Space Launch System

Space Launch System, (בראשי תיבות: SLS, בעברית: מערכת שיגור לחלל) הוא משגר כבד במיוחד  הנמצא בשימוש בידי נאס"א.

משגר זה הוא המשגר העיקרי של תוכנית ארטמיס לחקר מאויש של הירח וייעודו המרכזי הוא שיגור החללית אוריון אל תמרון מעבר ירחי בדרכה לירח. שיגור הבכורה של ה-SLS נערך ב-16 בנובמבר 2022 במהלך משימת ארטמיס 1 הלא-מאוישת.

בשנת 2011 החל פיתוח המשגר, כתחליף למשגרים ארס 1 וארס 5 שפיתוחם בוטל בעקבות ביטולה של תוכנית קונסטליישן. משגר ה-SLS פותח ונבנה ברובו על בסיס רכיבים קיימים ממערכת השיגור של מעבורות החלל, כאשר בין היתר מלבד שימוש במנועי RS-25 אשר שימשו את המעבורות, נעשה שימוש בשני מאיצים (SRB) שגם הם שימשו את המעבורות. הפרויקט עמד בפני אתגרים משמעותיים כולל חריגות תקציב משמעותיות ועיכובים רבים. שיגור הבכורה אשר תוכנן במקור לשנת 2016 יצא לפועל באיחור של כמעט שש שנים.

למשגר ה-SLS מספר גרסאות אשר ייבנו בהתאם להתקדמות תוכנית ארטמיס והם בלוק 1, בלוק 1B ו-בלוק 2. כל גרסה תהיה עוצמתית מקודמתה ותשתמש בחומרה מתקדמת יותר. יכולת נשיאת המטען אל מסלול לווייני נמוך תגדל מ-95,000 ק"ג בגרסת בלוק 1 ל-130,000 ק"ג בגרסת בלוק 2

מבנה המשגר
משגר ה-SLS הוא משגר המסווג ככבד במיוחד  אשר פותח ונבנה ברובו על בסיס רכיבים קיימים ממערכת השיגור של מעבורות החלל. השלב הראשון של המשגר (Core stage) הוא שלב הליבה המרכזי, ולצידיו שני מאיצים (SRB). כל גרסאות המשגר חולקות שלב ראשון משותף אך נבדלות ביניהן בשלב השני/השלב העליון ובמאיצים.

שלב הליבה (Core stage)
שלב הליבה (Core stage) אשר נבנה על ידי חברת בואינג, הוא השלב הראשון של המשגר והוא אחראי על הנעתם של השלב העליון והמטען אל מחוץ לאטמוספירה ולהכנסתם למסלול סביב כדור הארץ. שלב זה דומה למבנה מכל הדלק החיצוני של מעבורות החלל, אך הוא ארוך יותר ועשוי בין היתר מאלומיניום חזק יותר. השלב מתנשא לגובה של 64.6 מטרים וקוטרו 8.4 מטרים. משקלו היבש הוא 97,940 ק"ג, ובעודו מתודלק במלואו הוא שוקל 1,085,410 ק"ג. שלב הליבה מונע על ידי ארבעה מנועי RS-25 שנמצאים בבסיס השלב וביחד מספקים כוח דחף של 7,400 קילו־ניוטון, שהם כ-25% מכוח הדחף של המשגר בעת השיגור, כאשר השאר מגיעים משני המאיצים (SRB) שלצידיו. שלב הליבה מפעיל את מנועיו בעת השיגור בבעירה שנמשכת כשמונה דקות ומאיץ לגובה של 162 קילומטרים ולמהירות של 28,000 קמ"ש, כאשר בסיומן הוא מדומם את מנועיו ומתנתק מהשלב העליון אשר נושא את חללית האוריון.

לשלב הליבה שני מכלי דלק גדולים; אחד ממימן נוזלי ואחד מחמצן נוזלי. ארבעה מנועי RS-25 שורפים את דלקים אלה על מנת להניע את המשגר. מנועים אלה הם גרסה מחודשת של המנועים שהטיסו את מעבורות החלל והם מפותחים על ידי חברת Aerojet Rocketdyne. בארבעת השיגורים הראשונים, יעשה שימוש במנועי RS-25D אשר כל אחד מהם מחזיק בכוח דחף של 2,281 קילו־ניוטון (1,850 קילו-ניוטון בגובה פני הים) והם מעט יותר עוצמתיים מהמנועים של מעבורות החלל שהחזיקו בכוח דחף של 2,188 קילו-ניוטון. בשיגור החמישי והלאה יעשה שימוש במנועי RS-25E, שהם אף יותר עוצמתיים ולהם כוח דחף של 2,321 קילו-ניוטון.

