פרספקטיבה חדשה על "החלל החדש"

רס"ן יואב , מפא"ת02.11.2020

ההתפתחויות בשנים האחרונות במחירי השיגור ובמחירי הפלטפורמות הלווייניות, יכולות למקם את ישראל בעמדה מעניינת לחלל דור 3.0
לוויין "אופק 16". צילום: דו"ץ

לוויין "אופק 16". צילום: דו"ץ

מתוך מו"פ ביטחוני בעולם (לקט עיתונות) אוקטובר 2020, המנהל לפיתוח אמל"ח ותשתית טכנולוגית, משרד הביטחון

שיגורו המוצלח של לוויין התצפית המתקדם "אופק 16" ביולי 2020, והצטרפותו למערך לוויינים ביטחוני מרשים, מציף את דילמת הרלוונטיות של "החלל החדש" ((New Space לצרכיה של מדינת ישראל בתחום החלל. שאלה זו אינה תאורטית, אלא בעלת משמעות עמוקה לעדכון אסטרטגיית החלל של ישראל והכוונת תעשיית החלל בישראל הן במובן הביטחוני, והן במובן מיצוי הפוטנציאל האזרחי־מסחרי בתחום החלל.

מתחילת העיסוק בחלל, הושפע מחיר המשימה בו באופן משמעותי ממחיר שיגור הלוויינים למסלול. הוזלת מחירי השיגור, מעבר לשימוש בטכנולוגיות אזרחיות, סטנדרטיות וזמינות, ושינויי גישה במודלים העסקיים בתחום יזמות החלל - הביאו לשינויים מרחיקי לכת בתחום והרחיבו באופן משמעותי את הפוטנציאל המבצעי והמסחרי בתחום. תהליך זה, הנמצא עדיין בהתהוות, מכוּנה בשנים האחרונות "החלל החדש" ומגדיר מחדש את ההיבטים הטכנולוגיים, הכלכליים והמבצעיים של תחום החלל כולו.

ניתן לראות דמיון בין תהליך המסחור האזרחי המתרחש בתחום החלל, ובין אלמנטים בתהליך שהתרחש בתחומי טכנולוגיות המחשוב בשנות ה־80 של המאה ה־20. דבר זה בא לידי ביטוי מעשי, בין היתר, בעליונות הטכנולוגית והצבאית של ארצות־הברית במלחמת המפרץ הראשונה ובמלחמת קוסובו. כיום טכנולוגיות אזרחיות ומסחריות מתפתחות בקצב מהיר יותר מטכנולוגיות צבאיות. הן מביאות חדשנות רבה, והופכות זולות באופן משמעותי בשל יתרון גודל השוק המסחרי. הבנה זאת הביאה לשינויי פרדיגמה טכנולוגיים, ארגוניים ומבצעיים, וקיבלה את השם "המהפכה בעניינים צבאיים".1

אחת מהנחות העבודה העקרוניות של "החלל החדש" הייתה לחתור למזעור מקסימלי של לוויינים. זאת על־מנת לקבל פלטפורמה קטנה ככל האפשר וזולה באופן המאפשר פיתוח וייצור המוניים, במקום פלטפורמה אחת גדולה ויקרה. מזעור זה, יחד עם הוזלת מחירי השיגור, הביאו לכך שעלות השיגור ל־LEO (מסלול לווייני נמוך)2 אינה שיקול כלכלי מובהק כבעבר. 

עם זאת, ולמרות הנהירה העולמית לתחום, פלטפורמות "החלל החדש" אינן יכולות עדיין להחליף לחלוטין, ויש שיאמרו אף לא באופן מהותי, מערכות "מסורתיות" וגדולות יותר שעלותן גבוהה. כפי שהתפתחות הטכנולוגיה בתחום הרחפנים לא החליפה לחלוטין את הכטמ"מים והמטוסים המאוישים, נראה שגם לווייני "החלל החדש" לא יחליפו לחלוטין את מערכות ה"חלל הישן", וניכר כי שתי התפיסות ימשיכו להתקיים זו לצד זו. לנוכח זאת נדרש לעדכן את המודל הכלכלי והמבצעי של פיתוח, שיגור והפעלת לוויינים משולבת, כדי ליצור תפיסה אחודה של בניין כוח והפעלת כוח, תוך מיצוי המיטב משני העולמות.

תמהיל של "חלל חדש" עם "חלל ישן" יאפשר פתיחת המעטפת למשימות חדשות, וביצוע טוב יותר של משימות קיימות. ארגונים ישראלים מתחום החלל יידרשו להתאים את עצמם למציאות המתפתחת, ולבחור אסטרטגיה בחוכמה על־מנת לשרוד ולשגשג בשוק זה.

