האיחוד האירופי יממן מחקר של הטכניון בשיגור לוויינים מפוצלים שיפעלו כרשת אלחוטית בחלל
20 יוני, 2011
האיחוד האירופי מתכנן לבצע ב-2016 הדגמה של לוויין מסוג חדש, המבוסס על מספר מודולים מפוצלים המשוגרים לחלל בנפרד. לאחר שהמודולים ייכנסו למסלול בחלל, הם יקימו רשת תקשורת שתאפשר להם לשתף משאבים ולתפקד כלווייין וירטואלי בקנה מידה מלא. חוקרי הטכניון יפתחו אלגוריתמים לניהול ובדיקת התפקוד של להק הלוויינים
האיחוד האירופי בוחן את הקונספט שנולד לפני 4 שנים בארה"ב, אשר פותח במטרה להגדיל את השרידות ולהוזיל את עלויות השיגור והתפעול של לוויינים
פרופ' פיני גורפיל מהפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל בטכניון, יקבל מהאיחוד האירופי מיליון וחצי אירו לביצוע מחקר אודות שיגור לוויינים בחלקים נפרדים. כאשר הם ימוקמו בחלל, החלקים יתפקדו כלוויין מאוחד באמצעות שימוש ברשת תקשורת אלחוטית.
לדברי גורפיל "כאשר נוצר כשל ברכיב כלשהוא בלוויין, למשל במטען המועיל, יש צורך בהחלפת הלוויין בשלמותו. תהליך כזה הוא יקר מאוד ודורש זמן רב. רעיון הלוויין המפוצל מאפשר להחליף את מודול המטען המועיל בלבד, במקום לשגר לוויין חדש".
שיתופיות בחלל
הרעיון הזה הוביל לתפיסה חדשה בהנדסת חלל בשם "ארכיטקטורת מערכות חלל מפורדות" (Disaggregated Spacecraft Architecture). בארכיטקטורת DSA הלוויין מורכב ממודולים נפרדים המתקשרים ביניהם באמצעות תקשורת אלחוטית המתפקדים כפלטפורמה וירטואלית אחת.
לכל מודול יש תפקיד מוגדר: ניווט, בקרת הכוון, יצירת אנרגיה חשמלית והפעלת המטען המועיל. המודולים העצמאיים מסוגלים ליהנות משיתוף משאבים ואינם מחוייבים לפעול בקרבה הדוקה, אלא נדרשים להישאר במיקום יחסי היוצר טיסת להק.
המחקר בטכניון נועד לסייע בפיתוח טכנולוגיות עבור לווייני DSA במטרה להגיע לשלב הדגמה בחלל בסביבות שנת 2016. במסגרתו יבוצע פיתוח של:
- אלגוריתמים לתחזוקה חצי-אוטונומית לטווח רחוק של הלהק ושל רשת הלהק
- מציאת שיטות לרה-קונפיגורציה של הלהק והתמודדות עם פגיעה ברשת או כשלים ברכיבים השונים
- מניעת סיכון להיווצרות פסולת-חלל
- אמצעים לשיתוף משאבים בזמן-אמת בתוך רשת הלהק
- אימות האלגוריתמים והשיטות במעבדה שהוקמה על-ידי פרופ' גורפיל.
הלוויין כרשת תקשורת אלחוטית
רעיון הלוויין המפוצל אינו חדש, והחל בפרוייקט של הסוכנות האמריקאית למחקרים מתקדמים בתחום הביטחון (DARPA) כבר בשנת 2008. הרעיון הועלה במטרה לגבש תשובה לבעיית העלות הגבוהה של לוויינים צבאיים, הזמן הרב העובר בין ביצוע ההזמנה, השיגור ומתן השירות ללקוח, וחוסר היכולת לתקן תקלות שהתגלו לאחר השיגור לחלל. התוכנית קיבלה תאוצה בעקבות הניסויים שביצעה סין בהשמדת לוויינים באמצעות טיל בליסטי.
הפרוייקט של DARPA קיבל את הכינוי System F6, מפני שהוא מבוסס על שישה עקרונות מרכזיים המגדירים את התכנון והתיפעול של הקונספט החדש. הוא יהיה בנוי ממודולים אשר משוגרים לחלל בנפרד, ומתחילים לפעול כלוויין וירטואלי לאחר הקמת רשת התקשורת ביניהם. שש עקרונות היסוד הם: רשת תקשורת, מערך תקשורת אלחוטית, מחשוב מבוזר/מטען מועיל, תכנון מבוסס עלות/תועלת, העברת הספק באמצעים אלחוטיים ופעולה במתכונת אשכול (Cluster).
הלוויין הווירטואלי יהיה אוסף של משאבים המקושרים זה לזה באמצעות הרשת. מודול אחד יוכל לספק משאבי עיבוד למודולים האחרים דרך רשת התקשורת, מודול אחר יוכל לשמש כמאגר המידע והאחסון למערכת, מודול אחר יספק אנרגיה שאותה הוא ישדר באמצעות שידורי מיקרוגל, טכנולוגיות אופטיות או טכנולוגיות אחרות למודולים האחרים, ומודול רביעי יוכל לבצע את חישובי המיקום והתנועה של הלוויין הווירטואלי עבור כל המודולים האחרים.
כאשר מדובר במטעד עצמו, הרעיון אפילו מפתה יותר. כיום המטעד והפלטפורמה החללית קשורים אחד אל השני. כל אחד מהם מטיל אילוצים על השני, המשפיעים על העלות ועל זמן התגובה. כאשר מתייחסים אל הלוויין כאל רשת אלחוטית, שבה המטעד היא עוד נקודת קצה כמו כל אבזר ברשת האינטרנט הארצית, ניתן לשגר את הפלטפורמה לפני סיום פיתוח המטעד, להחליף מטעד לפלטפורמה קיימת או להוסיף מטעדים בהתאם לדרישות המשתנות.