מאיצים (SRB)
למשגר ה-SLS שני מאיצים (Solid Rocket Boosters) הנמצאים משני צידיו של שלב הליבה. תפקידם של המאיצים, יחד עם שלב הליבה, הוא הנעתם של השלב השני והמטען אל מחוץ לאטמוספירה. בשונה מהמאיצים של מעבורות החלל שנחתו בעזרת מצנחים באוקיינוס ונאספו לשימוש חוזר, במאיצים אלו לא ייעשה שימוש חוזר ואלה ישקעו באוקיינוס. בניגוד לשאר שלבי המשגר אשר מונעים בדלק נוזלי, המאיצים מונעים בעזרת דלק מוצק שמאפשר פחות דיוק ושליטה בבערה או בעוצמת הדחף ואחראי בעיקר על ההנעה המוקדמת של המשגר.

מאיצים המבוססים על אלו ממעבורות החלל
בגרסאות 1 ו-1B של המשגר, יעשה שימוש במאיצים בני חמישה מקטעים (Five-segment solid rocket boosters) - גרסה משודרגת ועוצמתית יותר של המאיצים ששירתו את מעבורות החלל. כל מאיץ נישא לגובה של 54 מטרים וקוטרו 3.7 מטרים. המאיצים משתמשים בדלק מוצק מפוליבוטאדיאן אקרילוניטריל ואמוניום פרכלורט ובעודם מתודלקים כל אחד מהם שוקל 730,000 ק"ג ומספק כוח דחף של 14,600 קילו-ניוטון. יחד מספקים שני המאיצים כוח דחף של 29,200 קילו-ניוטון שהם רובו המכריע של כוח הדחף של המשגר בעת השיגור, כאשר השאר מגיע משלב הליבה. המאיצים מספקים הנעה במהלך 2 הדקות ו-12 השניות הראשונות לשיגור, ומתנתקים משלב הליבה בגובה של 43 קילומטרים כאשר המשגר נמצא במהירות של 5,300 קמ"ש.

BOLE
גרסת בלוק 2 של המשגר אשר מתוכננת לפעול החל מהשיגור התשיעי, תשתמש במאיצים חדשים ועוצמתיים יותר (BOLE) שמפותחים על ידי חברת נורת'רופ גראמן. המאיצים בגרסאות בלוק 1 ובלוק 1B אשר נבנו מרכיבי המאיצים של מעבורות החלל, עשויות להספיק לכשמונה שיגורים של ה-SLS ולאחר מכן ייעשה שימוש במאיצים החדשים של נורת'רופ גראמן. המאיצים החדשים של בלוק 2 מפותחים על בסיס מאיצים מהמשגר OmegA שפיתוחו בוטל בשנת 2020. המאיצים צפויים להגדיל את כושר הנשיאה של משגר ה-SLS לכ-130,000 ק"ג של מטען אל מסלול לווייני נמוך וכ-46,000 ק"ג אל תמרון מעבר ירחי.

שלב עליון
השלב העליון הוא השלב השני של המשגר והוא נושא את החללית אוריון. תפקידו של שלב זה הוא לבצע תמרון שנקרא "Perigee raise maneuver" שמטרתו להעלות את גובה המסלול סביב כדור הארץ ומאוחר יותר לבצע תמרון מעבר ירחי ולשלוח את החללית לכיוון הירח.

ICPS
בגרסת בלוק 1 של המשגר, השלב העליון (Interim Cryogenic Propulsion Stage או ICPS בראשי תיבות) יהיה מורכב מהשלב העליון של המשגר דלתא 4 (Delta Cryogenic Second Stage) ועם שינויים מינימליים עבור משגר ה-SLS. אורכו של שלב זה הוא 13.7 מטרים וקוטרו הוא 5 מטרים. משקלו היבש הוא 3,800 ק"ג ובעודו מתודלק הוא שוקל 32,748 ק"ג. בבסיס השלב ישנו מנוע RL10 יחיד אשר מונע בדלקים ממימן נוזלי וחמצן נוזלי ומספק כוח דחף של 110 קילו-ניוטון. שלב זה מפעיל את מנועו שלוש פעמים; בפעם הראשונה הוא מפעיל את מנועו קצת פחות משעה אחרי השיגור בבעירה שנמשכת 22 שניות בתמרון שמטרתו להעלות את גובה המסלול סביב כדור הארץ ובפעם השנייה כתשעים דקות אחרי השיגור בבעירה שנמשכת בערך 18 דקות בתמרון מעבר ירחי שמיועד לשלוח את החללית לכיוון הירח. בסיום התמרון המעבר ירחי, כאשר חללית האוריון מתנתקת מהשלב העליון ועושה את דרכה לכיוון הירח, מפעיל השלב את מנועו בפעם האחרונה בבעירה שמטרתה להיפטר מהשלב ולהכניס אותו למסלול הליוצנטרי סביב השמש.

