לוויינים המונעים במים? הדלק המהפכני שמשנה את הטיסות לחלל

הנעה באמצעות מים ללוויינים יכולה להשתמש בהנעת קיטור (רזיסטוג'ט), אלקטרוליזה למימן וחמצן לבעירה, או דחפי מים-פלזמה/יון להנעה עם ISP גבוה.
ה-Vigoride של Momentus Space משתמש במנוע מיקרוגל אלקטרותרמי (MET) שמחמם מים באמצעות אנרגיה סולארית, מרתיח אותם לפלזמה ויורה אותם כסילון עתיר אנרגיה.
בינואר 2023, ביצע ה-Vigoride-5 של Momentus 35 הפעלות מנוע והעלה את מסלולו בכ-3 ק"מ באמצעות הנעה במים בלבד.
ב-2018, לווייני HawkEye 360 Pathfinder ולוויין הרדאר של Capella Space השתמשו בדחפי המים Comet של DSI לשמירה על מסלול, מה שסימן את השימוש המסחרי הראשון במערכת הנעה במים בחלל.
ב-2019, שיגר קיובסאט AQT-D של אוניברסיטת טוקיו מה-ISS ובדק רזיסטוג'ט מים לשליטה בכיוון ולשינויים קטנים במסלול.
משימת Pathfinder Technology Demonstrator-1 (PTD-1) של נאס"א ב-2021 נשאה את מערכת ההנעה Hydros המבוססת על אלקטרוליזה של מים על קיובסאט 6U כדי להדגים הנעה באלקטרוליזה בחלל.
ArianeGroup מתכננת הדגמה במסלול של ESMS עד סתיו 2026 עם מנוע מים דו-מצבי שמבצע אלקטרוליזה של מים בכ-90 דקות, ואז מבצע בערה דו-פרופלנטית של 30 שניות, ומשיג ISP של כ-300 שניות ולפי הדיווחים חותך את עלויות ההנעה עד בשליש.
הדחף PBR-20 של Pale Blue (דחף של 1 mN, מעל 70 שניות ISP) נבדק ב-2019 וב-2023, דגם גדול יותר PBR-50 (10 mN) שוגר בתחילת 2024, והחברה מתכננת מנוע יונים במים בגודל 1U – הראשון בעולם – על שני שיגורי rideshare של D-Orbit ב-2025.
עד 2024, דחפי מים הפכו לחלק מציי לוויינים מבצעיים, כאשר לווייני Hawkeye 360, Capella ו-BlackSky Gen-2 משתמשים בהנעת מים Comet לשמירה על מסלול.
הדגמת WINE מ-2019 של UCF ו-Honeybee Robotics כרו קרח אסטרואיד מדומה כדי להפיק מים ולהפעיל דחף רקטת קיטור, והמחישה את הפוטנציאל לתדלוק בחלל ול"חיים מהשטח".

דמיינו עתיד שבו לוויינים מונעים לא על ידי דלקים רעילים או גזים נדירים, אלא על ידי מים פשוטים. זה אולי נשמע כמו מדע בדיוני, אבל מנועי לוויין המונעים במים הופכים במהירות למציאות. מערכות הנעה חדשניות אלו משתמשות ב-H₂O כדחף – או על ידי פליטת קיטור מחומם במיוחד או על ידי פירוק המים למימן וחמצן לבעירה – כדי לתמרן חלליות במסלול. היתרון ברור: מים הם זולים, זמינים, ירוקים, ובטוחים בהרבה לשימוש לעומת דלקי רקטות מסורתיים esa.int, nasa.gov. כפי שאמר האסטרונאוט בדימוס כריס הדפילד, היכולת להניע חלליות באמצעות אנרגיה סולארית ומים מזוקקים בלבד היא "חירות אדירה", במיוחד מאחר שמים זמינים מאוד בחלל (ממכתשי הירח ועד קרח שבכוכבי שביט) spaceref.com. בדו"ח זה נעמיק כיצד פועלת הנעה במים, יתרונותיה וחסרונותיה, והפריצות הדרך האחרונות (עד 2025) שמקדמות את הטכנולוגיה הזו מהדגמות ניסיוניות לשימוש נרחב.

איך פועלים דחפורים לווייניים המונעים במים?

מים לבדם לא נשרפים כמו דלק קונבנציונלי – הם המסה הריאקטיבית שמקבלת אנרגיה ונפלטת כדי לייצר דחף. יש כמה דרכים מבריקות שבהן מהנדסים הפכו מנועים המונעים במים לאפשריים:

הנעה באמצעות קיטור (דחפורים אלקטרותרמיים): הגישה הפשוטה ביותר היא לחמם מים לאדים בלחץ גבוה ולפלוט אותם דרך נחיר כדי לייצר דחף. עיצובים אלה של "רקטת קיטור" או רזיסטוג'ט משתמשים בגופי חימום חשמליים או באנרגיית מיקרוגל להרתחת המים. לדוגמה, הרכב Vigoride של Momentus Space משתמש בדחפור אלקטרותרמי במיקרוגל (MET) ש"מחמם מים באמצעות אנרגיה סולארית במיקרוגל" עד שהם רותחים והופכים לפלזמה, הנפלטת כסילון עתיר אנרגיה spaceref.com. זה דומה להתקנת נחיר על קומקום או מיקרוגל – האדים החמים הנפלטים דוחפים את הלוויין. דחפורים מבוססי קיטור הם בעלי דחף נמוך אך בטוחים מאוד ופשוטים מכנית. הסטארט-אפ היפני Pale Blue הוכיח מערכת כזו במסלול ב-2023, כשהשתמש ברזיסטוג'ט מים כדי לשנות את מסלולו של לוויין סוני קטן בכמה קילומטרים phys.org. העיצוב של Pale Blue שומר מים בלחץ נמוך ומאדה אותם בטמפרטורות מתונות, גישה שאישרה שתי דקות של הפעלה רצופה בחלל phys.org.

לפצל מים לגזי מימן וחמצן

Hydros

spinoff.nasa.gov

"היבריד של הנעה חשמלית וכימית"

spinoff.nasa.gov

ariane.group

esa.int

"להידרזין יש דחף סגולי של 200 שניות לעומת 300 שניות למים,"

ariane.group

יונים ומנועי פלזמה המשתמשים במים: מים יכולים לשמש גם כדחף במערכות הנעה חשמליות מתקדמות. בעיצובים אלו, אדי מים מייננים או מעוררים לפלזמה, ואז מואצים באמצעות שדות אלקטרומגנטיים ליצירת דחף (בדומה למנוע יונים המשתמש בגז קסנון). לדוגמה, Pale Blue מפתחת מנוע יונים מבוסס מים המשתמש במקור פלזמה מיקרוגל כדי לאטום מולקולות מים ולפלוט יונים ליצירת דחף phys.org. מערכות כאלה יכולות להגיע לדחף סגולי גבוה בהרבה (500+ שניות) מכיוון שהדחף נפלט במהירויות קיצוניות reddit.com. באופן דומה, חוקרים בדקו מנועי arcjet המוזנים במים (כ-550 שניות דחף סגולי) ומנועי פלזמה מיקרוגל (עד 800 שניות דחף סגולי) reddit.com – ביצועים המשתווים או עולים על רבים מהמנועים החשמליים המתקדמים ביותר כיום. האתגר כאן הוא ניהול יצירת הפלזמה ומניעת קורוזיה של האלקטרודות מתוצרי הלוואי של המים. אך הפוטנציאל עצום: מנועי מים בעלי דחף סגולי גבוה עשויים להפוך את המים ליעילים יותר מבחינת מסה מדלקים מסורתיים למשימות מסוימות reddit.com. אלו עדיין טכנולוגיות מתפתחות; ההדגמות הראשונות במסלול של מנוע יונים מבוסס מים של Pale Blue מתוכננות ל-2025 בשתי משימות עם חללית הנשיאה של D-Orbit payloadspace.com. בעתיד, מנועים היברידיים עשויים אף לשלב מצבים – למשל מערכת כפולה המציעה דחף קיטור חזק בעת הצורך והנעה יונית יעילה לשיוט ממושך phys.org.