 

חלל דור 1.0 - השמיים כבר אינם הגבול 

הלוויין הראשון ששוגר בסוף שנות ה־50 של המאה ה־20 שהיה מתוצרת סובייטית, והפלתו של מטוס הביון האמריקני מסוג U2 ב־1960 בשמי ברית־המועצות, דחפו את נשיא ארצות־הברית דווייט אייזנהאואר להאיץ את תוכנית החלל הצבאית האמריקנית. כתוצאה מכך הפך החלל תוך שנים בודדות לזירת ריגול הדדי מרכזית בין המעצמות שהפכה למלחמה הקרה. בתקופה רגישה זו, היו הלוויינים תחליף למטוסי הביון בכך שאפשרו איסוף מודיעין אסטרטגי ללא צורך בהפרת ריבונות, ובלי לסכן טייסים ולייצר תקריות דיפלומטיות נוספות.

בימים ההם, כשכל העיסוק בתחום החלל היה חדש ולא נדרש למיתוג, שיגרה ארצות־הברית 15 לווייני ניסוי תוך שנה וחצי, בעלות של כשלושה מיליארד דולר (לפי שער עכשווי), לפני שהצליחה לצלם לראשונה ולהוריד לקרקע תמונה מן החלל. בחמש השנים שלאחר מכן, שיגרו האמריקנים מעל 100 לווייני תצפית, במסגרת תוכנית Corona של הסי־איי־איי. לברית המועצות הייתה תוכנית דומה בשם Zenit, ובמסגרתה שיגרה אף היא לוויינים רבים באותן שנים.

עד תחילת שנות ה־70 של המאה ה־20 התבססו לווייני התצפית ותהליכי ההפעלה המבצעיים על טכנולוגיות אנלוגיות - דבר שהפך אותם למורכבים לוגיסטית ומסובכים. כדי להתרשם מן האתגר הטכנולוגי, מספיק לדמיין כיצד קיבל לידיו מפענח בארצות־הברית תמונה שצולמה מלוויין, ושהתבססה על מצלמת פילם. כדי לפרוק את התמונות שצולמו בחלל חזרה לקרקע תזמן לוויין התצפית, וירה קפסולה עם הפילם המשומש לאחור. הקפסולה הייתה חודרת לאטמוספירה בדיוק בנקודה הנכונה, מאטה, פותחת מצנח והייתה צריכה להיאסף על־ידי מטוסים באוויר תוך כדי צניחה. אלמלא נאספה בעת הפגיעה בקרקע - הפילם היה נהרס והמבצע כולו ירד לטמיון.3

משמאל: איסוף אווירי של קפסולת פילם שצנחה מן החלל. מימין: קפסולת פילם של לוויין מסוג KH-4 בתוכנית הלוויינות Corona של ארצות־הברית.

משמאל: איסוף אווירי של קפסולת פילם שצנחה מן החלל. מימין: קפסולת פילם של לוויין מסוג KH-4 בתוכנית הלוויינות Corona של ארצות־הברית.

באותם ימים מחיר השיגור לחלל למסלול לווייני נמוך4 עמד על כמאה אלף דולר לק"ג (לפי שער עכשווי).5 בשל המחיר הגבוה פותחו ושוגרו רק לוויינים גדולים, אמינים ועתירי ביצועים, ובוצע תכנון קפדני לכל לוויין. הלוויינים האלה האריכו חיים בחלל, ובכך הקטינו את תכיפות השיגורים הנדרשת לקיום המשימה ואת עלות מחזור החיים של המשימה. ואולם כתוצאה מכך, מחיר הלוויין הבודד גדל. בדרך זאת נוצרה נקודת העבודה של לוויין איכותי ויקר - לוויין High-End - קצה הסקאלה בהיבטי ביצועים ועלות שרק מעצמות ומדינות מעטות יכלו להרשות לעצמן. עם השנים, ביצועי הלוויינים ועלותם, כמו גם ביצועי ועלויות המשגרים שנשאו אותם לחלל, תפחו באופן משמעותי. אף על־פי־כן, לווייני ה-High-End היו לנקודת העבודה היחידה ללוויינים במשך עשרות שנים.

 

חלל דור 2.0 - "החלל החדש"

בשנת 2002 הוקמה חברת SpaceX על־ידי היזם אילון מאסק, במטרה לפתח תוכנית ליישוב כוכב מאדים. מאסק זיהה את מחיר השיגור הגבוה כמעכב המרכזי בהתפתחות תחום החלל. בשל רגולציה ממשלתית שהובילה לחוסר תחרות, ובשל שיפורים תוספתיים (אינקרמנטליים) במשך עשרות שנים בתכן המשגרים, היו המשגרים מיושנים ויקרים. אחת התובנות הראשונות של החברה הייתה שנדרשת חדשנות משבשת6 כדי להקטין באופן משמעותי את מחירם. לחברה היה ברור, כפי שהיה ברור לנאס"א כשפיתחה את מעבורת החלל, שכמו שאין משמידים מטוס נוסעים בסיום כל טיסה - כך שהשמדת המשגר בסיום כל טיסה היא השורש למחיר השיגור הגבוה.

