שדשבשנת 1865 פרסם הסופר הנודע, ז'ול וורן, את ספרו "מהארץ לירח" ובו למעשה, בפעם הראשונה, תיאורה של חללית. קהל הקוראים שאהב את ספריו של וורן, העריך את יצירותיו בזכות הדמיון המפותח במיוחד שניכר בהן, אך אחרים ראו בו חולם בהקיץ. כמאה וחמישים שנים מאוחר יותר, לאחר שהאדם שייט בחלל, הילך על הירח, הקיף את כדור הארץ בלוויינים רבים שלהם מטרות שונות ושלח חלליות רבות לחקר החלל, חזונו של וורן נראה יותר כמו היסטוריה מאשר מדע בדיוני. ואולם, גם היום אם נשאל רבים אודות האפשרות שיוכלו להקים מושבות בחלל או על פניהם של גרמי שמיים רחוקים, יתהו האם הדבר אפשרי ואנשי המדע והטכנולוגיה מנסים למצוא פתרונות לסוגיות רבות שעולות ממשימה כה מורכבת. אחת מסוגיות אלו עוסקת מקור האנרגיה שיאפשר קיומן של מושבות בחלל.
לפני שנוכל לתת כמה כיווני חשיבה לפתרונות לסוגיה זו, עלינו להבין את משמעותה של האנרגיה לחיי היומיום שלנו. המוגש אנרגיה הוא מושג מורכב שניתן להגדירו בכמה דרכים, אבל אותנו מעניין בשלב זה בעיקר להתבונן במקורות אנרגיה והאופן שבו אנו יכולים לקבל מהם עבודה, תוך כדי המרת האנרגיה מצורה אחת לאחרת.
הדבר אולי נשמע מסובך, אבל זה בדיוק מה שכולנו עושים כל הזמן. חישבו על כך שהמזון שאנו אוכלים משמש עבורנו (בין היתר) כמקור אנרגיה. הסוכר שבמזון לדוגמה עובר שינוי כימי בגוף בתהליך שמאפשר שחרור אנרגיה כימית שהייתה אגורה במולקולות שלו, וגופנו עושה באנרגיה זו שימוש לצרכיו – חשיבה, הפעלת איברים שונים וכו'. כך גם הדבר בשימוש במכשירי חשמל ביתיים – אנו מפעילים את המתג החשמלי ומקבלים פעולה מסוימת שמבצע מכשיר חשמלי, כמו נורה למשל. אבל כיצד מיוצר החשמל עצמו? תחנות כוח משתמשות במקורות אנרגיה שונים (מפלי מים, שריפת דלקים פוסיליים כמו פחם וגז, גרעין וכו') על מנת לייצר קיטור שמסובב טורבינה ומפיק אנרגיה חשמלית. דוגמאות אלו טובות ומתאימות לנו, החיים על פני כדור הארץ, אבל כיצד נוכל לקחת אתנו אנרגיה לחלל? הרי לא יעלה על הדעת שניקח אתנו לחלל תחנת כוח הידרואלקטרית.
צילום אילוסטרציה: ASAP/INGIMAGE
מקור האנרגיה הראשון והמידי שניתן לחשוב עליו בהקשר של חלל היא השמש. בתור הכוכב היחיד במערכת השמש, כור ההיתוך הגרעיני שנמצא בליבתה מפיק כמויות אנרגיה עצומות שמשתחררות בתהליך מורכב (שאורך מיליוני שנים) בצורת קרינה אלקטרומגנטית. חלק מהקרינה שפולטת השמש מתורגמת אצלנו בכדור הארץ לצורות אנרגיה שונות שפעמים רבות נראות לנו מובנות מאליו – הנפט, הגז הטבעי והפחם כולם תוצרים אורגניים שהתבססו על צמחים קדמונים שמקור האנרגיה שלהם לייצור סוכרים היה השמש (באמצעות תהליך הפוטוסינתזה). גם באנרגיה שמופקת באמצעות מפל מים לא ניתן היה להשתמש ללא השמש, משום שהרי יש הכרח לחמם את מימיי האוקיאנוסים ולהפוך את המים שבהם לעננים (שמאוחר יותר ימטירו גשם בהרים). מטעמים ברורים לא ניתן להשתמש בדוגמות שהוזכרו כאן עבור הנעת חללית או תחנת חלל. מהן אפוא האפשרויות שבכל זאת עומדות לרשותנו?
