אלקטרוניקה בחלל, או - איך להרוג את R2D2

כתב: רן לוי

אחת הדמויות האייקוניות של סדרת סרטי מלחמת הכוכבים היא זו של R2D2, הרובוט הקטן והצפצפני שפעם אחר פעם מציל את גיבורי הסדרה מצרות צרורות. R2D2, מסתבר, הוא גם טייס-משנה לא רע: כמה וכמה פעמים אנחנו רואים אותו מצטרף ללוק סקייווקר וטייסים אחרים לקרבות החלל שלהם, כשהטייס האנושי יושב בתוך הקוקפיט של החללית - ו R2D2 יושב מאחור, מחוצה לו, כשהוא חשוף לחלוטין לוואקום של החלל.

'מלחמת הכוכבים' היא אחת מסדרות המדע-הבדיוני האהובות ביותר בכל הזמנים, כולל עלי באופן אישי - אבל אני חושב שתסכימו איתי שריאליזם טכנולוגי ומדעי הוא לא הצד החזק שלה. חרבות אור, טיסה מעל מהירות האור, קרני לייזר שמתנהגות באופן חשוד מאוד כמו כדורי רובה רגילים…אפּס, לא ממש מציאותי. אבל אתם יודעים מה - לא חשוב. זה קולנוע, זה פאן. זה לא כאילו שהיקום של מארוול הוא הרבה יותר מציאותי, אתם יודעים.

אבל R2D2…אני ממש מחבב את הרובוט הקטן הזה. ואולי בגלל זה מרגיז אותי שרואי החשבון שעושים את הסרטים האלה החליטו לשים אותו מחוץ לחללית. למה? כי בחיים האמיתיים, במציאות - כנראה ש-R2D2 היה מתפגר…סליחה, מתקלקל - חמש דקות אחרי ההמראה.

מדוע? בואו נגלה.

פיצוץ גרעיני בשחקים

ביולי 1962 המריא טיל מבסיס של חיל האוויר האמריקני על אי קטן במרכז האוקיינוס השקט. שיגור של טיל לחלל תמיד מושך אליו המון תשומת לב, אבל השיגור הספציפי הזה משך אליו הרבה יותר תשומת לב מבדרך כלל - כמו למשל, את תשומת ליבה של ספינת ריגול סובייטית שעגנה - ולא במקרה - לא הרחק מהאי הקטן.

הטיל הממריא טיפס ונסק אל השמיים, מותיר אחריו את השובל המוכר של עשן אפור וסמיך, ואז, כשהגיע לגובה של כארבע מאות קילומטרים מעל פני האדמה - התגלתה הסיבה האמיתית לתשומת הלב הרבה שקיבל השיגור. בראש הטיל היה מורכב ראש נפץ גרעיני בעוצמה של 1.4 מגהטון - דהיינו, שווה ערך לכמיליון וחצי טונות של TNT. הפצצה הגרעינית שהוטלה על הירושימה, לשם ההשוואה, הייתה בעוצמה של בסך הכל שש עשרה אלף טון. הרגע שבו הפך ראש הנפץ הזה לכדור אש אימתני היה רגע השיא של מבצע סודי שיזם צבא ארצות הברית: מבצע 'קערת דגים' (Op. Fishbowl). במסגרת מבצע קערת דגים שוגרו לחלל סדרה של פצצות גרעיניות ופוצצו בגבהים שונים. השיגור הנוכחי, שזכה לשם Starfish Prime היה החזק והגבוה מבין כל הניסויים האלה: ייזום של היה זה הפיצוץ הגדול ביותר אי פעם בחלל.

מבצע סודי או לא סודי - יש דברים שפשוט אי אפשר להסתיר, כמו למשל פיצוץ גרעיני בעוצמה של 1.4 מגהטון. למטה, בכדור הארץ, הרימו מיליוני אנשים את מבטם אל השמיים בפליאה כש-

"הבזק לבן וחזק חלף דרך מעטה העננים, משנה את צבעו במהירות לכדור ירוק וזוהר [...] מפני השטח [של הכדור] בקעו 'אצבעות' לבנות וגדולות, מזכירות בצורתן ענני צירוס, [...] שבתוך שניות התחלפו בטבעות מרהיבות שנעו ממרכז הפיצוץ החוצה במהירות אדירה - עד שלבסוף נעצרו [...]. הן לא נעלמו, אלא נותרו קפואות במקומן. כל זה, אני מעריך, ארע בתוך ארבעים וחמש שניות. בעוד שהאור הסגלגל של הפיצוץ הפך למגנטה והחל לדהות ממרכז הפיצוץ, אור אדום וזוהר החל להתפתח מעל האופק [...] עד שכל השמיים בכיוון מזרח היו צבועים באדום דהוי. [...] המצב הזה נמשך כתשעים דקות."