באמצעות טכנולוגיה מודרנית פיתחה החברה משגרי לוויינים הניתנים לשימוש חוזר. כלומר, לאחר שיגור מוצלח והכנסת הלוויין למסלול - הטיל המשגר מסתובב, בולם, חוזר לכדור הארץ ונוחת חזרה על כן הנחיתה או על אסדה בים. במימוש שיטה זאת, ובאמצעות גישות פיתוח וייצור חדשניות וטכנולוגיה מתקדמת, הורידה החברה את מחירי השיגור באופן משמעותי וסחפה את שאר יצרניות המשגרים להוריד את מחירי השיגור שלהם.7 תוך עשור וחצי מהקמתה, השתלטה SpaceX על שוק השיגורים ל־LEO, כולל כספק מרכזי של נאס"א, והיא כיום החברה המסחרית היחידה ששיגרה אסטרונאוטים לחלל.

מימין: נחיתה בו־זמנית של שני בוסטרים של חברת SpaceX, 6 בפברואר 2018. משמאל: מכונית מדגם Tesla Roadster שפותחה על־ידי חברת Tesla כשברקע כדור הארץ. הרכב כיום סובב סביב השמש במסלול שחותך את מסלולו של כוכב הלכת מאדים.

מימין: נחיתה בו־זמנית של שני בוסטרים של חברת SpaceX, 6 בפברואר 2018. משמאל: מכונית מדגם Tesla Roadster שפותחה על־ידי חברת Tesla כשברקע כדור הארץ. הרכב כיום סובב סביב השמש במסלול שחותך את מסלולו של כוכב הלכת מאדים.

במקביל להקמת SpaceX, ועם התקדמות הטכנולוגיה ומזעור האלקטרוניקה, החלו אוניברסיטאות, ובהמשך יצרניות לוויינים, לפתח לוויינים פשוטים, קטנים וזולים. השיטה הייתה "לארוז" את כל הלוויינים הקטנים יחדיו, ולשגר אותם באותו שיגור - מעין "טרמפ" לחלל, עם לוויין גדול שנשא ברוב מחיר השיגור. בדרך זאת הצליחו להצדיק כלכלית שיגור של לוויינים קטנים לחלל.

על־מנת שהשיגור אכן יהיה זול ולא ידרוש התאמות מיוחדות לכל לוויין קטן, הוגדר סטנדרט קיובסאט, שהפך לסטנדרט המקובל בעולם הן על יצרני הלוויינים הקטנים והן על יצרני המתאמים למשגרים.8 הסטנדרט קובע את מידות הלוויין ומשקלו במכפלות של יחידת הבסיס, שהיא לוויין בגודל 1U - יחידה של כליטר אחד (10cm*10cm*11.35cm).

בדרך כלל, ננו־לוויין הוא מסדר גודל של שלוש יחידות כאלה - גדול במקצת מקרטון חלב. לוויינים אלה פשוטים באופן יחסי, ואין להשוות את יכולותיהם לאלו של לווייני ה־High-End. ואולם בזכות מחירם הנמוך, שנבע מתקן רכיבי האוויוניקה, ומחיר שיגורם הזול הנובע ממשקלם הקל, נמצאו לוויינים אלה שימושיים למשימות שונות (מדעיות, תצפית ברזולוציה נמוכה וכדומה). בגישה זו עבר החלל מהפכה, ולראשונה מזה יובל חדל להיות נחלתם של גופים ממשלתיים עתירי תקציב בלבד. הטכנולוגיה המשבשת, שאפשרה שיגור מסחרי זול ופיתוח לוויינים קטנים, סטנדרטיים וזולים, זעזעה את תחום החלל והתחילה מהפכה שקיבלה את השם "מהפכת החלל החדש". 

בתחילת שנות האלפיים שימשו לוויינים קטנים אלה בעיקר למשימות מדעיות פשוטות, אך עם הזמן התפתחו לוויינים לשימושים מסחריים וביטחוניים. חלק מן החברות והמשימות בלטו מעל האחרות. המרכזית שבהן היא חברת Planet, שב־2010 החלה לפתח לווייני צילום בנפח שלושה ליטרים בשם Doves. החברה מנהלת כיום את צי לווייני הצילום הגדול בעולם, עם מעל 130 לוויינים פעילים.

הלוויינים אינם מתחרים בביצועיהם עם מקביליהם הגדולים, לא בהיבטי רזולוציית צילום (5-3 מ' לעומת 0.25 מ'); לא בהיבטי אורך החיים (שנתיים לעומת מעל עשר שנים); ואף לא בהיבטי יכולת התמרון וכושר איסוף ופריקת התוצרים. למרות זאת, עלות ייצור כל לוויין מוערכת במאות אלפי דולרים בלבד, כולל השיגור - כאלפית ממחיר לוויין צילום High-End.9

בזכות המחיר הנמוך ללוויין שיגרה Planet עד היום מאות לווייני צילום קטנים, שאותם היא מחדשת באופן שוטף כאשר הם דועכים או מפסיקים לפעול. הלוויינים מצלמים בכל יום את כל השטח היבשתי של כדור הארץ, ועל־פי פרסומי החברה תוצרים חזרתיים אלה בעלי ערך לחקלאים שמעוניינים לעקוב אחר גידוליהם, למדענים שמעוניינים לחקור שוניות אלמוגים ועוד. ואולם מעבר להצהרות שוחרות השלום, המציאות היא שהשוק המרכזי של חברת Planet היה ונותר זה הממשלתי.