שבעה לוויינים קטנים
בניסוי שייערך ככל הנראה לקראת סוף 2012, ישוגרו לחלל לוויינים קטנים באמצעות משגרים מסחריים, אשר ישגרו את המודולים בזמנים שונים וממקומות שונים. המודולים ייפגשו בחלל, ויתחילו בסדרת פעולות עצמיות להקמת רשת תקשורת אלחוטית, היערכות במבנה, חלוקת משאבים וביצוע משימות שיוכתבו על-ידי הניסוי.
הלוויינים יתארגנו במתכונת של ארכיטקטורה חדשה בשם Pleiades, על-שם צביר כוכבים שקיבל את שמו משבע הנימפות המתלוות אל ארטמיס, אלת הירח והציד במיתולוגיה היוונית. מערך Pleiades יכיל שבעה מודולים: חמישה מודולים במשקל 225 ק"ג כל אחד ושניים במשקל של 75 ק"ג.
המערך מיועד למשימת חלל בגובה נמוך הנושאת חיישני צילום. החיישנים מצויים בשלבים טכנולוגייים שונים, אחד מהם מאוד ותיק, אחר נמצא רק בשלבי הפיתוח הטכנולוגי והשלישי בעל מחזור חיים קצר מאוד. שילובם ביחד מסייע לקבלת מידע מסוג חדש. בנוסף לצילום, המערכת תתבקש לבצע עיבוד תמונה בחלל בהיקף גדול, לספק יכולות איחסון מאסיבי ולאפשר שינוי מיידי של המשימה כדי להיענות לצרכים בלתי צפויים.
מעניין לציין שלהערכת DARPA, היסודות הטכנולוגיים שעליהם מתבסס הרעיון אינם קשורים להנדסת חלל, אלא דווקא לתחומי המידע והתקשורת:
- רשת תקשורת בעלת יכולת הקמה עצמית
- טכנולוגיית תקשורת אלחוטית אמינה
- יכולת העברה אלחוטית של אנרגיה
- פעולת במתכונת של אשכול מחשבים
- מחשוב מבוזר
המודל הכלכלי להצדקת רעיון הלוויין הווירטואלי מבוסס על כך ששיגור לוויינים קטנים הוא זול וזמין בהתראה מינימלית. הנקודות הקריטיות במחזור חיי הלוויין הן: איחור בפיתוח ובניית המטעד, כשלון בשיגור, ותקלה בחלל. בשלוש נקודות אלה יש ללוויין המפוצל יתרון מהותי.
כושר שרידות
בניגוד ללוויין מונוליתי, שבו איחור בפיתוח המטעד מעכב את השיגור, ניתן לשגר את הלוויין המפוצל גם לפני שהמטעד, או מרכיב מסויים מהמטעד, מושלם, ולצרף אותו אל הרשת לאחר סיום בנייתו. החסכון המובהק ביותר קשור לכשלון בשיגור. בניגוד ללוויין מונוליתי, הלוויין המפוצל משוגר לחלל באמצעות סדרה של שיגורים של מודולים קטנים. כלומר אין כישלון אחד אשר יכול לעכב את התוכנית עד לבניית לוויין חלופי, כפי שהיה בעקבות כשלון הלוויין אופק 6 הישראלי. לכל היותר יש פיגור בשיגור של אחד מהמודולים בלבד.
כיום מצליחה תקלה בחלל, אפילו של תת-מערכת, להשבית לחלוטין לוויין מונוליתי. בלוויין מפוצל היא יכולה לפגוע בחלק מהתפקודים בלבד, שכן שאר המודולים התקינים ימשיכו לבצע את משימתם.
המשמעות של גורמים אלה אינה כלכלית בלבד. הם מבטאים את היעד הצבאי העומד מאחורי התוכנית: לוויין מפוצל הוא אמין ביותר, קשה מאוד להשמיד אותו או לנטרל אותו לחלוטין, וביצוע תיקונים בחלל (החלפת מודול פגום) היא שגרה אפשרית ואפילו סבירה.
הלוויין הוא הרשת
לא לחינם משווים ב-DARPA את פרויקט System F6 לפרוייקט ARPANET המהולל. כאשר הלוויין המפוצל יהיה באוויר, לא תהיה כל מניעה לחבר אליו מודולים נוספים ("נקודות קצה" נוספות), וליצור מערך של 10, 20 או 100 מודולים לווייניים.
בהמשך, ניתן יהיה לקשר בין מספר לוויינים וירטואליים הכוללים מספר מודולים כל אחד, וליצור רשת של מאות נקודות קצה. וכאשר הרשת הזאת תתחיל לפעול, כל גוף שיורשה להתחבר אליה יוכל לשגר לחלל רק את המודול שהוא מעוניין בו, ולקשר אותו אל הרשת המתהווה. ממש כמו שכיום מחברים שרת או מחשב אל רשת האינטרנט וכך מגדילים אותה כמעט ללא הגבלה.
בשלב זה, ככל הנראה, כבר ישתנו ההגדרות המקובלות. השאלה "מהו לוויין" תהיה כמעט פתוחה לגמרי. מדוע כמעט? מכיוון שהתשובה הנכונה ביותר לשאלה מהו לוויין, תהיה פרפרזה על הגדרתו הוותיקה של סקוט מקנילי, מייסד חברת סאן מיקרוסיסטמס, שקבע כבר בשנות ה-80 כי "המחשב הוא הרשת". בשנת 2020, אם הפרויקט יושלם בהצלחה, הלוויין יהיה הרשת.
פורסם בקטגוריות: חדשות , חלל , מדע
כתבות נוספות העשויות לעניין אותך