בכל המקרים, הרעיון המרכזי הוא שימוש באנרגיה חשמלית (מלוחות סולאריים) להוספת אנרגיה קינטית למסת מים ולפלוט אותה להנעה. המים עצמם הם אינרטיים ולא רעילים, מה שהופך אותם לנוחים במיוחד – ניתן לאחסן אותם כנוזל (אין צורך במכלים בלחץ גבוה בשיגור) והם לא יתפוצצו או ירעילו את המטפלים בהם. ההנעה “מתעוררת” רק כאשר הלוויין נמצא בבטחה במסלול ויש חשמל זמין לחימום או אלקטרוליזה של המים. אופיו המיידי של הפתרון הוא בדיוק הסיבה לכך ש-NASA משקיעה במנועי דחף מבוססי מים ללוויינים קטנים: “PTD-1 יענה על צורך זה עם ההדגמה הראשונה של מערכת הנעה בחלל המבוססת על אלקטרוליזה של מים,” אמר דיוויד מאייר, מנהל פרויקט לניסוי ב-2021 nasa.gov. הסעיפים הבאים יבדקו מדוע הרעיון כה אטרקטיבי – ואילו אתגרים עדיין נותרו.

יתרונות ההנעה במים

בטיחות ופשטות: דלקי לוויין מסורתיים כמו הידראזין או קסנון הם רעילים מאוד, קורוזיביים, או דורשים דחיסה גבוהה. מים, לעומת זאת, הם “דלק הרקטי הבטוח ביותר שאני מכיר,” מציין מאייר nasa.gov. הם לא רעילים, לא דליקים ויציבים בטמפרטורת החדר, מה שמפשט ומוזיל את תהליך השילוב והשיגור nasa.gov. אין צורך בחליפות מגן או נהלי תדלוק מסובכים – “אתה יכול לתת לסטודנטים לתואר ראשון לשחק עם זה, והם לא ירעילו את עצמם,” מתלוצץ מנכ"ל Tethers Unlimited spinoff.nasa.gov. גורם הבטיחות הזה קריטי במיוחד עבור CubeSats המשותפים לשיגור עם מטענים עיקריים יקרים, שם כללים מחמירים אוסרים לרוב חומרי נפץ או מכלים בלחץ גבוה nasa.gov. מערכות מונעות מים נשארות בטוחות עד להפעלתן במסלול, מה שמפחית חששות בטיחותיים. זה פתח את הדלת גם ללוויינים זעירים לקבל הנעה, מה שבעבר היה אסור בשל מגבלות בטיחות הדלק.

עלות נמוכה ונפוצות: מים זולים מאוד וזמינים בכל מקום. אין צוואר בקבוק בשרשרת האספקה – כל אתר שיגור בעולם יכול להשיג מים טהורים בקלות (ואף לשפוך מעט ללא השלכות). "מים זמינים בכל מקום על פני כדור הארץ וניתן להוביל אותם ללא סיכון," מדגיש ניקולס הרמנסה מ-ArianeGroup, שמביע ביטחון כי "המים הם הדלק של העתיד" ariane.group. ליטר מים עולה אגורות, בעוד שדלקים חשמליים אקזוטיים כמו גז קסנון חוו תנודות במחיר ובאספקה. גם החומרה של מנועי מים יכולה להיות זולה יותר: אין צורך במכלי לחץ כבדים או בצנרת מחומרים רעילים. בסך הכול, שימוש במים יכול להוזיל את עלות מערכת ההנעה פי שלושה לעומת מערכות קונבנציונליות, לפי הערכות ArianeGroup ariane.group. סוכנות החלל האירופית מצאה כי לוויין במשקל טון אחד יכול לחסוך כ-20 ק"ג מסה על ידי מעבר מהידרזין למנוע אלקטרוליזה של מים, בנוסף ל-"הפחתה משמעותית בעלויות הטיפול והתדלוק" esa.int esa.int. עבור מפעילים מסחריים, חיסכון זה במסה ובכסף מתורגם ליותר מטען ולפחות סיכון.

תדלוק בחלל וקיימות: אולי היתרון המרגש ביותר הוא כיצד הנעה באמצעות מים יכולה לאפשר תשתית חלל בת-קיימא. מים אינם נפוצים רק על פני כדור הארץ – הם מצויים בשפע ברחבי מערכת השמש. מרבצי קרח על הירח, מאדים, אסטרואידים וירחים כמו אירופה הם למעשה "תחנות דלק חלליות" שממתינות לניצול mobilityengineeringtech.com. בניגוד לדלקים רעילים שדורשים מפעלים כימיים מורכבים לשם ייצורם מחוץ לכדור הארץ, ניתן לכרות מים ולהשתמש בהם ישירות כחומר הנעה לאחר עיבוד מינימלי. לכך יש השלכות עצומות על חקר החלל העמוק: חללית תוכל למלא את מיכליה מחדש על ידי איסוף קרח ביעד ולהמשיך במסעה ללא הגבלה. הדגמה פורצת דרך של רעיון זה התבצעה ב-2019 כאשר צוות מאוניברסיטת UCF וחברת Honeybee Robotics בחן את אב-הטיפוס WINE (World Is Not Enough), נחתת קטנה שכרתה קרח אסטרואידי מדומה והשתמשה בו ליצירת דחף רקטי באמצעות קיטור en.wikipedia.org. WINE קדחה בהצלחה ברגולית קפואה, הפיקה מים וקפצה בתא ואקום באמצעות סילון קיטור – והוכיחה שכלי רכב יכול "לחיות מהשטח" ולתדלק את עצמו עבור "חקר נצחי" en.wikipedia.org. בטווח הארוך, חלליות המונעות במים יוכלו לנדוד מאסטרואיד לאסטרואיד מבלי להזדקק לאספקה חוזרת מכדור הארץ en.wikipedia.org. אפילו בפעילות קרובה לכדור הארץ, חברות כמו Orbit Fab בוחנות את המים כמועמד לשירותי תדלוק במסלול, בשל קלות הטיפול בהם. כל זה הופך את ההנעה במים לאבן יסוד עבור הכלכלה בחלל שמובילי חזון מנסים לבנות: "אנחנו רואים במים משאב יסוד שהוא המפתח לכלכלה הזו," אומר הויט, שמפתח דחפי Hydros מהדור הבא עם יציאות תדלוק לחיים בלתי מוגבלים spinoff.nasa.gov.

ניקיון סביבתי ותפעולי: בתור דלק ירוק, מים אינם מייצרים פליטה רעילה – רק אדי מים או עקבות של מימן/חמצן שמתפזרים במהירות. זה מצוין לא רק לסביבה של כדור הארץ אלא גם למערכות רגישות של לוויינים. חיישנים אופטיים או עוקבי כוכבים לא יתכסו בשאריות, ואין סיכון לפגיעת שובל קורוזיבי במשטחים עדינים mobilityengineeringtech.com. כריס הדפילד מציין שמנועי דחף מבוססי מים אידיאליים למשימות שירות כמו הגבהת טלסקופ החלל האבל המזדקן, כי הם "לא יכולים לרסס [את האבל] בשום שארית של דלק" spaceref.com. הדחף העדין והמבוקר של מנוע פלזמה מים יכול להעלות או להוריד מסלולים בלי הזעזועים החזקים של מנועים כימיים, מה שמפחית מאמץ מכני במהלך פעולות עדינות spaceref.com. לסיכום, הנעה במים לא רק ידידותית יותר למי שמשגר ובונה לוויינים, אלא גם ללוויינים עצמם ולשכניהם השמימיים.

