרה אותם והן בנאס"א, ידעו על זה. האטמים נטו להישחק בתנאים מסוימים. הדבר התגלה בניסויים מוקדמים ושחיקה כזו התרחשה גם בטיסה השנייה של תכנית מעבורת החלל האמריקאית (STS-2) ובטיסות נוספות. השחיקה לכשעצמה יכולה הייתה להביא לאסון, אך כאמור ההתפרקות של הצ'לנג'ר אירעה מסיבה אחרת - האטמים איבדו את האלסטיות עקב הטמפרטורה הנמוכה. אין ספק שחקירה אינטנסיבית יותר של אותם מקרי כמעט תאונה היו עשויים למנוע את האסון של 1986.
למעשה, גם טיסה STS-51L (המספור של הטיסות מסובך מאוד והוא הושפע בין היתר מהרצון להימנע מטיסה עם המספר 13), שהסתיימה במותם של שבעת האסטרונאוטים, הייתה יכולה להפוך ל"כמעט אסון" לולא הרוח בגובה רב שהייתה חזקה במיוחד באותו יום. האטמים לא תפקדו והתפרקו ככל הנראה כבר בעת התנעת המנוע הרקטי. העשן השחור שנראה יוצא מהמשגר בעת ההמראה מעיד על כך. הפתח נחסם תוך שניות ספורות באופן מקרי על ידי תחמוצת אלומיניום ותוצרי בעירה נוספים, והמעבורת הייתה יכולה להחזיק מעמד עד להינתקות המשגרים כ-2 דקות לאחר ההמראה, אלא שהרוח החזקה העיפה את האטימה הזמנית והלא-מתוכננת ואפשרה לזרם גז חם לדלוף מהמשגר ולפגוע במיכל הדלק. אגב, האטמים משמשים במשגרים של מעבורות החלל עד היום, אלא שנוסף אטם לשניים שהיו אז ונוספה מערכת חימום שמונעת מהטמפרטורה לרדת לרמה שבה הגומי מאבד את האלסטיות.
הפרט המפתיע בכל הסיפור הוא שלא רק בעיית השחיקה, אלא גם אי-תפקוד האטמים בטמפרטורות נמוכות עקב איבוד היכולת האלסטית היה ידוע. אחד ממהנדסי חברת תיוקול (Thiokol), רוג'ר בויז'וליי (Roger Boisjoly), התריע על כך פעמים רבות ושלח מספר מזכרים לממונים עליו. הוטל עליו לחקור לעומק את הנושא, אך המסקנות שלו זכו להתעלמות מצד מנהלי החברה, שלא רצו לפגוע באמינות המוצרים שלהם, ומצד מנהלי נאס"א, שחששו מפגיעה בתכנית מעבורת החלל. בויז'וליי העיד בפני ועדת החקירה וסיפר את כל הידוע לו. לאחר פרסום מסקנות הוועדה הוא זכה ליחס עוין בחברה והחליט להתפטר. מאז הוא מרצה בנושא אתיקה של מקומות עבודה ואף זכה בפרס בזכות עמידתו העיקשת מול הממונים עליו.

יום שני, 9 במרץ 2009

ריצ'ארד פיינמן ואסון הצ'לנג'ר

לפני מספר שבועות הזכרתי את ריצ'ארד פיינמן שהשתתף בחקירת אסון מעבורת החלל צ'לנג'ר. בתגובה לפוסט נשאלתי לגבי הסיבה לאסון. המעבורת התפרקה 73 שניות לאחר ההמראה, בגובה של 14.6 ק"מ. ההתפרקות נגרמה כתוצאה מדליפה של גז חם מאוד (מעל 2,500 מעלות צלזיוס) מאחד המנועים הרקטיים. זרם הגז הגיע למיכל הדלק החיצוני ופגע בו, ובמקביל התנתק המנוע הרקטי מהמעבורת. עקב כך שינתה המעבורת את זווית ההטיה שלה, ובבת אחת פעלו עליה כוחות אווירודינמיים עצומים שגרמו לה להתפרק לחתיכות. באותו זמן התלקח הדלק שיצא מהמיכל והוא זה שיצר את ענן העשן סביב המעבורת, אך האסון לא נגרם מפיצוץ.

