בפרק זה נסקור את אחד החלקים המסוכנים והבעייתים ביותר בטיסת חלל: שלב הכניסה חזרה לאטמוספירה. ההמראה לחלל מושכת אליה את מרבית תשומת הלב של התקשורת, אבל דווקא הנפילה לכדור הארץ היא המקום שבו קיפדו הכי הרבה אסטרונאוטים את חייהם.

-על התגליות המשונות והלא-אינטואטיביות שעשו המדענים האמריקניים והסובייטים בזמן מירוץ החימוש הגרעיני.
-על התאונות, ההתרסקויות וכמעט-הטביעות שחוו האסטרונאוטים (והקוסמונאוטים) לאורך השנים, ועל 'טיסת הניסוי הנועזת ביותר בהיסטוריה'.
-על הפתרון ההנדסי המחוכם שאיפשר את טיסתה של החללית המסחרית המאוישת הראשונה בהיסטוריה, ולמה ישנם כמה חובבי בדמינגטון שמשוכנעים שהכל בזכותם?

תודה לויקטור בן עזרא על הסיוע בהכנת התוכנית. אתם מוזמנים לבקר באתר החדש של 'מדריך הטרמפיסט לפודקאסטים': שידרוג משמעותי שיהפוך את המרדף האינסופי שלנו אחר פניני פודקאסטים ברשת למהנה ונוח יותר. אתם מוזמנים לתרום לו בסגנון ה'וויקי'.
החידה הקבועה של ניר דהן תחכה לכם בסוף הפרק- פתרונות ורעיונות בפורום התוכנית.
האזנה נעימה,
רן.

---

מה שעולה, חייב לרדת: על חזרה מטיסות חלל

כתב: רן לוי

כל מי שצפה במעבורת חלל ממריאה לא יוכל לעולם לשכוח את החוויה המדהימה. שאגת הסילונים הנפלטים מרקטות הדחף מטלטלת את האוזניים ברעש אדיר. האדמה רועדת תחת הרגליים. המנועים האדירים בוהקים באור לבן ומסנוור, לוקחים את החללית אל הלא נודע- ומאות חובבי חלל עוקבים בעיניים בורקות אחר המעבורת המתרחקת.

החזרה אל כדור הארץ היא סיפור אחר לגמרי. כשהחללית דוהרת לעבר האדמה במהירות של עשרות קילומטרים בשניה, היחידים שנמצאים שם כדי להנות מהחוויה המפוקפקת הזו הם האסטרונאוטים שבתוכה. אף אחד לא עוקב אחרי החללית בעיניים בורקות. אפילו התקשורת עם חדר הבקרה מנותקת.

ולמרבה האירוניה, דווקא החזרה אל האטמוספירה היא השלב הקשה והמסוכן ביותר בטיסה לחלל. אין ספק שההמראה והטיסה עצמה עלולים להיות מסוכנים אף הם, אבל העובדות מדברות בעד עצמן: יותר אסטרונאוטים נהרגו בזמן החזרה מהמשימה מאשר בכל שלב אחר. זכרון התאונה של מעבורת החלל קולומביה בשנת 2003 עדין טרי במוחותיהם של ישראלים ואמריקנים רבים. ברית המועצות התמודדה עם קטסטרופות דומות בתוכנית 'סויוז' שלה שנים רבות קודם לכן. כל כך הרבה דברים יכולים להשתבש בזמן הכניסה לאטמוספירה, וכמעט כולם עלולים להיות קטלניים.

טיל בליסטי

כשההנעה הרקטית הייתה עוד בחיתוליה והמסע לחלל נראה כחלום יותר מאשר מציאות, מעטים הקדישו מחשבה לשלב החזרה לכדור הארץ. היו יותר מדי אתגרים טכנולוגיים לפתור עוד לפני היציאה לוואקום של החלל. וורנר פון בראון, למשל, אחד מאבות התעופה הרקטית, היה ער לקשיים שעימם נצטרך להתמודד. הוא ידע שהחום העז שיעטוף את החללית בזמן הנפילה חזרה ישמיד אותה בתוך דקות. אבל לפון בראון היו בעיות דחופות יותר כמו שמירה על קצב בעירה נכון של הדלק הרקטי, או הקפדה על יציבות הטיל בזמן הנסיקה.

