איפה מתחיל החלל



השאלה בכותרת לכאורה פשוטה, אך למעשה מקפלת לתוכה שיקולים פיזיקליים, פוליטיים, משפטיים, צבאיים וכלכליים. ״מרוץ המיליארדרים לחלל״ המתרחש בימים אלה מחדד את המחלוקת שעדיין קיימת בנושא גם כיום, 64 שנה אחרי שיגור הלוויין הראשון.

 


הטקסט, או ליתר דיוק גרסה שלו, פורסם במסגרת מכון דוידסון לפני כחודשיים, כאשר המיליארדרים ג׳ף בזוס וריצ׳רד ברנסון התחרו ביניהם מי מהם יגיע ראשון לחלל. היום, כאשר מיליארדר שלישי (ג׳ארד אייזקמן) שיגר את עצמו ושלושה חברים לחלל על גבי טיל של מיליארדר רביעי (אילון מאסק), נזכרתי שפרח מזיכרוני להעלות אותה לבלוג.

כהישג אסטרונאוטי, הטיסה היום משמעותית לאין שעור מאלו של בזוס או ברנסון. היא תגיע לגובה של 160 ק”מ מעל לתחנת החלל הבינלאומית, וחברי הצוות בה יקיפו את כדור הארץ במשך 3 ימים. אבל דווקא בגלל שהטיסות הקודמות היו תת-מסלוליות ובגובה נמוך יחסית, הן מעלות שאלות חשובות שאותן מנסה לברר הטקסט הזה.


 


מי רוצה להיות מיליארדר (בחלל)



בשבועות האחרונים אנו עדים למהפכה בתחום נגישות החלל. אמנם היו כבר מספר תיירי חלל בעבר, שמונה אזרחים שלא היו אסטרונאוטים המייצגים צבאות או ממשלות, וששילמו בין 2001 ל-2009 סכום פעוט של כ-25 מיליון דולר לאדם לחברת ״Space Adventures״ כדי שתטיס אותם לתחנת החלל הבינלאומית. אך כעת מתחיל עידן חדש של העברת היוזמה והטכנולוגיה של הטיסה לחלל לידיהן של חברות פרטיות. המחיר לטיול שכזה צפוי להיות נמוך לפחות פי 100 משהיה בעבר, והזמינות לאין שיעור גבוהה יותר. חברת ״וירג׳ין גלקטיק״ של ריצ׳רד ברנסון, למשל, מכרה כבר מעל 1,600 כרטיסים לטיסותיה הסדירות לקצה החלל שצפויות להתחיל ב-2022. עבור תום הנקס, ליאונרדו דיקפריו, ג׳סטין ביבר, ליידי גאגא ומאות רבות של אזרחים אחרים שהצטיידו כבר בכרטיס, טיסה לחלל תהיה לא יותר מעוד אטרקציה תיירותית.

אמנם שני המיליארדרים, ריצ׳רד ברנסון מ״וירג׳ין גלקטיק״ וג׳ף בזוס מ״בלו אוריג׳ין״, החמיצו ביותר מ-20 שנה את ההזדמנות להטיס את התייר האזרחי הראשון לחלל, אך מה שהם לא החמיצו זו הזדמנות להתקוטט. בזוס הודיע שהוא יחנוך בעצמו את הטיסה האזרחית הראשונה לחלל של חברת ״בלו אוריג׳ין״ שבבעלותו ב-20 ביולי, ונעלב כאשר ברנסון מיהר והודיע שהוא יקדים ויטוס לחלל בעצמו ב 11 ביולי (הא!). ההתכתשות בין השניים הידרדרה לרמת השוואת גודל החלונות בכלי הטיס.

 


bezos tweet
חלק מהטבלה ההשוואתית
שצייץ ג׳ף בזוס בכדי להקטין את הישגי ״וירג׳ין גלקטיק״

 


נקודה אחת, עם זאת, חרגה מתחום התנצחויות האגו ונגעה בנושא עמוק יותר. בזוס אמר במספר הזדמנויות שברנסון וצוותו לא יגיעו באמת לחלל, ואינם ראויים כלל להיקרא אסטרונאוטים. בציוציו כתב: ״מלכתחילה, הטיל שלנו תוכנן לטוס גבוה יותר מקו קארמאן, כדי שלא נצטרך לשים כוכבית ליד שמו של אף אחד מהאסטרונאוטים שלנו. החלל מתחיל בקו קארמאן, בגובה 100 קילומטר״. כדי להבין את כוונת הדברים צריך להבין מהו אותו ״קו קארמאן״, איך הוא נקבע ומדוע הוא נתון במחלוקת. ההתנצחות בין בזוס לברנסון אולי קטנונית, אבל לנקודה זו בה הוא נוגע יש חשיבות רבה מכפי שנדמה.



של מי האוויר הזה? 



באימפריה הרומאית נהג החוק – ״הרוכש חלקת אדמה, שלו היא עד לרקיע מעל ולגיהנום מתחת״ (עד היום שמה של הלכה זו
בלשון המשפטית – “Cuius est solum, ejus est usque ad coelum et ad infernos”). על פניו נשמע החוק ברור, אך אפילו  בעולם פשוט יחסית, בלי להביא תשתיות ציבוריות תת קרקעיות מתחת ורחפנים וכלי טייס שונים מעל, יש מצבים סבוכים יותר ממה שנדמה במבט ראשון. על אחת כמה וכמה שככל שהופך העולם למודרני המצב הולך והופך מורכב.