איור של לוויין קטן המשתמש במנוע דחף מבוסס מים במסלול. הנעה בדלק מים יכולה להתבצע על ידי חימום חשמלי או אלקטרוליזה של מים ליצירת דחף, ומציעה חלופה בטוחה ו"ירוקה" יותר לרקטות כימיות מסורתיות nasa.gov nasa.gov.

אתגרים ומגבלות

אם הנעה במים כל כך טובה, למה לא כל הלוויינים כבר משתמשים בה? כמו בכל טכנולוגיה חדשה, יש פשרות ואתגרים שצריך להתגבר עליהם:

דחף נמוך יותר (בחלק מהמצבים): מנועי רזיסטוג'ט מים טהורים נוטים להפיק דחף נמוך למדי בהשוואה לרקטות כימיות. הרתחת מים מאפשרת לפלוט אותם רק במהירות מוגבלת (בדרך כלל מניבה אימפולס סגולי בסדר גודל של 50–100 שניות עבור מנועי קיטור פשוטים reddit.com, blog.satsearch.co). זה מתאים לקיובסאטים קטנים המבצעים תיקונים עדינים, אך המשמעות היא שתמרונים מתבצעים באיטיות. מנוע קיטור עם Isp של 50 שניות מספק "תמורה נמוכה בהרבה לכסף שלך" מבחינת אימפולס לעומת מנוע הידרזין טיפוסי עם 300 שניות reddit.com. התעשייה מתמודדת עם זה על ידי מעבר לשיטות עתירות אנרגיה יותר כמו מנועי פלזמה (Isp של 500+ שניות) ושריפת דו-פרופלנט מים (~300 שניות Isp) reddit.com, ariane.group. ובכל זאת, יחס דחף-להספק הוא גורם מגביל – יש צורך בהספק חשמלי רב כדי להפיק דחף משמעותי ממים. בלוויינים קטנים, ההספק מוגבל, ולכן יש תקרת דחף אלא אם כן הם נושאים פאנלים סולאריים גדולים או מקורות כוח אחרים. זו הסיבה שגם מנועי יונים מימיים הטובים ביותר יתאימו להרמת מסלול איטית, לא להעברות מסלול מהירות (בינתיים). מהנדסים חייבים לשקול בזהירות אם דרישות הדלתא-V והתזמון של המשימה ניתנות למימוש עם מנוע מים חשמלי או שיש צורך במערכת כימית עתירת דחף יותר.

דרישות אנרגיה וחום: מים אולי קלים לאחסון, אבל הפיכתם לגז חם או פלזמה דורשת הרבה אנרגיה. אלקטרוליזה במיוחד צורכת הרבה אנרגיה – פיצול מים הוא תהליך לא יעיל מטבעו, ואז עדיין צריך להצית את הגזים. האלקטרולייזרים והמחממים מוסיפים מורכבות ויכולים להיות נקודות כשל. ניהול החום הוא עניין נוסף: מערכות רתיחה או פלזמה יכולות לפעול בחום גבוה, וזה קשה בוואקום של החלל שבו קירור הוא אתגר. הויט מ-Tethers Unlimited ציין את אתגרי החומרים בהתמודדות עם "מימן, חמצן וקיטור מחומם מאוד" – קורוזיה וזיהום עלולים בקלות לפגוע במערכת spinoff.nasa.gov. מהנדסים חייבים להשתמש בציפויים מיוחדים ובמים טהורים במיוחד כדי למנוע לכלוך של האלקטרודות ולהבטיח אורך חיים ארוך spinoff.nasa.gov. בעיות אלו נפתרות בהדרגה (עם חומרים טובים יותר ובידוד האלקטרולייזר מתא הבעירה, למשל), אך נדרשו שנים של מו"פ כדי ליצור מנוע אמין. למעשה, למרות שנו"ס"א העלתה תיאוריות על רקטות מים מאז שנות ה-60, רק לאחרונה הופיע "מנוע אלקטרוליזה של מים מעשי" בשל המכשולים הטכניים הללוspinoff.nasa.gov.

ביצועים לעומת נפח אחסון: מים תופסים נפח רב. יש להם צפיפות סבירה (1 גר'/מ"ל, בדומה לדלקים נוזליים רבים) אך אין להם אנרגיה כימית משלהם. המשמעות היא שבמשימות עם דלתא-V גבוה, מיכל דלק מים עשוי להיות גדול יותר ממיכל של דלקים אנרגטיים יותר. היתרון של מים הוא שמנועים מתקדמים יכולים להזרים אנרגיה חיצונית כדי לפצות על כך. לדוגמה, מנוע מיקרוגל אלקטרותרמי שמזרים 5 קילוואט למים יכול להגיע לכ-800 שניות ISP reddit.com, ובכך להפיק יותר ביצועים מכל טיפה של מים. אבל רמות ההספק הללו זמינות רק בחלליות גדולות יותר. לוויינים קטנים עשויים להיות מוגבלים ל-ISP נמוך יותר, מה שהופך את המים לפחות יעילים עבורם מבחינת מסה. יש גם את נושא ניהול מים במסלול: מים עלולים לקפוא אם הצנרת או המיכלים לא מחוממים, או לגרום לאי יציבות בדחף אם הם מתאדים באופן בלתי צפוי. מהנדסים מתמודדים עם זה באמצעות בקרה תרמית קפדנית וויסות לחץ (למשל, שמירה על מים בלחץ קל כדי שיישארו נוזליים עד שמיועדים להתאדות phys.org). בנוסף, למרות שמים אינם בלחץ בשיגור, יש מערכות שדורשות להפעיל עליהם לחץ בחלל (או לאחסן את הגזים המפורקים במיכלים בלחץ). זה מחזיר חלק מהמורכבות של מערכות בלחץ, אם כי רק לאחר ההגעה למסלול. מתכנני משימות חייבים גם להתחשב באיבוד דלק באידוי – מים במיכל מחומם עלולים לדלוף או להתאדות במהלך משימה ארוכה אם לא נאטמו וקוררו כראוי.

מורשת טיסה ואמון: נכון ל-2025, הנעה באמצעות מים היא עדיין שחקן חדש יחסית בציי לוויינים מבצעיים. מפעילי לוויינים רבים נוקטים בגישת "נחכה ונראה", ורוצים להיות בטוחים שהטכנולוגיה מוכחת. מאמצים מוקדמים כמו HawkEye 360 (שהטיסו דחפי מים ב-2018) ותוכנית Star Sphere של סוני (2023) סייעו לבנות אמון geekwire.com, phys.org. אך לקוחות שמרנים עשויים לדרוש עוד הדגמות, במיוחד למשימות קריטיות, לפני שיוותרו על דחפים כימיים ותיקים ומנוסים. היו גם תקלות קלות: לדוגמה, משימת Pathfinder Technology Demonstrator-1 (PTD-1) של נאס"א ב-2021 נועדה להוכיח את דחף Hydros של Tethers במסלול nasa.gov. למרות שהמשימה הייתה מוצלחת ברובה, כל חריגה או ביצועים נמוכים (אם התרחשו) הם שיעורים שישופרו בגרסאות עתידיות. ראוי לציין שאפילו ניסויים מוצלחים היו עד כה בעלי משך מוגבל (דקות של הפעלה). עמידות ארוכת טווח של מערכות אלו (מאות הפעלות לאורך שנים) נמצאת בבדיקה אך טרם אומתה לחלוטין בחלל. זה משתנה במהירות כאשר חברות כמו Momentus כבר הפעילו את דחפי המים שלהן עשרות פעמים במסלול nasdaq.com. כל משימה חדשה מרחיבה את הגבול, ומקרבת את הנעת המים לאפשרות מרכזית. בינתיים, מהנדסים ורגולטורים בוחנים בקפידה את הדחפים הללו כדי לקבוע תקנים ונהלים מיטביים (למשל, לוודא שלוויין "המונע במים" יוכל להיכנס בבטחה לאטמוספירה בסוף חייו על ידי שמירת מעט מים לשריפת דה-אורביט סופית – דרישה למניעת פסולת חלל).

