أكملت شركة SpaceIL مؤخرًا بنجاح مراجعة أولية للتصميم تم إجراؤها بالتعاون مع الأطراف الرئيسية المشاركة في تصميم وبناء المركبة الفضائية، وخاصة صناعة الطيران والفضاء.
أكملت SpaceIL مؤخرًا بنجاح مراجعة التصميم الأولية التي تم إجراؤها بالتعاون مع الأطراف الرئيسية المشاركة في تصميم وبناء المركبة الفضائية وخاصة صناعة الطيران. يعتبر المسح خطوة ضرورية للانتقال من التخطيط الأولي إلى مرحلة التخطيط التفصيلي، إلى مرحلة شراء الأجهزة والمكونات وإلى البناء الفعلي، والذي سيتم تنفيذه فعليًا في مصانع سلطة الآثار الإسرائيلية.
تكشف شركة SpaceIL اليوم عن التفاصيل الأولى المتعلقة بالرحلة إلى القمر والتقنيات الفريدة التي سيتم دمجها في المركبة الفضائية الإسرائيلية، والتي من المتوقع أن تكون أصغر مركبة يتم إطلاقها إلى الفضاء على الإطلاق.
كيف تأخذ "رحلة" إلى الفضاء؟
ومن أجل توفير التكاليف، ستنضم المركبة الفضائية التابعة لشركة SpaceIL إلى القمر الصناعي التابع لشركة فضاء أجنبية باعتبارها "مسافرًا متنقلًا". على عكس "الرحلة المجانية"، تبلغ تكلفة الانضمام إلى مثل هذا الإطلاق ملايين الشواكل. وسيكون الاتصال بمنصة الإطلاق، المتوقع خلال عام 2015، في الواقع، المرة الأخيرة التي سيتمكن فيها المهندسون الإسرائيليون من رؤية المركبة الفضائية الإسرائيلية بأعينهم. وبعد الاتصال بالقاذفة، لن يكون هناك أي اتصال مع المركبة الفضائية لمدة شهر إلى شهرين حتى يتم الانتهاء من كافة الاستعدادات للإطلاق. الموعد المستهدف المقرر للإطلاق هو 2015.
كم ستستغرق الرحلة لمسافة 384 ألف كيلومتر؟
المدار - عند الخروج من الغلاف الجوي، ستعود السيطرة على المركبة الفضائية إلى الأرض وسيتم إجراء تصحيحات للمدار. وفي هذه الحالة يكفي خطأ صغير، وقد لا تصل المركبة الفضائية إلى القمر أبداً، أو تصطدم به لا قدر الله. تم تصميم المدار بحيث يكون من مسافة حوالي 400 ألف كيلومتر (384 ألف في المتوسط) من القمر - ستكون المركبة الفضائية قادرة على الوقوع في مدار يبعد 100 كيلومتر عن القمر (وهذا يشبه محاولة الخيط إبرة - من مسافة الطابق الخامس من المبنى). ومن المتوقع أن تستمر الرحلة حوالي شهر.
ثم، في الوقت المناسب، يبدأون رحلة مباشرة نحو القمر بهدف الاستيلاء على جاذبيته. منذ لحظة تواجدنا في المدار القمري، يبدأ التأخير في المدار في انتظار الهبوط، في فترة تصل إلى أسبوعين، اعتمادًا على يوم الإطلاق.
ما هو وزن أصغر مركبة فضائية في العالم وكم عدد خزانات الوقود الموجودة بها؟
ومن المتوقع أن يكون وزن أول مركبة فضائية إسرائيلية إلى القمر أقل من 140 كيلوغراما، وسيكون حجمها حوالي 96x72x72 سنتيمترا (عند الإطلاق). بعد الهبوط، من المتوقع أن يتم فتح أرجل نابضة خاصة من أجل تثبيتها. ومن المتوقع أن تكون المركبة الفضائية هي الأصغر على الإطلاق التي تهبط على سطح القمر، وبالتالي يهدف مؤسسو المشروع والعديد من الشركاء إلى إثبات قدرة تكنولوجية خارقة لبناء مركبة فضائية صغيرة وذكية، والتي تكلف حوالي عُشر المركبات الفضائية المعروفة.
يرجع وزن المركبة الفضائية في الغالب إلى 4 خزانات وقود يبلغ وزنها الإجمالي حوالي 90 كجم وهو ما يكفي لقطع المسافة الكبيرة إلى القمر. ويعمل مهندسو SpaceIL على تقليل وزن المركبة الفضائية قدر الإمكان، بحد أقصى حوالي 40 كجم، والذي سيبقى بعد الهبوط.