בשנת 1946 הפחידו למוות כלי טיס צבאיים נוחתים 150 מתרנגולותיו של חקלאי בצפון קרוליינה. השופטים התרשמו מהתיאורים הגרפיים של בעלי כנף שאיבדו את עשתונותיהם התעופפו בבעתה אל תוך קירות, גדרות ועמודים וקיפחו את חייהם, וכך התקבלה הפסיקה המשפטית הראשונה שהרשיעה כלי טיס בהסגת גבול. אך יחד עם ההרשעה הבהירו השופטים בפסיקתם שהזמנים השתנו. פסק הדין קבע כי ״ההלכה העתיקה על פיה הבעלות על חלקת אדמה נמשכה הלאה עד לקצה היקום אין לה עוד מקום בעולם המודרני. האוויר הפך לדרך ציבורית״. במהלך חציה הראשון של המאה ה-20׳ הלך והתבהר שהחל מגובה מסוים האוויר הינו משאב ציבורי, הנמצא בבעלות המדינה.

עם התקדמות המרוץ לחלל בחצי השני של אותה מאה, עלה הצורך להמשיך את החקיקה כלפי מעלה, ולהסדיר את שאלת הבעלות גם עבור החלל שמעל האוויר. בשנת 1967 נחתמה ״האמנה המסדירה את עקרונות ההתנהלות של פעילויות המדינות במהלך החקירה והשימוש בחלל החיצון, כולל הירח וגופים שמימיים אחרים״. האמנה, הידועה בכינוי המעט יותר אלגנטי – ״אמנת החלל החיצון״, ניסתה להסדיר את על-לאומיותו של החלל. אך כפי שהמערכה על הגדרת קו הגבול האווירי בין הפרט למדינה עדיין ניטשת, גם עבור קו הגבול החללי בין המדינה לרשות הכלל טרם הושגה הסכמה. אמנת החלל החיצון נמנעה מלהגדיר קו גבול ברור בין אזור ה״אוויר״ שנמצא תחת ריבונות המדינה, ובין אזור ה״חלל״ העל-לאומי, בעיקר כי המעצמות, בשיא המלחמה הקרה, העדיפו להותיר את ההגדרה עמומה. ד״ר תומס גנגייל, שהוציא מספר ספרים ומאמרים בנושא ההיסטוריה של אמנת החלל החיצון ונחשב לאחד המומחים המובילים בתחום, נשאל בראיון על מדיניות ארה״ב בעת ניסוח האמנה וענה: ״הרצון היה להשאיר זאת ללא הגדרה מדויקת, בעיקר כי צבא ארה״ב העדיף את החופש לבצע מה שירצה בכל גובה שירצה לעשות זאת. אם חוק לא קיים – אינך יכול להפר אותו״.




the signing of the outer space treaty, 1967
טקס החתימה על ״אמנת החלל החיצון״, 1967


הודות לעמימות יכלו להוציא ב-1976 שבע מהמדינות המשווניות את ״הצהרת בוגוטה״. ההצהרה הכריזה שריבונות שבע המדינות משתרעת הרחק מעל לאדמתם, עד לגובה של 36,000 ק״מ, כך שהיא כוללת חלקים נרחבים מאזור החלל יקר הערך הידוע כרצועת הלוויינים הגיאוסטציונרית. זמן ההקפה של לוויין הממוקם ברצועה זו זהה לזמן סיבוב כדור הארץ סביב צירו, כך שהלוויין ייראה תמיד באותה נקודה קבועה בשמיים, יהיה זמין תמיד ואפשר יהיה לתקשר איתו באמצעות אנטנות פשוטות ונטולות מנועים עוקבים. מאחר וזה אפשרי רק בגובה זה ,ורק מעל קו המשווה, הרצועה הגיאוסטציונרית היא נדל״ן שמיימי יקר ערך. המדינות המשווניות הגדירו אותה ״משאב טבעי״, הנמצא מעל אדמתן ולכן שייך להן, ממש כמו המחצבים שנמצאים מתחת לאדמתן.

להצהרת בוגוטה לא הייתה כל השפעה מעשית. למדינות שניסחו אותה לא היה כוח של ממש, ובעיקר – היא סתרה את רוח אמנת החלל החיצון. אמנם טכנית האמנה שמרה על עמימות מסויימת, ולא הגדירה קו גבול חד שמעבר לו מתחיל האזור העל-לאומי, אך כל האומות החתומות עליה (למעט שבע המשווניות) היו בהסכמה שעד כ-60 ק״מ מעל פני הים מדובר ב״אוויר״ שבריבונות המדינה, ואילו מעל לגובה של כ-120 ק״מ המרחב לכל הדעות יוגדר ״חלל״ על-לאומי.

