אסטרונאוטיקה

שיתוף

אסטרונאוטיקה (באנגלית: Astronautics) היא ענף מדעי ומעשי העוסק בתאוריה ובהנדסה של הגעה לחלל, מסעות בו והתיישבות בחלל. משמעות השם אסטרונאוטיקה הוא "הפלגה בחלל", המונח נטבע על ידי J.-H. Rosny ב-1920, כאנלוגיה לתחום מקביל, אווירונאוטיקה שמשמעותו "הפלגה באוויר". בגלל שיש מידע של חפיפה טכנית בין שני התחומים המונח Aerospace משמש לעיתים קרובות לתיאור שני התחומים. בשנת 1930 פורסם הספר הראשון בנושא על ידי Robert Esnault-Pelterie.

בדומה לאווירונאוטיקה, התנאים השוררים בחלל ומגבלות של מסה, טמפרטורה, ותנאים חיצוניים גורמים לכך שיישומים בחלל צריכים לעמוד במגבלות קיצוניות הדורשות מחקר מדעי ועמידה במגבלות הנדסיות וביולוגיות מסובכות: הגנה מפני תנאי וואקום חיצוני, הגנה מפני קרינה מהשמש וקרינה קוסמית, התמודדות עם השדה המגנטי של כדור הארץ, התמודדות עם תת-כבידה, מחסור בחומרים כמו מים ומזון, חשש למחסור בחמצן ועליה בפחמן דו-חמצני, חשש מפני פגיעת שביטים בחללית, הצורך לדאוג להספקת אנרגיה מספקת והצורך לשמור על בריאות תקינה וסביבה אקולוגית מתאימה למחיה של בני האדם הם אתגרים עצומים. רכבי שיגור חייבים לעמוד בפני כוחות האצה וטמפרטורות גבוהות, ולוויינים יכולים לחוות שינויים גדולים בטמפרטורה בתוך זמן קצר, חלליות ומושבות בחלל או בכוכבים אחרים יצטרכו לספק סביבה מוגנת ובריאה מספיק כדי לחקות את הביוספרה.

כדי לשגר כמות גדולה של מסה מחוץ ל"באר הכבידה" של כדור הארץ, יש צורך בכמות גדולה של אנרגיה. עובדה זו מציבה את אחת המגבלות החשובות בתחום ומאטה מאוד את יכולת להוציא בני אדם או ציוד רובוטי אל מחוץ לכדור הארץ. מגבלה זו מאלצת מהנדסים בתחום האסטרונאוטיקה לחסוך ככל הניתן במסה כדי למקסם את כמות המטען שמגיע למסלול היקפי. מסיבה זו התחום קשור באופן הדוק לנושאים של מיזעור טכנולוגי כגון המעבר מנורות ליבון לטרנזיסטורים, מזעור מערכות לטיהור חמצן מים וכדומה.

תתי תחומים

האסטרונאוטיקה מתחלקת למספר תחומים החופפים זה לזה וביניהם:

אסטרודינמיקה: חקר מסלולי הכוכבים ופיתוח מסלולים יעילים למסעות ביניהם.
הנעה רקטית: חקר שיטות הנעה רקטית שונות בחלל המבוססות על דלקים כימיים נוזליים ומוצקים, אנרגיה חשמלית או אנרגיית חום גרעינית.
בקרה: אחד מענפי האלקטרוניקה העוסק בשיטות לייצוב אוטומטי של תהליכים ומאפשר לחללית כושר תפקוד עצמי בחלק ממשימותיה.
רובוטיקה: מאפשרת לגשושות לבצע משימות מורכבות כגון סיורים על פני כוכבי לכת וירחים, נטילת דגימות וכדומה.
פיזיולוגיה ורפואת חלל: חוקרת את יכולות גוף האדם לעמוד בתנאי החלל, את צרכיו ואת מגבלותיו.

הוויכוח על נחיצות חקר המסע לחלל

יש אנשים הטוענים כי חקר החלל כיום מתאפיין בהשקעות ממשלתיות בזבזניות שאינן מניבות כל תועלת לציבור. טיעון זה מושמע בעיקר מצד גורמי ימין כלכלי שטוענים שהשקעות ממשלתיות הן דבר מזיק הנובע מכפייה ממשלתית וכי עיקר התועלת לאנושות צומחת מתוך השקעות פרטיות למטרות השגת רווחים. כך שאם יהיו השקעות בחלל יש להתמקד רק בהשקעות פרטיות.