בקיצור, המגבלות של הנעה במים – דחף מיידי נמוך יותר, צריכת אנרגיה, וסיכון של טכנולוגיה בשלבי פיתוח מוקדמים – משמעותן שזו עדיין לא פתרון קסם לכל תרחיש. אך ההתקדמות המהירה בשנים האחרונות מצביעה על כך שהאתגרים הללו נפתרים בזה אחר זה, כפי שנראה בהמשך בהקשר של משימות ושחקנים בפועל.

חידושים מוקדמים ואבני דרך היסטוריות

הקונספט של שימוש במים כדלק רקטי לחלל מרחף כבר עשרות שנים. חוקרי נאס"א בעידן אפולו זיהו שניתן להפוך מים למימן/חמצן – אותו שילוב עוצמתי שהניע את מעבורות החלל – אם יש אנרגיה זמינה בחלל spinoff.nasa.gov. אך לאורך המאה ה-20, הרעיון נותר על לוח השרטוטים; רקטות כימיות עם דלקים רעילים הניתנים לאחסון היו פשוט בשלות יותר וסיפקו דחף גבוה יותר לטכנולוגיה של אותה תקופה. רק עם מזעור הלוויינים והתקדמות בהספק החשמלי, הנעה במים קיבלה רלוונטיות מחודשת. הנה כמה אבני דרך מוקדמות מרכזיות שהובילו למצב הנוכחי:

2011–2017: עליית קיובסאטים (לוויינים זעירים הבנויים מקוביות של 10 ס"מ) יצרה צורך במנועים זעירים ובטוחים באותה מידה. קבוצות מחקר החלו לבחון מחדש את המים כדלק אידיאלי לקיובסאט, שכן ספקי שיגור רבים אסרו דלקים כימיים במטעני משנה. ב-2017, צוות מאוניברסיטת פרדו בראשות פרופ' אלינה אלכסיינקו הציג מיקרו-מנוע בשם FEMTA (Film-Evaporation MEMS Tunable Array) המשתמש במים מטוהרים במיוחד mobilityengineeringtech.com. FEMTA השתמש בנימים של 10 מיקרון שצרובים בסיליקון; מתח פנים שומר על המים במקומם עד שמחמם מרתיח אותם, ומשגר סילוני אדים זעירים. בניסויים בתא ואקום, מנוע FEMTA הפיק דחף נשלט בטווח של 6–68 מיקרו-ניוטון עם אימפולס סגולי של כ-70 שניות futurity.org, sciencedirect.com. ארבעה מנועי FEMTA (עם כמות כוללת של כף מים בערך) יכלו לסובב קיובסאט 1U בפחות מדקה תוך שימוש ב-0.25 ואט בלבד mobilityengineeringtech.com. זה היה פריצת דרך שהראתה שגם מערכות בהספק נמוך מאוד יכולות להעניק שליטה אפקטיבית בעמדת הלוויין באמצעות מים. אלכסיינקו הדגישה את יתרון המים לא רק במסלולים סביב כדור הארץ אלא גם לשימוש במשאבים בחלל – "סבורים שמים מצויים בשפע על ירח מאדים פובוס, מה שהופך אותו לתחנת דלק ענקית פוטנציאלית בחלל… [ו] לדלק נקי מאוד" mobilityengineeringtech.com.
2018: השימוש המבצעי הראשון בהנעה באמצעות מים במסלול התרחש. סטארטאפ אמריקאי בשם Deep Space Industries (DSI) פיתח את הדחף האלקטרותרמי Comet, מכשיר קטן שמרתיח מים ויורה אותם החוצה לצורך תמרון לוויינים קטנים. בדצמבר 2018, דחפי ה-Comet של DSI טסו על ארבעה לוויינים מסחריים: שלושה עבור קבוצת לווייני התדר הרדיו HawkEye 360 ואחד עבור הדגמת דימות הרדאר של Capella Space geekwire.com. לוויינים קטנים אלה השתמשו בהצלחה בהנעה מבוססת מים כדי לשנות את מסלולם, מה שסימן את הופעת הבכורה של מנועים המונעים במים שפועלים בחלל. בערך באותו זמן, קיובסאט יפני בגודל 3U בשם AQT-D (Aqua Thruster-Demonstrator), שפותח באוניברסיטת טוקיו, שוגר מה-ISS. ה-AQT-D בדק מערכת resistojets מבוססת מים במסלול בסוף 2019, והדגים שינויים בכיוון ובמסלול קטן; זה היה אחד הניסויים הראשונים של יפן בהנעה מבוססת מים בחלל, שהניח את היסודות לסטארטאפ Pale Blue בהמשך blog.satsearch.co.
2019: העניין של נאס"א בהנעה מבוססת מים עבר מתיאוריה לפרקטיקה. חברת Tethers Unlimited, במסגרת חוזי SBIR של נאס"א ושותפות "Tipping Point", סיפקה דחף מוכן לטיסה בשם HYDROS-C עבור קיובסאטיםspinoff.nasa.gov spinoff.nasa.gov. נאס"א שילבה אותו במשימת Pathfinder Technology Demonstrator 1 (PTD-1), קיובסאט בגודל 6U. למרות שהשיגור נדחה ל-2021, המשימה נועדה להיות "הדגמה ראשונה של מערכת הנעה מבוססת אלקטרוליזה של מים בחלל" nasa.gov. עצם האישור של מטען הנעה מבוסס מים העיד על אמון נאס"א בבטיחותו ובשימושיותו למשימות קטנות. במגזר הפרטי, DSI נרכשה על ידי Bradford Space ב-2019 geekwire.com, מה שהעביר את המיקוד של DSI כולו להנעה. Bradford המשיכה לשווק את דחף ה-Comet כחלופה לא רעילה ללוויינים קטנים, ואפילו אינטגרטורים גדולים שמו לב – LeoStella (היצרנית של קבוצת לווייני התצפית של BlackSky) החליטה לאמץ את דחפי המים Comet עבור הלוויינים הבאים שלה geekwire.com. עד סוף 2019, המומנטום היה ברור: הנעה מבוססת מים עברה מאבות-טיפוס במעבדה לחלליות אמיתיות ומשכה השקעות רציניות.
2020–2021: מספר אירועים משמעותיים שמרו את מנועי הדחף המונעים במים בכותרות. סטארטאפ מוושינגטון בשם Momentus Inc. הופיע עם תוכניות נועזות לגרירות חלל (רכבי העברה מסלוליים) המונעות על ידי מנועי פלזמה מים. Momentus, שהוקמה במשותף על ידי יזם רוסי, משכה תשומת לב בזכות הבטחותיה ל“water plasma propulsion”, אם כי מכשולים רגולטוריים עיכבו את השיגורים הראשונים שלה ל-2021. בינתיים, בשנת 2020, סטארטאפ יפני בשם Pale Blue Inc. התפצל ממעבדות אוניברסיטת טוקיו, במטרה למסחר את הנעת המים בשוק היפני והעולמי phys.org. מפת הדרכים שלהם כללה יחידות resistojets קטנות ומנועי יון ומנועי הול מתקדמים יותר המשתמשים במים. בתחילת 2021, נאס"א שיגרה סוף סוף את PTD-1 (ברכבת השיגור Transporter-1 של SpaceX) שנשא את מנוע Hydros nasa.gov. במהלך משימה של 4-6 חודשים, PTD-1 תוכנן לבצע שינויים במסלול באמצעות דלק מים, ולהוכיח את הביצועים והאמינות הנדרשים לשימוש עתידי nasa.gov. משימה זו היוותה שיא של כמעט עשור של עבודה של Tethers ונאס"א, והראתה שאפילו לוויין בגודל קופסת נעליים יכול להכיל “low-cost, high-performance propulsion system” המשתמש במים nasa.gov. בשנת 2021 השלימה גם סוכנות החלל האירופית מחקר על היתכנות הנעה במים, וזיהתה אותה כאופציה מובילה לסוגי משימות מסוימים (במיוחד לווייני LEO במשקל טון אחד), מה שעודד חברות כמו OMNIDEA-RTG מגרמניה להתחיל בפיתוח באירופה esa.int esa.int.