לכולם היה ברור שהמדינות המשווניות הגזימו בפראות, אבל אי הבהירות באשר לאזור שבין 60 ל-120 ק״מ כן יצר בעיות, והוביל להגדרות סותרות בין לאומים ולמצבים פוטנציאלית מסוכנים. כיום למשל ארה״ב מגדירה את הקו שבין ״אוויר״ ל״חלל״ בגובה של כ-80 ק״מ מעל פני הים, וסין לעומתה מעבירה את הקו בגובה של 100 ק״מ בהתאם להגדרות ה-FAI (ראשי תיבות של Fédération Aéronautique Internationale, איגוד האווירונאוטיקה הבינלאומי). האם יכולה אם כן סין לטעון שלוויין אמריקאי החולף בגובה של 90 ק״מ מעל אדמתה חודר למרחב האווירי שלה, והאם שמורה לה הזכות להשתמש בכוח בכדי ליירט אותו? ומה בדבר התעבורה ההולכת ומתרבה של כלי טיס בדרך אל ומהחלל, החולפת בגבהים שונים דרך שמיהן של מדינות שונות בדרכן האלכסונית מעלה או מטה? מעבורת החלל למשל חלפה דרך קבע בגובה של כמה עשרות קילומטרים מעל קובה בדרך לאתר הנחיתה המרכזי בפלורידה. בשנת 2012 קיבל העולם הדגמה מעוררת חשש לבעייתיות שבאי הבהירות הנוכחית, כאשר קוריאה הצפונית עמדה לשגר לוויין, וקוריאה הדרומית הזהירה שבמידה ותמצא שהשיגור חולף דרך המרחב האווירי שלה, היא תיירט אותו. לבסוף החליטה קוריאה הדרומית לא ליירט את הטיל בגלל קושי להכריע האם אכן הופרה ריבונותה.

חוסר הבהירות החוקי והעליה בנפח התנועה מעלים את הסיכוי ליצירת קונפליקטים בינלאומיים,  והסכנה הולכת וגדלה עם כניסתן של ממשלות וחברות פרטיות נוספות לשוק החלל. 



בעיה גבולית

 

מדוע בעצם מורכב כל כך לענות על שאלת קו הגבול? תשובה נאיבית לשאלה ״היכן מתחיל החלל״ עשויה להיות ״במקום בו מסתיימת האטמוספירה״. אלא שאין קו חד שכזה. האטמוספירה המקיפה את כדור הארץ הולכת ומתפוגגת בהדרגה. מולקולות מקיפות את כדור הארץ גם בגובה של 100,000 קילומטר ויותר,  קשורות אליו בכוח המשיכה ולפיכך עדיין שייכות לאטמוספירה שלו. שכבה זו מכונה ה״אקסוספירה״. עם זאת, צפיפות האקסוספירה הינה פחות מטריליונית מזו שבגובה פני הים, ודומה לוואקום שניתן לייצר באמצעות המשאבות העוצמתיות ביותר. בגבהים כאלה יכולים לוויינים וחלליות להזניח כמעט לחלוטין את השפעת האטמוספירה ולקבוע את מסלוליהם על פי השפעת כוח המשיכה של כדור הארץ, הירח והשמש. לכן לכל הדעות אזור זה כבר יהיה ״חלל״.

בגבהים נמוכים יותר, אך שגם עבורם הקונצנזוס הוא שמדובר ב״חלל״, השפעתה של אטמוספירת כדור הארץ חריפה יותר. תחנת החלל הבינלאומית למשל, המקיפה בגובה שבין 300 ל-400 ק״מ מעל פני הים, מאבדת גובה בקצב של כארבע קילומטר בחודש בממוצע עקב חיכוך עם מולקולות אוויר. ללא תיקוני מסלול מתמידים, יאיץ איבוד הגובה של תחנת החלל עד שהיא תגיע לגובה בו החיכוך יגרום לשריפתה ולהתפרקותה באטמוספירה. בגרף המצורף ניתן לראות שבמהלך השנתיים הראשונות לפעילותה הנמיכה תחנת החלל מ-408 ק״מ לכ-330 ק״מ בלבד. בתקופה זו לא תוקנה שחיקת גובה זו במלואה, גם מאחר והמסלול הנמוך הקל על בניית התחנה. מאז בוצעו תיקוני מסלול רבים, וכל חללית המגיעה לתחנת החלל עם אספקה, ציוד או צוות מפעילה את מנועיה במשך מספר דקות נוספות לאחר עגינתה כדי להגביה את מסלולה של התחנה.




ISS altitude
גובה תחנת החלל בשבע שנות פעילותה הראשונות



 

מבט מעמיק יותר בגרף יראה לא רק את נוכחותו המשמעותית של אוויר ב״חלל״, אלא גם את השינויים בנוכחות זו בזמנים שונים, כך שקצב איבוד הגובה של תחנת החלל שונה בזמנים שונים. הדבר נובע מכך ששכבת האטמוספירה בה מקיפה התחנה, התרמוספירה, מושפעת מאד מפעילות השמש. כאשר השמש בפעילות גבוהה מתחממת התרמוספירה ומתפשטת, וכאשר השמש בפעילות נמוכה נדחסת השכבה חזרה. הקצה העליון של שכבה זו נמצא לכן לעתים בגובה של 500 ק״מ ובתקופות אחרות יותר מ-1,000 ק״מ מעל גובה פני הים.

אם כן, הניסיון למצוא קו גבול חד בין אוויר לחלל מועד מראש לכישלון. לא רק שהאטמוספירה אינה מסתיימת בחדות, אלא שגודלה וצפיפותה משתנים לאורך זמן. איך הגיעו אם כן בכל זאת רשויות שונות להגדרות עבור קו ההפרדה בו מסתיים ״האוויר״ ומתחיל ״החלל״?



