כ-20 לוויינים ישראלים פעילים משייטים כיום במסלולים סביב כדור הארץ. היום (ה') הצטרפו אליהם לא פחות משמונה לוויינים ישראליים חדשים, שבנו תלמידי תיכון מבתי ספר ברחבי הארץ, במסגרת פרויקט משותף בהובלת מרכז המדעים בהרצליה וסוכנות החלל הישראלית במשרד החדשנות, המדע והטכנולוגיה. "זו תוכנית חינוכית מדעית פורצת דרך ברמה העולמית", אומר מנכ"ל סוכנות החלל, תא"ל (מיל') אורי אורון. הלוויינים הישראלים שוגרו יחד עם עשרות לוויינים נוספים מרחבי העולם על גבי משגר פלקון 9 של חברת SpaceX מבסיס החלל קייפ קנוורל שבפלורידה.
מאחד יוצאים שמונה
מיזם לווייני התלמידים הישראלי נולד במרכז המדעים בהרצליה לפני קרוב ל-20 שנה. נדרשו כמעט עשר שנות עבודה עד שהחלום של ד"ר אנה הלר ויזמים נוספים הפך למציאות, עם שיגורו של דוכיפת-1 בשנת 2014, שהיה לוויין התלמידים הראשון בישראל ובין הראשונים בעולם כולו. בשנת 2017 שוגר הלוויין דוכיפת-2, ובסוף 2019 הצטרף אליו דוכיפת-3, שנבנה בשיתוף פעולה בין התלמידים מהרצליה לתלמידי בית הספר התיכון שער הנגב.
6 צפייה בגלריה
תוכנית חינוכית מדעית פורצת דרך. שלושה מלווייני "תבל" בשלב הבדיקות האחרונות במרכז המדעים בהרצליה
(צילום: איתי נבו, מכון דוידסון לחינוך מדעי)
במקביל, מתנהל בשנים האחרונות פרויקט תבל – "תלמידים בונים לוויינים". הפעם מדובר בלהק של ממש, המונה שמונה לווייני תלמידים שנבנו בשמונה רשויות מקומיות בהשתתפות כמאתיים תלמידות ותלמידים. אל תלמידי המרכז למדעים בהרצליה ותיכון שער הנגב, שכבר השתתפו ב"דוכיפת", הצטרפו מוסדות חינוך מאופקים, גבעת שמואל, טייבה, ירוחם, מעלה אדומים, נצרת וקריית אתא. שמונת הלוויינים ישוגרו יחד מפלורידה בטיל של חברת SpaceX, לצד לוויינים נוספים רבים. על פי התוכנית הם ישוחררו מטיל השיגור בגובה של כ-550 קילומטר, וייכנסו למסלול סביב כדור הארץ.
לוויין קטן וחכם
לווייני תבל הם מה שמכונה בשפה המקצועית "ננו-לוויינים". אלה לוויינים בצורת קובייה שגודלה 10x10x10 ס"מ בלבד, ומשקלו של כל אחד מהם כ-850 גרם – פחות מחבילת סוכר. כל אחד מהם מצויד במחשב זעיר, מערכת חשמל עם סוללות ולוחות סולריים קטנים על דפנותיו, ומערכת קשר קטנה עם אנטנות קפיציות שאמורות להיפתח אחרי שייכנס למסלולו. המערכת הזאת כוללת גם משיב אנלוגי, הקולט אות בתדר מסוים ומחזיר אותו בתדר אחר, לצורך תקשורת עם חובבי רדיו.
ללוויינים הזעירים אין מערכת הנעה וגם אין יכולת לשלוט על הסיבוב העצמי שלהם. למרות המגבלות האלה, יוזמי הפרויקט לא ויתרו על ההזדמנות לשלב בו משימה מדעית. על אחת מהפאות של כל לוויין יש ארבעה רטרו-רפלקטורים, או מחזירי אור פינתיים: אלה התקנים קטנים (2.5 ס"מ) שמחזירים קרן לייזר לכיוון שממנו שוגרה. קרני לייזר שיוקרנו אל הלוויינים מתחנות קרקע יאפשרו לקבוע במדויק, על פי מדידת ההחזר שלהן, את מקומו של כל לוויין, את מהירותו ואת המהירות והכיוון של הסיבוב העצמי שלו, בהנחה שלפחות חלק מהזמן הפאה עם מחזירי האור אכן תפנה לעבר תחנת הקרקע.