בשנות החמישים כבר היו בידי האמריקנים והסובייטים פצצות גרעיניות, והמלחמה הקרה החלה צוברת תאוצה. הצורך הבוער ביותר היה למצוא שיטה יעילה להביא את פצצות האטום ליעדן. לשני הצדדים היו צוללות ומטוסי הפצצה, אבל זה לא הספיק. הרי צוללות אפשר להטביע ומטוסים ניתן להפיל. כדי להבטיח שהצד השני לא יוכל להפתיע בהתקפת בזק גרעינית ללא מענה, חיפשו הגנרלים פתרון טוב יותר.

טילים בליסטיים בין-יבשתיים היו פתרון מושלם מכל הבחינות. ניתן לשגר אותם מכל מקום בכֲדור הארץ בתוך זמן קצר, קשה להשמיד אותם כשהם נחים בתוך המתקנים התת-קרקעיים שלהם ומרגע ששוגרו הם כמעט בלתי ניתנים לעצירה. הרוסים היו הראשונים להגיע אל קו הגמר. הטיל הבין יבשתי מדגם R-7 הוצב על כן השיגור, ובסוף שנת 1957 המריא לטיסת הבכורה שלו. הוא נסק אל החלל, עבר בהצלחה מרחק של כמה אלפי קילומטרים ואז…נשרף לחלוטין בכניסה לאטמוספירה. המדענים הסובייטים היו מופתעים מאוד. הם תיכננו את R-7 כך שהחרטום שלו יהיה צר ואווירודינאמי ככל האפשר כדי למנוע חיכוך עם מולקולות האוויר. אם אין חיכוך, אז מאין הגיע כל החום הזה? הם לא ידעו זאת, אבל עמיתיהם בארצות הברית כבר פתרו את החידה הזו מזמן.

החוקרים ג'וליאן אלן ואלפרד אגרס גילו עוד בשנת 1951 שחיכוך אינו הסיבה להתחממות האוויר מסביב לגוף הטיל. גלים נעים בתוך האוויר במהירות הקול. זו המהירות המקסימלית שבה מידע מסוגל לעבור דרך האוויר. אם הטיל או החללית נעים בתוך האטמוספירה במהירות העולה על מהירות הקול, מולקולות הגז של האוויר לא מספיקות 'להתחמק' מהטיל. המידע אודות הטיל המתקרב יכול לנוע לכל היותר במהירות הקול, אבל הטיל עצמו מתקדם מהר יותר. כתוצאה מכך מולקולות הגז נדחסות אחת אל השניה. נוצר 'גל הלם', שהוא איזור שבו צפיפות הגז משתנה באופן חד ופתאומי: מגז חופשי ושגרתי, לגז אולטרא-דחוס. אותה התופעה בדיוק מתרחשת בזמן פיצוץ של חומר נפץ: האנרגיה של הפיצוץ יוצרת גל הלם בתוך החומר. אנחנו נתקלים בגל הלם גם כשמטוס קרב חולף לנו מעל הראש ומשמיע בום על-קולי.

השינוי הפתאומי בצפיפות הגז גורם לכך שהטמפרטורה שלו עולה אף היא בחדות. זו הסיבה ש R-7 נשרף בכניסה לאטמוספירה, למרות שתוכנן כדי להמנע מחיכוך: לחיכוך אין שום קשר לגל הלם! למעשה, ההפך הוא הנכון: ככל שהגרר גבוה יותר- זאת אומרת, ככל שיש יותר חיכוך- הטיל יהיה קר יותר. כפי שגילו צמד החוקרים האמריקנים, בהעדר חיכוך הגזים הלוהטים שנוצרים באזור החרטום מחליקים על פני גוף הטיל ומחממים אותו. אם, לעומת זאת, מחליפים את החרטום החד ונטול-החיכוך בחרטום קהה ומאוד לא אווירודינאמי, האוויר 'נתקע' בחרטום. נוצרת שכבת בידוד שמונעת מהגזים הלוהטים לזרום לאחור ולהחליק על פני גוף הטיל. מכאן יוצא שהחלק היחיד שמתחמם הוא חרטום הטיל, וכל שאר הרקטה נותרת קרירה יחסית.