בין 50 ק״מ ל 1.5 מיליון ק״מ, לא סופי



ההתלבטות בשאלת הגובה בו מתחיל החלל החלה בחצי הראשון של המאה ה-20, כאשר האדם החל בפסיעות ראשונות אל מעבר לאטמוספירה. אסטרופיזיקאים אחדים הציעו גבולות המגיעים עד כדי 1.5 מיליון ק״מ מכדור הארץ, מרחקן של הנקודות על קו כדור הארץ-שמש בהן כוחות המשיכה של שני הגופים מאוזנים כך שחללית תנוע ללא השקעת אנרגיה (נקודות לגראנג׳ L1 ו L2), אך הצעות קיצוניות יחסית אלו היו במיעוט. הספר המקיף ״הסכסוך שאינו נגמר: התיחום בין אוויר לחלל״ (הוצאת Berkeley Law) סוקר עשרות הצעות שעלו בין 1951 ו-1962, תקופה מעצבת בה בוצעו הטיסות הראשונות אל גבול החלל, שוגר הלוויין הראשון וגם הוקמה ״ועדת האו״ם לשימושי החלל החיצון לצרכי שלום״ הפעילה ומרכזת את התחום גם כיום. מעיון בספר נראה במבט ראשון שיש מקום לאופטימיות במסע אל הקונצנזוס: רוב גדול של ההצעות נמצא בטווח שבין 75 ק״מ ל-100 ק״מ מעל פני הים. בהתחשב בטווח המצומצם למדי, ניתן היה לצפות שאפשר יהיה בתום דיון להגיע למספר מוסכם. מדוע אם כך, למרות 55 שנה של דיונים ומאמצים, לא עלתה המשימה בידה?

דעה פופולרית הינה שמדובר במקרה קלאסי בו ארה״ב מתעקשת לקבוע חוקים משל עצמה, תוך התעלמות ממה שמוסכם על יתר העולם ואפילו בניגוד לסברת מדעני הדגל שלה עצמה. והרי אותו קו גבול בן 100 הק״מ לא רק מוסכם על כל שאר מדינות העולם, אלא אף נקבע לכאורה על ידי תיאודור פון קארמאן (1881-1963), מהנדס ופיזיקאי אמריקאי (במקור מהונגריה), מחלוצי האווירודינמיקה והטיסה לחלל ואוטוריטה בלתי מעורערת בתחום.

אבל נראטיב ״אמריקה קשת העורף״ אינו מדויק. ארה״ב אכן נרתעת מלהגדיר גבול ברור כצעד מנע מפני הגבלת פעילותה, אך הסיבות לחילוקי הדעות נשענות לא רק על פוליטיקה אלא גם על שיקולים פיזיקליים, מתמטיים וטכנולוגיים. בפועל, לא מעט מדענים בתחום סבורים שדווקא הערך המוצע על ידי ארה״ב, בגובה של 80 ק״מ, מתאים יותר מקו 100 הקילומטרים, ומסתבר שגם הסיפור ההיסטורי המקובל על פון קארמאן מפוקפק. כרגיל במקומות בהם מתערבבים פוליטיקה ואינטרסים, צריך לבדוק בתשומת לב קביעות שמוצגות כאמיתות ברורות.



edge of space different values
לא שאלה טריוויאלית. גבהים שונים להגדרת ״תחילת החלל״ המשמשים לצרכים שונים. מתוך המאמר ״
איפה נמצא החלל ומדוע זה משנה״ מתוך Space Traffic Management 2014. 



 

אגדות אורבניות בחלל 



בין האוויר לחלל יש מעבר הדרגתי של עשרות אלפי קילומטרים, אך הגבול השימושי, המעשי ביניהם, נגזר מהגובה בו ניתן עדיין להשתמש באוויר כדי לקבל כוח עילוי המאפשר להמשיך ולעלות. 

כדי לעלות כלפי מעלה דרך האוויר ניתן לעשות שימוש בשלושה עקרונות שונים:

  • אווירוסטטיקה (aerostatics): שימוש בחומר קל מהאוויר, דוגמת אוויר חם, גז דליק ומסוכן כמו מימן או גז בטוח יותר כמו הליום. אווירוסטטיקה היא דרך ההמראה של כדורים פורחים, צפלינים ובלוני ניסוי למשל.

  • אווירודינמיקה (aerodynamics): כנף שנעה במהירות ביחס לאוויר, כך שהיא מייצרת כוח עילוי. אפשר להשתמש בכנף קבועה בעלת מהירות גבוהה קדימה, כפי שפועלים מטוסים; בכנף מסתובבת במהירות המכונה רוטור, כמו בהליקופטר או ברחפן; ואפשר בכנף מתנפנפת, כפי שניתן לראות אצל ציפורים ובאורניתופטרים.

