תצפית על כדור הארץ
רוב האנשים אפילו לא מודעים לזה, אך התצפית על כדור הארץ (EO) ממלאת תפקיד חשוב מאוד בחיינו. כוכב הלכת שלנו נתון בכל עת למעקב, מדידות וניתוחים בידי אוניברסיטאות, שירותי מזג אוויר, סוכנויות ממשלתיות, כוחות ביטחון והמגזר הפרטי. החל ממעקב אחר סופות הוריקן וכלה באיתור נפט וגז, הנתונים המתקבלים מהתצפית על כדור הארץ הינם חיוניים לתחומים רבים המשפיעים על חיי היומיום שלנו.
על מנת להשיג נתוני EO, לוויינים בעלי מסלול לווייני נמוך (LEO) ומסלול לווייני בינוני (MEO) משוגרים אל מסלול כדור הארץ כדי שיוכלו לספק הדמיות אופטיות ומכ”ם לניתוח של כדור הארץ.
לווייני EO
לווייני EO נועדו לשימוש אזרחי כגון ניטור סביבתי, מטאורולוגיה, קרטוגרפיה ועוד. ככלל אצבע, לווייני EO בנויים כדי לפעול בגובה של 450 עד 800 ק”מ. כמעט כל הכיסוי הגלובלי מתרחש במסלולים קוטביים, בעוד לוויין LEO טיפוסי מקיף את כדור הארץ בערך כל שעה וחצי.
להלן טבלה של הלוויינים של נאס”א, תאריכי השיגור, הגבהים והמטרות העיקריות, בתמיכת מתקן הלוויינים של אלסקה (ASF). המתקן הוא חלק מרשת הלוויינים הקרובים לכדור הארץ (NEN) המנוהלת על ידי נאס”א, המשמשת כמערכת גלובלית של תחנות קרקע העוקבות אחר לוויינים.
| לוויין | תאריך שיגור | גובה (ק”מ) | מטרה עיקרית – חקר |
| AIM | 25 באפריל 2007 | 600 | המזוספירה |
| Aqua | 04 במאי 2002 | 705 | מחזור המים |
| Aura | 15 ביולי 2004 | 705 | האטמוספרה |
| IRIS | 27 ביוני 2013 | 620 | השמש |
| GRACE | 17 במרץ 2002 | 456 | כוח המשיכה |
| OCO-2 | 02 ביולי 2014 | 705 | רמות הפחמן דו-חמצני |
| QuikSCAT | 19 ביוני 1999 | 800 | הרוחות |
| SCISAT | 12 באוגוסט 2003 | 650 | האטמוספרה |
| SMAP | 31 בינואר 2015 | 685 | רמות הלחות בקרקע |
הרשת של נאס”א מספקת נתוני טלמטריה, מעקב מבוסס קרקע ושירותי תקשורת למגוון רחב של לקוחות הכוללים ממשלות וחברות מסחריות בארה”ב ובעולם.
מעבר לעלויות הנמוכות יחסית של שיגור והפעלת לוויינים בעלי מסלול לווייני נמוך, יש שתי סיבות חשובות נוספות. הסיבה הראשונה היא חוק קפלר, הקובע כי ככך שמסלול הלוויין יהיה קרוב יותר, כך העדכונים יתקבלו בתדירות גבוהה יותר. הסיבה השנייה היא אופטיקה, המספקת תוצאות הדמיה טובות יותר ככל שהלוויין קרוב יותר לפני כדור הארץ.
כמובן, תמיד יש גם חסרונות. מסלול לווייני נמוך גורם לגרר אטמוספרי גבוה יותר, ולכן לוויינים זעירים מצריכים שימוש במנוע ודלק מסוג מסוים.
תמונות 1+2 . התקנה של תחנת קרקע למעקב אחר לוויינים זעירים בסביבה
קוטבית )באדיבות אורביט מערכות תקשורת בע”מ.(
שוק הלוויינים הזעירים
לוויינים זעירים בדרך כלל שוקלים פחות מ-500 ק”ג. הסיבות העיקריות לפיתוח הלוויינים הזעירים הן לצמצם את העלויות הגדולות של ייצור הלוויינים וכלי השיגור להגברת היעילות בתחום מסויימים. למשל, מערך של לוויינים זעירים רבים לעיתים קרובות יהיה אפקטיבי יותר ממערך מצומצם יותר של לוויינים גדולים לצורך איסוף נתונים מדעיים ושליחת אותות. החסרונות הטכניים של המבנה הזעיר – כגון מקום אחסון לא מספק למערכת ההנעה – נפתרים באמצעות פתרונות חדשניים.