הגילוי המפתיע הזה נשמר על ידי האמריקנים בתור סוד צבאי, אבל המדענים הסובייטים גילו אותו בעצמם עד מהרה. חרטומו של R-7 הוחלף מחרוט צר וארוך לקונוס בולבוסי וקהה- זאת אומרת, עגלגל כמו קצה של תפוח אדמה, למשל. הטיל שוגר בהצלחה בטיסת הניסוי הבאה.

כשהחלו שתי המעצמות במרוץ החלל, ההגנה על האסטרונאוטים בזמן החזרה מהחלל קיבלה חשיבות עליונה. את חרטומם של טילים בליסטיים ניתן לצפות בשכבות עבות וכבדות של חומרים מבודדי-חום, אבל הגישה הזו לא הייתה מעשית בחלליות. כל קילוגרם של בידוד בתחתית החללית פירושו קילוגרם אחד פחות של ציוד מדעי, או מזון וחמצן לנוסעיה.
רוברט גודארד, עוד אחד מחלוצי החלל של שנות העשרים והשלושים, הבחין בתופעה מעניינת. מטאורים מהחלל החיצון חודרים לתוך האטמוספירה במהירויות של אלפי קילומטרים בשעה, ממש כמו טילים בליסטיים וחלליות. המטאור מתלהט וזורח באור בוהק בזמן הנפילה. ובכל זאת, בדיקות כימיות על מטאוריטים מגלות שהחום החורך חודר לכל היותר רק סנטימטרים בודדים מתחת לפני השטח.

תצפית מסקרנת זו הובילה את גודארד למסקנה שהייתה שוב, ממש כמו בעניין צורת חרטום הטיל, מנוגדת לכל הגיון בריא. האינטואיציה שלנו אומרת שמשטח מוצק ואטום של חומר יספק את ההגנה הטובה ביותר כנגד החום- אבל המציאות מראה את ההפך. דווקא פני שטח שבירים, פריכים ומתפוררים מתמודדים טוב יותר מול טמפרטורות גבוהות.
התהליך שמתרחש על פני המטאור בזמן המעוף מכונה 'איוד' (באנגלית, Ablation). החום העז מפורר את פני השטח השבירים ומאדה אותם. הגזים הלוהטים נפלטים מהמטאור הנופל ולוקחים איתם את החום ממנו והלאה. אפשר להשוות את התהליך הזה להזעה של הגוף האנושי, ולאופן שבו הזיעה המתנדפת מקררת אותנו.

המהנדסים מיהרו לחקות את הטבע, והמיגון בחלליות הראשונות היה מבוסס כולו על איוד. קצב ההתאדות של חומר הבידוד קובע את עובי הציפוי על החללית, והקצב זה נקבע בהתאם לתנאי החום והלחץ של הטיסה. בצירוף מקרים מעניין, טמפרטורת הגזים הלוהטים מחוץ לחללית שווה בערך למהירות הכניסה שלה במטרים לשניה. דהיינו, אם מהירות הכניסה היא שמונת אלפים מטר לשניה, החום מחוץ לגוף יגיע לשמונת אלפים מעלות. עובדה זו איפשרה תכנון קל יחסית של חומרי בידוד מתאדים.

אבל בכך לא נפתרו כל בעיות הכניסה לאטמוספירה. למהנדסים, כך מסתבר, היה עוד הרבה מה ללמוד.

סופה של סויוז 1

בעשרים וארבע לאפריל 1967 הייתה החללית סויוז 1 מונחת על כן השיגור בבסיס בייקונור שבקזחסטן. בתוכה היה איש צוות בודד, הקוסמונאוט ולאדימיר קומארוב. זו אמורה הייתה להיות משימה חגיגית במיוחד, שכן היה זה שיגור הלילה הראשון בהיסטוריה.
אבל מאחורי הקלעים היו חגיגות מסוג אחר. בין מהנדסי החללית ומנהלי תוכנית החלל התגלעו מחלוקות קשות. בניסויים מוקדמים נתגלו מאות תקלות במערכות השונות, חלקן תקלות קריטיות ומסוכנות ביותר. מהנדסים רבים חשבו שסויוז 1 פשוט אינה כשירה לעלות לחלל.
הדרגים הפוליטיים הפעילו לחץ כבד לאשר השיגור במועד המתוכנן. חלפו שנתיים מאז העלתה ברית המועצות אדם למסלול סביב כדור הארץ, וכבודה של האומה היה על כף המאזניים. ישנה עדות אחת לפחות לפיה חבר פוליטבירו איים 'לתלוש את הדרגות מחזהו וכתפיו' (במילים אלה) של מנהל הפרויקט אם סויוז 1 לא תמריא כמתוכנן.