  • מנוע תגובה (reaction engine): שימוש בחוק השלישי של ניוטון שלפיו לכל פעולה יש תגובה, ובכל הפעלת כוח בכיוון כלשהו מופעל גם כוח זהה בגודלו בכיוון ההפוך. בהתאם, אם כלי תעופה מפעיל כוח על מסה כלשהי ודוחף אותה, אותה מסה מפעילה עליו כוח זהה בעוצמתו ודוחפת אותו לכיוון ההפוך. מנוע סילון למשל מקבל את הכוח הדוחף אותו בעוצמה לפנים על ידי דחיסת אוויר, ערבובו עם חומר דליק, הצתת התערובת ופליטתה בעוצמה אחורנית. כך פועל גם מנוע רקטי, אלא שמאחר והוא נושא את כל חומרי הבערה בתוכו הוא יכול לפעול גם בהיעדר אוויר.



 

getting airborne
מימין לשמאל: דוגמאות ותיקות לאווירוסטטיקה (צפלין ההינדנבורג), לאווירודינמיקה (האחים רייט מטיסים את המטוס הראשון בקיטי הוק) ולמנוע תגובה (רקטת V2 בדרכה מגרמניה הנאצית ללונדון)

כלי טיס אווירוסטטיים רלוונטיים פחות לשאלת הגובה המקסימלי שניתן להגיע אליו באמצעות שימוש באוויר. אחרי מאמץ מחקרי והנדסי שנמשך כבר מעל מאה שנה, שיא הגובה של בלוני טיסה עומד על 53 ק״מ בלבד. כלי טיס אווירודינמיים הגביהו עוף והותירו את האופציה האווירוסטטית מאחור כבר לפני יותר מ-80 שנה. יש אמנם המציעים למתוח את קו התיחום אוויר-חלל בגובה שבין 50 ל-60 ק״מ, למשל האסטרופיזיקאי ד״ר אלן סטרן, ראש צוות המשימות המדעיות בנאסא לשעבר. אבל סטרן הוא מבעלי ״World View״ המשגרת בלונים סטרטוספיריים, ויש לחברה אינטרס מובהק לשווק לתיירים פוטנציאליים את מה שהם מגדירים ״קצה החלל״.

בכדי לנסות להעביר את קו התיחום באופן ריאליסטי יותר, יש לנסות ולשערך את הגובה המקסימלי בו תעופה אווירודינמית עדיין מספקת עילוי, ושממנו והלאה יש לעבור להנעה רקטית בכדי להמשיך ולהתרחק מפני האדמה. זו הייתה השאלה שהעסיקה את פון קארמאן, ממדעני האווירודינמיקה המובילים בחציה הראשון של המאה ה-20׳, ואם להאמין לאיגוד ה-FAI, לוויקיפדיה ואפילו לביוגרפיה שלו, פון קארמאן הגיע לתשובה הברורה שקו זה עובר בסביבות גובה של 100 ק״מ. הנה הפיסקה הרלוונטית מתוך הפרק האחרון בביוגרפיה שלו, בקיצורים הכרחיים:

״את המקום בו החלל מתחיל ניתן לקבוע למעשה על ידי מהירות רכב החלל וגובהו מעל כדור הארץ. בגובה שמעל 90 ק״מ אין די אוויר לייצר עילוי ורק כוח צנטריפוגלי שורר. זהו הגבול הפיזי, בו האווירודינמיקה נעצרת. לכן חשבתי, מדוע שלא יהיה זה גם גבול שיפוט? היילי [אנדרו גלאגר היילי, עורך הדין הראשון שהתמחה בדיני חלל, ק״א] כינה אותו בחביבות ׳קו השיפוט של קארמאן׳. מתחת לקו זה יימצא המרחב האווירי, השייך למדינה שתחתיו, ומעליו יהיה חלל חופשי״. 

מאחר ופון קארמאן היה אוטוריטה בתחום באותם שנים, זהו טיעון חזק לטובת קביעת גובה זה. אך קטע זה מהביוגרפיה, שאף מופיע תחת הערך ״קו קארמאן״ בוויקיפדיה, נכתב 4 שנים אחרי מותו של המדען, ומכתביו של האיש עצמו עולה תמונה שונה. במאמר ״The Non Kármán Line״ מנתח ד״ר גנגייל את כתביו ופועלו של החוקר תוך הצלבת כמות עצומה של מקורות פרי עטו ואודותיו. ברוב כתביו לא קבע פון קארמאן ערך ברור לקו ואף הדגיש שבעייתי מאד לעשות זאת, מאחר ולהתפתחויות טכנולוגיות תהיה השפעה מכרעת, בעיקר בתחום של הנדסת חומרים. כאשר בכל זאת ציין קארמאן מספר, היה זה במרבית המקרים דווקא גובה של 275,000 רגל (כ-83 ק״מ). זהו גם הגובה שציין גם היילי באותה פסקה ממש בה טבע את השם ״קו קארמאן״, תוך שגם הוא חוזר ומדגיש שאין אפשרות לקבוע קו כזה באמת ללא התחשבות בפיתוחים טכנולוגיים עתידיים.

מעניין לראות טוענים מצדדים שונים, באותה תקופה ומאז, נאחזים בציטוט סלקטיבי כזה או אחר של פון קארמאן לאורך השנים, כאשר כל אחד בוחר כ״קו קארמאן״ את המספר העגול החביב עליו, בין אם 50 מייל בארה״ב או 100 ק״מ בשאר העולם. גנגייל ואחרים מכנים את כל עניין ייחוס הקו לקארמאן ״אגדה אורבאנית של עידן החלל״, וזו אף כותרת המשנה של מאמרו הממצה בנושא. 