Planet היא השראה לעשרות חברות "חלל חדש". הן בהיבט המבצעי - דימות כל השטח היבשתי של כדור הארץ בכל יום, והן בהיבט העלות הנמוכה ללוויין - מאות אלפי דולרים לעומת מאות מיליוני דולרים של לווייני ה־High-End. מנגד, עם רזולוציה קרקעית המתקשה לגלות רכב בגודל ממוצע, קשה להתחרות עם ביצועי הלוויינים האיכותיים, שמאפשרים לזהות עצם בגודל כדורגל.

לשם השוואה על בסיס ביצועים לעומת עלויות, נסקור את לוויין WorldView-3 מתוצרת חברת Ball Aerospace. מדובר בלוויין High-End המאפשר לצלם מגובה 617 ק"מ עצמים ברזולוציה של 31 ס"מ וברוחב תמונה (Swath) של 13 ק"מ. לוויין כזה נמכר לחברת Maxar, כולל שיגור, בעבור 650 מיליון דולר.10 אילו לוויין זה היה משוגר למסלול MEO11 לגובה של עשרת אלפים ק"מ ולא למסלול ה־LEO שאליו תוכנן - הרזולוציה המתקבלת הייתה משתווה לרזולוציה המתקבלת מלווייני Planet.

בזכות יכולת התמרון וכושר איסוף התוצרים הגדול של לוויין ה־High-End ממסלול גבוה זה, יהיה מסוגל לבדו לצלם ביממה לא רק את כל השטח היבשתי של כדור הארץ אלא את כל שטח האוקיינוסים והקטבים ויותר מכך. לוויין WorldView-3 במסלול MEO יספק כיסוי טוב יותר, במגוון ספקטרלי12 רחב יותר ובאיכות טובה יותר מ־500 לוויינים קטנים של Planet שנדרשים לכיסוי זהה של כדור הארץ בכל יממה. בחשבון קר של עלות מחזור חיים, מחיר ייצור, שיגור ותפעול 500 לווייני Planet וחידושם כל שנתיים בשל אורך חייהם המוגבל, דומה למחיר ייצור ושיגור לוויין WorldView-3 אחת לעשר שנים.

ביצוע חישוב דומה בנוגע ללוויין OPTSAT3000 מתוצרת התעשייה האווירית, יראה שאם במקום להציב אותו במסלול LEO יוצב במסלול MEO בגובה שיספק רזולוציה דומה לזאת של לווייני Doves של Planet - יספק לוויין אחד כיסוי יומי דומה לזה של כל 130 לווייני Planet, בעלות מחזור חיים נמוכה יותר. זאת, ללא התחשבות בהשקעה שנדרשה לפיתוח לווייני Planet והוצאות אחרות של החברה. בעת שלוויין OPTSAT3000 פוּתח ומשמש בעיקר למטרות תצפית ברזולוציה גבוהה, לווייני "קרטוני החלב" של Planet יכולים לספק רק תוצרים ברזולוציה נמוכה של כדור הארץ ואין להם פוטנציאל לשימושים אחרים.

האם "החלל החדש" הוא רק טרנד שרכב על הצלחת השוק וההייטק בעשור האחרון ועלול, כמו בועות קודמות, להתפוצץ במשבר הקרוב? כבר כיום ניתן לראות אותות ראשונים למשבר בעקבות מגפת הקורונה. בתחום החלל, ובעיקר בחברות "חלל חדש", ניכרת עצירה של השקעות אזרחיות עד כדי פשיטות רגל של חברות בתחום. הבולטת שבהן היא חברת OneWeb, שגייסה קרוב לשני מיליארד דולר לשם הקמה של קונסטלציית לווייני תקשורת במסלול נמוך, ופשטה רגל במרס 2020.13

 

חלל 3.0 - מהזדמנות למשבר או ממשבר להזדמנות?

האם אנו לקראת פיצוץ בועת ה"דוט קום" של החלל החדש? ייתכן. האם נחזור לטכנולוגיה והתפיסות המבצעיות של "החלל הישן"? כנראה שלא. שאיפותיו הגרנדיוזיות של מאסק לשגר בני אדם למאדים במטרה להקים עליו מושבות, הפכו את SpaceX לחברת השיגור המסחרית הגדולה בעולם. עד שישיג את מטרתו ולטובת מימון התוכנית, מאסק מחפש ומוצא פרויקטים שינצלו את כושר השיגור האדיר של משגריו. פרויקט הלוויינות הגדול שהוא מקדם, במקביל לשדרוג יכולות המשגרים וקפסולות ה־Dragon המאוישות, הוא פרויקט לפרישת רשת לווייני תקשורת במסלול LEO בשם Starlink.