הלחץ הפוליטי ניצח על השיקולים ההנדסיים, וסויוז 1 המריאה לחלל עם קומארוב על סיפונה. בתוך שעות ספורות החלו התקלות בחללית צצות בזו אחר זו. קולט השמש השמאלי לא הצליח להפרש כהלכה, וכתוצאה מכך הפריע לפעילותן של מערכות הייצוב של החללית. החללית התגלגלה סביב כדור הארץ כמעט ללא שליטה.
על הקרקע היה ברור שסויוז 1 היא כישלון מהדהד. נשקלה האפשרות לשגר את סויוז 2 למבצע הצלה בעקבות אחותה, אבל הרעיון נדחה על הסף. הסיבה הרשמית הייתה גשם באזור השיגור, אבל סביר להניח שלכולם בבייקונור היה ברור שמצבה הטכני של סויוז 2 לא טוב מזה של אחותה.

מחדר הבקרה הורו לקומארוב לפתוח בתהליכים מזורזים לחזרה לכדור הארץ. למרות כל הכשלים והבעיות, נראה היה שלחללית יש סיכוי טוב לנחות בשלום על הקרקע- אם כי כחמישים ק"מ ממקום הנחיתה המתוכנן.
צוות החילוץ הוזעק לאזור הנחיתה החדש, ומרחוק איתרו את החללית על הקרקע כשהמצנח פרוש לידה. באותו הרגע, ראו המחלצים את רקטות הבלימה של החללית נכנסות לפעולה. זה היה סימן רע מאוד, מכיוון שרקטות הבלימה אמורות לפעול, באופן עקרוני, כשהחללית עדיין באוויר.

כשהתקרב צוות החילוץ התבררה האמת העגומה- סויוז 1 הייתה שבורה ומרוסקת לחלוטין. בחקירה מאוחרת נקבע כי החללית הצליחה לחדור לתוך האטמוספירה בשלום, אבל אז כשל המצנח הראשי ולא נפתח כהלכה. המצנח הרזרבי נפתח- אבל החוטים שלו הסתבכו זה בזה. סויוז 1 התרסקה על האדמה במהירות של כמאה וארבעים קילומטרים בשעה, וקומארוב נהרג במקום- האדם הראשון שמצא את מותו על מזבח כיבוש החלל. השמועה אומרת שקומארוב קילל את בקרי הטיסה והמהנדסים של סויוז כל הדרך למטה.

שנתיים לאחר מכן, 1969, הייתה החללית סויוז 5 בדרכה חזרה אל הקרקע, כשעל סיפונה הקוסמונאוט בוריס וולינוב. החללית הייתה בנויה משני חלקים, או 'מודולים'. מודול השרות היה החלק שבו עבדו הקוסמונאוטים בזמן שהייתם בחלל, ומודול החזרה היה החלק שאיתו היו אמורים לשוב אל כדור הארץ. השלב הראשון בתהליך החזרה הוא ניתוק מודול השרות ממודול החזרה- אבל משהו בשרשרת הפעולות השתבש. בוריס וולינוב מצא את עצמו דוהר אל תוך האטמוספירה כשמודול החזרה הקטן שלו מחובר עדיין למודול השרות הגדול והמסורבל, כמו שני תאומים סיאמיים.

בעקבות הצימוד הלא-צפוי, סויוז חמש נפלה הפוכה. מגן החום, החלק בתחתית החללית שאמור היה לשמור על וולינוב בחיים, היה כעת בסוף החללית- וכמובן, לא יעיל בכלל. בתוך זמן קצר החלו חלקים בחרטום הפגיע להשרף. עשן סמיך ורעיל החל חודר אל תוך החללית.
למזלו של וולינוב, החום העז המיס גם את החיבורים שבין מודול השרות ומודול החזרה. ברגע האחרון ממש התנתקו שני החלקים זה מזה. סויוז חמש התיישרה באוריאנטציה הנכונה, והנחיתה המשיכה כמתוכנן. המצנח הראשי נפתח בזמן אבל הסתבך בעצמו. הנחיתה הייתה קשה מספיק כדי שוולינוב ישבור כמה משיניו.
זאת ועוד, התקלות בזמן הנפילה גרמו לסויוז חמש לפספס את מקום הנחיתה המתוכנן שלה, וולינוב מצא את עצמו אי שם ביערות הרי אורל, בקור מקפיא של שלושים ושמונה מעלות מתחת לאפס. וולינוב, רוסי משופשף וקשוח, ארז את חפציו וצעד כמה קילומטרים בשלג עד שהגיע לכפר מקומי.