ההיסטוריה המוקדמת הזו סללה את הדרך להוכחת הרעיון ולאימוץ ראשוני. כעת נבחן את השחקנים הנוכחיים שמגדילים את היקף הנעת המים ואת המשימות שמדגימות את יכולותיה.

שחקני מפתח המניעים את הנעת המים קדימה

עד 2025, אקוסיסטם תוסס של חברות וסוכנויות חלל דוחף את ההנעה מבוססת המים מהדגמה ליישום. הנה כמה מהארגונים הבולטים ותרומתם:

Hydros

spinoff.nasa.gov

Momentus Inc. (ארה"ב): Momentus פיתחה Microwave Electrothermal Thruster (MET) ייחודי המשתמש במים ליצירת סילוני פלזמה, ושילבה אותו ברכב העברת המסלול Vigoride. למרות דרך רצופת מהמורות (כולל בדיקה רגולטורית אמריקאית ומיזוג SPAC שהתעכב), Momentus הצליחה להטיס מספר הדגמות של Vigoride בשנים 2022–2023. במהלך משימת Vigoride-5 בינואר 2023, Momentus "בדקה את מנוע ה-MET שלה במסלול עם 35 הפעלות", ואישרה את ביצועי המנוע במגוון שימושים nasdaq.com. באחד הניסויים, Vigoride-5 העלה את מסלולו בכ-3 ק"מ באמצעות הנעה מימית בלבד spaceref.com. חבר הדירקטוריון של החברה, כריס הדפילד, היה תומך נלהב, והדגיש ש-"אנו מוצאים הרבה יותר מים במערכת השמש שלנו" לשימוש כדלק, ושה-MET של Momentus הוא בעצם "דיזה על מיקרוגל" שיכולה אפילו להפוך מים לפלזמה להנעה spaceref.com. Momentus מציעה כעת שירותי "שאטל" בחלל, תוך ניצול העלות הנמוכה של מים כדי להתחרות במחיר. הם גם הציעו פרויקטים שאפתניים, כמו שימוש בגרר מבוסס מים להעלאת מסלול טלסקופ האבל כדי להאריך את חייו spaceref.com. בעוד Momentus עדיין מוכיחה את הכדאיות המסחרית שלה, אין ספק שקידמה את הטכנולוגיה בכך שהדגימה מערכת הנעה מימית הניתנת להרחבה במסלול מספר פעמים.
Pale Blue (יפן): סטארטאפ שנולד באוניברסיטת טוקיו, Pale Blue הוא השם שצריך לעקוב אחריו בתחום ההנעה במים באסיה. במרץ 2023, מנוע הרזיסטוג'ט במים של Pale Blue הניע את לוויין ה-EYE של סוני (במסגרת פרויקט Star Sphere) – הירי הראשון במסלול של מנוע מים יפני שפותח באופן פרטי phys.org. המנוע ביצע הפעלה של שתי דקות ששינתה את מסלול הקיובסאט כמתוכנן, ציון דרך משמעותי עבור החברה phys.org. Pale Blue מציעה מגוון מנועים: מסדרת ה-PBR- (10, 20, 50) מנועי רזיסטוג'ט ללוויינים קטנים, דרך מנוע היונים במים PBI שצפוי לצאת, ועד מנוע הול במים (PBH) שמתוכנן ל-2028 blog.satsearch.co. מנוע ה-PBR-20 שלהם (דחף של 1 mN, >70 שניות Isp) נבדק בטיסות ב-2019 וב-2023, ומנוע גדול יותר, PBR-50 (דחף של 10 mN), שוגר בתחילת 2024 למשימתו הראשונה blog.satsearch.co. ב-2025, Pale Blue צפויה להדגים את מנוע היונים במים הראשון בעולם בגודל 1U בשתי משימות rideshare של D-Orbit (ביוני ובאוקטובר) payloadspace.com. ממשלת יפן תומכת ב-Pale Blue באופן משמעותי – תוכנית מ-2024 העניקה לחברה עד 27 מיליון דולר לקידום הנעה מבוססת מים ליישומים מסחריים וביטחוניים (מה שמסמן עניין לאומי בהנעה לא רעילה ללוויינים). עם שותפויות (כמו עם החברה האיטלקית D-Orbit) ומימון משמעותי, Pale Blue שואפת לשנות את שוק ההנעה ללוויינים קטנים עם מערכות מים בטוחות וניתנות למילוי חוזר.
Bradford Space (ארה"ב/אירופה): לאחר שרכשה את Deep Space Industries בשנת 2019, Bradford Space ירשה את Comet water thruster ומאז סיפקה אותו למספר משימות לוויין. ה-Comet מוצג כ-"מערכת ההנעה במים המבצעית הראשונה בעולם" והוטמע אצל מספר לקוחות geekwire.com. בין השאר, לווייני הפת'פיינדר של HawkEye 360 ו-לוויין ההדגמה Whitney של Capella ב-2018 השתמשו כל אחד במנועי Comet לשמירה על מסלול geekwire.com. יצרנית הלוויינים LeoStella מסיאטל בחרה גם היא במנועי Comet לדור השני של לווייני הדימות BlackSky שהיא בונה, מה שמעיד על אמון באמינות של Comet geekwire.com. מנוע ה-Comet מספק דחף של כ-17 מילי-ניוטון ו-Isp של 175 שניות blog.satsearch.co, באמצעות מחמם אלקטרותרמי לפליטת אדי מים. Bradford משווקת אותו כתחליף "בטוח לשיגור" למערכות הידרזין בלוויינים קטנים ובינוניים blog.satsearch.co. עם משרדים בארה"ב ובאירופה, Bradford משלבת גם את טכנולוגיית Comet בתכנון משימות חלל עמוק עתידיות (למשל, אוטובוס החלל Xplorer המוצע למשימות אסטרואידים עשוי להשתמש בהנעה במים לתמרון בחלל העמוק geekwire.com). ככל שמספר הקונסטלציות גדל, ייצור מנועי המים המוכחים של Bradford ממקם אותה כספקית מפתח לחברות המעוניינות בהנעה לא מסוכנת בקנה מידה רחב.
ArianeGroup ושותפים אירופיים (האיחוד האירופי): באירופה, חברת התעופה והחלל הגדולה ArianeGroup מובילה את תחום ההנעה מבוססת מים, במטרה לצייד לווייני LEO ו-MEO מהדור הבא. באתר שלהם ב-Lampoldshausen שבגרמניה, צוות ArianeGroup בנה מנוע מים היברידי חשמלי-כימי (דומה מאוד לקונספט Hydros של Tethers) ariane.group. בסוף 2023 הם חשפו פרטים: המערכת מסוגלת לבצע אלקטרוליזה של מים בכ-90 דקות ואז לבצע בערה דו-פרופלנטית של 30 שניות, עם דחף סגולי כולל של כ-300 שניות ariane.group. העיצוב מודולרי וניתן להרחבה – ניתן להגדיל את מספר תאי האלקטרולייזר, את גודל המיכל או את מספר תאי הדחף כדי להתאים לדרישות לוויינים שונות ariane.group. ArianeGroup טוענת כי המערכת עשויה להיות "זולה פי שלושה" מהנעה כימית קיימת עבור קונסטלציות ariane.group. בתמיכת סוכנות החלל האירופית (ESA) ו-DLR (סוכנות החלל הגרמנית), ArianeGroup מתכננת הדגמה במסלול עד סתיו 2026 על לוויין ESMS, שישתמש במנוע המים להתאמות מסלול ולשמירה על מיקום ariane.group. הדגמה זו תאמת את פעולת האלקטרולייזר בתנאי מיקרו-כבידה ואת ביצועי המנוע הדו-מצבי בחלל. ההשקעה של אירופה מצביעה על כך שהם רואים בהנעה מבוססת מים חלופה תחרותית ובת-קיימא לרשתות לוויינים, במיוחד לאור רגולציות עתידיות שידרשו דלקים "ירוקים" להפחתת סיכוני שיגור.
סטארטאפים בולטים נוספים: מעבר לשמות הגדולים שצוינו לעיל, סטארטאפים רבים ברחבי העולם מחדשים בתחום ההנעה במים. Aurora Propulsion Technologies (פינלנד) מציעה דחפי מים מסדרת ARM קטנים עבור CubeSats, כולל מודולים לשליטה מלאה בשלושה צירים בלוויינים בגודל 1U–12U באמצעות מיקרו-סילוני מים זעירים blog.satsearch.co. SteamJet Space Systems (בריטניה) פיתחה את Steam Thruster One ואת דחף ה-“TunaCan”, שהם מנועי מים אלקטרותרמיים קומפקטיים המתאימים לנפח הלא מנוצל במפיצי CubeSat blog.satsearch.co. מערכות אלו נוסו בהצלחה בטיסה לפחות במשימת CubeSat אחת, ומראות שגם ננו-לוויינים יכולים לבצע תמרוני מסלול בעזרת מעט מים מחוממים blog.satsearch.co. בצרפת, ThrustMe (המוכרת בדחפי יון מבוססי יוד) בחנה מים כחומר הנעה בכמה קונספטים, ובאיטליה, סטארטאפים במימון סוכנות החלל האירופית (ESA) שוקלים גם הם מים לשימוש בשלבים עליונים של משגרים קטנים או גרורי מסלול. בנוסף, שחקן מסקרן הוא URA Thrusters, שהציגה מערכות הנעה במים – מדחף הול שיכול להשתמש באדי מים או חמצן blog.satsearch.co, דרך דחפי אלקטרוליזה “ICE” המשלבים פיצול מים בקנה מידה MEMS ושריפה blog.satsearch.co, ועד ל-Hydra hybrid המשלב מדחף הול עם מנוע כימי לביצועים גמישים blog.satsearch.co. למרות שחלק מהפיתוחים עדיין בשלבי תכנון, רוחב היריעה מדגיש נקודה: הנעה במים אינה גימיק חד-פעמי, אלא תנועה טכנולוגית רחבה שמושכת חדשנים מכל העולם.