כאמור, אחת מהסיבות העיקריות למזעור לוויינים היא הפחתת העלויות: לוויינים גדולים וכבדים יותר זקוקים לרקטות שיקו4 גדולות, כבדות ויקרות יותר. לוויינים קטנים וקלים יותר זקוקים לרקטות קטנות וקלות יותר ולפעמים ניתן לצרף אותם לכלי שיגור גדולים יותר ולנצל את המקום הפנוי שלהם. כמו כן, לוויינים זעירים מאפשרים תכנון פשוט יותר ונתיב ישיר לייצור המוני.
סיבה נוספת לפופולריות המתגברת של לוויינים זעירים היא משימות שלוויינים גדולים יותר לא מסוגלים לבצע, כגון:
- תקשורת בקצב נתונים נמוך באמצעות קונסטלציות מרובות לווינים
- איסוף נתונים מנקודות שונות באמצעות מערכי לוויני ותחנות קרקע
- ניטור של לוויינים גדולים יותר תוך כדי סיבוב מסביב לכדור הארץ
- מחקר אקדמי
לפי המאמר של ריץ’ סמית’ בגיליון של Motley Fool לחודש דצמבר 2016, “לוויינים זעירים צוברים תאוצה – וגודל”, מתוך 4,250 לוויינים החגים סביב כדור הארץ כיום, ניתן לסווג 291 (7%) כלוויינים זעירים. האקדמיה הבינלאומית לאסטרונאוטיקה מחלקת את הלוויינים הזעירים לקבוצות, לפי מסה, לרבות:
| שם קבוצות הלוויינים | מסה (ק”ג) |
| Minisats | 100 עד 500 |
| Microsats | 10 עד 100 |
| Nanosats | 1 עד 10 |
| Picosats | 0.1 עד 1 |
| Femtosats | פחות מ-0.1 |
לפי חברת Northern Sky Research (NSR), המסה של כ-80% מהלוויינים הזעירים ששוגרו בין 2011 ל-2015 הייתה מתחת ל-10 ק”ג. עם זאת, ב-NSR צופים כי עד שנת 2021, לוויינים זעירים עם מסה של מעל ל-10 ק”ג יהוו 45% מהשוק מכיוון שהעלות של הרכבת לוויינים זעירים גדולים יותר צנחה באופן דרמטי. למשל, רק לפני כמה שנים, ציוד מיוחד ללוויין זעיר בעל מסה של 20 ק”ג היה עולה 2.5 מיליון דולר, ואילו היום ניתן לקנות את אותם רכיבים בדיוק תמורת כ-25,000 דולר!
תחנה למעקב אחר לוויינים זעירים
ככל שהלוויין קטן יותר, כך הביצועים שהוא מספק יהיו נמוכים יותר. על מנת להפיק את המיטב מהנתונים שנקלטים על ידי לוויינים זעירים, יש לבסס תקשורת מהירה ואמינה בין הלוויינים הנעים במהירות לבין תחנות הקרקע העוקבות אחר הלוויינים על כדור הארץ. האותות מצריכים קו ראיה ישיר בין הלוויין לבין תחנת הקרקע. התקשורת מתאפשרת למשך מספר דקות בלבד בכל פעם שעובר לוויין במסלול לווייני נמוך, כך שהמטרה היא להפיק את המירב ממשך הזמן הזה.
החלטות קריטיות תלויות בתקשורת שכזאת, ולכן יש צורך בתחנת קרקע מדויקות ואיכותיות למעקב אחר לוויינים בעלי מסלול לווייני נמוך. תחנות קרקע המתוכננות היטב אמורות להיות חסכוניות, סקיילביליות ולתמוך במגוון אנטנות בגדלים שונים.