תומכי המסע לחלל מציגים דוגמאות ליתרונות שמחקר המסע לחלל הביא. דוגמה אחת היא פיתוחים טכנולוגיים שנדחפו על ידי המסע לחלל - פאנלים סולאריים, שתלים אשר מנטרים את פעילות הלב, טיפולי אור בגידולים סרטניים, תפעול מערכות ללא חוטים, תרכובות קלות משקל לטמפרטורות גבוהות, מצלמות כמו אלו שיש בטלפונים סלולרים, מערכות טיהור מים קומפקטיות, טכנולוגיות ביו-רפואיות ומערכות חיפוש והצלה גלובליות.[1] המצאות טכנולוגיות שנובעות מתוך תוכנית החלל האירופאית כולל תוכנה, אנרגיה, ועוד[2]

מחקר בסיסי שמבוסס על ממצאים מחקר החלל מסייע לנו להבין היבטים בביולוגיה כולל תחומים של פיזיולוגיה אנושית, ביולוגיה של הצמח, הנדסת חומרים, ופיזיקה בסיסית. מחקרים בתגובת בני אדם למיקרו-כבידה מסייעים בחקר הזיקנה. מחקרים על הסביבה של מאדים והאבולוציה שלו מסייעים להבנת האבולוציה של כדור הארץ דבר שעוזר להבין את תהליכי שינוי האקלים שמתרחשים בכדור הארץ ^[1]

לוויינים מספקים שירותים שונים לאנושות- חיזוי מזג אוויר, כולל חיזוי והתרעה מול סופות, לוויני GPS שמאפשרים שירותי ניווט ומיפוי שונים כולל מערכות ניווט ברכב, לוויני תקשורת שמאפשרים שידורי טלוויזיה רדיו טלפון ומחשבים. בתחום הצבאי לוויינים מאפשרים יכולות צילום וריגול אחר מדינות אחרות כולל ניטור של שיגור טילים או פעילות במפעלים לנשק לא קונבנציונלי. כן לוויינים מאפשרים אפשרויות מחקר רבות בתחומי גאוגרפיה, אקולוגיה, חקר האקלים, תחבורה ועוד. יש הטוענים כי היתרון העיקרי של חקר החלל הוא בקיום לוויינים. ואילו המחקר על טיסות מאויישות הוא מיותר. אבל אם לוויינים מביאים תועלת, אזי גם מעבורות מביאות תועלת, שכן כרגע תחזוקת לוויינים מבוצעת על ידי מעבורות מאויישות.

נאס"א טוענת כי יש יתרונות רבים לתחנת החלל החדשה[3]

הטענה כי השקעות ממשלתיות הן מיותרות היא טענה רחבה יותר, ונוגעת להבדל בין מחקר יישומי (שמנוהל לעיתים קרובות על ידי תאגידים גדולים) לבין מחקר בסיסי שהתועלת עבורו לטווח הקצר אינה תמיד ברורה. השלכות המחקר אינן תמיד ידועות מראש ועשויים לחלוף עשרות ואף מאות שנים בין קיום המחקר לבין היישום שלו בפועל. הסיכון לפירמות העוסקות בכך הוא גדול והן משתדלות להמעיט בהשקעות במחקר בסיסי ככל הניתן, שכן החזר ההשקעה אינו בטוח ועלול לקחת זמן רב מאוד. כדוגמה קיצונית לנושא זה- חקר תורת המספרים היה ענף מתמטי תאורטי לחלוטין, ובמשך אלפי שנים הוא התקיים ללא כל יישום נראה לעין. בשנת 1977 פרסמו רונלד ריבסט, עדי שמיר ולאונרד אדלמן את ה-RSA, אלגוריתם המבוסס על תורת המספרים ומאפשר את רוב ההצפנה המקובלת באינטרנט. ללא פיתוח זה של תורת המספרים, לא היה ניתן לבצע תקשורת מאובטחת לצורך ביצוע עסקאות פיננסיות, קניות באינטרנט ועוד. מחקר בסיסי הוא סוג של מוצר ציבורי- שכן הוא עומד בשני התנאים המאפיינים מוצר כזה - התועלת נוגעת לכולם אבל קשה לבצע הדרה של אנשים שלא שילמו על קיום המחקר, כמו כן בדומה לסוגי ידע אחרים, הנאה של אדם אחד מהמחקר לא מפחיתה את כמות המוצר עבור אדם אחר. יש הסכמה רחבה בין כלכלנים (כולל אדם סמית לדוגמה) כי מימון של מוצר ציבורי הוא דבר שקשה לעשות על ידי מנגנון של שוק.

חקר החלל וקיימות

אחד הנימוקים בעד חקר מסע החלל הוא נימוק של קיימות - כלומר יום אחד עלול להתרחש בכדור הארץ אסון סביבתי שעלול להכחיד את האנושות - לדוגמה פגיעה של אסטרואיד (בדומה לזה שהכחיד את הדינוזאורים), מחלה של התבואה ("ככלות העשב") בעיות אקלים (התחממות עולמית) או בעיות אחרות (ראו גבולות פלנטריים, התמוטטות). מול כל הבעיות האלה האנושות תהיה בטוחה יותר אם תתיישב גם בפלנטות אחרות. נימוק כזה הובא לא פעם בספרי מדע בדיוני (לדוגמה לארי ניבן, אייזק אסימוב, רוברט היינלין) וכן על ידי מדענים כמו סטיבן הוקינג. ^[2]כמו כן היו מספר אסטרונאוטים שבעקבות המסע אל מחוץ לכדור הארץ הפכו לתומכי הגנה על הסביבה ובעלי ראיית עולם אוניברסלית שכן המסע לחלל מדגיש כמה הרבה יש בכדור הארץ, וכן עד כמה תלויות האומות השונות זו בזו במסגרת הביוספרה המשותפת לכולם.