בכך לא נסתיימו צרותיה של תוכנית סויוז. ביוני 1971 שבה לכדור הארץ החללית סויוז 11. היא צנחה פחות או יותר בנקודת הנחיתה המיועדת שלה, וצוותי הקרקע מיהרו לסייע לשלושת הקוסמונאוטים לצאת ממנה. הם פתחו את דלת החללית, ולחרדתם גילו את כל חברי הצוות מתים.
החקירה העלתה שמטעני נפץ שהיו אמורים להתפוצץ בזה אחר זה כדי לנתק את מודול השרות מהחללית לפני הנחיתה- התפוצצו כולם בו זמנית. חור נפער בחללית, והאוויר ברח דרכו. שלושת הקוסמונאוטים היו קשורים לכיסאותיהם, ללא חליפות חלל. בתוך ארבעים שניות הכל נגמר.

לחזור ולטבוע

האמריקנים העדיפו להנחית את החלליות שלהם במימי האוקיינוס, ולא על היבשה, מסיבות מעשיות. בנחיתות קרקעיות יש להשתמש ברקטות מיוחדות שמאטות את החללית ממש רגע לפני הפגיעה בקרקע. נחיתה לתוך המים הרכים מבטלת את הצורך ברקטות הללו, ולכן מפשטת מאוד את התכנון ההנדסי. גם הסובייטים היו שמחים מאוד להמנע מהרקטות, אבל מכיוון שרוסיה היא ברובה יבשתית- לא הייתה להם ברירה. הם היו מוכרחים להנחית את החלליות שלהם על קרקע מוצקה, על אף כל הסכנות הכרוכות בכך.

ב-1961 ביצע האסטרונאוט גאס גריסום נחיתה לתוך מימי האוקיינוס ('ספלאש-דאון') בחללית מרקורי 4. המים היו סוערים למדי, אבל נראה שהנחיתה עברה בהצלחה וגריסום התפנה לשחרר את עצמו מחגורות הכסא ולכתוב כמה מילים ביומן הטיסה.
לפתע נשמע פיצוץ עז. מנגנון הפתיחה של דלת החללית התפוצץ ללא התרעה. בתוך שניות ספורות החלה מרקורי 4 מתמלאת במים. גריסום הספיק למלט את עצמו החוצה, אבל לא אטם את חליפת החלל שלו וגם היא החלה צוברת מים.
שני מסוקי חילוץ התקרבו לחללית. בתחילה לא הבחינו הטייסים שגריסום נמצא במצוקה, ופנו להציל דווקא את קפסולת הנחיתה. מסוק אחד חיבר כבל אל ראש החללית, וניסה להרים אותה מעל פני הים. אבל מרקורי כבר הייתה מלאה במים, והחלה מושכת את המסוק יחד איתה אל המעמקים. כשהיו שלושת גלגליו של המסוק כבר ממש בתוך המים, החליט הטייס שאולי הגיע הזמן לוותר על הרעיון, ומרקורי ננטשה וצללה אל אובדנה.
טייס המסוק השני הבחין בגריסום המבוהל, שבשלב זה כבר היה כמעט על סף טביעה בעקבות המים שמילאו את החליפה שלו. אנשי החילוץ פעלו בחוכמה ומיד זרקו לגריסום חליפת ציפה, שהצילה את חייו.

על היבשה, מאוחר יותר, סערו הרוחות בנאס"א. המהנדסים שתכננו את החללית לא האמינו לגריסום שהוא לא נגע במפסק שמפעיל את מנגנון הפיצוץ של הדלת. הם רמזו שגריסום הפר את הנהלים ונגע (אולי ביהירות האסטרונאוטית הטיפוסית, לדעתם של המהנדסים) בדברים שלא היה אמור לגעת בהם. גריסום התעקש שלא היה קרוב אפילו לדלת בזמן הפיצוץ. הויכוח היה מעבר לעניין הנדסי גרידא, אלא קרב על יוקרתם של האסטרונאוטים. וולי שירא, עמיתו של גריסום, החליט להציל את כבודם האבוד של אנשי החלל: בנחיתה הבאה שלו על סיפונה של חללית מדגם מרקורי, הוא פוצץ באופן יזום את דלת הכניסה. הפיצוץ העז העיף בעוצמה את ידו שהייתה על המפסק. רק כשראו המהנדסים את ידו החבולה של שירא, הסכימו להודות שגריסום לא היה אשם, כנראה, בתאונה של מרקורי 4.