במשימת ארטמיס 1 נעשה שימוש במנוע RL10B-2 ובמשימות ארטמיס 2 וארטמיס 3 ייעשה שימוש במנוע RL10C-2. שתי גרסאות מנועים אלו זהות מבחינת כוח הדחף שהן מספקות. גרסת בלוק 1 של המשגר מסוגלת לשאת כ-95,000 ק"ג למסלול לווייני נמוך, כאשר גם השלב העליון נחשב כמטען. שלב זה אמור להיות זמני וייעשה בו שימוש בשלוש השיגורים הראשונים בלבד בתוכנית ארטמיס עד שיוחלף בידי ה-"Exploration Upper Stage". 

EUS
בגרסאות בלוק 1B ובלוק 2 של המשגר והחל ממשימת ארטמיס 4, ישמש ה-Exploration Upper Stage (EUS) כשלב העליון. שלב זה יחליף את השלב העליון הישן (ICPS) ויהיה גדול ועוצמתי יותר באופן משמעותי מקודמו. אורכו של שלב זה הוא 17.3 מטרים וקוטרו הוא 8.4 מטרים. משקלו היבש הוא 14,110 ק"ג ובעודו מתודלק הוא שוקל 129,000 ק"ג. בבסיס השלב יהיו ארבעה מנועי RL10C-3 אשר יספקו כוח דחף של 433 קילו-ניוטון.

גרסאות משגר
למשגר ה-SLS מספר גרסאות אשר ייבנו בהתאם להתקדמות תוכנית ארטמיס והם בלוק 1, בלוק 1B ו-בלוק 2. בשלושה השיגורים הראשונים יעשה שימוש ב-SLS בלוק 1 אשר מורכב משלב ליבה, שני מאיצי צד (SRB) מורחבים שנבנו עבור משגר ארס 1, ושלב שני/שלב עליון (ICPS). גרסת בלוק 1B שמתוכננת לפעול החל מהשיגור הרביעי, תעשה שימוש בשלב עליון עוצמתי יותר (EUS). גרסת בלוק 2 שמתוכננת לפעול החל מהשיגור התשיעי תעשה בנוסף לכך גם שימוש במאיצי צד חדשים ועוצמתיים יותר (BOLE).

 מספר שיגור גרסת משגרמנועי שלב הליבה מאיצים השלב העליון כוח-דחף בעת שיגור נשיאת מטען למסלול מסלול לווייני נמוך תמרון מעבר ירחי1 בלוק 1RS-25D  מאיצים בני חמישה מקטעים אשר מבוססים על מאיצי מעבורות החלל שלב עליון ICPS עם מנוע RL10B-2 יחיד  39,000 קילו־ניוטון  95,000 ק"ג  >27,000 ק"ג 2, 3 שלב עליון ICPS עם מנוע RL10C-2 יחיד 4 בלוק 1B שלב עליון EUS  105,000 ק"ג  42,000 ק"ג  RS-25E 9+ בלוק 2 מאיצי BOLE 53,000 קילו-ניוטון 130,000 ק"ג >46,000 ק"ג

700px|מרכז|התפתחות המשגר מגרסה 1 אל גרסאות נוספות, בתצורת שיגור מאויש ותצורת שיגור מטען

היסטוריה
פיתוח ותכנונים מוקדמים
תוכניות מוקדמות עבור משגר ה-SLS נוצרו בסוף שנת 2010 עם העברת החוק "NASA Authorization Act of 2010", כמה חודשים לאחר ביטולה של תוכנית קונסטליישן בתחילת השנה. ביטולה של תוכנית קונסטליישן גרם לביטול פיתוחם של המשגרים ארס 1 וארס 5 שנועדו עבור משימות מאוישות לירח. עם העברת החוק החדש שקבע את תקציבי נאס"א לשנים הבאות, הוחלט על פיתוח של משגר חדש שיהיה מיועד עבור משימות מאוישות מעבר למסלול הלווייני הנמוך. עם זאת, לא צוין יעד ספציפי שעבורו ישמש ה-SLS לשלוח אסטרונאוטים, ובשנים הראשונות לפיתוחו ועל רקע ביטול תוכנית קונסטליישן לחקר מאויש של הירח, ייעודו הכללי בגרסאות המתקדמות שלו היה משימות מאוישות לאסטרואידים ולמאדים.

