הנה הוכחה שהשמיים הם הגבול. סטודנטים למדעי המחשב באוניברסיטת אריאל, פיתחו לוויין חברתי בשם: 1־SATLLA שאף שוגר כבר לחלל.
מדובר בלוויין ראשון בסדרה של שלושה לוויינים שפיתחו הסטודנטים, שמטרתם לאפשר מחקר, למידה ויישום טכנולוגיות חדשות ופורצות דרך בחלל. לצורך קליטת שידוריו ולשליטה במשימותיו מכדור הארץ, מוקמת בימים אלה תחנת קרקע באוניברסיטת אריאל.
לפרויקט המדהים הזה, נלווים לצורך למידה ומחקר, גם תלמידות תיכון, בני נוער, צעירים, וחובבים העוקבים אחרי ערוץ היוטיוב של הפרויקט. הוא מתבצע במעבדת מחקר רב תחומית באוניברסיטת אריאל, המתמקדת בחקר החלל, במערכות ניווט, רובוטיקה אוטונומית וסייבר - והכל בניהול, הובלה ובהנחיית פרופ' בועז בן משה, ראש המחלקה למדעי המחשב. צוות הפיתוח שלו מבוסס על סטודנטים, מאסטרנטים ודוקטורנטים מהמחלקה למדעי המחשב וכן מהפקולטה להנדסה באוניברסיטת אריאל - והם כולם חדורי מטרה ומכוונים גבוה לשמיים.
ההתחלה הייתה ב־2016. אז נבנה הלוויין הזעיר הראשון במטרה לייעל ולהוזיל את השימוש במערכות ניווט ותקשורת. מדוע לוויין זעיר? בין היתר משום שלהבדיל מחברות ענק וממוסדות חינוך יוקרתיים עתירי תקציב, אין למוסדות חינוך ואקדמיה קטנים וצעירים יותר, אמצעים זמינים כדי לאפשר מחקר ולמידה.
הלוויין 1־SATLLA בנוי משלד אלומיניום בגודל 10*10*10 ס"מ, והוא מכיל מערכות אלקטרוניות שונות, כמו: מחשב משימה, בקר ראשי, מערכת לניהול אנרגייה, מערכת לבקרת ייצוב מערכת ניווט, וכן מצלמות ותאורת LED חזקה, לסימון ואיתות לתחנת הקרקע.
כמוהו ייבנו עוד שני לוויינים זעירים, שמטרתם היא להציג יכולת שידור אופטית מהחלל לכדור הארץ (תקשורת לייזר). כלומר, לשדר מידע שנאסף על ידי הלוויין - לרבות מצב המערכות והתמונות שצילם כחלק ממשימותיו באמצעות אור (פולסים של לייזר), וזאת בעזרת המשדר האופטי ולא על ידי שידור בגלי רדיו כמקובל.
מה ההבדל ביניהם? גם כאן מדובר בחיסכון של עלויות. מתברר כי שידור בגלי רדיו נחשב יקר מאוד והוא גם מחייב קבלת רישיון ממשרד התקשורת, הקצאת תדרים ושימוש בצלחות לוויין גדולות. בנוסף, מדובר בתדרים שהם מוגבלים והקצאתם דורשת זמן המתנה ניכר.
לעומת זאת, השידור באמצעים אופטיים איננו מצריך רישיון. אז מצד אחד, הוא אומנם מאפשר שידור כמויות מידע גדולות יותר ובאופן מהיר יותר מגלי רדיו ויש לו גם יתרונות נוספים בתחום הסייבר והסתרת התקשורת. אולם מצד שני, יש לו גם חסרונות.
בין היתר, העובדה שתקשורת לייזר דורשת שמיים "נקיים" מעננים כדי שהמערכות "יראו" זו את זו ויוכלו להעביר מידע. וכמו כן יש צורך לכוון את הלוויין בדיוק רב יותר (של עשירית המעלה).
5 צפייה בגלריה
חוקרי מעבדת המחקר על רקע כיפת טלסקופ מחקרי שנבנה באוניברסיטה. : אביב מישניר, לירן, אמית קאשי, פרופ' בועז בן משה, רוני רונן, רויטל מרבל, מימין לשמאל שורה 1 'שעיה' זוננברג : אור גרינברג, מיכאל בריטוין, אהרון שורה 2 גורודישר, סימון פיקאלוב, אלישע עזריה לא מופיעים בתמונה, אך היו שותפים בבנניית הלוויין: קובי גוזלן וכפיר כהן התמונות באדיבות אוניברסיטת אריאל
(צילום: אוניברסיטת אריאל)
סלפי לחלל
ואיך האופרציה הזאת מתבצעת בפועל? פרויקט בניית הלוויין הזעיר נעשה על ידי שלושה צוותים, בהנחיית פרופ' בן משה. בכל אחד מהצוותים עבדו סטודנטים בהתאם לתחום המומחיות שלהם: הצוות הראשון פיתח את התוכנה למחשב הראשי והרכיבים השונים וכלל את רוני רונן - סטודנט לתואר שני במחלקה למדעי המחשב, ואת קובי גוזלן - דוקטורנט מהמחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה.