הסיבה לדליפת הגז נעוצה ברכיב בעייתי במנוע - אטמי גומי (O-ring). מהנדסים של החברה שייצרה את המנועים (Thiokol) ומהנדסים של נאס"א ידעו על מספר בעיות הקשורות לאטמים והתריעו על כך לפני ההמראה. מספר גדול של דחיות בהמראה (מסיבות שונות) יצר לחץ על מקבלי ההחלטות בנאס"א, ובסופו של דבר המעבורת המריאה ב-28 בינואר 1986, לאחר לילה קר במיוחד.

תיאור החקירה מנקודת ראותו הביקורתית של פיינמן מובא בספרו "מה אכפת לך מה חושבים אחרים?" (What Do You Care What Other People Think). הסגנון של פיינמן בספריו המאוחרים הוא קליל ומשעשע ואני ממליץ עליהם בכל לבי. מטבע הדברים הקטע שדן בחקירת האסון רציני יותר וטכני יותר. בזמנו, כשקראתי את הספר, לקח קצת זמן להתחבר לסגנון של הפרק, אבל בסופו של דבר קראתי אותו בעניין רב והתוכן נחרט בזיכרוני. אני חושב שיש בו כמה תובנות חשובות ורלוונטיות גם לימינו, בעיקר בכל הקשור לשיקולים הנדסיים, התנהגות אנושית, וכמובן - התרחשות תקלות וחקירתן.

פיינמן מספר בספרו על השתלשלות החקירה והפרטים שנאספו במהלכה אודות דרך קבלת ההחלטות בנאס"א באותה תקופה. פיינמן הבין מה גרם לתקלה באטמים והדגים זאת באמצעות ניסוי קצר שנערך באחד הדיונים המצולמים של ישיבות הוועדה. הוא טבל גומי, שממנו היו עשויים האטמים במעבורת, במי קרח, והראה כיצד הגומי מאבד את היכולת האלסטית (resilience) בטמפרטורה נמוכה. הטמפרטורה של האטמים בעת ההמראה הייתה נמוכה מ-0 מעלות צלזיוס והם אכן לא תיפקדו. מאוחר יותר הבין פיינמן שהדבר היה ידוע לאנשים בנאס"א שלא רצו להיחשף ולהסתכן בפגיעה בקריירה שלהם. הוא מספר בספר שככל הנראה אחד האסטרונאוטים של נאס"א סיפר על כך לגנרל קוטינה, חבר הוועדה, והגנרל עורר אצל פיינמן רצון לחקור את הנושא כשאמר לו "בתמימות" בשיחת טלפון:

עבדתי על הקרבורטור שלי היום בבוקר, וחשבתי לעצמי: המעבורת המריאה כשהטמפרטורה הייתה 2 מעלות צלזיוס מתחת לאפס, ואילו הטמפרטורה הנמוכה ביותר בהמראות קודמות הייתה 11 מעלות מעל לאפס. הרי אתה פרופסור; אדוני, מה ההשפעה של הקור על אטמי הגומי?



הגומי המלאכותי שממנו היו עשויים האטמים הוא פולימר. בשפה מדעית אומרים שהפולימר איבד את היכולת האלסטית (הפך לקשיח) מתחת לטמפרטורת מעבר הזכוכית. ארחיב על כך באחד הפוסטים הבאים.

המלצה: סרט של נאס"א שמתאר את שלבי אסון הצ'לנג'ר

יום ראשון, 15 בפברואר 2009

התנגשות הלוויינים ואסון הצ'לנג'ר

משפט אחד הקשור להתנגשות הלוויינים שאירעה בשבוע שעבר מעצבן אותי במיוחד: "הסיכוי שהתנגשות כזו תתרחש היה אחד למיליון או אפילו אחד למיליארד" (למשל ב-Times online). אז קודם כל המשפט עצמו לא מובן: האם זה הסיכוי שהתנגשות כזו תתרחש אי פעם, או שזה הסיכוי להתנגשות אחת בשנה, או שמא אחד ממיליון לוויינים צפוי לעבור התנגשות.
שנית, האם המשפט נאמר לפני ההתנגשות? ועל סמך מה? חישוב של הסתברות תמיד צריך להתבצע מראש ולהסתמך על מודל מסוים. אין שום משמעות לזריקת מספרים לאוויר, במיוחד אם הם נעשים לאחר האסון. לא ניתן לחשב הסתברות שמשהו יקרה אחרי שהוא כבר קרה. אפשר לומר שבהסתמך על מודל X אירוע מסוים יקרה פעם ב-Y שנים, אבל הרי המקרה כבר קרה וניתן לחקור אותו ולבנות מודל חדש שבוודאי מדויק יותר מהמודל הישן. לכן, להסתברות הישנה אין כיום שום משמעות. אבל חשוב מכך, אם מישהו אמר את המשפט לפני ההתנגשות, אז או שהוא מהנדס/מנהל גרוע שההערכות שלו שוות כקליפת השום, או שחמור יותר - הוא מטעה ביודעין.