גם היכולת לתקשר עם חובבי רדיו עשויה לסייע בקביעת מקומם של הלוויינים. כך היה בשיגור של דוכיפת-3, שנכנס תחילה למסלול שאינו אופטימלי לתקשורת עם תחנת הקרקע בהרצליה. חובבי רדיו במרכז אמריקה איתרו אותו ראשונים, והנתונים שהעבירו בזמן אמת אפשרו לחשב את מסלולו וליצור עימו קשר.
לימוד תוך כדי תנועה
"הפרויקט מאפשר לתלמידים מכל רחבי הארץ להתנסות בפרויקט עתיר תוכנה ועתיר טכנולוגיה. הוא מאפשר לתלמידים להכיר את העולם הזה, ולראות איך זה להתחיל פרויקט משלב התכנון, דרך האפיון, האינטגרציה והבדיקות ובסופו של דבר לשגר אותו לחלל ולהפעיל אותו בחלל", אומר אלעד שגיא ממרכז המדעים בהרצליה, מהנדס המערכת של פרויקט תבל. "האתגר הגדול בפרויקט הזה היה לבנות לוויינים בשמונה מרכזים במקביל, לאפשר להם עצמאות ולהביא אליהם את הלמידה ואת ההדרכה. לא לכל המורים היה ניסיון בתחום החלל, והיינו צריכים להדריך אותם למשל איך לבנות חדר נקי להרכבת הלוויינים. בנינו תוכנית להכשרת המדריכים במהלך החופשות של בתי הספר, שבהן הם הגיעו אלינו ולמדו כל פעם את מה שהיו צריכים לשלב הבא של הפרויקט".
6 צפייה בגלריה
לא מוותרים על המדע, גם בלוויינים הפשוטים ביותר. ארבעת מחזירי הלייזר (מתחת לציפוי מגן) על אחד הלוויינים
(צילום: איתי נבו, מכון דוידסון לחינוך מדעי)
המדריכים, שחלקם הצטרפו למיזם בלי רקע רלוונטי בתחום החלל, נדרשו ללמוד תוך כדי תנועה, במקביל לתלמידיהם. אחד מהם הוא שימי אדה, רכז הקבוצה באופקים, בעל חברה שעוסקת בחינוך והדרכה בתחום המדעים. "עשיתי בזמנו חצי תואר בפיזיקה, והייתי מדריך אסטרונומיה, אבל לא היה לי רקע בבניית לוויינים. השקעתי בפרויקט הזה המון זמן ומאמץ, וזה היה שווה", הוא אומר.
הקבוצה מאופקים הוא הצעירה ביותר בפרויקט. בעת סיום העבודה על הלוויינים היו בה 15 תלמידי כיתה י"א (שמונה בנים ושבע בנות), כמעט כולם מתיכון עמל אמירים. "התוכנית הזו מקנה להם המון ידע, אבל הדבר החשוב הוא שהם לומדים איך ללמוד: הם מתמודדים בכוחות עצמם עם בעיות, וגם עושים הרבה פעמים טעויות, אבל לומדים לצמוח, מקבלים ביטחון בעצמם ורואים שהם יכולים להתמודד עם כל אתגר".