אב-טיפוס טיסה של מערכת ההנעה במים HYDROS-C של Tethers Unlimited עבור CubeSats. יחידה קומפקטית זו מכילה מיכלי מים, אלקטרולייזר, שקיות גז ודיזה רקטית spinoff.nasa.gov. מערכות כאלה נשארות אינרטיות עד להגעה למסלול, אז משתמשים באנרגיה סולארית לפיצול המים לדלקי מימן/חמצן לצורך דחף.

משימות ואבני דרך: הנעה במים בפעולה

משימות חלל בפועל בשנים האחרונות הוכיחו את היתכנות ההנעה באמצעות מים וממשיכות לדחוף את גבולות היכולת שלהן. להלן ציר זמן של משימות והדגמות בולטות המציגות הנעה במים:

2018 – שימוש ראשון במסלול: לווייני HawkEye 360 Pathfinder (שלושה בתצורה) ולוויין מכ"ם של Capella Space השתמשו כל אחד בדחפי המים Comet של DSI לשמירה על המסלול לאחר השיגור בדצמבר 2018 geekwire.com. אלה הפכו ללוויינים המסחריים הראשונים שפעלו באמצעות דלק מים, ביצעו תמרונים בהצלחה ואישרו את הדחף בחלל.
2019 – הדגמה מה-ISS: קובסאט AQT-D (Aquarius) של אוניברסיטת טוקיו, 3U, שוגר מתחנת החלל הבינלאומית, הפעיל דחפי רזיסטוג'ט מים במסלול. המערכת השיגה שליטה בעמדת הלוויין ושינויים מסלוליים קטנים, והיוותה את ההדגמה הראשונה ביפן של הנעה במים בחלל. משימה זו הוכיחה שדחף מים רב-נחירי יכול לפעול במיקרו-כבידה והניחה את היסודות לעיצובים המאוחרים של Pale Blue blog.satsearch.co.
2021 – NASA PTD-1: Pathfinder Technology Demonstrator-1, קובסאט 6U של נאס"א, מבצע את ניסוי ההנעה במים-אלקטרוליזה הראשון במסלול. עם כ-0.5 ליטר מים, מנוע Hydros של PTD-1 מבצע תמרוני דחף מתוכנתים, ומדגים שפיצול מים ל-H₂/O₂ ושריפתם יכולים להניע לוויין כמצופה nasa.gov. משימה זו, שנמשכה מספר חודשים, אימתה את הביצועים, הבטיחות ויכולת ההפעלה מחדש של המערכת, ונתנה ללוויינים קטנים אפשרות מוכחת חדשה לשליטה במסלול.
2022 – הופעת Vigoride: Momentus משגרת את Vigoride-3 (רכב השירות המסלולי הראשון שלה) במאי 2022. למרות שמבחני הדחף הראשוניים היו מוגבלים (הרכב חווה תקלות מסוימות בשלבים הראשונים spacenews.com), המשימה סללה את הדרך לבדיקות הדרגתיות של MET מבוסס מים. Momentus יצרה קשר ולמדה להפעיל את ההנעה החדשנית בסביבה האמיתית של החלל news.satnews.com, והניחה את הבסיס לשיפורים בטיסות הבאות.
2023 – הצלחות מרובות: שנה זו מהווה נקודת מפנה עם מספר הישגים בהנעה במים:
- Momentus Vigoride-5 (ינואר 2023): מבצע בהצלחה 35 הפעלות מנוע של מערכת MET מבוססת מים במסלול, מעלה את מסלולו ומבצע תיקוני ייצוב באמצעות סילוני פלזמה של מים בלבד nasdaq.com. זהו הוכחה משמעותית לכך שכלי רכב גדול יותר (~250 ק"ג) יכול להשתמש בהנעה מבוססת מים לשינויים משמעותיים במסלול.
- Momentus Vigoride-6 (אפריל 2023): ממשיך בניסויים ואפילו משלים הכנסת לוויין למסלול עבור לקוח (אם כי תקלה בתזמון תוכנה גרמה לשגיאה קלה בשיפוע המסלול) nasdaq.com. Vigoride-6 נשאר פעיל, ומחזק עוד יותר את אמינות מערכת ההנעה.
- Pale Blue EYE Demo (מרץ 2023): קובסאט EYE של סוני מבצע תמרון העלאת מסלול באמצעות מנוע מים של Pale Blue למשך כ-120 שניות phys.org. הצלחת ההדגמה – שהביאה את הלוויין קרוב יותר למסלול היעד לצילום כדור הארץ – מאשרת את תפקוד המנוע במסלול ומדווחת רבות ככניסתה של יפן לתחום ההנעה במים phys.org.
- EQUULEUS ליד הירח (סוף 2022–2023): למרות שלא פורסם רבות בתקשורת המרכזית, ראוי לציין את EQUULEUS, קובסאט של JAXA-אוניברסיטת טוקיו ששוגר לירח במשימת Artemis I (נובמבר 2022), שנשא מערכת resistojets מבוססת מים לתיקוני מסלול sciencedirect.com. הוא השתמש במנועי מים לביצוע תיקוני מסלול מוצלחים בדרכו לנקודת לגרנז' ארץ-ירח, והדגים הנעה במים בחלל סיסלונרי – לראשונה בפעילות מעבר למסלול לווייני נמוך.
2024 – קנה מידה עולה: הנעה במים מתחילה להופיע על לוויינים מבצעיים נוספים:
- פריסות צי: קבוצות הלוויינים הבאות של Hawkeye 360 ולווייני SAR החדשים של Capella ממשיכים להשתמש במנועי Comet מבוססי מים בשירות שגרתי, בתמיכת Bradford. בנוסף, לווייני Gen-2 של BlackSky ששוגרו ב-2024 משלבים את הנעת המים Comet לתחזוקת מסלול של קבוצת לווייני צילום כדור הארץ geekwire.com.
- השקות מנועים חדשות: מנועי ה-PBR-50 הגדולים יותר של Pale Blue יראו את השיגור הראשון שלהם בתחילת 2024 על טיסת rideshare ללוויינים קטנים (המשימה המדויקת לא נחשפה), במטרה לספק דחף של כ-10 mN ללוויין מיקרו במסלול blog.satsearch.co. זה מתחיל את הסמכת הנעת מים עבור לוויינים קטנים גדולים יותר.
- תשתיות: חברות כמו Orbit Fab מכריזות על תוכניות להפוך את המים לאחת מאפשרויות הדלק עבור תחנות תדלוק במסלול שהן מציעות, ופרויקט TALOS של נאס"א שוקל "מיכלי טיפה" מבוססי מים לגרירת מטענים בחלל העמוק – מה שמשקף קבלה רחבה יותר לכך שמים יהיו חלק משרשרת הלוגיסטיקה בחלל בשנים הקרובות.
2025 – קרוב ובדרך: משימות מרגשות על הפרק:
- טיסות Pale Blue D-Orbit: מנוע ה-water-ion thruster (PBI) הראשון ייבחן בטיסה על גבי Ion Satellite Carrier של D-Orbit באמצע ובסוף 2025 payloadspace.com. ניסויים אלה ימדדו את הדחף היעיל במיוחד ויסללו את הדרך ליחידות יון מסחריות המשתמשות במים במקום קסנון או קריפטון.
- ניסוי JAXA RAISE-4: סוכנות החלל היפנית מתכננת לשגר את לוויין הדגמת הטכנולוגיה RAISE-4 ב-2025, והוא צפוי לשאת את מערכת ההנעה החדשה ביותר של Pale Blue (ייתכן הגרסה המשופרת של PBI) לניסוי במסלול לווייני נמוך blog.satsearch.co.
- מסחור Momentus: Momentus מצפה לעבור ממבחני טיסה בלבד למשימות מבצעיות, ולהציע שירותי שינוע מטענים ללקוחות. עד 2025, הם שואפים להתחיל לספק שירותי העלאת מסלול — למשל, העברת לוויינים קטנים ממסלול rideshare למסלול גבוה יותר — תוך שימוש בהנעת מים בלבד. זה יהיה מבחן כלכלי חשוב ליכולת ההנעה במים במשימות אמיתיות.
- הדגמת מנוע מים של ESA: באירופה, ההכנות האחרונות מתחילות למשימת Spectrum Monitoring Satellite (ESMS) המתוכננת ל-2026, שב-2025 כבר תשלב את מערכת ההנעה במים ותעבור ניסויים קרקעיים ariane.group. אם הכול ילך כשורה, זו תהיה המשימה המסחרית הראשונה בקנה מידה מלא שתסתמך על מים כהנעה עיקרית (ולא רק כהדגמה).