كيف تتنقل في الفضاء بدون GPS؟
على عكس طرق الملاحة المعروفة على الأرض، لا يوجد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في الفضاء، لذلك كان على فريق SpaceIL إيجاد وإنشاء حلول الملاحة وتصحيح المسار على وجه التحديد، من أجل الحفاظ على مسار رحلة سفينة الفضاء.
فيما يلي عدد من التطورات التكنولوجية الأصلية، بالإضافة إلى وسائل الملاحة التي سيتم دمجها في المركبة الفضائية:
مستشعر قمر الأرض - تطوير فريد لمستشعر بصري مزود بكاميرا ومعالج صور، والذي سيلتقط صورًا لكل من الأرض والقمر حتى تتمكن المركبة الفضائية من تحديد موضعها بالنسبة لكليهما.
يعرف المستشعر كيفية التعرف على الأجسام المستديرة والتمييز حسب اللون سواء كان الجسم المصور هو الأرض أو القمر. يحدد المستشعر النقطة المركزية للجسم المصور وبالتالي يساعد في تحديد موضع المركبة الفضائية.
OpNav - وسيلة مبتكرة للملاحة البصرية: تقوم المركبة الفضائية بتصوير القمر من موقعه في الفضاء ويتم إرسال الصورة من المركبة الفضائية إلى محطة الاتصالات على الأرض. وفي محطة الاتصال يتم تحليل موقع القمر مقارنة بالمركبة الفضائية من خلال مقارنة زوايا الصور التي تم الحصول عليها منه مع الخرائط الموجودة.
ومن وسائل الملاحة الأخرى التي ستتضمنها المركبة الفضائية، جهاز تعقب النجوم، وكاميرا متصلة بمعالج، وذاكرة تحتوي على خريطة للنجوم في الفضاء. ومن خلال مقارنة الصورة التي يلتقطها مع الخريطة الموجودة في الذاكرة، يستطيع المتتبع تحديد اتجاه المركبة الفضائية. ويهدف الجمع بين هذه الوسائل إلى تقديم أفضل إجابة لتحدي الملاحة الفضائية.
إذن كيف تهبط على القمر؟
الهبوط على القمر سيتم بشكل تدريجي، على عدة مراحل:
1. المرحلة أ – التحرك في مدار دائري حول القمر على مسافة 100 كم من سطح القمر.
2. المرحلة ب – النزول من ارتفاع 100 كلم فوق سطح القمر إلى ارتفاع 15 كلم.
3. المرحلة C - بدءًا من ارتفاع 15 كم فوق سطح الأرض، سيتم إعطاء أمر عدم العودة للهبوط. في هذه المرحلة، يعد التحكم أمرًا بالغ الأهمية في ضوء حقيقة أن المدار حول القمر يمثل تحديًا خاصًا وأن أعلى جبل على القمر يبلغ ارتفاعه 6.5 كم فوق السطح!
كيف يتم فرملة المركبة الفضائية في الفضاء ومتى تدخل في حالة سقوط حر؟
أحد التحديات الرئيسية خلال مرحلة الهبوط هو كبح سرعة المركبة الفضائية: خلال مرحلة الهبوط، يمكن للمركبة الفضائية أن تصل إلى سرعة تزيد عن 7,000 كيلومتر في الساعة (2 كم في الثانية)، وهي أسرع 8 مرات من سرعة المركبة الفضائية. طائرة نفاثة. خلال مرحلة دخول المركبة الفضائية إلى مدار حول القمر ومن أجل القيام بهبوط سلس وعدم الاصطدام، سيكون من الضروري إيقاف المركبة الفضائية تدريجيا. لا يمكن استخدام المظلة على القمر، حيث لا يوجد هواء على القمر لملئها وإبطاء المركبة الفضائية.
ولذلك فإن الخطة هي: استخدام المحركات الصاروخية لخفض سرعة المركبة الفضائية إلى التوقف في الهواء، على ارتفاع 10 أمتار فقط من الأرض. عند هذا الارتفاع، ستتوقف المحركات عن العمل ثم ستبدأ المركبة الفضائية في السقوط الحر العمودي مع توقف المحركات.
كيف توجه نفسك أثناء الهبوط وما علاقته بالمستشعر الموجود على الهاتف الذكي؟
الخطوة الأكثر دراماتيكية وأهمية في المهمة بأكملها هي الهبوط نفسه. من أجل تقليل المشاكل المحتملة أثناء الهبوط إلى الحد الأدنى، تم إجراء تفكير متعمق في SpaceIL من أجل إيجاد حلول للتحديات المتوقعة وتم تطوير عدد من التطورات التكنولوجية المبتكرة.