ביטחון וידע
האתגרים שהתלמידים נדרשים להתמודד איתם כוללים תחומים כמו הנדסה, הדפסת תלת-ממד, תקשורת לוויינים והרבה מאוד תִכנוּת. הם כותבים את כל התוכנה (הקוד, בלשון מקצועית) להפעלת הלוויינים, לתקשורת איתם ולתפעול תחנת הקרקע. סיהאם חאג' יחיא מטייבה, שלמדה לבגרות בהיקף של עשר יחידות בפיזיקה ועשר יחידות במדעי המחשב, הייתה חברה בצוות כתיבת התוכנה. כמו כל חבריה לפרויקט היא השקיעה בו הרבה מאוד שעות עבודה. "חוץ מהרבה מאוד תכנות, הפרויקט נתן לי הזדמנות ללמוד איך עובד עולם ההייטק, איך מתחילים פרויקט ואיך מניעים אותו", היא אומרת. "בנוסף, התחלתי את התוכנית הזו כאדם ביישן וקיבלתי ביטחון עצמי. למדתי שאני יכולה לקבל על עצמי אחריות ולהצליח, ושעם אמונה עצמית אפשר להגשים כל חלום".
לאחר שבניית הלוויין בכל רשות הושלמה, הם הועברו לבדיקות סופיות במרכז המדעים בהרצליה, שם הצוות, עם תלמידים בעלי הניסיון מפרויקט דוכיפת, עשה את הבדיקות הסופיות של הלוויינים לפני שילוחם לחברה האחראית על השיגור.
התלמידים שמשתתפים בפרויקט תבל מקבלים חמש יחידות בגרות במסגרת עבודת גמר, אבל מבחינת רובם זה לא הדבר העיקרי בתוכנית. "אני לומד בתוכנית הזו לעבוד בפרויקט טכנולוגי, ועוסק בטכנולוגיות מתקדמות שכמעט אף תלמיד בעולם לא מתעסק בהן", אומר יותם רבין מהרצליה, "אני לומד תחומים שלא חלמתי לעסוק בהם, רוכש ניסיון בעבודת צוות ומאוד נהנה מהפרויקט".
חברו לצוות, שחר אביב, מוסיף, "אם היית אומר לי לפני שלוש שנים שאני אשדר ללוויין שנמצא בחלל, ועוד ללוויין שאני הייתי שותף לבנייתו ועושה איתו ניסויים, לא הייתי מאמין לך. זה נותן לי ביטחון וידע, וכלים לחיים – לעבוד בפרויקטים אחרים".
6 צפייה בגלריה
תחומים שלא חלמנו לעסוק בהם. התלמידים שחר אביב (משמאל) ויותם רבין עם הרכז הפדגוגית שרון משאל וכמה מהלוויינים במרכז המדעים בהרצליה
(צילום: איתי נבו, מכון דוידסון לחינוך מדעי)
דרך ארוכה
כדרכן של תוכניות בתחום החלל, גם הפרויקט הזה ידע הרבה עליות ומורדות. נוסף על הקשיים הרגילים שמציבה העבודה עם טכנולוגיה מסובכת ועם תוכנה מאתגרת, חלק ניכר מהעבודה נעשה בתקופת הגלים הראשונים של הקורונה, בין בידודים, סגרים ופגישות עבודה בזום. כשהלוויינים היו סוף סוף מוכנים, נקבע תאריך שיגור לינואר 2020. אבל ברגע האחרון התגלתה עוד תקלה, שאינה קשורה ללוויינים עצמם אלא לתושבת שלהם בתוך טיל השיגור, שסיפקה חברה חיצונית. כעבור חודשים ארוכים, כשהלוויינים הותקנו בתושבת החדשה, הייתה דליפה של חומר מסוכן בטיל עצמו, והיו חייבים להוציא את הלוויינים ולוודא שלא ניזוקו. עקב הדחיות הממושכות היו צריכים גם לשלוח את הלוויינים לבדיקת תקינות באירופה, ואז להחזירם למרכז השיגור בארצות הברית. עקב הדחייה הארוכה, חלק מהתלמידים בפרויקט כבר הספיקו לסיים את לימודיהם ולהתגייס לצבא. עכשיו, מקווים כולם, סוף סוף מגיע רגע האמת.