אני משוכנע שאפילו הערכה על כך שיש הסתברות נמוכה להתנגשות כזו אין לה על מה להסתמך, ואני אומר זאת לא רק על סמך מבחן התוצאה, אלא בגלל שהלוויינים לא שוגרו באופן אקראי לחלל - הם שוגרו למסלול מיוחד הקרוי מסלול קוטבי. המסלולים הקוטביים בגובה נמוך יחסית מאוכלסים למדי ולא רק בלווייני תקשורת, אלא גם בלווייני מיפוי, לווייני תצפית ולווייני מזג אוויר. לוויין שנע במסלול קוטבי עובר מעל נקודות רבות בכדור הארץ, ויש לכך יתרון מיוחד עבור לווייני מיפוי, למשל, שמעוניינים לבצע סריקה שיטתית כלל-עולמית בזמן קצר יחסית. הקטעים המסוכנים במסלולים קוטביים הם האזורים מעל שני הקטבים שלוויינים רבים עוברים בהם, ואם מספר לוויינים נמצאים בגובה קרוב, סטייה של אחד מהם עלולה להביא להתנגשות מעל אחד הקטבים בשלב מסוים של חייו. אם כך, ההסתברות להתנגשות של לוויינים קרובי-ארץ הנעים במסלול קוטבי איננה כה נמוכה.

העניין של ההסתברות מזכיר לי את ועדת החקירה של אסון הצ'לנג'ר. המעבורת התפרקה ב-28 בינואר 1986, 73 שניות לאחר השיגור. הטיסה הספציפית הזו זכתה לסיקור תקשורתי נרחב במיוחד משום שעל סיפון המעבורת הייתה אזרחית, מורה שהתכוונה להעביר שיעור מהחלל. בניגוד למצופה, ועדת החקירה עשתה המון בעיות לנאס"א, וזאת בגלל אחד החברים, הפיזיקאי הנודע ריצ'ארד פיינמן. מסקנות הוועדה לא היו קלות לנאס"א והטילו עליה את האחריות לאסון, אבל פיינמן לא הסתפק בכך ודרש להוסיף נספח אישי בו הוא מפרט את דעתו הביקורתית על נאס"א. פיינמן התרעם במיוחד על כך שראשי נאס"א טענו שההסתברות לאסון בטיסה בודדת היא 1 ל-100,000 בעוד שהמהנדסים נקבו במספר 1 ל-100. נכון להיום, ניתן לומר שהמהנדסים היו קרובים למה שקרה בפועל: 2 אסונות מתוך 131 טיסות. ההערכה של ההנהלה הייתה מופרכת לחלוטין, או כמו שפיינמן אמר:

It would appear that, for whatever purpose, be it for internal or external consumption, the management of NASA exaggerates the reliability of its product, to the point of fantasy
נראה שמסיבה כלשהי, בין אם היא נועדה למטרות פרסום פנימיות או חיצוניות, הנהלת נאס"א מגזימה בדיווח אודות אמינות המעבורת, עד כדי כך שההערכה מגיעה לכדי פנטזיה



עוד על אסון הצ'לנג'ר: ריצ'ארד פיינמן ואסון הצ'לנג'ר, על החשיבות של חקירת "כמעט תאונה"

