לראשונה בישראל: הלוויין הזעיר של אוניברסיטת תל אביב בחלל יתקשר עם תחנת הקרקע האופטית

הישג טכנולוגי לאוניברסיטת תל אביב: בתוך פחות משנתיים, האוניברסיטה שיגרה שלושה לוויינים לחלל. הלוויין השלישי TAU-SAT3 שוגר לחלל לפני מספר ימים, באמצעות משגר מסוג פאלקון 9 של חברת ספייס אקס, מנמל החלל קייפ קנוורל שבפלורידה. לדברי החוקרים, הלוויין TAU-SAT3, שפותח במרכז לננו-לוויינים בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, מהווה פריצת דרך מדעית והוא נועד לסלול את הדרך לקראת הדגמת תקשורת אופטית וקוונטית מהחלל באמצעות לוויינים זעירים.

"אוניברסיטת תל אביב מובילה במדינת ישראל את המאמץ ליצירת ערוצי תקשורת לוויינים מבוססי טכנולוגיה אופטית וקוונטית. על מנת לשדר בערוץ תקשורת קוונטי על פני טווחים של מאות קילומטרים ויותר נדרש לצאת אל החלל. TAU-SAT3 נועד לסלול את הדרך לקראת הדגמה של תקשורת קוונטית באמצעות לוויין קוונטי זעיר שיבנה בעתיד באוניברסיטת תל אביב"

לשחזר בזמן אמת מידע אבוד

TAU-SAT3 שוגר השבוע לגובה של 550 ק"מ והוא צפוי להקיף את כדור הארץ במשך כחמש שנים. הוא נושא על סיפונו, לראשונה, סוללות תוצרת כחול-לבן של חברת אפסילור, שעתידות לספק לו אנרגיה במשך כל חייו במסלול. הלוויין נועד לבצע מספר משימות מדעיות, כאשר המרכזית שבהן היא לתקשר עם תחנת הקרקע האופטית החדשה והמתקדמת שנבנתה על גג בניין שנקר לפיזיקה. זו הפעם הראשונה בישראל, ומהפעמים הבודדות בעולם, שבהן תחנת קרקע אופטית תצליח להינעל, לעקוב ולאסוף נתונים מלוויין זעיר שגודלו, כפי שנצפה מכדור הארץ, קטן אף מגודלו של פיקסל בודד. החוקרים מציינים כי המשמעות מבחינה טכנולוגית היא שבעתיד ניתן יהיה לבנות מערכות ממוזערות לתקשורת אופטית, שעלות בנייתן ושיגורן לחלל נמוכה בהרבה מזו של לוויינים גדולים. כמו כן, הלוויין יבצע ניסויים בתקשורת לוויינים בקצבים מהירים מאוד ובתרחישים בהם ערוץ התקשורת הלווייני משובש.

"שני הלוויינים הראשונים של אוניברסיטת תל אביב שוגרו במטרה למדוד את הקרינה הקוסמית במסלול סביב כדור הארץ, ולבדוק אמצעים שונים כדי להגן על המערכות האלקטרוניות של הלוויין מפני הקרינה. לצורך כך, שולבו בלוויינים אלו "מטענים ייעודיים" שנבנו בשותפות עם גופים מדעיים שונים, ובהם המרכז למחקר גרעיני שורק. הלוויין השלישי, TAU-SAT3, הוא הראשון שתוכנן, פותח ונבנה כל כולו בתוך אוניברסיטת תל אביב", מסביר פרופ' מאיר אריאל, ראש המרכז לננו-לוויינים באוניברסיטת תל אביב. "TAU-SAT3 הוא לוויין זעיר שגודלו כ-20 ס"מ בלבד והוא נושא עליו התקן אופטי באורך של סנטימטרים ספורים. כשהלוויין יעבור מעל ישראל, ההתקן יאיר באורכי גל שונים, במטרה שהטלסקופ בתחנת הקרקע האופטית יזהה את ההבזק הזעיר ויצליח להינעל עליו ולעקוב אחריו. הלוויין יתקשר חזרה עם כדור הארץ בו-זמנית בתקשורת אופטית ובתקשורת בגלי רדיו, אך כאשר ההתקן האופטי יכוון לתחנת הקרקע האופטית, האנטנה תפנה לכיוון אחר. על כן חלק משמעותי מן המידע עשוי ללכת לאיבוד. החידוש בפרויקט זה הוא ביכולת מערכות התקשורת המותקנות על גבי הלוויין ובתחנת הקרקע לשחזר בזמן אמת את המידע האבוד באמצעות אלגוריתמים מתוחכמים לעיבוד אותות מפיתוח אוניברסיטת תל אביב", הוא מוסיף.