"כשהציעו לי את הפרויקט היה לי חשש שלא נצליח, שאולי זה גדול עלינו, במיוחד כשהבנתי כמה עבודה זה דורש", מודה ווהיב אג'מיל, שמדריך את הקבוצה מטייבה הכוללת 30 תלמידים ותלמידות משלושה תיכונים בעיר. "ביום הפתיחה של הפרויקט אמרתי לתלמידים שנעבוד קשה, אבל יש רק שתי אפשרויות. או שהלוויין שלנו ישוגר, או שהוא ישוגר. כל פעם כשהיה קשה הזכרתי להם את המשפט הזה, וזה נתן להם אנרגיה".
טייבה ונצרת הן שתי הערים הערביות הראשונות בפרויקט, ואג'מיל מקווה שהצלחת הלוויין תתרום לא רק לבוגרים שבנו אותו, אלא גם תסייע לקדם את החינוך הטכנולוגי במגזר. "אנו מגייסים כסף לעוד פרויקטים כאלה, ואני מקווה שאת הידע שרכשנו כאן נוכל להעביר לעוד רשויות, ולחולל בעשור הקרוב מהפכה בחינוך לחלל במגזר הערבי", הוא אומר.
אג'מיל, מהנדס אלקטרוניקה שעשה תואר שני ושלישי בחינוך, למד גם הוא הרבה מאוד על חלל ולוויינות במהלך העבודה עם תלמידיו על הפרויקט. "עבדנו קשה מאוד, והשקענו המון שעות. עבדנו בלילות, עשינו פגישות זום כל הזמן, אבל אני מסתכל אחורה ואומר 'אם תרצו – אין זו אגדה'. אני לא יכול לתאר מה נרגיש כשנראה שהלוויין שלנו הגיע לחלל, אבל אני מניח שאת צעקות השמחה ישמעו בכל הכפרים בסביבה".
"עבדנו על זה כל כך קשה וחיכינו כל כך הרבה, שהרגע שבו נראה את הלוויינים במסלול יהיה רגע של שמחה טהורה. מטורפת", מוסיף שימי אדה מאופקים. "אבל מיד אחר כך זה יהיה 'טוב חבר'ה, מה הלאה? בואו נראה איך מתקשרים עם הלוויין, עובדים איתו ולומדים ממנו'".
ניסיון חוצה מגזרים
מבין כ-200 תלמידים שלקחו חלק בבניית שמונת הלוויינים, קרוב למחצית הן תלמידות. "זה יוצא דופן בפרויקטים טכנולוגיים, גם במערכת החינוך וגם בתעשייה", אומרת המנהלת הפדגוגית של תבל, שרון משאל ממרכז המדעים בהרצליה. "אחד הלוויינים נבנה בקבוצה של בנות בלבד, באולפנת גבעת שמואל, ראינו אותן לוקחות יוזמה, מנהיגות ומובילות כל כך יפה את העבודה".
6 צפייה בגלריה
הבנות לוקחות מנהיגות. תלמידות בעבודה על הלוויין באולפנת אמית, גבעת שמואל
(צילום: משרד החדשנות, המדע והטכנולוגיה)
התוכנית גם מתגברת על מכשולים גיאוגרפיים וחברתיים, ובעיקר – מקנה להם ניסיון אמיתי, מדגישה משאל. "זאת תוכנית פורצת דרך שבה השתתפו תלמידות ותלמידים מכל רחבי הארץ ומכל המגזרים בחברה הישראלית. היא מאפשרת לתלמידים לקחת חלק בפרויקט הנדסי של בניית לוויין ושיגורו לחלל. התלמידים חווים כאן למידה שונה מהלמידה השגרתית בבתי הספר, למידה שמבוססת על פרויקט אמיתי של פיתוח לוויין (PBL), מייצרת סביבת למידה אקטיבית ואטרקטיבית התורמת למוטיבציה של התלמידים ללמוד ולהשקיע. הם מתמודדים עם בעיות אמיתיות ונדרשים לחשוב על פתרונות יצירתיים. במהלך העבודה הם רוכשים ניסיון מעשי ומיומנויות אישיות ובין-אישיות שיתרמו להם בהמשך דרכם".