ציר הזמן הזה מראה האצה ברורה: מניסויים חד-פעמיים לפני כמה שנים, למספר לוויינים שמסתמכים על מים כיום, ולעוד רבים בתכנון. כל הצלחה בונה ביטחון וניסיון, שמושכים משתמשים נוספים. עד אמצע שנות ה-2020, הנעת מים יוצאת משלב הניסוי והופכת לכלי עבודה של מתכנני משימות.

הדמיה של לוויין קטן (קובסאט EYE של סוני) אשר בשנת 2023 השתמש במנוע רזיסטוג'ט מבוסס מים של Pale Blue כדי לשנות את מסלולו phys.org phys.org. ההדגמה סימנה את השימוש הראשון בהנעה מבוססת מים בחלל על ידי סטארט-אפ יפני, ושינוי מסלול הלוויין אישר את ביצועי המנוע.

הפריצות האחרונות (2024–2025) ומה צפוי בהמשך

השנתיים האחרונות התאפיינו בהתקדמות מהירה, והמגמה צפויה להימשך. חדשות ופיתוחים אחרונים בשנים 2024–2025 מדגישים כיצד הנעה מבוססת מים מגיעה לשיאים חדשים:

מימון ותמיכה תעשייתית: בהכרת הערך האסטרטגי של הנעה לא רעילה, סוכנויות ממשלתיות משקיעות במנועי מים. בשנת 2024, משרד הכלכלה היפני (METI) העניק ל-Pale Blue מענק של מיליארדי ין (עד כ-27 מיליון דולר) להרחבת טכנולוגיית ההנעה במים עבור לוויינים מסחריים וביטחוניים spacenews.com. הזרמה זו תסייע ל-Pale Blue להגדיל את רמות הדחף ולפתח מערכות גדולות יותר המתאימות ללוויינים גדולים. תוכניות Horizon של אירופה מממנות גם הן פתרונות דלק ירוק, כאשר עיצובים מבוססי מים נמצאים במרכז, כפי שניתן לראות בתמיכת סוכנות החלל האירופית (ESA) בהדגמת ArianeGroup לשנת 2026 ariane.group. אפילו משרד ההגנה האמריקאי (DoD) הביע עניין בהנעה בטוחה לקובסאטים עבור פרויקטי Space Force, כאשר הבטיחות של המים היא נקודת מכירה.
דחפים בעלי עוצמה גבוהה יותר: בתחום הטכנולוגיה, מפתחים דוחפים את מנועי המים לעוצמה וביצועים גבוהים יותר. פריצת דרך שמסתמנת באופק היא דחפי הול-אפקט מונעי מים – שילוב של היעילות של מנועי פלזמה הול עם דחף מונע מים. דוגמה לכך היא דחף ה-PBH המתוכנן של Pale Blue לשנת 2028 blog.satsearch.co, ודוגמה נוספת היא מערכת ההידרה הקונספטואלית של URA Thrusters (הול כפול + כימי) blog.satsearch.co. אם ייושמו, מערכות אלו יוכלו לבצע משימות שכיום רק הנעה כימית או דחפים חשמליים גדולים מסוגלים להן, כמו העברות מסלול מהירות או מסלולים בין-פלנטריים, אך עם היתרון של תדלוק קל באמצעות מים. בנוסף, Momentus ואחרים בוחנים כיצד להעלות עוד את ה-ISP של מנועי ה-MET שלהם, אולי באמצעות תדרי מיקרוגל גבוהים יותר או תאי תהודה חדשניים שיחממו את המים ביעילות רבה יותר. דחף סגולי של כ-1000 שניות עשוי להיות בהישג יד בדגמים הבאים, מה שיציב את דחפי המים בליגה של מנועי יונים מסורתיים מבחינת יעילות.
שילוב בקבוצות לוויינים: שנת 2024 סימנה את הפריסות החוזרות הראשונות בהיקף משמעותי של הנעה מונעת מים בקבוצות לוויינים. לדוגמה, כל לוויין צילום חדש של BlackSky מצויד כעת בדחף מים מדגם Bradford Comet לשמירה על מסלול, כלומר עשרות לוויינים זהים יפעלו על דחף מים לאורך חייהם geekwire.com. גם אשכול הדור השני של Hawkeye 360 (שוגר 2022–2023) עושה שימוש בהנעה מבוססת מים לטיסת מבנה. אימוץ נרחב זה הוא פריצת דרך בפני עצמה – הנעה מונעת מים כבר אינה ניסוי חד-פעמי, אלא רכיב סטנדרטי בחלק מהצי. בעתיד, רבות מהקונסטלציות המוצעות ל-IoT ותצפית ארץ שוקלות אפשרויות הנעה ירוקות, ומים נמצאים גבוה ברשימה בשל עלות המערכת הנמוכה. ככל שייצור הדחפים הללו יגדל, עלות היחידה תרד, מה שיגביר עוד את האימוץ.
יישומים חדשניים: מהנדסים מוצאים דרכים יצירתיות חדשות לנצל את הרב-שימושיות של המים. רעיון אחד בפיתוח הוא בקרת תנוחה מבוססת אלקטרוליזה – שימוש בכמויות זעירות של גז אלקטרוליטי לסילוני תנוחה מדויקים, ואז איחוד מחדש של המים, בלולאה סגורה. רעיון נוסף הוא שימוש במים כמסה עובדת בהנעה תרמית סולארית: ריכוז אור שמש כדי לחמם ישירות מים לאדים עבור דחף (בעצם דוד קיטור בחלל המופעל על ידי השמש, שיכול להיות יעיל מאוד במערכת השמש הפנימית). חוקרים גם בודקים דלק מבוסס מים לנחתות וקופצים לירח/מאדים. משימת Flashlight הירחית של נאס"א (למרות שבסופו של דבר נתקלה בבעיות) שקלה מים כדלק פוטנציאלי בשלבי התכנון הראשונים. ואם נביט רחוק יותר, מים יכולים להיות הדלק עבור רקטות תרמיות גרעיניות או הנעה באנרגיה ממוקדת, שבה מקור כוח חיצוני (כמו לייזר קרקעי) מחמם את המים בחללית כדי לייצר דחף reddit.com. אופיו הלא-רעיל של המים מאפשר רעיונות מחוץ לקופסה כאלה, שהיו בלתי נתפסים עם דלקים רעילים או נדירים.
המלצות מומחים: מהפכת ההנעה במים לא נעלמה מעיני מובילי תעשיית החלל. התמיכה הנלהבת של כריס הדפילד במנועי המים של Momentus spaceref.com, וציטוטים כמו "אני בטוח שמים הם הדלק של העתיד" ממנהלי פרויקטים אירופיים ariane.group, משקפים קונצנזוס הולך וגדל שהטכנולוגיה הזו כאן כדי להישאר. בראיונות ובכנסים (כמו כנס הלוויינים הקטנים וסדנת הנעת החלל ב-2024), מומחים שיבחו את איזון הבטיחות והביצועים שמערכות מים מציעות. "ביצועים הנעתיים טובים צריכים להיות מאוזנים עם בטיחות – PTD-1 יענה על הצורך הזה," אמר דיוויד מאייר מנאס"א כשהציג את הדגמת מנוע המים הראשונה nasa.gov. הצהרה זו מסכמת היטב מדוע המים צוברים תאוצה: הם פוגעים בנקודת האיזון בין הביצועים הגבוהים של הנעה כימית לבין הבטיחות של הנעה חשמלית. מתכנני משימות חלל מהדהדים יותר ויותר את התחושה הזו בפרסומים מקצועיים ובפאנלים.