הרשת תכלול עשרות אלפי לווייני "חלל חדש", מהם שוגרו עד אוגוסט 2020 קרוב ל־600 לוויינים, והחברה ממשיכה לשגר בכל חודש כ־60 לוויינים נוספים. מרגע פרישת המתכונת, תאפשר הרשת תקשורת אלחוטית בכל מקום בעולם, בשיהוי נמוך ובקצב גבוה (40-100Mbps). כיוון שנדרשים מאות שיגורים לפרישת מתכונת לווייני התקשורת שלה, חברת SpaceX מציעה את אותו "טרמפ" של לוויינים על־גבי משגרים אלה, בעשירית ממחיר השיגור עד לפני כשנה - 5,000 דולר לק"ג לשיגור "עודף" ב־2020, בהשוואה ל־50,000 דולר לק"ג בשנה שקדמה לה. כלומר, מיליון דולר בלבד לשיגור לוויין של 200 ק"ג.

במקביל, החברה מפתחת משגר וספינת חלל בשם Starship, שתהיה ניתנת לשימוש חוזר על כל חלקיה ומיועדת לשנע בני אדם וציוד למאדים. לספינות חלל אלה מתוכנן כושר נשיאה של 100 טון למסלול LEO, פי עשרה יותר ממשגר סטנדרטי. כמו במשגרים קודמים, החברה מתכננת למכור את כושר השיגור העודף של ספינות החלל ולספק שירות זה החל ב־2021. בשל כך, וכדי להחזיר חלק מהוצאות הניסויים והשיגורים, אפשר לצפות שהחברה תוריד את מחירי השיגור עוד יותר, גם אם מדובר במחירי הפסד. אם תוכניותיה של SpaceX לשיגור למאדים יימשכו, ואם תישמר תחרות והחברה לא תהפוך למונופול בתחום החלל - מחירי השיגור צפויים לרדת באופן משמעותי.

חברות לוויינות יפגשו מציאות חדשה, שבה מחיר השיגור יפסיק להיות שיקול מובהק בעסקיהן. הן יצטרכו לשקול לשנות שוב את תפיסת הפיתוח וההפעלה של הלוויינים, על־מנת להתאים אותם ואת המודל העסקי שלהן לשוק החדש המתפתח. הוזלה דרמטית כזאת של מחירי השיגור, תקטין את הצורך לבצע אופטימיזציה על משקל הלוויינים ועל נפחם. פיתוח לוויינים עדיין יהיה מורכב וידרוש מומחיות גבוהה ומיומנות רבה, אך האופטימיזציה שבוצעה ב"חלל הישן" ללוויינים אמינים ועתירי ביצועים, והאופטימיזציה שבוצעה ב"חלל החדש" למספר רב של לוויינים קטנים, זולים ודלי ביצועים, יפסיקו להיות רלוונטיות.

תהליך נוסף שעשוי להתרחש הוא שחברות יעדיפו לקדם קונסטלציות גדולות של עשרות עד עשרות אלפי לוויינים, מבוססות לוויינים גדולים יותר (לווייני מיקרו/מיני), במטרה לתת ערך מוסף משמעותי ללקוחותיהן בלי להתפשר בביצועים. מרגע שעלות השיגור לחלל תשחק תפקיד משני בחשבון הכלכלי - המשך מזעור הלוויינים לא יהיה בהכרח כלכלי, בשל עלויות המו"פ הגבוהות הנדרשות מחד גיסא, ובשל החיסכון העתידי הזניח בעלויות השיגור לחברה מאידך גיסא.

כך יתפתחו לוויינים גדולים יותר מלווייני חלל דור 2.0, שיספקו ביצועים טובים יותר כדוגמת רזולוציה טובה יותר, מספר ערוצי תקשורת רב יותר וכדומה. בהנחת ייצור המוני, או לכל הפחות סדרתי, לא יידרשו לוויינים אלה לאופטימיזציה לאורך חיים גבוה כמו לווייני דור 1.0. במקום לפתח לוויין אמין שלעולם לא יתקלקל בחלל, שיכלול רכיבים אמינים, בדיקות יקרות לעמידות לתנאי חלל וכדומה, יהיה רווחי יותר לייצר ולשגר לוויין חליפי אם יתקלקל הראשון, או לשגר כמה לוויינים מראש לביצוע משימה אחת, וכך ליצור יתירות בלוויינים.

כיום נצפית עלייה במספר החברות המכוונות ללוויינים בנפח של "מקררי מיני", בניגוד ללווייני "קרטוני החלב" שהיו לסמל של מהפכת "החלל החדש". ניתן לראות הוכחות בפועל למגמה זאת:

  • SpaceX מקדמת את מתכונת לווייני ה־Starlink, שמשמשים לווייני תקשורת במסלול נמוך, כל לוויין במשקל 250 ק"ג.
  • חברת Planet מתבגרת ומפנה יותר משאבים ללווייני ה־Skysat, לתצפית אופטית, במשקל של 126 ק"ג.
  • חברת Capella מייצרת לווייני תצפית מסוג SAR14 במשקל 100 ק"ג ועוד.