לאסטרונאוטים האמריקנים היו עוד צרות בלתי שגרתיות להתמודד עימן. אפולו 11, למשל, חזרה מהירח בביטחה- אבל אז נאלצו שלושת האסטרונאוטים לשהות בהסגר במשך שלושה שבועות תמימים. העולם בחוץ הריע לגיבורים שכבשו את אדמת הירח, בזמן שארמסטרונג, אלדרין וקולינס היו כלואים בחדרון קטן כדי לוודא שלא הביאו איתם חיידקים קטלניים בחללית.

דרך אגב, הפעם היחידה שחללית סובייטית נחתה לתוך מים הייתה בשנת 1976. סופת שלגים פתאומית הסיטה את סויוז 23 מנקודת ההגעה המתוכננת שלה, והחללית התרסקה לתוך אגם קפוא. המצנח התמלא מים, ואנשי הצוות המופתעים הפכו בבת אחת מקוסמונאוטים ל'צוללנואוטים'. למזלם הצליחו כוחות החילוץ להגיע למקום בזמן, ומשו בהצלחה את החללית מתוך האגם.

טיסת הניסוי הנועזת בהיסטוריה

שיטת האיוד, שבה כזכור עשו שימוש החלליות הראשונות, יעילה ביותר במצבים של חום עז למשך פרק זמן קצר יחסית. זה היה המצב בחלליות המוקדמות, שנפלו לכדור הארץ במסלול באליסטי, או במילים אחרות- כמו אבן שנופלת מהשמיים. לדגמים מתקדמים יותר, כמו חלליות אפולו, כבר הייתה יכולת עילוי מסוימת שהאטה את הנפילה, אבל לא באופן משמעותי.

מעבורת החלל האמריקנית חוללה מהפכה באופן שבו חוזרת חללית לכדור הארץ. את הנפילה הבאליסטית החליפה דאייה ארוכה ואיטית, כשבסיומה המעבורת נוחתת ברכות על מסלול- ממש כמו מטוס רגיל.
הדאייה הארוכה פרושה שתחתית המעבורת נחשפת לחום נמוך יחסית, אבל לפרק זמן ארוך. שיטת האיוד לא מתאימה לאופיין חום שכזה: שכבת ההגנה זקוקה לחום גבוה מאוד כדי להתאדות. לכן פנו המהנדסים לטכניקת הגנה אחרת בשם 'ספיגה'.
בטכניקת הספיגה, כפי שמרמז השם, חומר ההגנה סופח אליו את החום ואוגר אותו כדי למנוע ממנו לחדור אל גוף החללית. האריחים שבתחתית מעבורת החלל עשויים מחומר בעל כושר ספיגה ובידוד מדהימים ממש. אם מחממים את מרכזו של אריח כזה לטמפרטורה של אלף מעלות- עד שהוא ממש זורח באור לבן- ניתן להחזיק את האריח בקצוותיו בכף יד חשופה ללא שום הגנה. החיסרון העיקרי של אריחי ההגנה הוא שהם פריכים ונשברים בקלות יחסית. למעבורת אסור לטוס דרך גשם, למשל, כדי שהטיפות לא ישברו את האריחים העדינים.

אלה שגילו את החסרונות של אריחי הבידוד היו אנשי הצוות של המעבורת קולומביה- אבל אני לא מתכוון לטיסה הקטלנית של שנת 2003, אלא דווקא לטיסת הבכורה של קולומביה (ושל כל המעבורות בכלל) בשנת 1981.
בנאס"א כינו את ההמראה הראשונה של מעבורת החלל בשם 'טיסת הניסוי הנועזת ביותר בהיסטוריה'. כשתיאור כזה מגיע מתוך סוכנות החלל האמריקנית, שאנשיה כבר עשו כמה דברים מסוכנים בעבר, אפשר לנחש שלאסטרונאוטים שניבחרו למשימה- ג'ון יאנג ובוב קריפן- היו די הרבה פרפרים בבטן. מעבורת החלל הייתה אוסף של טכנולוגיות סופר-מתקדמות, שרבות מהן לא נבדקו מעולם בשטח.