הניסיון של המרכז למדעים בהרצליה מראה שבהמשך דרכם בוגרי התוכנית אכן עושים שימוש בניסיון שצברו. "רבים מתלמידי התוכנית המסיימים את לימודיהם בתיכון מתגייסים ליחידות טכנולוגיות מובחרות בצבא, וחלקם אף חוזרים לתוכנית כמנטורים, ומדריכים תלמידים צעירים על יסוד הניסיון הרב שלהם", אומרת משאל.
חבר'ה בלי תקרה
אף על פי שתבל היא תוכנית חינוכית בעיקרה, משרד החינוך אינו מעורב בה, והמימון כולו – כשמונה מיליון שקלים – מגיע מסוכנות החלל הישראלית במשרד החדשנות, המדע והטכנולוגיה. "תוכנית תבל של סוכנות החלל הישראלית במשרדי, שבה תלמידים משמונה רשויות, יהודים וערבים, בנו לוויינים שישוגרו לחלל, מקדמת את הידע המדעי והטכנולוגי של התלמידים ומעוררת בהם סקרנות והשראה לעסוק בתחום", אומרת שרת החדשנות, המדע והטכנולוגיה אורית פרקש-הכהן. "זו אחת התוכניות המרגשות של משרד המדע וסוכנות החלל, בכך שהיא מחברת בין אנשים ובין עמים, ועושה שינוי חברתי".
"בוגרי התוכנית, בני משפחותיהם וכלל הגופים הפדגוגיים המלווים אותם השיגו הישג מרשים ביותר. נוכחנו כולנו כי יש בחלל פוטנציאל לחבר, ליזום, להשיג ולהצליח", מוסיף מנכ"ל סוכנות החלל, תא"ל (מיל') אורי אורון. "זו אבן דרך ראשונה בתוכנית, אך לאור הצלחתה אני יודע כי בעקבותיה תהיינה תוכניות נוספות".
לווייני תבל ישוגרו למסלול פולרי, שעובר מעל הקטבים. כלומר הם יקיפו את כדור הארץ פחות או יותר בניצב לציר הסיבוב שלו. אף על פי שהקפה תימשך כשעה וחצי, בגלל סיבוב כדור הארץ הם לא יעברו מעל ישראל בכל הקפה אלא רק ארבע פעמים ביממה. במעברים האלה ינסו לקלוט אותם מתחנות הקרקע, שגם אותן הקימו ומתפעלים תלמידי התוכנית בהרצליה, בשער הנגב ובירוחם. ברשויות נוספות עובדים על הקמת תחנות קרקע משלהן. בהמשך, בהנחה שכל הלוויינים ייכנסו למסלול כמתוכנן ויתפקדו היטב, ראשי התוכנית מתכוונים לערוך ניסוי של מעקב אחר הלוויינים באמצעות לייזר מהקרקע. הניסוי מתוכנן בשיתוף חברת הלייזרים הישראלית "סיון" הפועלת בירושלים. בהמשך ייתכן ניסוי נוסף בתחנה אופטית המוקמת בימים אלה באוניברסיטת תל אביב. הוכחת ההיתכנות של מעקב אופטי מהקרקע אחרי לוויינים כה זעירים תהיה הישג מרשים לתעשיית החלל הישראלית.
"אנחנו מגדלים פה דור של משוגעים שלא מפחדים לחלום. זה היופי של התוכנית", מסכם אדה מאופקים. "אלה חבר'ה שאין להם תקרה. אם שמים מעליהם תקרה – הם ישברו אותה. עבדנו על הפרויקט הזה כמו משוגעים, עם הרבה לילות לבנים, ופרצנו פה דרך. ראינו שאנו יכולים להתמודד עם כל פרויקט. הוכחנו שהשמיים הם כבר לא הגבול – הם רק ההתחלה".
איתי נבו, העורך הראשי של אתר מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
פורסם לראשונה: 00:11, 13.01.22