^{מתוך סרטון השיגור של SpaceX}

"עקרונות המכניקה הקוונטית מאפשרים שיטת הצפנה בטוחה לחלוטין. ברגע שגורם עוין מנסה לצותת למסר המשודר, המסר מתפוגג וניתן לדעת על ניסיון הציתות. זאת בניגוד להצפנה בשיטות מקובלות אשר חשופה לציתות וללא ידיעה על קיומו של מצותת. ואכן הנושא של תקשורת קוונטית חסינה נמצא היום בחזית המחקר. ממשלות וגופי ענק ברחבי העולם נמצאים היום במרוץ להשגת יכולות הצפנה קוונטית, בעיקר לנוכח היכולות של מחשבים קוונטיים לפצח את אלגוריתמי ההצפנה הנמצאים בשימוש כיום. מדובר במאמץ אדיר, הן מדעית וטכנולוגית והן תקציבית", מוסיף פרופ' ירון עוז, ראש המרכז למדע וטכנולוגיה קוונטית באוניברסיטת תל אביב ולשעבר רקטור האוניברסיטה ומוסיף "יש להדגיש שמעבר להצפנה של מידע ביטחוני, פריצת שיטות ההצפנה המקובלות באמצעות מחשוב קוונטי יחשוף כל מידע, רפואי או פיננסי, הודעות אימייל, וואטסאפ ומידע אחר, ולכן להצפנה הקוונטית יש השלכות  לגבי שמירת הפרטיות של כל אדם. התקשורת קוונטית רגישה מאוד לתווך שבתוכו היא מועברת, למשל באמצעות סיבים אופטיים או בשידור דרך האטמוספירה. אנחנו מקווים שבאמצעות TAU-SAT3 נצליח לראשונה לבצע תקשורת בין תחנת הקרקע האופטית לבין הלווין, דבר שיקדם אותנו מאוד בדרך ליעד המדעי של הדגמה של תקשורת קוונטית אמינה".

"הפקולטה להנדסה באוניברסיטת תל אביב גאה בשיגור המוצלח של הלוויין הזעיר TAUSAT3. זהו הלוויין השלישי ששיגרנו בתוך פחות משנתיים, והוא פרי מחקר ופיתוח של המרכז לננו-לוויינים שבפקולטה להנדסה בשיתוף עם המרכז למדע וטכנולוגיה קוונטית באוניברסיטה. לוויין זה מממש מספר אבני דרך בדרך להשגת היעד של תקשורת קוונטית מהחלל באמצעות לוויין קוונטי זעיר שיבנה בעתיד באוניברסיטת תל אביב. לאחרונה זכינו, יחידים בארץ, במכרז משרד החדשנות המדע והטכנולוגיה לבניית ושיגור צי לוויינים תוך הנגשת תחום החלל החדש ובניית ננו-לווינים לתלמידי בתי ספר בפריפריה. הפקולטה להנדסה באוניברסיטת תל אביב היא כיום המובילה בישראל בתחום זה ומהווה מוקד לסטודנטים, תלמידים, מרכזי מחקר ותעשייה בתחום זה", אומר דיקאן הפקולטה להנדסה, פרופ' נועם אליעז.

לפרויקט הלוויין ותחנת הקרקע שותפים רבים בסגל אוניברסיטת תל אביב, ובהם פרופ' עפר עמרני ששימש כחוקר ראשי בפרויקט, ראש מעבדת המחקר פמטו-נאנו פרופ' חיים סוכובסקי, וכן הדוקטורנטים והסטודנטים שעסקו במחקר ובפיתוח מערכות הלוויין: ד"ר דולב בשי, עידן פינקלשטיין, מיכאל צוקראן, אופיר כהן, דוד גרינברג, ברק לוי, אלון הרמתי, און רנגינגד, אופיר יפה, שחר מורג, אורי דגן, אלעד שגיא ואורלי בלומברג.