השמיים הם לא הגבול

חברות מלוד, משגב, רחובות ופתח תקוה מייצרות רכיבים ואמצעים לתעשיית הנאנו לוויינים הפורחת. סקירה מיוחדת של מידד פריינטא

מידד פריינטא

בשנים האחרונות פורחת תעשיית הנאנו-לווינים ברחבי העולם. מה שהחל לפני כעשור כתחביב באוניברסיטת ,Cal Poly הפך תוך זמן קצר למוצר החלל המוביל בעולם עם יותר ממאתיים וחמישים לווינים המיועדים לשיגור בשלוש השנים הקרובות.

למרות גודלם ומשקלם הקטן, נאנו-לווינים הם לוויינים לכל דבר ועניין, והחומרים מהם הם עשויים נדרשים לעמוד בכל תקני החלל. חלקי המבנה של הנאנו-לוויינים מיועדים להדבקת תאי שמש ונדרשים לעמוד בדרישות מישוריות ואיכות שטח פנים, המחייבות מיומנות הנדסית גבוהה וייצור מדוייק.

סביבת החלל היא קשה ועויינת. מלבד קרינה ולחץ אפסי, שוררים בה תנאי טמפרטורה הנעים בין קור מקפיא לחום לוהט בתוך מספר דקות. בנוסף, משימות הדורשות נחיתה על כדור הארץ או נחיתה על כוכב לכת אחר, צריכות לקחת בחשבון את החיכוך הנוצר בכניסה לאטמוספירה אשר גורם לחום של מעל אלף מעלות צלזיוס וענני פלזמה. כזכור, הסיבה שהביאה למותם של שבעת האסטרונאוטים במעבורת הקולומביה וביניהם האסטרונאוט הישראלי הראשון אילן רמון, היה כשל שגרם להיפרדות לבני בידוד תרמיות מבטן המעבורת שיצרו חור במעטפת המגן דרכה זרם חום שהתיך את מבנה הפלדה מבפנים.

ישראלים בחלל

פתרון ישראלי שאמור לתת מענה לבעיות מסוג זה מגיעה מכיוונה של חברת סלאריס (Cellaris) מאיזור התעשיה משגב, שהוקמה כחברת חממה של הטכניון על ידי פרופ' גדעון גרדר, מומחה להנדסה כימית בטכניון ומומחה עולמי בחומרים קראמיים וקצף קראמי. החברה מייצרת בועות קראמיות מיוחדות הנקראות Lite-Cell ולהן תכונות מיוחדות כגון עמידות לטמפרטורה של עד 1700 מעלות צלזיוס, צפיפות נמוכה במיוחד של 0.45 עד 0.75 גרם לסמ"ק ויכולת הקצפה משולבת של מתכות כגון אלומיניום, מגנזיום ואף סיליקון.

החברה טרם שילבה את מוצריה בתעשיית החלל, שכן לא ידעה שיש ביקוש רב למוצרים דומים אצל יצרני רכבי חלל, לווינים וגשושי מחקר. לאחרונה, החלה פעילות ראשונית למציאת מימון למחקר הנועד לבחון אפשרות לארוז את בועות הקצף המיוחדות במארז שיתאים לרכבי חלל שמטרתם לחזור לכדור הארץ כמו רכב האספקה Dragon של חברת SpaceX. על פניו נראה שיש פוטנציאל להתאמת ההמצאה לסביבה חללית ושהיא תתרום משמעותית למיגון רכבי חלל לסוגיהם בשנים הבאות.

חברה שכבר מייצרות חלקי מבנה לנאנו-לווינים היא חברת רותם עיבוד שבבי מאזור התעשייה טלרד בלוד אשר בעתיד מתכננת להרחיב את יצור החלל שלה גם למבנים שלמים ולהרכבות.

פתח תקוה: טבעות החלקה ללוויני תקשורת

אחת מיצרניות מערכות חשמל ללוויינים מהגדולות בעולם הביעה לאחרונה עניין רב בפיתוח ישראלי לסביבת החלל בדמות טבעות החלקה לזרמים גבוהים מבית היוצר של חברת מכאנו-דין, המתמחה בעיבוד שבבי ברמת גימור תעופתי, הרכבות מכניות ואלקטרו-מכניות. לאחרונה, הצליח צוות הפיתוח של החברה לייצר טבעות החלקה (Slip rings) על משטח PCB עם מגעי זהב המאפשרות העברת זרמים גבוהים ומידע דיגיטלי ללא כל צורך בחומרי סיכה ושימון.

המוצר, שהוא פטנט רשום, יוצר במקור לתעשיית הרק"מ אבל מתאים גם לשימוש בלוויני תקשורת גדולים, בהם הפאנלים הסולאריים עוקבים אחרי השמש. פאנלים אלו משתמשים בטבעות החלקה להעברת זרמים גבוהים של עשרות ואף מאות אמפרים הישר למערכת החשמל שבתוך הלווין. שיקולי התכנון לקחו בחשבון פרמטרים כמו מספר טבעות וערוצים מועט, אותות בתדר נמוך, אותות זרם עד 100 אמפר ותנאי סביבה קיצוניים (וואקום, חום, קור וקרינת חלל).