אומנם מדובר בלוויינים קטנים פי מאה מלווייני התצפית הגדולים מתקופת חלל דור 1.0, אך עדיין מדובר בלוויינים גדולים מ"קרטוני החלב" שקודמו עד כה בתחום "החלל החדש".15

משמאל: מתכונת לווייני Starlink של SpaceX, מספקת ערוץ תקשורת, בשיהוי נמוך, בין בורסת לונדון לבורסת ניו־יורק. מימין: שבעה לווייני Starlink בטיסה מעל כדור הארץ ו"הזוהר הצפוני", כפי שצולמו מתחנת החלל

משמאל: מתכונת לווייני Starlink של SpaceX, מספקת ערוץ תקשורת, בשיהוי נמוך, בין בורסת לונדון לבורסת ניו־יורק. מימין: שבעה לווייני Starlink בטיסה מעל כדור הארץ ו"הזוהר הצפוני", כפי שצולמו מתחנת החלל

לנוכח הגידול במספר הלוויינים ובסיבוכיותם, יידרשו תחנות קרקעיות רבות לפרוק דרכן את הנתונים ולנהל איתן את הקשר ללוויינים. אחת המצטרפות החדשות והמפתיעות לתחום החלל החדש היא חברת AMAZON, שמקימה מערך תחנות קרקע לתקשורת לוויינית שאותו היא מקדמת במודל ענן. שירות זה של תחנות קרקע הוא חדשני, שכן כמו שירותי מיקור חוץ אחרים הוא מאפשר הן לחברות הזנק והן לחברות מבוססות בתחום החלל, להימנע מהשקעות מסיביות בתשתית הלוגיסטית המורכבת הנדרשת למערך קרקעי גלובלי. במקום לחלק את הקשב שלהן לפיתוח ולתחזוקת המערך המוטס ולפיתוח ותחזוקת המערך הקרקעי, יוכלו חברות החלל לרכז מאמץ בפלטפורמות החלליות החדשניות והמורכבות ולהתבסס על תשתיות קרקעיות פרושות ומוכחות.

התפתחות תחום הלוויינות דומה, במידת מה, להתפתחות תחום כלי הטייס הצבאיים. תחום החלל הצבאי התפתח מפלטפורמות חלליות מאוישות ולווייני High-End גדולים, יקרים ועתירי ביצועים, עבור דרך לווייני CubeSat קטנים, זולים ומעוטי ביצועים וכלה בגלגול הבא הנראה באופק - לווייני המיקרו/מיני שנמצאים בתווך שביניהם. באופן דומה, תחום התעופה הצבאית התפתח מכלי טייס מאוישים בעלי יכולות תצפית ולוחמה בסיסיות, למטוסי הקרב היקרים, עתירי הביצועים והאמינים המוכרים לנו כיום (לדוגמה, F-35).

במקביל להתפתחות זאת פותחו כטמ"מים שהתבססו על הפלטפורמות המאוישות הגדולות או כפלטפורמות ייעודיות, ומצאו את מקומם בשדה הקרב. עם התפתחות הטכנולוגיה ומזעורה פותחו המזל"טים, ולאחר מכן הרחפנים, שמהווים נקודת עבודה חדשה בהיבטי גודל, ביצועים, אמינות ומחיר, ומאפשרים להגדיל את מספר הפלטפורמות בשדה הקרב על חשבון איכותן.

אם בעבר הייתה הטכנולוגיה הצבאית חזית הקדמה הטכנולוגית, כיום קידום טכנולוגיה נעשה בעיקר באמצעות השוק המסחרי ולמטרות מסחריות, והשוק הצבאי נהנה גם הוא מפירות הקדמה שמפותחת בשוק המסחרי. התפתחות זאת מראה בימים אלה את אותותיה גם בתחום החלל. בחברות SpaceX, OneWeb וכדומה הושקעו מיליארדי דולרים לא ממשלתיים, ויידרשו עוד עשרות מיליארדי דולרים לטובת הקמת מתכונות לווייני "החלל החדש". בכל אחת כזאת מתוכננים אלפי ועשרות אלפי לוויינים, בעוד שעד היום בחלל יש רק כאלפיים לוויינים פעילים.

 

תחום החלל בישראל - מעומק אסטרטגי להזדמנות כלכלית?

בתחילת שנות ה־80 של המאה ה־20 יצרו אופיו הצבאי של תחום החלל ומיעוט המדינות והשחקנים בו שוק ריכוזי מאוד.16 ישראל החליטה, מסיבות אסטרטגיות, לפתח את תחום החלל הצבאי. בעת קבלת ההחלטה, לראש הממשלה דאז מנחם בגין היה ברור שישראל נדרשת לעצמאות מלאה הן בייצור הלוויינים והן ביכולות השיגור, ולא תוכל להיות תלויה בחסדי המעצמות שכבר שלטו בתחום. בעקבות החלטה זו והצלחת התוכנית, הפכה ישראל למדינה השמינית בעולם בעלת יכולת עצמאית לייצור לוויינים ושיגורם לחלל. על־מנת להתמודד עם אתגר השיגור, כולל האילוץ לשגר מערבה, פיתחה ישראל בעשורים האחרונים לווייני מיני שהותאמו לכושר הנשיאה וליכולת השיגור הישראלית, והפכה לחלוצה עולמית בלווייני מיני איכותיים, במחירים תחרותיים.