החוק שעבר בקונגרס האמריקאי הגדיר מטרות כלליות עבור המשגר העתידי וקבע שהמשגר החדש צריך להיות בעל כושר נשיאה של מטען במשקל של 70-100 טון אל מסלול לווייני נמוך ושבגרסאות מאוחרות יותר יהיה מסוגל לשאת עד 130 טון. תאריך היעד הראשוני עבור כניסתו של המשגר לפעילות מבצעית תוכננה לסוף שנת 2016 ונקבע שהמשגר יפותח "עד כמה שניתן" מחומרה שכבר קיימת במערכות שיגור אחרות ובראשן מעבורות החלל שעמדו לצאת משירות.

בספטמבר 2011 הכריזה נאס"א על המשגר החדש והציגה תכנונים מוקדמים. למשגר תוכננו מספר גרסאות שאמורות להיות עוצמתיות יותר מגרסה לגרסה. בשנים הראשונות לפיתוח נשקלו מסלולים שונים עבור פיתוחו של המשגר על גרסאותיו השונות. תוכניות אלו שונו פעמים רבות ובין הגרסאות שנשקלו ניתן למנות את גרסת בלוק 0 שתוכננה להחזיק בשלושה מנועי RS-25 בשלב הליבה, גרסה אחרת עם חמישה מנועים בשלב הליבה, גרסת 1A עם מאיצים משודרגים במקום שלב עליון משופר, וגרסת בלוק 2 עם חמישה מנועים בשלב הליבה ו"שלב העזיבה של כדור הארץ" כשלב העליון עם עד שלושה מנועי J-2X.

בנייה ובדיקות
באוגוסט 2014 נאס"א הודיעה שהושלמה ביקורת "Key Decision Point C" ואושרו התרשימים, ושתהליך פיתוחו של המשגר מוכן לצאת לדרך. באותה השנה החלו עבודות הריתוך של שלב הליבה. בשנים הבאות ערכה נאס"א בדיקות במנועי RS-25 כהכנה לשימוש שלהם במשגר. בשנים 2015-2016 בוצעו בהצלחה בדיקות הצתת מנועים סטטית במאיצים של המשגר (Five-segment solid rocket boosters). בשנת 2017 העבירה חברת United Launch Alliance לנאס"א את השלב השני (ICPS) עבור משימת ארטמיס 1.

בדצמבר 2019 הסתיימה בנייתו של שלב הליבה עבור משגר ה-SLS הראשון והוא הועבר מממתקן ההרכבה מישוד שבניו אורלינס אל מרכז החלל סטניס שבמיסיסיפי. ב-16 בינואר 2021 נערכה בדיקת הצתת מנועים סטטית שלא צלחה, כאשר המנועים הושבתו בטרם עת. הבדיקה שהייתה אמורה להפעיל את מנועי שלב הליבה למשך כשמונה דקות, נעצרה לאחר 67 שניות. לאחר בדיקות נאס"א מצאה שהגורם להפסקת המנועים הם הקריטריונים המחמירים שהוגדרו במערכת בקרת הדחף הווקטורי במיוחד עבור הבדיקות וכי אם תרחיש דומה היה קורה במהלך שיגור, המשגר היה ממשיך לטוס כהלכה.

ב-18 במרץ 2021 נערכה בשלב הליבה בדיקת הצתת מנועים סטטית נוספת שעברה בהצלחה כאשר כל ארבעת המנועים פעלו כהלכה. בתום הבדיקות המוצלחות הועבר שלב הליבה אל מרכז החלל קנדי, שם חובר לשאר שלבי המשגר. ב-12 ביוני 2021 הודיעה נאס"א על השלמת הרכבת משגר ה-SLS הראשון. משגר זה שימש עבור משימת ארטמיס 1 ושיגר בהצלחה חללית אוריון לא מאוישת אל תמרון מעבר ירחי בדרכה אל הירח.

שיגורים
שיגור הבכורה של משגר ה-SLS תוכנן במקור לסוף שנת 2016 אך עקב דחיות מרובות בשל בעיות בתהליך הפיתוח, הוא שוגר לראשונה ב-16 בנובמבר 2022 במשימת ארטמיס 1 שבמהלכה שוגרה בהצלחה חללית אוריון לא-מאוישת בדרכה לירח. ה-SLS מתוכנן לשגר את משימת ארטמיס 2 באפריל 2026, את משימת ארטמיס 3 באמצע 2027, את ארטמיס 4 בספטמבר 2028 ואת ארטמיס 5 במרץ 2030.