בעוד שניתן לקבל טיעון של מסע לחלל כדרך להתמודד עם בעיות קיימות, יש זרמים בקיימות המצביעים על כך שמסעות לחלל עלולים ליצור ולעודד אופטימיזם טכנולוגי או אופטימיזם מופרז, מתוך ציפייה לפתור בעיות אקולוגית חמורות כמו זיהום או פגיעה במערכות אקולוגיות על ידי מסע לחלל. דוגמה לדבר זה היא האמונה שמגבלת משאבים אינה חשובה, שכן אם יהיו חסרים משאבים מתכלים כגון מתכות יקרות, ניתן יהיה לנסוע לאסטרואידים או לירח ולכרות אותם שם, דוגמה אחרת היא המחשבה שגידול אוכלוסין אינו מהותי שכן אם יהיו יותר מידי אנשים בכדור הארץ, הדבר יעודד הגירה לישובים בפלנטות אחרות.

הבעיה במחשבה הראשונה היא שסוג אחד חשוב של המשאבים המתכלים החשובים בכדור הארץ הם דלק מחצבי - נפט, פחם וגז טבעי שנוצרו עקב תהליכים ביולוגיים ולכן אינם נמצאים בכמות גדולה מחוץ לכדור הארץ. אפשר לחשוב על כרייה יסודות כמו אורניום או תוריום לשם אנרגיה גרעינית אבל לכך יש מגבלות אחרות כגון בעיות בטיחות גרעינית ובעיות הנדסיות. בעיה אחרת היא על מגבלות הנוגעות לשינוי במחזורים אקולוגיים - לדוגמה שיא תפוקת הזרחן הוא מגבלת משאב מתכלה מצד אחד, אבל בצד השני יש בעיה של כמות הזרחן שניתן להכניס לתוך המערכת האקולוגית בגלל שינויים של מחזור הזרחן (ראו גבולות פלנטריים).

בטווח של מאות השנים הבאות, לא נראה שניתן יהיה להוציא בני אדם בקלות מכדור הארץ, וגם אם כן (לדוגמה על ידי מעלית חלל) יש בעיה של התיישבות בכוכבים אחרים. הסביבה מחוץ לכדור הארץ היא עויינת מאוד ביעדים סבירים (תחנות חלל, ירח, אסטרואידים, מאדים) וכוללת התמודדות עם מחסור בחמצן, קור וחום קיצוניים, איומים מצד אסטרואידים, הגנה מפני קרינה קוסמית ועוד. בנוסף כדי לקיים התיישבות שתחזיק מעמד במשך שנים, יש צורך במערכת אקולוגית מתפקדת שתוכל לספק מזון, וכן מים ומחזורים שלמים של כל היסודות הדרושים לבני האדם ולצמחים - מחזור הזרחן, מחזור החנקן וכו'. נכון לשנת 2018, נעשה רק ניסיון אחד רציני בתחום של חיקוי המערכת האקולוגית - ביוספרה 2 והוא נכשל בגלל קריסה אקולוגית.

תנאי מקדים לכך שניתן יהיה לייצב מערכות אקולוגיות בהתיישבויות כאלה הוא הבנה טובה יותר כיצד ניתן לקיים קיימות ביולוגית וקיימות חברתית ארוכת טווח, בתנאים קלים בהרבה שיש בכדור הארץ. לדוגמה קשה להניח שבתנאים קיצוניים של התיישבות חלל ניתן יהיה לקיים גידול אוכלוסין וגידול בצריכת האנרגיה לנפש וגידול בצריכת משאבים שאופיינית כיום למערכת הקפיטליסטית המחייב צמיחה כלכלית. הרעיון של נשק קל לכל אדם, כחלק מאמונה בליברטריזם, פירושה שכל אדם או אפילו כל תאונת נשק תגרור קריסה של ערים שלמות. יתר על כן מודלים של גידול מעריכי מראים שגם אם בדרך כלשהי, ניישב את מאדים לדוגמה בתוך תקופה קצרה, אבל ימשך גידול אוכלוסין מהיר בקצב מעריכי, אזי בתוך תקופה קצרה של מספר עשרות שנים, יש צורך שוב בעוד כדורי ארץ או כוכבי לכת דומים, שאינם נמצאים בטווח סביר של הגעה בטכנולוגיות מסע שיש בידנו.

אנשים בפרוייקט ונוס טוענים כי המסע לחלל מהווה מעין "בריחה קדימה" שאמור להיות מיתוס מאחד שנועד להיות הבטחה אופטימית לפתרון הבעיות שלנו, בעוד שיש בעיות חברתיות וכלכליות קשות שעלינו לפתור ללא קשר עם מסע לחלל או כתנאי מקדים למסע כזה.