כמו בכל טיסת ניסוי, גם בטיסת הבכורה של קולומביה נתגלו לא מעט בעיות וליקויים. החמורים מביניהם היו, כצפוי, בשלב החזרה לאטמוספירה.
הסתבר שהמודל האווירודינאמי שבו נעזרו בזמן תכנון המעבורת, לא היה נכון. מעל לטמפרטורה של 550 מעלות קלווין (כ-275 מעלות צלסיוס), האוויר מסביב לכנפיים מפסיק להתנהג כמו גז אידיאלי, ומתרחשות תופעות שונות ומשונות שיש לקחת בחשבון כשמתכננים את גוף המעבורת. המהנדסים טעו ובחרו במודל הגז האידיאלי, ולכן המעבורת הגיעה לזוויות בלתי צפויות במהלך הפניות, וכמעט איבדה את יציבות הטיסה.
בעיה נוספת הייתה אפילו חמורה יותר. בזמן ההמראה נוצר גל הלם שגרם לאחד ממדפי הזנב להתעוות, ולהגיע לזווית כפולה מזו שנחשבה בטוחה לטיסה. כשל של המדף בזמן הנחיתה היה גורם להתרסקות ודאית. האסטרונאוט ג'ון יאנג אמר, לאחר המשימה, שלו ידעו הוא וקריפן על התקלה הזו בזמן אמת- היו נוטשים את המעבורת ללא היסוס. בפועל, המדף החזיק מעמד וקולומביה ניצלה בנס.

תקלה נוספת שנתגלתה בטיסת הניסוי הייתה שחלק מאריחי הבידוד הותקנו שלא כהלכה, והתפרקו במהלך הכניסה לאטמוספירה. בעיות באריחי הבידוד המשיכו להציק למעבורות החלל לאורך כל השנים, עד האסון המפורסם של קולומביה לפני מספר שנים. במקרה הזה, פיסת ספוג קשיחה שפגעה בכנף בזמן ההמראה שברה כמה אריחי בידוד ופערה חור במעטפת ההגנה של המעבורת. בזמן החזרה לכדור הארץ חדר החום העז לתוך גוף החללית, המיס אותו ולבסוף הביא להתפרקותה של המעבורת ולמותם של כל אנשי הצוות- ביניהם, כמובן, אל"מ אילן רמון ז"ל.

ובכל זאת, לאטמוספירה יכולים להיות גם תפקידים חיוביים במשימות חלל. כששולחים חללית מהירה, נאמר אל כוכב לכת אחר, צריך לבלום אותה. אחת הטכניקות השימושיות ביותר מכונה 'אירוברייקינג' (בלימת אוויר, בתרגום חופשי). באיירובריקינג, החללית חודרת אל השכבות הגבוהות של האטמוספירה בכוכב היעד, ונעזרת בגזים הדלילים כדי לבלום את עצמה ללא נזק. לאחר ההאטה, החללית יוצאת שוב לחלל ומתייצבת במסלול נוח סביב הכוכב. הטכניקה הזו נוסתה בהצלחה במאדים, עם החללית מארס גלובר סורוויר, ובנוגה עם החללית מגלאן.

הכניסה הקשה ביותר לאטמוספירה אי פעם, דרך אגב, שייכת לגשושית 'גלילאו', בשנת 1995. גלילאו חדרה לתוך האטמוספירה העבה של כוכב הלכת צדק, מתוך מטרה לבחון את הסביבה הבלתי מוכרת הזו מקרוב מאוד.
המשימה שעמדה בפני מהנדסיה של גלילאו הייתה כמעט בלתי אפשרית. החללית הייתה צריכה לחדור לאטמוספירה במהירות של חמישים קילומטרים בשניה ואז להאיט למהירות נמוכה יותר ממהירות הקול בתוך פחות משתי דקות. המשמעות היא 230 כוחות ג'י שיפעלו על הגשושית בזמן ההאטה- כוח אדיר, כמעט קשה לתפיסה.
הכניסה הייתה אכן קשה: כמעט שליש ממשקל החללית, רוב רובו של מגן החום, התאדה ונעלם בזמן החדירה. אבל גלילאו עמדה בגבורה באתגר. המצנח נפרש, והגשושית הצליחה לשדר נתונים החוצה בזמן שנפלה כמאה וחמישים קילומטרים לתוך בטן הכוכב. כשטמפרטורת הסביבה עלתה למאה וחמישים מעלות צלסיוס, נשרף המצנח וגלילאו סיימה את חייה. סביר להניח שגוף הטיטניום של הגשושית שרד עוד שש וחצי שעות של נפילה חופשית לפני שהתאדה כליל, וגלילאו הפכה להיות חלק מהאטמוספירה של צדק.