הרעיון מאחורי הפטנט הוא ליצור מערכת טבעות בעלות חיכוך זניח במטרה להקטין את איבוד האנרגיה בזמן תנועה ולמנוע אבק שחיקה. התכנון מבוסס על מסבי החלקה ומנצל את יתרונות המסבים, כמו עבודה בחיכוך נמוך, סיבולת גבוהה ומינימום שחיקה. התכנון שביצעה מחלקת הפיתוח להבדיל ממיסבים, אינו דורש שימון וכולל מנגנון השומר על רציפות מגע קבועה. התכנון והייצור של טבעות ההחלקה מתבצע בטכנולוגיה פלנרית, גלילית או רב שכבתית. הפעילות כוללת פיתוח, בניית מבדקים ייעודיים, ייצור והרכבה ומלווה במערך אימות פיתוח המבצע בדיקות סביבה ובדיקות מפרט.

רחובות: מדפסת תאים סולאריים ללוויינים

בכל לווין הנבנה היום, בכל רכב חלל או מעבורת, משולבים תאים סולאריים לקליטת אנרגיית השמש. תאים אלו מאפשרים להמיר את אנרגיית השמש הזמינה לאנרגיה חשמלית לטובת משימות שונות כגון צילום, תקשורת, בקרה תרמית, ואספקת חשמל לרכיבי המחשוב. בראשית שנות השישים היו תאים אלו עשויים סיליקון ופחות מ-15 אחוז משטף האנרגיה הנקלט מהשמש היה הופך לחשמל. בטכנולוגיה של ימינו, תאים אלו עשויים מתרכובת גליום וארסן (GaAs) ומורכבים בחיבור משולש של צמתים (Triple Junction) אשר מאפשרים נצילות של 30 אחוז משטף אנרגיית השמש. פי שניים יותר מתאים מבוססי סיליקון.

בכדי להתאים אותם לתנאי הסביבה הקשים בחלל, מודבקים התאים בעזרת דבק חללי מיוחד למשטחים בעלי מישוריות גבוהה ומכוסים בזכוכית מיוחדת העומדת בשינויי טמפרטורה קיצוניים. תהליך הייצור של תאים אלו יקר, מסובך ומבוסס על דיוקים גבוהים ומיומנות רבה. אחת הדרכים לפשט ולהוזיל את הליך הייצור הוא מעבר לשימוש במדפסת שפיתחה חברת Xjetsolar הישראלית מפארק המדע ברחובות.

המדפסת יודעת להדפיס מתכות בדיוק רב ובמהירות גבוהה של 50 סנטימטרים לשניה. בעזרת מדפסת זו מפיקים היום יצרני תאי שמש, תאים מודפסים באיכות גבוהה המאפשרים ניצול יעיל יותר של השטח ושל שטף השמש ההופך לחשמל זמין. בעזרת מחקר ותקציבים מתאימים אפשר יהיה להתאים מוצר זה להדפסת תאים סולאריים על חלקי מבנה, מהלך שיאפשר הפחתת משקל והוזלת עלויות של יצור לווינים. יתרון נוסף של מדפסת זו יכול לבוא לידי ביטוי בהדפסת חלקים גמישים בתהליך הייצור של פאנלים נגללים גדולים שיספקו חשמל נקי בהספק של עשרות ומאות קילווטים.

תעשיית החלל איננה רק יצור לווינים ומשגרים. בניגוד לדעה הרווחת, אנו צורכים תשתיות הקשורות לחלל בכל יום. החל מציוד תקשורת, טלוויזיה, אינטרנט, מסופים חכמים (דוגמת תחנות הלוטו או קופות החולים) ועד לוויני הצילום המשמשים כל אחד מאיתנו באפליקציות מפות, ובישומי ניווט כמו GPS", אומר מנכ"ל חברת SPACECIALIST ששם לו למטרה לקדם את תעשיית החלל האזרחי בישראל. מדובר על תעשייה עולמית המגלגלת מיליארדי דולרים בשנה שאינה מושפעת כמעט ממשברים כלכליים ובניגוד לדעה הרווחת, היא מורכבת בעיקר מחברות קטנות ובינוניות. ישראל בפנים.

מידד פריינטא הוא מנכ"ל SPACECIALIST, ויחד עם אשתו מאיה, שגם היא מהנדסת חלל הקימו את הסטארטאפ החללי הישראלי הראשון. החברה פועלת רבות גם בתחום החינוכי ומקדמת את נושאי החלל בבתי ספר תיכוניים, מכללות ואוניברסיטאות