כיום, לאחר ששוגרו כבר מעל 11,500 עצמים לחלל והטכנולוגיה השתנתה והתפתחה ללא הכר מאז שנות ה-50׳ של המאה הקודמת, אפשר לבחון את ההיגיון העולה מהממצאים בשטח.




an urban legend of the space age

 

מתיאוריה למעשה



 

״פרוייקט X״ הוקם בשנות ה-40׳ בארה״ב על ידי שלושת הגופים הטכנולוגיים המובילים בתחום הטכנולוגיה והתעופה. אחד מהם יהפוך בעתיד להיות נאסא, השני יהפוך להיות חיל האוויר האמריקאי, והשלישי, דארפא, ימשיך בפיתוח טכנולוגיות פורצות דרך שישנו את העולם. מטרת פרוייקט X הייתה פיתוח טכנולוגיות תעופה מהפכניות. ואכן כבר המטוס הראשון שפותח במסגרת הפרויקט, ה X-1, עשה היסטוריה כאשר ב-1947 היה למטוס העל-קולי (supersonic) הראשון והפך את הטייס צ׳אק ייגר לאיש המהיר בהיסטוריה.

אך ה X-1 היה רק יריית הפתיחה. המטוס המהיר ביותר שפותח במסגרת הפרויקט היה ה X-15, שהגיע למהירויות גבוהות יותר מפי 5 ממהירות הקול והיה למטוס ההיפר-קולי (hypersonic) הראשון. הוא היה ונותר המטוס המאויש המהיר בהיסטוריה, כאשר שיא המהירות שקבע בשנת 1967, מעל 7,000 קמ״ש, לא נשבר גם כיום מעל חצי מאה מאוחר יותר. גם לגבהים אליהם הגיע לא הגיע עוד אף מטוס עד היום, והוא היה המטוס היחיד במאה ה-20׳ שחצה את קו 100 הקילומטרים. 

מטרת פיתוח ה X-15 היה רצונה של ארה״ב לבדוק את האפשרות להגיע לחלל באמצעות כלי טיס אווירודינמיים. נאסא התלבטה בין המשך פיתוח מטוסים רקטיים דוגמת ה X-15, ובין שיגור קפסולה מאוישת לחלל על גבי טיל וחזרתה לפני האדמה באמצעות מצנחים.  מאחר וה X-15 הגיע לגבהים בהם האטמוספירה דלילה פי 2.5 מיליון מאשר בגובה פני הים, הוא צויד במשטחי שליטה אווירודינמיים בכדי לנווט את עצמו באוויר, אך גם במערכת היגוי באמצעות סילוני גז בקצות הכנפיים ובצידי החרטום, כדי לאפשר ניווט בגבהים בהם האטמוספירה דלילה מכדי להיות שימושית. 

השאלה התיאורטית שהעסיקה את קארמאן ואחרים אודות הגובה בו האוויר אינו מייצר עוד עילוי חדלה מלהיות תיאורטית, ואפשר היה לבדוק ממש ובפועל את הגובה בו הפכו משטחי השליטה האווירודינמיים לחסרי תועלת, ועל הטייס היה לעבור להשתמש במערכת ההיגוי הסילונית. גובה זה נמצא להיות 80 קילומטרים והוגדר כקצה המרחב האווירי. שמונה מתוך 12 טייסי הניסוי של פרוייקט X-15 חצו קו זה, תיקפו את היותו קו התיחום בין האוויר לחלל אשר מעליה אין עוד לאוויר משמעות מבחינת כלי הטיס, ועל כן הוגדרו כאסטרונאוטים. כך הגיעה ארה״ב להגדרת תחילת החלל – היא פשוט הגיעה לשם ובדקה זאת עבור כלי הטיס אותו שלחה.

אנקדוטה מעניינת היא שבין הבודדים מטייסי ה X-15 שלא זכו לענוד כנפי אסטרונאוטים על מדיהם היה טייס צעיר בשם ניל ארמסטרונג. ארמסטרונג, שהשתוקק להיות אסטרונאוט, הצטער על ההחמצה וביקש לעבור לתכנית הטילים של נאסא מאחר והבין שזה הכיוון בו נעה תכנית החלל. צערו של ארמסטרונג לא נמשך זמן רב, מאחר ובהמשך הפך לאדם הראשון שפסע על אדמתו של גוף שאינו כדור הארץ ולאסטרונאוט המוכר בהיסטוריה.

 


X-15 flying
X-15 בדרכו לחלל

 

מאז שנות ה-60׳ וטיסותיו החלוציות של ה X-15 לקצה האטמוספירה, שוגרו כבר לוויינים רבים למסלול היקפי והצטבר מידע רב על הגובה המינימלי – פריגיאה – שלוויין יכול להגיע אליו ועדיין להמשיך ולהקיף את כדור הארץ. פרופ׳ ג׳ונתן מקדאול, אסטרונום מאוניברסיטת הרווארד שהתמחה במכניקה מסלולית, ביצע סקירה מקיפה של מעל 90 מיליון נתונים מסלוליים עבור יותר מ-43,000 הלוויינים המופיעים בקטלוגים המוכרים. מקדאול מצא מעל 50 לוויינים שהפריגיאה שלהם ירדה עד כדי 80 ק״מ והמשיכו להקפות נוספות, והוא מסכם את מאמרו כך:

״צפיפות האוויר עולה בתלילות עם הנמכת הגובה. […] הנתונים ההיסטוריים מראים שכאשר לוויין מנמיך לכ-80 ק״מ, קלושה הסבירות שיצליח להשלים סיבוב נוסף. […]  במידה ונדרשת הגדרה לקו מפריד בין האטמוספירה לבין החלל, על בסיס שיקולים פיזיקליים, היסטוריים וטכנולוגיים 80 ק״מ הינו ערך הולם לכך״. 