"בניית הלוויין הזעיר אפשרה לנו למידה ופעילות בתחום חקר החלל", מספר רוני רונן. "בחלק מהניסויים אנו מפריחים בלונים מטאורולוגיים שמגיעים לגובה ולמרחק רב כדי לבדוק את התנהגות הרכיבים שלנו כמו בתנאי חלל. בניסויים האלה אנחנו משלבים גם תלמידי תיכון וזה מעודד חשיבה יצירתית, חדשנות ויזמות בצעירים וצעירות. יש תחושת גאווה על מה שהשגנו. כולנו מרגישים שצברנו ידע וניסיון שיעזרו לבנות את הלוויינים הבאים".
הצוות השני פיתח את מחשב המשימה, שהוא החלק המחקרי בלוויין. והוא כלל את רוויטל מרבל - דוקטורנטית במחלקה למדעי המחשב, ואת אהרון גורודישר - סטודנט לתואר שני במנהל עסקים.
אהרון גורודישר, מהו תפקידו של מחשב המשימה?
"מחשב המשימה אחראי לניסויים המדעיים. בזמן התכנון כשהגדרנו את המשימות לביצוע, הוחלט לשלב שני מחשבים, בין היתר לצורך גיבוי, אם אחד מהם לא יתפקד.
מדובר במחשבים זעירים, בעלי יכולת לבצע חישובים - כמו המחשבים בבית ובמשרד, שצוידו במצלמות זעירות, כך שאחת פונה אל עבר הכוכבים והשנייה אל עבר כדור הארץ".
מה היו משימות הצילום?
"האתגרים העיקריים הקשורים למשימת הצילום היו לבחון מערכת עוקב כוכבים שפותחה על ידי רוויטל מרבל. המחשב מצלם את הכוכבים באמצעות המצלמה ומבצע חישוב כדי לקבוע את מנח הלוויין בהתאם לכוכבים שהוא זיהה בתמונה.
משימת צילום נוספת, הייתה זיהוי האופק של כדור הארץ מהחלל, תוך כדי שימוש בתוכנה לראייה ממוחשבת ועיבוד תמונה".
איך המידע מועבר אליכם?
"העברת המידע נעשית בעזרת מערכת התקשורת בלוויין. אבל מאחר והיא מוגבלת בכמות המידע להעברה צוות המשימה, תכננו לשם כך מערכת שתדחוס את התמונה לצורך השידור".
רוויטל מרבל מציינת כי את בניית הלוויין ליוו חוקרות צעירות מפרויקט אלפא המשלב תלמידות תיכון מחוננות בכיתות י'- י"א בפרויקטים מחקריים.
מה הן עשו שם?
"כחלק מהנחייתן הן עזרו בבניית סימולציית תנועת הלוויין לצורך ייצובו בחלל, ובכתיבת קוד לעיבוד התמונות. שילובן בפרויקט העניק נקודת מבט צעירה ומעניינת על המחקר, והבנות השתלבו היטב בהווי החברתי המיוחד שלנו".
אחת התלמידות שהשתתפה בפרויקט במסגרת תוכנית אלפא היא שירה קליין: "לקחתי חלק בנושא בקרת ייצוב הלוויין", היא מספרת. "זה פתח לי צוהר לאקדמיה ונתן לי הזדמנות לראות איך הדברים עובדים. הפרויקט עורר בי סקרנות והכיר לי עולמות ואפיקים חדשים שלא הכרתי ושמאוד נהניתי ללמוד ולחקור. זכיתי להיחשף לעבודה הרבה שמתבצעת בחקר החלל ולהשקעה הרבה בפיתוח לוויינים".
מערכת בקרת הייצוב שעליה שירה מדברת, נחשבת לניסוי המורכב מבין כל הניסויים בלוויין. חברי הצוות שהופקדו עליה מסבירים, כי המערכת אמורה לייצב את הלוויין ללא שימוש במנוע רקטי או בדלק חללי שמצויים בלוויינים הגדולים ויכולים לשאת את המשקל והעלות שלהם. המערכת שהסטודנטים פיתחו, בנויה מרכיבים אלקטרוניים ומשלושה מנועים זעירים, כך שסיבוב של המנוע יגרום ללוויין להסתובב.
ניסוי נוסף שהם ערכו, בחן מערכת אופטית לשידור מידע בלוויינים הבאים שייבנו, על ידי הבהוב מערכת של תאורת לדים בעוצמה גבוהה, כך שהיא תיקלט מכדור הארץ.