כשאנו עומדים בשנת 2025, המסלול של מנועים לווייניים המונעים במים מצביע בבירור כלפי מעלה. הצעד הגדול הבא צפוי להיות משימת דגל שתסתמך באמת על הנעה במים למען מטרה קריטית – אולי קיובסאט ירחי שישתמש במים כדי להיכנס למסלול סביב הירח, או כלי שירות שיתדלק את עצמו אוטונומית מתחנת דלק ויגרור לוויין. בכל שנה, הגבולות נפרצים. אם המגמות הנוכחיות יימשכו, בסוף שנות ה-2020 נוכל לראות מנועים מבוססי מים מניעים חלליות לאסטרואידים ובחזרה, מעלים ומורידים מאות לוויינים במסלול, וכל זאת עם השפעה סביבתית מינימלית ויכולת תדלוק מלאה בחלל. מה שהתחיל כרעיון לא שגרתי הפך לטכנולוגיה מעשית שיכולה להפוך את הפעילות בחלל לזולה, בת-קיימא וגמישה מאי פעם.

סיכום: עידן חדש מונע על ידי H₂O

הנעה לוויינית מבוססת מים כבר אינה רעיון עתידני – היא כאן, מוכיחה את עצמה משימה אחר משימה. תוך כמה שנים בלבד, עברנו מהתזות ראשונות של אדי מים שדוחפות קיובסאט זעיר, לחלליות מתמרנות לחלוטין המשתמשות במים לשינוי מסלול ולביצוע פעולות מורכבות. הקסם של מים כדלק העליון לחלל טמון בפשטות האלגנטית שלו. כפי שצוין בדו"ח הטכנולוגי של ESA, מים הם "משאב לא מנוצל – בטוח לשימוש וירוק", אך מכילים "שני דלקים דליקים מאוד לאחר אלקטרוליזה", כלומר עוצמת דלק רקטי בצורה בלתי מזיקה esa.int. הדואליות הזו – אחסון קל כנוזל, שימוש אנרגטי כגז – מעניקה למים יתרון ייחודי.

אנו עדים להתכנסות של גורמים שהופכים את מנועי המים לפרקטיים: משאבות חשמליות קטנות וטובות יותר, גופי חימום יעילים, פאנלים סולאריים משופרים שמספקים להם אנרגיה, דחפנים מודפסים בתלת-ממד המותאמים לאדים או פלזמה, וביקוש גובר ללוויינים קטנים שזקוקים להנעה זולה. האתגרים (דחף מוגבל, צריכת חשמל) מטופלים בהנדסה חדשנית, וההצלחות נערמות. חשוב לציין, הנעה במים משתלבת עם המגמה הרחבה לקיימות בחלל – הפחתת כימיקלים רעילים, הארכת חיי לוויינים באמצעות תדלוק, ואפילו שימוש במשאבים חוץ-ארציים. זה הופך את המים מצריכת קיום בלבד למרכיב מאפשר ניידות לתשתיות חלל.

בדמיון הציבורי, "דלק רקטי" תמיד היה משהו אקזוטי או מסוכן. הרעיון שמים – אותו חומר שאנו שותים ומתקלחים בו – יכולים לשגר לוויינים סביב כדור הארץ או מעבר לו, הוא מרתק. זה מוריד את רף הכניסה לפעילות חלל (לא צריך דלקים מיוחדים, רק יצירתיות), ומעורר חזיונות של חלליות שעוצרות במכרות קרח ירחיים או במאגרים באסטרואידים כדי למלא את המכלים. הטכנולוגיה עדיין מתפתחת, אך הכיוון שלה מרמז שמנועי מים יהפכו לנפוצים בלוויינים כמו שמנועים חשמליים נפוצים במכוניות. כפי שאמר מנהל בתעשייה, הבדיחה הישנה "רק להוסיף מים" עשויה בהחלט להתאים לעתיד המסע בחלל.

לסיכום, הנעה לוויינית המופעלת במים מייצגת שינוי פרדיגמה לעבר פעילות חלל בטוחה, נקייה, ובסופו של דבר גם רחבת היקף יותר. ממיקרו-לוויינים ועד גשושיות בין-פלנטריות פוטנציאליות, מולקולת H₂O הצנועה מוכיחה שיש לה את מה שנדרש כדי לקחת אותנו רחוק יותר. ככל שהמומנטום (ולא, אין כאן משחק מילים) ממשיך להיבנות, אל תתפלאו כאשר הכותרת הבאה תקרא: “Spacecraft Fueled by Water Reach the Moon – and Keep Going.” עידן רקטת המים החל, והוא טומן בחובו אוקיינוס של אפשרויות לדור הבא של חקר החלל spinoff.nasa.gov, spaceref.com.

Refuelling a Satellite in Orbit using a Crewed Tanker | SpaceFlight Simulator