מקדאול מציין גם שהבחירה ההיסטורית ב-100 ק״מ נשענת כנראה יותר על היות המספר עגול וקל לזכירה מאשר בגלל שיקול פיזיקלי או טכנולוגי ספציפי. הקו אמנם אינו חד כך או כך, בין 80 ק״מ ל-100 ק״מ ממילא אין פער של שמיים וארץ ושני המספרים עשויים להיות תקפים בהקשרים שונים, אך לראייתו 80 ק״מ הינה בחירה הגיונית יותר.


final orbits of elliptical satellites
גובה מינימלי בהקפות האחרונות של לוויינים עם מסלולים אליפטיים לקראת סופם. המדידות נוטות להיות רועשות, אך מראות בעקביות שמרגע שמגיע לוויין לגובה של כ-80 ק״מ הסבירות גבוהה שזו הקפתו האחרונה | מתוך The Edge of Space, ג׳ונתן מקדאול, Acta Astronautica.

 


בשנת 2018 הוציא לאור גנגייל את הספר ״כמה גבוהים השמיים?״, ובו ניתוח טכני ומשפטי מפורט של המצב הקיים כמתווה לטיוטת אמנה בינלאומית שהאו״ם יכול להשתמש בה כבר היום. לאור ביקורתם של מקדאול, גנגייל ואחרים, הודיע ה-FAI, אותו גוף שהחליט על קו 100 הקילומטר, על כינוס בינלאומי שייערך בהשתתפות כל הגופים הבינלאומיים הרלוונטיים, ובו ״תנותח ותידון האפשרות להגדיר מחדש את הגובה באמצעותו מוגדרת טיסה לחלל״. הכינוס אמור היה להיערך בשנת 2019, אך לעת עתה הוא נדחה.



ההיסטוריה חוזרת



אם נחזור לסכסוך שפתח בזוס מול ברנסון, יוזמות החלל של השניים אמנם מתחרות זו בזו בתחום הצר של ״תיירות קצה החלל״, אך השונה ביניהן רב על הדומה. ״וירג׳ין גלקטיק״ של ברנסון ולעומתה ״בלו אוריג׳ין״ של בזוס מייצגות את אותן האופציות מולן עמדה נאסא בסוף שנות ה-50׳: האם לשגר אל מחוץ לאטמוספירה באמצעות טיל, או לחלופין באמצעות מטוס-חלל (spaceplane) העושה שימוש גם במשטחים אווירודינמיים, דוגמת ה X-15.

המראה כל הדרך מהקרקע אינה ריאלית עבור מטוס-חלל בגלל צריכת הדלק הרקטית הגבוהה, ויש להשתמש בטכניקה המכונה ״שיגור אווירי״: הרמת מטוס-החלל באמצעות מטוס גדול הרבה יותר לגובה של לפחות 12 ק״מ, ושחרורו שם להתחלת טיסתו מהאוויר. ה X-15 למשל נישא צמוד לגחונו של מפציץ B-52 ושוחרר מגובה של 13.7 ק״מ, ומטוס החלל של וירג׳ין יוצא לדרכו מגובה של 15 ק״מ, בשיגור-אוויר מה-WhiteKnight, מטוס גדול שנבנה ותוכנן לכך במיוחד.


spaceship 2 trajectory
שלבי שיגור האוויר של מטוס החלל של וירג׳ין גלקטיק, SpaceShipTwo, ממטוס האם WhiteKnightTwo | מקור:
ערוץ הטוויטר של חברת וירג׳ין גלקטיק

 

שיגור אווירי מגביל את הטווח והמשקל, ומאפשר לשגר למשל לוויינים קטנים למסלול נמוך יחסית, או לקחת תיירים לסיבוב קצר בחלל התת-מסלולי. חברת וירג׳ין אכן החלה ב-2021 בשיגורי-אוויר של לווייני קיוב-סאט קטנים, וגם מכרה כרטיסים רבים ל״תיירי חלל״ תמורת טיסה של מספר דקות מתחת לקו קארמאן. התהליך יעיל וזול יחסית, יש לקוחות רבים ללוויינים קטנים ולתיירות חלל ובהחלט יש זכות קיום ליוזמה של ברנסון. אך בזוס, כמו גם איילון מאסק, מכוון למטרות מסדר גודל אחר: שיגור לוויינים כבדים למסלולים גבוהים, הקמת ותחזוקת תחנות חלל סביב כדור הארץ וסביב הירח, בניית בסיסים על הירח ואף עריכת מסעות לכוכבי לכת אחרים ויישובם. למטרות כאלה מטוסי חלל אינם רלוונטיים.