ישנה עוד רשימה ארוכה של אתגרים ובעיות שהמהנדסים נתקלים בהם בבואם להחזיר את האסטרונאוטים בשלום ארצה. אם, למשל, הכניסה מתבצעת במסלול שטוח מדי- החללית עשויה לקפץ מעל האטמוספירה ממש כפי שאבן יכולה לקפץ מעל המים אם זורקים אותה בזווית המתאימה. קפיצה שכזו עלולה לגרום לחללית לעזוב את כדור הארץ ולא לחזור אליו לעולם.

הקשיים המרובים שמציבה החזרה לאטמוספירה מדגימים בברור עד כמה חשוב המימון הצבאי. הצבאות האמריקנים והסובייטים השקיעו מיליארדים של דולרים ורובלים בפיתוח טילים באליסטיים למטרות השמדה המונית של בני אדם. אלמלא הם, אף אחד לא היה יכול להרשות לעצמו לבזבז כל כך הרבה כסף על הנושא, ואנחנו היינו מפסידים מחקרים מדעיים חשובים מאין כמותם.

כדור נוצה

רק בשנים האחרונות אפשר לראות שינוי מסוים בתחום המימון של חקר החלל, ועימו גם שינוי טכנולוגי.
ביוני 2004 ביצעה החללית 'ספייסשיפ 1' את הטיסה המאויישת הראשונה לחלל במימון פרטי.

אחד האילוצים הברורים שבהבאת מטוס קטן לגובה רב הוא משקל נמוך, ומכאן שאי אפשר היה לצפות את ספייסשיפ 1 בחומרי בידוד כבדים ומסורבלים. הפתרון של מתכנני החללית היה לנסות גישה אחרת לגמרי: פתרון 'כדור הנוצה'.
כדור נוצה הוא הכדור המשונה שמשחקים איתו בדמינגטון: מעין כדור גומי שמעוטר במצנח קטן. צורה זו גורמת לכך שכדור הנוצה מסתדר תמיד במעופו כשכדור הגומי העגול מופנה קדימה, ולא משנה באיזו מהירות או באיזה כיוון מכים בו.
בספייסשיפ 1 מימשו המהנדסים כנף בעלת יכולת שינוי צורה. בגובה רב, הכנף משתנה לצורה שיוצרת את אפקט 'כדור הנוצה'. השינוי בזווית הכנף גורם לכך שהחללית מסתדרת, מעצמה וללא צורך בבקרה כלשהי, כשחרטומה מופנה לכיוון שיגרום לגרר הגדול ביותר האפשרי. גרר גדול, נזכיר, מביא לכך שנוצרת שכבת אוויר מבודדת שמגינה על החללית- וכך נמנע הצורך בחומר בידוד עבה. כשהחללית חוזרת אל שכבות האטמוספירה הנמוכות יותר, הכנף משנה צורה שוב והופכת לדאון שגרתי.

האם שיטת 'כדור הנוצה' היא הפתרון הזול והבטוח שיאפשר להפוך את המסע לחלל לשיגרתי כמו טיסה לקלאב בתורכיה? אין לדעת. בינתיים ניתן ליישם את הפתרון הזה רק במהירויות נמוכות יחסית, כך שחלליות החוזרות ממסלולי הקפה גבוהים יותר עדיין חייבות מגיני חום מסורבלים. במבט לאחור, יתכן והרגע שבו ריחף טייס הניסוי מייק מלוויל בגובה של כמאה קילומטרים מעל כדור הארץ, יראה לדורות הבאים כרגע שבו החל באמת עידן החלל. לכל הפחות, ישנם כמה חובבי בדמינגטון שיכולים לנפח את החזה בגאווה.