למרות היותה חלוצה עולמית ולמרות הישגיה המרשימים, ודאי ביחס לגודלה ולמשאביה המוגבלים, לא הייתה ישראל מפורצות הדרך עד כה בתחום "החלל החדש" - חלל דור 2.0. בעשור האחרון ביצעה ישראל שיפורים תוספתיים בלווייני הצילום שלה, ייצרה כמה ננו־לוויינים אקדמיים ומסחריים ואף שיגרה חללית ישראלית ראשונה לירח בשם "בראשית". כל זאת על בסיס תקציבים קטנים באופן משמעותי מאלה המושקעים בחו"ל. עד כה שיגרה ישראל מספר קטן של לוויינים שפותחו בשיטות "החלל החדש", ולא שיגרה מתכונות גדולות כמו בארצות־הברית. לשם כך נדרשות השקעות בסדר גודל אחר.

לנוכח יכולותיה הטכנולוגיות, ניסיונה בחלל וכושר היזמות של אנשיה, לישראל פוטנציאל להיות מדינה מובילה בתחום "החלל החדש הבא" - חלל דור 3.0. שני האתגרים המרכזיים העומדים בפניה הם האתגר המימוני ואתגר בחירת האסטרטגיה. האתגר הראשון ברור - נקודת העבודה של החלל החדש היא בייצור סדרתי של לוויינים שישוגרו למתכונות גדולות של עשרות עד עשרות אלפי לוויינים ויאפשרו חזרתיות17 גבוהה של לווייני תצפית, ורציפות תקשורתית של לווייני תקשורת. על־אף שלוויין "החלל החדש" זול יחסית ללוויין High-End, מתכונת של מאות ואלפי לוויינים כאלה נדרשת למשקיעים בעלי חזון, ראייה ארוכת טווח ואורך רוח, בתקופה שבה יש חלופות השקעה "זולות" ובעלות זמן החזרת השקעה קצר יותר. לעיתים, השקעות כאלו יכולות להתקבל רק מגורמים ממשלתיים, או משיתופי פעולה עם מדינות אחרות.

האתגר השני הוא בשינוי אסטרטגיה של ארגונים, שנדרשים להתאים את עצמם למציאות חדשה, ולייצר לעצמם אסטרטגיה ייחודית שתבדיל אותם ממתחריהם.18 קושי זה הוא הסיבה לכך שחדשנות משבשת מונבטת כיום בדרך כלל בחברות חדשות, שעוד לא פיתחו נהלים ארגוניים מגבילים כמו של החברות הוותיקות. ארגון שהתמחה בפיתוח ושיגור לוויין High-End אחת לכמה שנים, יתקשה להתחרות בחברה כמו Planet, שהחלה כחברת סטארט־אפ יעילה וקטנה של שלושה אנשים, ופיתחה מתודולוגיות עבודה של "חלל חדש" המאפשרת לה ליצור ולשגר עשרות ננו־לוויינים בשנה.

ארגונים נדרשים לאתר את נקודות החוזקה שלהם, ולייצר על בסיסן אסטרטגיה ונקודת עבודה ייחודית, שייצרו להם שוק ייחודי שיהיה למתחרים שלהם קשה להעתיק.19 ארגונים ישראלים מתחום החלל מתקשים בשווקים של ייצור המוני ואפילו ייצור סדרתי. לעומת זאת, חברות ישראליות מיומנות מאוד במחקר של מוצרים חדשניים ומורכבים ובפיתוחם בכמויות קטנות. בתחום החלל, ישראל התמחתה בפיתוח לווייני תצפית בעלי ביצועים מעולים, בגודל קטן יחסית ובמחיר נמוך יחסית, אך לא רכבה על הגל של "החלל החדש". בעולם, חברות מסוג זה קמו כפטריות אחר הגשם וחברות ישראליות, שניסו למצוא את מקומן בשוק, כדוגמת NSLCOMM, חיפשו את היתרון היחסי שלהן בפיתוח טכנולוגיות ייחודיות או רעיון מסחרי שונה.