נאסא נטשה את פיתוח המטוסים הרקטיים לאחר השקעה לא מעטה במטוס החלל המתוכנן X-20 (שם קוד ״Dyna-Soar״). חקר החלל עבר להתמקד בתכנית מרקיורי לשיגור קפסולות באמצעות טילים. כך הגיע לחלל האמריקאי הראשון, אלן שפארד ב-1961, ג׳ון גלן הפך לאמריקאי הראשון במסלול היקפי בשנת 1962, וניל ארמסטרונג היה ב-1969 לאדם הראשון על אדמת הירח. בזוס שם לעצמו למטרה לפסוע בנתיב דומה, ולא במקרה נבחר ״ניו שפארד״ להיות שמו של הטיל איתו הגיע הוא עצמו לאחרונה למספר דקות בחלל, במסלול דומה לזה שהיה לאלן שפארד. הטיל הבא, ה״ניו גלן״, מתוכנן להגיע החל מ-2022 למסלולים היקפיים בגובה בינוני, למסלולים גיאוסטציונריים ואפילו לירח. וה״ניו ארמסטרונג״ גם הוא כבר על שולחן השרטוט של ״בלו אוריג׳ין״.

בזוס, כמו מאסק, שואף לגרסה משופרת של תכנית החלל של נאסא: שימוש בטילים לשיגור מטענים וקפסולות, אך במקום הבזבוז העצום הכרוך בשימוש חד פעמי במשגרים, פיתוח טכנולוגיה חדשנית המאפשרת את החזרתם לפני האדמה ושימוש חוזר בהם עד עשרות פעמים. בניגוד לברנסון, חברותיהן של בזוס ומאסק נמצאות בתחרות של ממש לכיבוש החלל הקרוב, הירח ומאדים כבר עשורים. בלו אוריג׳ין וספייס-אקס נאבקות בבתי המשפט סביב רישום פטנטים, מתחרות באגרסיביות סביב מכרזים של נאסא, נאבקות לשכור את אותם אתרי שיגור, ואפילו מחלקות פלאיירים לחברי קונגרס המבאישות את שם החברה השנייה במטרה לקושש תמיכה בוושינגטון.  וירג׳ין גלקטיק ובלו אוריג׳ין נראות אולי כמתחרות שוות ערך בשלב זה, אך במבט-על ניתן לראות ששתי החברות נעות בכיוונים שונים מאד ובסדרי גודל אחרים. 


עסקי אוויר (וחלל)



ניסיונו של בזוס להשתמש בקו קארמאן כדי להמעיט בהישגיה של וירג׳ין גלקטיק הוא חלק מהמאבק על פלח השוק של תיירות חלל תת-מסלולית, וניסיון למתג את החברה שלו כיחידה היכולה להפוך אותך הלקוח לאסטרונאוט כדת וכדין. אלא שהגוף האחראי על חלוקת כנפי אסטרונאוטים לזכאים הוא מנהל התעופה האמריקאי, ה-FAA, והוא החליט בינתיים לנסות ולפתור מצדו את סוגיית ״מיהו אסטרונאוט״ באופן שלא ימצא חן בעיני המיליארדרים המעורבים בדבר.

ב 20.7.2021 פרסם ה-FAA עדכון לנהלי הזכאות לתואר אסטרונאוט. קריטריוני הזכאות הקודמים היו חציית קו 50 המיילים (80 ק״מ) או לחלופין סיום תכנית ההכשרה והאימון המקיפות של נאסא, שהמסיימים אותה מקבלים אוטומטית את התואר גם אם לא השתתפו בטיסה מבצעית. כעת נוסף קריטריון מחייב של ״נקטו במהלך הטיסה בפעולות שהיו חיוניות לבטיחות הטיסה״.

העדכון שואף למנוע את האינפלציה הצפויה של מועמדים הזכאים לעיטור הכנפיים מצד תיירי חלל תת-מסלוליים הצפויים להמריא באלפיהם החל מ-2022, והניסוח הזהיר (״במהלך הטיסה״) מנסה לבלום טיעונים כגון ״סייע למימון מערכות הבטיחות בטיסה״. וירג׳ין ובלו אוריג׳ין מצידן מיהרו לעצב סיכות אסטרונאוט אלטרנטיביות משלהן ולהעניק אותן בטקסים חגיגיים לנוסעיהן.


astronaut pins
משמאל לימין: כנפי אסטרונאוטים מטעם ה-FAA, סיכת האסטרונאוט שמחלקת לנוסעיה וירג׳ין גלקטיק, והסיכה של בלו אוריג׳ין.



ברוני החלל החדשים
הפכו אולי את סוגיית קו קארמאן לכלי שיווקי, אבל נדרש דיון אמיתי לקביעת גובהו של הקו המפריד בין האוויר לחלל. לארה״ב ואולי גם למעצמות נוספות יש אינטרס פוליטי וצבאי קצר טווח להשאיר את המצב בעמימותו, והשיקולים הטכנולוגיים והפיזיקליים המורכבים מסבכים את הניסיון לקבוע גובה אחד. אבל הצורך בקביעה כזו נמצא מעל ומעבר לשיקולים מסחריים של מיליארדר כזה או אחר, ומחריף ככל שחולף הזמן ועולה פוטנציאל החיכוך הבינלאומי.