أحد التطورات الأصلية الأخرى هو SLAM (رسم خرائط التعريب المتزامن) - وهي خوارزمية لتحديد المواقع ذاتيًا أثناء مرحلة الهبوط. تم تصميم "Slam" لتوفير حل للمشكلة الرئيسية، وهي عدم وجود نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على القمر وصعوبة تحديد الموقع والوقت المحددين للالتقاء بالأرض. تسمح "الضربة القاضية" للمركبة الفضائية بمعرفة مكانها بالنسبة إلى الأرض - لمنع الاصطدام بالصخور والاصطدام. ويتم ذلك من خلال تتبع النقاط الموجودة على السطح، وتحديد موقع المركبة الفضائية بالنسبة لها وفقًا لحركتها.
هناك وسيلة أخرى ستشملها المركبة الفضائية وهي IMU (وحدة الملاحة بالقصور الذاتي) - وهي عبارة عن مزيج من مقياس التسارع ومقياس الموقع الزاوي. هذا جهاز استشعار يسمح بقياس موضع الجسم في الفضاء، بدون نظام مرجعي خارجي. وقياسا على ذلك، وبفضل وحدة IMU، فإن المركبة الفضائية تشبه الرجل الأعمى، الذي يعرف كل شيء عن وضع جسمه اعتمادا فقط على وسائل الاستشعار الداخلية. في الواقع، يحتوي كل هاتف ذكي اليوم على مثل هذا المستشعر. لذلك، على سبيل المثال، عندما تقوم بتدوير الشاشة - تدور الصورة معها أيضًا. المكون المستخدم أكبر ولكنه أصغر قليلاً من المكون الموجود في كل هاتف ذكي شائع وهو بالطبع أكثر دقة منه.
لماذا تهبط عند شروق الشمس؟
وتحرص شركة SpaceIL على جدولة موعد الهبوط بحيث يكون أثناء شروق الشمس على القمر، وذلك لاعتبارات درجة الحرارة التي ترتفع تدريجياً من وقت شروق الشمس. نظرًا لأنه عندما تصل إلى درجة حرارة 50 درجة، يكون هناك بالفعل خطر انفجار خزانات الوقود، والهدف هو كسب أكبر قدر ممكن من الوقت عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا لن تعرض المركبة الفضائية للخطر. وبحسب الخطة الحالية، يجب أن تصل درجة الحرارة إلى 50 درجة في اليوم الثالث بعد الهبوط، وبحلول ذلك الوقت يجب إكمال المهمة. بالإضافة إلى ذلك، عند شروق الشمس، تشرق الشمس من الجانب. وهذا يمكن أن يساعد في تحديد العقبات على السطح كما يقول المثل "كل حجر صغير يلقي ظلا كبيرا".
كيف تتعرف على العقبات دون أن ترى؟
هناك تطور آخر قام به فريق SpaceIL والذي سيدخل حيز الاستخدام خلال مرحلة الهبوط وهو اكتشاف المخاطر، أي "عيون" المركبة الفضائية. هذا هو نظام رؤية حاسوبي، والذي سيكشف جميع المخاطر والعقبات في منطقة الهبوط للمركبة الفضائية. (سيتم ذلك لأول مرة بالوسائل البصرية بدلاً من الرادارية):
وبما أن المركبة الفضائية غير مأهولة والهبوط سيتم بشكل أوتوماتيكي بالكامل، يحتاج الطاقم إلى بديل للعيون البشرية حتى يتسنى له الهبوط على منطقة خالية من الحجارة والحفر وبمنحدر ليس كبيرا جدا، حتى تتمكن المركبة الفضائية من القيام بذلك. لا تقع على جانبها. قائد الفريق الذي يقوم بتطوير النظام هو أيضًا طبيب متخصص في عمليات التحكم في الدماغ، وهو في الواقع يعطي صفة إنسانية لسفينة الفضاء.
إلى أي ارتفاع سوف "تقفز" المركبة الفضائية بعد الهبوط؟
وبعد الهبوط سترتفع المركبة الفضائية في الهواء إلى ارتفاع حوالي 220 مترا وتهبط مرة أخرى على بعد 500 متر من نقطة الهبوط. تم تصميم "قفزة" سفينة الفضاء لتتوافق مع إحدى القواعد الأساسية للمسابقة - التقدم مسافة 500 متر من نقطة الهبوط.
كيف تنقل HD من القمر إلى الأرض؟
أحد متطلبات المسابقة هو النقل المباشر للصور ومقاطع الفيديو بجودة HD من المركبة الفضائية إلى الأرض. وتم تسخير شركة بيزك لإنجاح المهمة، وستقوم بنشر ألياف ضوئية من مزرعة الهوائيات، التي تستقبل الإشارة اللاسلكية القادمة من القمر، إلى مركز التحكم. وذلك حتى يكون الجزء الأرضي سريعًا قدر الإمكان وتتدفق المعلومات إلى محطة التحكم. بالإضافة إلى ذلك، ستوفر بيزك دعم الاتصال لبقية محطات الاستقبال في العالم مما سيمكن من إرسال سريع للغاية وهو أمر ضروري لنجاح المهمة.