ניתן להשתמש בהמרה ישירה של קרינת השמש לחשמל באמצעות תאים פוטו וולטאים (לקוראים החרוצים והסקרנים מומלץ לקרוא מעט על האפקט הפוטואלקטרי שזיכה את אלברט איינשטיין בפרס נובל ומהווה את הבסיס הפיזיקלי לתאים אלו). למעשה לוויינים רבים וכלי חלל שונים מצוידים בלוחות סולריים שנועדו בדיוק למשימה זאת ובכך הם מסוגלים לייצר לעצמם אנרגיה חשמלית שמאפשרת להם לבצע פעולות שונות. ואולם, גם לשיטה זו חסרונות. כידוע, גם בכוכבי לכת שונים יש יום ולילה (שנובעים מסיבוב גרם השמים סביב צירו) ובדיוק כמו אצלנו, כאשר השמש שוקעת, ללוחות סולריים אין שום יכולת להפיק חשמל. יתרה מכך, אם נתרחק אל עבר מחוזות בקצה מערכת השמש, כמות הקרינה שנקבל מן השמש תהיה מצומצמת מאוד ולוחות סולריים לא יהיו מספקים. אז אם פסלנו מקרות אנרגיה רבים שבהם אנו עושים שימוש על פניו של כדור הארץ ואנו ערים למגבלות האנרגיה הסולרית, מה נותר אם כן? אנרגיה גרעינית!
רוצים להישאר מעודכנים?
מקורות רדיואקטיביים נמצאים בכדור הארץ ועל ידי שימוש בכמות קטנה מהם ניתן להפיק כמויות גדולות של אנרגיה שעשויות להיות מספיקות גם לצורכיהן של חלליות וגם למושבות חלל. גם השימוש באנרגיה גרעינית מתחלק לשתי אפשרויות מרכזיות – האחת, לייצר כור גרעיני קטן, באופן שמזכיר מעט את מערכות ההנעה שמותקנות כיום בצוללות גרעיניות. הדרך השנייה, שבה נעשה שימוש גם בגשושית אופרטיוניטי שנחתה על קרקע המאדים, היא שימוש בסוללה גרעינית. הסוללה הגרעינית מבוססת על איזוטופים של יסודות שפולטים קרינה באופן טבעי ותוך כדי כך מתפרקים ליסודות אחרים. פליטת החלקיקים מייצרת חום שאותו ניתן להמיר לאנרגיה חשמלית. לרוב, משתמשים בפלוטוניום 238. הסיבה שחומר זה הוא המתאים ביותר לשימוש היא שזמן מחצית החיים שלו, 87 שנים, מתאים לרוב היישומים והוא פולט בעיקר של קרינת אלפא שהמיגון הנדרש עבורה הוא יחסית מצומצם (חלקיקי אלפה ניתן לעצור אפילו בעזרת דף ניר – בסוללות פלוטוניום משתמשים לרוב ברדיד עופרת דק).
ומה לגבי מושבות בחלל? גם אם נניח שנצליח להביא בני אדם אל עברו השני של מסע ארוך ולהנחיתם על פניו של כוכב לכת מרוחק (מאדים למשל), יהיה צורך תמידי בייצור אנרגיה על מנת לספק את הצרכים השונים (ייצור מזון, תפעול מערכות שונות וכו'). סוללה גרעינית מוגבלת במשך זמן השימוש ובהספק שהיא נותנת, בניית כור גרעיני אפשרית אמנם, אך דורשת אף היא אספקה קבועה של דלק גרעיני ולפאנלים סולריים קשיים שהזכרנו קודם. ייתכן שהפתרון יגיע באמצעות פיתוח מערכות משולבות ואולי אף נמצא מקומות אנרגיה (ייתכן שגרעיניים) על פניהם של עולמות רחוקים. ואל לנו לחשוב שאם נמצא פתרון כזה יסתיימו להם האתגרים – אז למשל עשויה לעלות השאלה כיצד לייצר מספיק אנרגיה כדי לשלוח את בני האדם לחופשת מולדת בכדור הארץ.
הכותב הוא ד"ר נצח פרביאש, מנהל 'פארק קרסו למדע' שיציין את יום הגרעין שחל ביום חמישי