ההתפתחויות בשנים האחרונות במחירי השיגור ובמחירי הפלטפורמות הלווייניות, מפלטפורמות זעירות ומוגבלות באופן יחסי (ננו־לוויינים) ועד לוויינים גדולים ואיכותיים יותר (מיני־לוויינים), יכולות למקם את ישראל בעמדה מעניינת שבה נקודת העבודה שבה התמחתה והלוויינים שאותם פיתחה במשך 40 שנים יהיו נקודת העבודה האופטימלית לחלל דור 3.0. אין זה אומר שניתן להמשיך ללא שינוי ולייצר לווייני "חלל ישן" כמו בעבר. תעשיות, חברות ויזמים ישראלים בתחום החלל, יידרשו למצוא פתרונות חדשים לצרכים מסחריים וביטחוניים חדשים, לחדד את תוכניותיהם העסקיות ולהיכנס למים העמוקים של ייצור בכמויות גדולות ובקצב גבוה. כל זאת, תוך הסתערות על השוק וקיצור זמני פיתוח. עם זאת, בניגוד לחלל דור 2.0 שבו התבלטו חברות שהתחילו כמעט מאפס בתחום החלל, בחלל דור 3.0 נראה כי חברות בעלות ניסיון בחלל יוכלו להוביל מהלכים חדשניים, וישראל תוכל למצוא את עצמה בעמדת זינוק טובה.

אני מבקש להודות לניב דוד מסדנת יובל נאמן באוניברסיטת תל־אביב על תרומתו הרבה וסיועו בכתיבה, וכן לאחרים על הערותיהם המועילות.

הערות

  • RMA - Revolution in Military Affairs

  •  Low Earth Orbit מסלול לווייני נמוך, בגובה של פחות מאלף ק"מ מעל פני כדור הארץ.

  • בתמונה: Corona Film Return Capsule", Smithsonian National Air and Space Museum - https://airandspace.si.edu/collection-objects/reentry-capsule-film-return-corona/nasm_A19950118000

  • מסלול לוויין סביב כדור הארץ, בגובה מקסימלי (אפוגיאה) של כ־600 ק"מ מעל פני כדור הארץ וגובה מינימלי (פריגאה) של כ־200 ק"מ מעל פני כדור הארץ. עלות שיגור לוויין במשקל 250 ק"ג למסלול זה עמדה בשנות ה־60 על 27 מיליון דולר (לפי שער עכשווי).

  • Thor Agena A - http://www.astronautix.com/t/thoragenaa.html.

  • חדשנות שגורמת לשיבוש שוק קיים ודחיקת חברות מובילות ושותפויות או יצירת שוק חדש. SpaceX זכתה לדירוג #1 ברשימת החברות המשבשות של CNBC לשנת 2018. "Meet the 2018 CNBC Disruptor 50 companies", CNBC, 10 May 2019.

  • SpaceX היא חברת שיגור הלוויינים הראשונה בבעלות פרטית מלאה. עם זאת, היא אינה החברה המסחרית הראשונה וישנן לא מעט חברות מסחריות לשיגור לוויינים.

  • Satellite Deployer - התקן שמאחסן את לווייני הקיובסאט בזמן השיגור ומשחרר אותם מהמשגר, בזה אחר זה, בהגיעם למסלול. המשימה החשובה ביותר של התקן זה היא לוודא שכשל באחד הלוויינים הקטנים במהלך השיגור לא יגרום לנזק ללוויין הגדול (ה־Main Payload).

  • A. Vance, "The Tiny Satellites Ushering in the New Space Revolution", Bloomberg Businessweek, June 2017

  • W. Ferster, "DigitalGlobe Adding Infrared Capability to WorldView-3 Satellite", SPACENEWS, 17 april 2012

  • Medium Earth Orbit  - מסלול לווייני שבין מסלול LEO (מסלולים בגובה של עד כ־1000 ק"מ מעל פני הקרקע) למסלול GEO (בגובה של 35,786 ק"מ מעל פני כדור הארץ) בו חגים לווייני התקשורת (Geosynchronous Earth Orbit)

  • לווייני ה־Doves של חברת Planet מצלמים את כדור הארץ ב־4 פסים ספקטרליים (צבעים) בלבד. לוויין WorldView-3 כולל מגוון מטע"דים ב־29 תחומים ספקטרליים שונים, בתחום הנראה ובתת־אדום.

  • OneWeb נרכשה מחדש ביולי 2020, בין היתר על־ידי ממשלת אנגליה, בסכום מוצהר כולל של כמיליארד דולר. בעקבות  הרכישה, הוקמה ועדת חקירה על־ידי הפרלמנט הבריטי, בשל חשש לניצול לא תקין של כספי משלם המיסים הבריטי. C. Henry, "UK Parliament to scrutinize OneWeb purchase," SPACENEWS, July 2020.

  • Synthetic Aperture Radar. לוויין תצפית מכ"מי.

  • בתמונה: https://eol.jsc.nasa.gov/SearchPhotos/photo.pl?mission=ISS062&roll=E&frame=148365

  • ד"ר דגנית פייקובסקי בספרה The Power of the Space Club מכנה את התופעה "מועדון החלל".

  • קצב חזרת לוויין מהסדרה לאזור הכיסוי של נקודה גיאוגרפית כלשהי, בו הוא מסוגל לצלם את הנקודה, או לנהל תקשורת מול טרמינל קרקעי בנקודה, וכיוצא בזה.

  • M. Porter, "What is strategy?," Harvard Business Review 74(6) , pp. 61-78, 1996

  • Ibid.