تم نقل المادة إلى الموقع العلمي بفضل المتحدثين باسم بيزك
تعليقات 10
يا له من فخر إسرائيلي!!
ميكي
استخدمت أنظمة INS منذ 40 عامًا الارتفاع الجوي لتحسين دائرة الارتفاع. مقياس السرعة الجوية ليس جزءًا من أي INS أعرفه لأنه يقيس السرعة بالنسبة للرياح. يُستخدم الاتجاه المغناطيسي في عملية تحديد الأرض ولا يوفر أي بيانات أثناء الرحلة. دقة اتجاه مقياس المغناطيسية سيئة للغاية.
لقد وصلوا إلى القمر بمساعدة INS منذ سنوات عديدة.
في الفضاء، من السهل جدًا معرفة الزوايا بواسطة المثلثات من عدة نجوم بعيدة. بالإضافة إلى ذلك، من السهل قياس المسافة من النقاط المعروفة بواسطة DME.
يتداخل المجال المغناطيسي ومجال الجاذبية في الواقع مع INS ومن الجيد عدم وجودهما في الفضاء 🙂
المعجزات
لا يعتمد نظام INS الموجود على الطائرة بدون طيار على وحدة IMU فحسب، بل يعتمد أيضًا على عداد السرعة ومقياس الارتفاع المشتق
من الضغط الجوي بالنسبة لاتجاه الحركة. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي وحدة IMU على مقياس مغناطيسي مدعوم أيضًا بالمجال المغناطيسي
الأرض لتصحيح الانحرافات. اليوم، يتم استخدام GPS أو GNSS في الغالب لإصلاحها
الانحرافات في الأنظمة الأكثر تعقيدًا والتي لا تتمتع بالقدرة على التحكم من قبل شخص ما في الوقت الفعلي، تعد الدقة أمرًا مهمًا للغاية
ولذلك، في غياب نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، هناك حاجة إلى نظام IMU دقيق للغاية لا يعتمد في الواقع على MEMS!
في الفضاء لا يوجد ضغط جوي، ولا يوجد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ولا يوجد مجال مغناطيسي ثابت وتسارع كما هو الحال في الفضاء.
مما يؤدي إلى استنتاج مفاده أن هناك حاجة إلى وحدة IMU دقيقة للغاية وهذا يعيدني إلى السؤال، أي وحدة IMU
هم يستعملون؟
ميكي
كانت دقة أنظمة INS القديمة 0.4 ميل بحري في الساعة. إنه في طائرة مقاتلة تعاني من تغيرات التسارع والاهتزازات السريعة. بالإضافة إلى ذلك، تعامل النظام مع ظاهرة تسمى مذبذب شولر والتي تسبب ذبذبات منخفضة التردد (أكثر بقليل من اهتزاز كل 84 دقيقة).
في الفضاء، الوضع أفضل، لذلك أفترض أن الدقة يمكن أن تكون أعلى بكثير. هناك طرق لتحديث بيانات INS باستخدام أجهزة استشعار مختلفة.
الإشعاع ليس مشكلة. كانت هناك طرق منذ فترة طويلة لحماية نفسك من الإشعاع.
أود أن أطرح سؤالاً جدياً على الفريق:
ما IMU الذي تستخدمه؟ يجب أن تكون IMU دقيقة للغاية ومحصنة ضد الإشعاع وعلى ما يبدو
يعتمد على الليزر. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون مصممة للمساحة حيث لا يوجد تسارع تقريبًا على الإطلاق، بل على العكس
عندما تكون المركبة الفضائية في حالة تسارع ذاتي فهي عالية جداً وتحتاج إلى تصفية... باختصار، المكون فقط
هذا عمل يتطلب في رأيي الكثير من المال وسنوات من الخبرة (في الفضاء) وخوارزميات ممتازة + وحدة حسابية
قوي (والذي يعمل أيضًا مع الإشعاع - وهو ليس بالأمر التافه على الإطلاق).
سأكون سعيدًا إذا تمكن أحد أعضاء الفريق من الإجابة علي بجدية.
فكرة التقدم للأمام 500 متر هي هبوط السيارة وعدم إجراء استطلاع، على أمل عدم استبعادهم
لم أفهم موضوع الألياف الضوئية. هل يتعلق الأمر بربط محطتين على الأرض (كما هو مكتوب في المقال)، أو نشر ألياف على القمر أثناء قفز المركبة الفضائية (كما هو مكتوب بجانب الصورة).
لنقم بتثبيت WAZE، مثل هذا التطبيق الناجح سيعمل بالتأكيد على القمر أيضًا..
مذهلة، أحسنت، حظا سعيدا.