להלן 10 הדרישות החשובות ביותר עובר תחנות קרקע למעקב אחר לוויינים זעירים:
- יכולות מעקב מתמשכות ללא “נעילת זנית”
- זמינות ואמינות גבוהות באמצעות EL, Tilt ומערכת AZ בעלת 3 צירים
- יכולות ביצוע גבוהות באמצעות לולאת בקרה מתקדמת
- אפשרויות הפעלה מרחוק
- גמישות מקסימלית באמצעות בקרה מוחלטת ותוכנת תזמון למעקב אחרי חליפות שונות
- ראדום המאפשר פעולה בכל זמן/בכל מקום/בכל מזג אוויר
- פלטפורמה אחת עם קונפיגורציות שונות (מתחומי תדר L עד Ka)
- התקנות מרובות עם אמינות מוכחת בשטח
- עלויות תחזוקה נמוכות
- הגמישות לתמיכה בפרויקטים מכל סוג, החל ממחקר אקדמאי דל תקציב וכלה בשירותים ממשלתיים המורידים כמויות אדירות של נתונים באופן מתמשך
חפשו פתרונות תחנות קרקע מקצה לקצה שיכולים להשתלב באופן מוחלט בתוך תשתיות קיימות ולהיות מודולריים מספיק כדי להתאימן לאנטנות מעקב GIS המותקנות על גגות לפתרון תחנת קרקע מלא לרבות מקלטים ותוכנת בקרה.
מגמות EO באמצעות לוויינים זעירים
לווייני החישה הולכים ונהיים קטנים ומדויקים יותר הודות לטכנולוגיית האופטיקה ולמצלמות קומפקטיות ואיכותיות יותר הנמצאות בפיתוח מתמיד.
השוק משתנה באופן ניכר. פרויקטים מסחריים ומחקריים משתלטים כיום על תחום שבעבר היה כמעט כולו בשימוש הצבא. כ-60% מכל הלוויינים הזעירים קשורים לביטחון, אך נתח השוק הזה צונח במהירות הודות לפתרונות חכמים ומהירים יותר.
לאור העלויות הצונחות של בניית ושיגור לוויינים זעירים, כולם רוצים להיכנס לתחום. שורה של חברות חדשות הופיעו בענף, והן מרימות מיזמים הנעים בין חקר החלל לניטור משאבים פלנטריים וכריית אסטרואידים. בתי ספר תיכוניים ואוניברסיטאות מגייסים גם הם כספים כדי לשלוח את הסנוניות שלהם. מה שעורר את העניין הן של חברות יזמיות והן של מוסדות אקדמאיים היה הפתרונות החסכוניים, הגמישים והקלים לניהול הקיימים כיום. למשל, לא רק שאותה מערכת יכולה כעת לתמוך בתחום תדר X (לשידור תמונות מתמשך בקצב נתונים גבוה יותר, וכן תחומי תדר עבור שידור S (לטלמטריה ובקרה של קצב נתונים נמוך יותר) בו-זמנית, כעת ניתן גם לשלבה עם UHF לשימוש בקצב נתונים נמוך מאוד.
תחזית לשנת 2020
ניתן למצוא ראיות ברורות לצמיחה המהירה בשוק בעובדה שיותר לוויינים זעירים משוגרים כיום מאי פעם. שירות שיגור מוכר המשגר לוויינים זעירים בכמויות פעם בחודש היום, כבר מתכנן להשיק שיגורים שבועיים בשנת 2019, ושיגורים יומיים עד 2020.
כשם שהלוויינים הולכים ונעשים קטנים יותר, כך גם האנטנות שלהם בתחנות הקרקע. מפעילה אירופאית ידועה השתמשה בעבר באנטנות בגודל 7 עד 13 מטר למעקב אחר לוויינים זעירים. כיום היא משתמשת באנטנות בגודל 2 עד 5.5 מטר.
אודות המחבר:
סתיו גיזונטרמן הוא סמנכ”ל מו”פ באורביט מערכות תקשורת בע”מ.
סתיו מונה לתפקיד סמנכ”ל מו”פ בשנת 2017, לאחר שעבד בתפקידי ניהול בכירים במחלקות המו”פ ושיווק המוצרים של החברה מאז שנת 2012. לפני שהצטרף לאורביט, הוא עבד במספר תפקידי הנדסה באלביט מערכות, ספקית פתרונות גלובלית המתמקדת באבטחה, ביטחון ושוק התעופה המסחרי. סתיו מחזיק בתואר ראשון בהנדסת מערכות תקשורת מאוניברסיטת בן גוריון בנגב, ותואר שני מאוניברסיטת הריוט-וואט. ניתן ליצור עימו קשר במייל, בכתובת stav.gizunterman@orbit-cs.com.
סתיו גיזונטרמן, סמנכ”ל מו”פ
באורביט מערכות תקשורת בע”מ.