 שיגור תאריך שיגור  (UTC) גרסת משגר מטען תוצאה 1 16 בנובמבר 202206:47 בלוק 1 ארטמיס 1 (חללית אוריון לא מאוישת) הצלחה משימת יעף לא מאוישת סביב הירח (Uncrewed lunar flyby). שיגור בכורה של משגר ה-Space Launch System וטיסה מבצעית ראשונה של חללית האוריון. החללית שוגרה בהצלחה אל תמרון מעבר ירחי בדרך להקפה חלקית של הירח וחזרה לנחיתה בכדור הארץ. המטען שנשאה החללית כלל בין היתר מספר לווייני קיובסאט. בנוסף ללוויינים נשאה החללית בובות מבחן במסגרת מחקר של נאס"א למדידת קרינה בשיתוף סוכנות החלל הישראלית והמרכז הגרמני לחקר החלל. 2 אפריל 2026 בלוק 1 ארטמיס 2 (חללית אוריון מאוישת) מתוכנן משימת יעף מאוישת סביב הירח (Crewed lunar flyby). 3 אמצע 2027 בלוק 1 ארטמיס 3 (חללית אוריון מאוישת) מתוכנן עגינה של האוריון עם הנחתת ונחיתה מאוישת על אדמת הירח. 4 ספטמבר 2028 בלוק 1B ארטמיס 4 (חללית אוריון מאוישת) מתוכנן משימה מאוישת אל תחנת החלל הירחית Lunar Gateway והצבת היחידה השנייה בבניית התחנה, כמו גם נחיתה מאוישת על אדמת הירח. 5 מרץ 2030 בלוק 1B ארטמיס 5 (חללית אוריון מאוישת) מתוכנן משימה מאוישת אל תחנת החלל הירחית Lunar Gateway והצבת היחידה השלישית בבניית התחנה, כמו גם נחיתה מאוישת על אדמת הירח.

עלויות פיתוח וביקורות
לאורך שנות פיתוחה, ספגה תוכנית ה-SLS ביקורות רבות, החל מבחירת רכיבי המשגר המבוססים על טכנולוגיה ישנה ועד עלויות הפיתוח והשיגור הגבוהות.

שיגור הבכורה של המשגר אשר תוכנן במקור לשנת 2016 יצא לפועל באיחור של כמעט שש שנים. בשנת 2022, אז שוגר ה-SLS לראשונה והושלם תהליך פיתוחו, נאמדה עלות פרויקט ה-SLS בכ-24 מיליארד דולר לעומת הערכות מקוריות משנת 2011 שאמדו את עלות פיתוחו בכ-10 מיליארד דולר. מלבד עלויות הפיתוח, נמתחה ביקורת גם על עלויות התפעול והשיגור הגבוהות; בנובמבר 2021 העריכה נאס"א שבארבעת השיגורים הראשונים של ה-SLS, עלות כל שיגור תהיה 2.2 מיליארד דולר, גבוה באופן משמעותי ממשגרים דומים שנמצאו בפיתוח, ביניהם הסטארשיפ של SpaceX.

כבר בראשית תוכנית ה-SLS, נשמעה ביקורת על כך שהוא יתבסס על טכנולוגיה ישנה. בין היתר נטען שההחלטה של הקונגרס של ארצות הברית להתבסס על רכיבים ממעבורות החלל במשגר החדש נועדה על מנת לשמר מקומות עבודה במתקני נאס"א במדינות הרלוונטיות לבקשתם של הסנאטורים. מיד אחרי החלטת הקונגרס להתבסס על רכיבים ממעבורות החלל, פנה חבר הקונגרס טום מקלינטוק אל משרד החשבונות הכללי של ארצות הברית בבקשה לפתוח בחקירה בטענה שההחלטה לא-תחרותית ומספקת חוזים מובטחים עבור ספקים קיימים. בדצמבר 2014, נכתב על ידי עורכי העיתון האקונומיסט ש"זהו המשגר הראשון שתוכנן על ידי ועדה של פוליטיקאים, במקום מדענים ומהנדסים."

בתקציב הפדרלי לשנת 2014, קרא ממשל אובמה לביטול תוכנית ה-SLS בהיותה איטית ובזבזנית אך התנגדותם של סנאטורים מנעה את ההצעה. בספטמבר 2020, בראיון לפוליטיקו, מנהל נאס"א לשעבר צ'ארלס בולדן העריך שבנקודה מסוימת ה-SLS יוחלף במשגר של גופים מסחריים כשאלו ידביקו את הפער.

קישורים חיצוניים


 משגר Space Launch System באתר נאס"א

הערות שוליים

קטגוריה:משגרי לוויינים וחלליות