יום שבת, 14 בפברואר 2009

יום חמישי, 12 בפברואר 2009

התנגשות לוויינים בחלל

ביום שלישי האחרון התנגשו שני לוויינים בחלל. ההתנגשות אירעה מעל סיביר בגובה של 790 ק"מ מעל פני כדור הארץ. אחד הלוויינים הוא לוויין תקשורת של אירידיום, רשת שמפעילה טלפונים ניידים בעלי קליטה כלל-עולמית. הלוויין השני הוא לוויין תקשורת רוסי (קוסמוס 2251) שיצא מכלל שימוש לפני כמה שנים. ההתנגשות גרמה להרס מוחלט של שני הלוויינים ויצרה כמות גדולה במיוחד של פסולת חלל, פסולת שעלולה אף להגיע למסלול נמוך יותר שבו נעה תחנת החלל הבינלאומית, בגובה של בערך 350 ק"מ (עדכון: בשנת 2011 החליטו להעלות את תחנת החלל לגובה של כ-400 ק"מ על מנת לחסוך בדלק - בגובה רב יותר יש פחות חלקיקי אטמוספירה ופחות חיכוך וניתן לחסוך בדלק הדרוש לתיקוני מסלול).

השאלה הראשונה שעולה בראשי היא האם עקבו אחרי הלוויין הרוסי. שני הלוויינים נעים במסלול קרוב-ארץ (Low Earth Orbit), כלומר בגובה של עד 2,000 ק"מ, איזור שמאוכלס בצפיפות בלווייני מיפוי ומחקר, לווייני ריגול ולווייני תקשורת. בגלל הצפיפות וסכנת ההתנגשות, כל הגופים שגודלם מעל 10 סנטימטרים זוכים למעקב של האמריקאים - אני לא מבין איך פספסו לוויין רוסי גדול.
לדעתי זו התנגשות שניתן היה למנוע אותה. אני לא בטוח לגבי הלוויין הרוסי, אבל עד כמה שאני יודע לווייני אירידיום מצוידים במערכת לתיקון מסלול. המערכת נועדה להוציא לוויינים מקולקלים מהמסלול ולהכניס לשם לווייני אירידיום אחרים שנמצאים בכוננות במסלול נמוך יותר. באופן רגיל המערכת לא מופעלת משום שהלוויין נע במסלול מעגלי או אליפטי בזכות כוח המשיכה של כדור הארץ.

מיפוי פסולת החלל המוכרת לנו כיום. מקור: ESA

יהיה מעניין לעקוב אחרי החקירה. השאלות החשובות הן:
1. האם ידעו את המסלול של הלוויין הרוסי?
2. אם ידעו את המסלול, האם ניתן היה למנוע את ההתנגשות?

כבר די הרבה זמן מדברים על פסולת החלל (בעיקר לוויינים מקולקלים ושאריות מטילים) שעלולה לסכן חלליות ולוויינים. בתמונה שלמעלה ניתן לראות את אוסף הגופים שנעים סביב כדור הארץ ויש אחריהם מעקב. הריכוז העיקרי של הגופים נמצא במסלול קרוב-ארץ שנראה כמו מעטפת כדור קטנה במרכז התמונה, ובמסלול הגאוסטציונרי המשמש את מרבית לווייני התקשורת (הטבעת הגדולה בתמונה). כעת מדובר בפעם הראשונה ששני לוויינים גדולים מתנגשים האחד בשני. עד היום היו רק כמה התנגשויות עם פסולת חלל קטנה שלא גרמו לנזק משמעותי.
נקודה חשובה נוספת היא פיתוח היכולת להרוס או לסלק לוויינים מסוכנים. האמריקאים הרסו לוויין כזה לפני שנה באמצעות טיל שנורה מספינת מלחמה. שרידי הלוויין נשרפו באטמוספירה. אני לא בטוח שזה פיתרון טוב משום שאם השברים גדולים, הם ישרדו את הנפילה, והם עלולים להיות מסוכנים, במיוחד אם הלוויין הכיל חומרים רדיואקטיביים או חומרים מסוכנים אחרים.

בשולי הסיפור, לווייני אירידיום מספקים חווייה מיוחדת לחובבי לוויינים ואסטרונומיה. האנטנות והפאנלים הסולאריים (שממירים אנרגיה סולארית לחשמל) מחזירים את אור השמש ומאפשרים לצופים לראות בשמים הבזק חזק מאוד למשך שנייה או שתיים (Iridium Flare). ניתן לתכנן תצפית כזו בעזרת האתר הנהדר של Heavens Above.

לסיום, מצגת של 10 גופים מעשה ידי אדם שהגיעו מהחלל ונפלו לקרקע או לים.