לוויין

היסטוריה

ההתייחסות הראשונה ללוויין נמצאת בניסוי המחשבתי של אייזק ניוטון, בו משגרים כדור תותח מספיק מהר כדי שלא יפול בחזרה לכדור הארץ אלא ימשיך להקיף אותו. "התותח של ניוטון" והפיתוחים המתמטיים למסלול בספרו עקרונות מתמטיים של פילוסופיית הטבע. בספרות, האזכור הראשון של שיגור לוויין למסלול מוזכר בסיפור קצר של אדוארד הייל "הירח מבטון" (1869). ז'ול ורן הזכיר לוויינים לראשונה בספרו הירושה הגדולה בשנת 1879.
בשנת 1903 קונסטנטין ציאולקובסקי פרסם את "חקר החלל הקוסמי באמצעים של התקני תגובה" (ברוסית: (Исследование мировых пространств реактивными приборами. הוא חישב את המהירות האופקית הנדרשת להביא טיל במסלול המעגלי הכי קרוב לכדור הארץ.
ב-1928 הרמן פוטוכניק פרסם את ספרו "בעיות טיסה בחלל - המנוע הרקטי" (בגרמנית: Das Problem der Befahrung des Weltraums — der Raketen-Motor) המתאר את המדרש ליצירת לוויין המקיף את כדור הארץ ומבצע מדידות וניסויים מדעיים.
סופר המדע בדיוני ארתור סי קלארק פרסם ב-1945 בעיתון wireless world מאמר המתאר את האפשרות להשתמש בלווייני תקשורת הנמצאים במסלול מיוחד שבו הלוויין יוכל לחוג סביב כדור הארץ בגובה קבוע, אשר בו המהירות הזוויתית שלו תתאים למהירות הזוויתית של כדור הארץ, וכך למעשה יישאר מעל נקודה אחת. הוא חזה שמספיק שלושה לוויני תקשורת כדי לתת כיסוי סביב העולם כולו.
הלוויין המלאכותי הראשון היה "ספוטניק 1" ששוגר על ידי ברית המועצות למסלול סביב כדור הארץ ב-4 באוקטובר 1957.
במהלך השנים שוגרו לוויינים גם אל כוכבי לכת אחרים. לוויינים אלה הקיפו את כוכבי הלכת, צילמו אותם ואספו מידע נוסף, ושידרו את המידע בחזרה אל החוקרים על כדור הארץ בעזרת משדרי רדיו.

רקע פיזיקלי

לוויינים מקיפים גופים בעלי מסות גדולות (כמו כוכבים) בהתאם לחוק הכבידה שאותו גילה וניסח אייזק ניוטון: כל שני גופים מפעילים אחד על השני כוח כבידתי המקיים את הביטוי הבא:
F הוא הכוח המופעל, G הוא קבוע הכבידה, M היא מסת הגוף הראשון, m היא מסת הגוף השני ו-R הוא המרחק ביניהם.
במקרה הפרטי של לוויינים m היא מסת הלוויין, M הוא מסת הכוכב שאותו מקיף הלוויין וR מייצג את המרחק בין מרכז הכוכב לבין הלוויין. במצב עבודה רגיל של הלוויין הוא מקיף את הכוכב באותו רדיוס ולכן גודל הכוח הפועל עליו הוא זהה וכיווני כלפי מרכז הכוכב.
על לוויין המקיף גוף שמיימי מופעל כוח גדול אשר מצד אחד לא מאפשר לו להתרחק מגוף, ומצד שני קטן מכדי לגרום להתנגשות בין הגופים (ללא השפעת גורם נוסף כגון התנגדות אוויר).
לוויין מלאכותי (להלן לוויין) הוא התקן המשוגר מפני כדור הארץ אל מסלול הקפה, בדרך-כלל סביב כדור הארץ. הצבתו של הלוויין בחלל נעשית בדרך-כלל באמצעות טיל בליסטי, שהלוויין נמצא בחרטומו ומופרד ממנו בהגיעו ליעדו. דרך נוספת היא הובלת הלוויין ליעדו באמצעות מעבורת חלל. בעבר, היה ניסיון ליצור תותח על שיוכל לשגר לוויינים לחלל ׁ(פרויקט HARP)
על מנת לשגר לוויין לחלל יש להתגבר על הכבידה של כדור הארץ, ולשם כך יש להשיג מהירות מילוט ומהירות צידית מתאימה.
דרך נוספת להכניס לוויינים לחלל במקום שיגורם הישיר לחלל היא בצורת מטען נוסף ("לווין טרמפ"). אם בתור מטען שמשוחרר ממעבורת חלל או החללית סויוז, או בתור מטען המשוחרר מלווין יותר גדול.

HEO

High Earth Orbit הוא התחום שמעבר ל-GEO (כלומר יותר מ-36,000 ק"מ מכדור הארץ).
מסלול זה מאפשר כיסוי מלא באזור הקטבים בזכות אופיו האליפטי.

מגה לוויין

לוויין שמשקלו מעל 10 טונות ושימושו העיקרי הוא כלוויין תקשורת לאלפי ערוצי טלוויזיה.

לוויין גדול

לוויין שמשקלו 5–10 טונות ושימושו העיקרי הוא כלוויין תקשורת למאות ערוצים. (כמו הלוויין עמוס 6, שהתרסק לפני שיגורו ב-2016, ושקל כ-5.5 טונות).

לוויין בינוני

לוויין שמשקלו 1–5 טונות ושימושו העיקרי הוא כלוויין תקשורת קטן ולוויין מזג אוויר. (לוויין GOES 13, לוויין מזג אוויר אמריקאי, משקלו 3.1 טונות).

מיני לוויין

לוויין שמשקלו נע בין 100 ק"ג ל-1 טונות, ושימושו העיקרי הוא לווייני תצפית חזותית ותצפית מכ"ם ברזולוציה גבוהה (אופק 10 לוויין ריגול ישראלי משקלו 330 ק"ג).

מיקרו לוויין

מונח זה מתייחס לקטגוריית לוויינים שמשקלם נע בין 10 ל-100 ק"ג, כולל מטען הדלק שבתוכו. לפעמים משייכים קטגוריה זו גם לוויינים שמשקלם נע בין 1 ל-50 ק"ג.(TacSat-1 לוויין צבאי אמריקאי, משקלו 100 ק"ג).

ננו לוויין

מונח זה מתייחס לקטגוריית לוויינים שמשקלם נע בין 1 ל-10 ק"ג, כולל מטען הדלק שבתוכו. (Dove-2 לוויין תצפית על כדור הארץ משקלו 5.5 ק"ג).

פיקו לוויין

מונח זה מתייחס לקטגוריית לוויינים שמשקלם נע בין 0.1 ל-1 ק"ג, כולל מטען הדלק שבתוכו. לפעמים משתמשים במונח זה גם לייצג כל לוויין שמשקלו מתחת ל-1 ק"ג. (לוויין Pico-Sat 2 של נאס"א, משקלו 200 גרם).

פמטו לוויין

מונח זה מתייחס לקטגוריית לוויינים שמשקלם נע בין 10 ל-100 גרם, כולל מטען הדלק שבתוכו. במרץ 2014 שוגר לחלל לוויין מסוג ננו (KickSat), שהכיל בתוכו 104 פמטו לוויינים שנראים כמו כרטיסים קטנים .