ניסוי וטעייה
הצוות השלישי בפרויקט הלוויין, תכנן את בניית השלד שלו ואת הכרטיסים האלקטרוניים, והוא כלל את מהנדס המכונות עמית קאשי ואת מנהל המעבדה כפיר כהן. "כדי לבנות לוויין שיתפקד בחלל צריך לעמוד במספר דרישות ומגבלות של החברה המשגרת", אומר עמית קאשי ומפרט: "מאחר והלוויין מועמס על גבי טיל עם עוד לוויינים וציוד, הוא חייב לעמוד בדרישות קפדניות. קיבלנו ספר הוראות מהחברה המשגרת שכלל כ־60 עמודים באנגלית ובו פירוט ההנחיות והדרישות, כמו: אורך, רוחב וגובה הלוויין - 100 מ"מ בדיוק, ללא אפשרות לחרוג".
ואיך התמודדתם עם הדרישות?
"גילינו שיש תכנון, וישנה מציאות. התכנון המקורי כלל משימות שהתבררו כמסובכות או בלתי אפשריות בזמן הנתון. החוכמה הייתה לגלות גמישות ויצירתיות ולהתאים את המבנה והכרטיסים האלקטרוניים לשינויים".
מה כללה בניית הלוויין?
"את תכנון השלד, תכנון הכרטיסים והמעגלים האלקטרוניים, כתיבת התוכנה וביצוע ניסויים ובדיקות. גודלו של הלוויין היה בגודל חצי קופסת נעליים 10*10*10 ס"מ, והוא היה חייב להיכנס בהתאמה מדויקת למתקן השיגור. לחלל הקטן הזה הכנסנו מנועים קטנים, סוללות, פאנלים סולריים, אנטנות, מצלמות ועוד. בתהליך נעשות בדיקות הרעדה ותא ואקום. הרעידות מדמות את שיגור הלוויין והן דומות לרעידות שחווים כשמטוס ממריא, ובדיקות בתא ואקום המדמות את השהייה בחלל. כמו כן נעשות בדיקות עמידות בטמפרטורה קיצונית של קור וחום".
היו תקלות במהלך הניסוי?
"לא פעם עלה באש לוח סולרי תוך כדי בחינת לוחות שונים. בסופו של דבר בתום כל הבדיקות הלוויין נארז בקפדנות ונשלח אל החברה המשגרת, אשר הרכיבה אותו במזוודה מיוחדת עם לוויינים זעירים נוספים, שנשלחו ממעבדות מחקר ואוניברסיטאות אחרות.
המזוודה שוגרה לתחנת החלל הבינלאומית ובעזרת צוות אסטרונאוטים השוהים בתחנת החלל, הלוויין שוגר בלחיצת כפתור למשימותיו, למסלול שמקיף את כדור הארץ בכל 97 דקות לערך.
חשוב לציין, כי בשל השטח הכל כך קטן של הלוויין, היה צורך לנצל אותו ביעילות ונדרשו מספר מחזורים של ניסוי וטעייה עד לתפקוד מתאים. זה טבעי בתהליך של מחקר ופיתוח. מה שחשוב זה ללמוד מהטעויות ולתקן".
השיגורים הבאים בדרך
כאמור משימותיו של הלוויין הנוכחי, הראשון מבין שלושת הלוויינים המיועדים להישלח בסדרה זו של לוויינים, היו בחינה של מערכת עוקב כוכבים שפותחה באוניברסיטת אריאל. הלוויינים הבאים בסדרה זו, יציגו מערכות משופרות של הכוונת לייזר, לבדיקת יכולת ייצוב ושידור אופטיים של המידע לכדור הארץ.
לדברי המפתחים, המטרה היא להבטיח תהליך של לימוד, מחקר ויישום טכנולוגיות חדשות ופורצות דרך של סטודנטים ממגוון פקולטות ומחלקות של האוניברסיטה, והשאיפה היא לשגר לוויין סטודנטים לפחות פעם בשנה.
פרופ' בועז בן משה מנהל הפרויקט, הלוויין הראשון ענה על הציפיות שלכם?
"לוויין זה בדומה ללווייני מחקר נוספים ששוגרו עימו, לא עמד בכל האתגרים. הלמידה לגביו היא מתמשכת. ישנן משימות שמושגות, וישנן שנשארות אתגר להמשך, כפי שקורה בתהליכי למידה במדע של ניסוי וטעייה".
מה הסיבה להצלחה החלקית?
"אנו מבצעים 'חקירה' של נסיבות הכשל, אך סביר להניח שאת הסיבה המדויקת לא נדע לעולם. כל מי שמנוסה במחקר יודע, שרוב המחקרים אינם מצליחים בניסיון הראשון, ואכן הלוויין השני מהסדרה צפוי להיות משוגר במהלך פברואר 2021, והלוויין השלישי בסדרה נמצא כבר בשלבי תכנון מתקדמים".