האורורות המדהימות שצבעו את שמי הלילה מעל האוקיינוס השקט היו צפויות למדי - אבל אף אחד ממתכנני הניסוי לא צפה את מה שקרה באיי הוואי, במרחק של כאלף וחמש מאות קילומטרים משם.

"תאורת הרחוב באיים מנואה וקאילואה (Manoa, Kailua) כבתה ברגע שהפצצה התפוצצה, לדבריהם של מספר דיירים שהתקשרו לדווח על כך למשטרה," נכתב בעיתון מקומי ביום שלמחרת. הפולס האלקטרומגנטי האדיר שנוצר בעקבות הפיצוץ, מסתבר, השבית לא רק כשלוש מאות עמודי תאורת רחוב בהוואי, אלא גם מערכות טלפוניה ותקשורת מיקרוגל בכל רחבי האיים.

הנזק כתוצאה מהפולס האלקטרומגנטי היה בלתי צפוי - אבל למען האמת, לא כזה נורא. כבר למחרת חזרו כל מערכות התקשורת לפעולה תקינה, והפיוזים השרופים של תאורת הרחוב הוחלפה בזריזות.

אבל איש לא שיער לעצמו, באותו הזמן, שהנזק הקטסטרופלי האמיתי כתוצאה מניסוי Starfish Prime התחולל באותם רגעים ממש - בכלל לא על כדור הארץ, אלא גבוה גבוה בחלל.

קרינה חללית

שלהי המאה ה-19 היו תור הזהב של המחקר בתחום הקרינה. מדענים כדוגמת מארי קירי, אנרי בקרל ו-וילהלם רנטגן לימדו אותנו שעולמנו עשיר בתופעות פיזיקליות בלתי-נראות כדוגמת רדיואקטיביות, קרינת רנטגן, קרינת גמא ועוד ועוד. אבל בשלב ראשוני זה של המחקר, הנחת המוצא הייתה שכל מקורות הקרינה נמצאים כאן, בכדור הארץ: למשל, סלעים שפולטים קרינה רדיואקטיבית, או מכשירים שמשדרים קרינה א"מ.

ב-1911 קרא המדען האוסטרי ויקטור הס (Hess) תיגר על ההנחה הזו, כשטיפס בכדור פורח לגובה של כחמישה קילומטרים. אם כל מקורות הקרינה נמצאים על הקרקע, שיער הס, אזי רמת הקרינה שתימדד בגובה רב צריכה להיות נמוכה מרמתה על פני השטח, שהרי הכדור הפורח מתרחק מכל מקורות הקרינה האלה. אבל בפועל, גילה הס, רמת הקרינה בגובה רב הייתה גבוהה - ואפילו גבוהה משמעותית - מזו שנמדדה על פני כדור הארץ, עובדה שרמזה על כך שישנה גם קרינה שמגיעה מהחלל.

מחקרי המשך לימדו אותנו שאת הקרינה שמגיעה מהחלל אפשר לסווג לשני סוגים עיקריים. הראשון - קרינה אלקטרומגנטית, שהיא קרינה של אנרגיה טהורה כגון גלי רדיו, אור נראה וכדומה. הסוג השני היא קרינה של חלקיקים: אלקטרונים, פרוטונים וגרעינים של אטומים כבדים יותר שטסים במרחבים האדירים והריקים של החלל במהירויות אדירות, עד כדי כמעט במהירות האור - עד שהגורל העיוור מזמן אותם להתרסק על כוכב הלכת שלנו.

מכיוון שהניסיון המר לימד את המדענים חיש מהר שקרינה, על סוגיה השונים, עשויה להיות מסוכנת ביותר ליצורים חיים - עלתה מיד השאלה המתבקשת: למה אנחנו בחיים? הרי אם כדור הארץ "מופצץ" ללא הרף על ידי קרינה מהחלל, כוכב הלכת שלנו היה אמור להיות שממה סטרילית. העובדה שאנחנו בחיים מלמדת אותנו שמשהו מגן עלינו מפני הקרינה המסוכנת הזו.

ואכן, מסתבר שיש משהו שמגן עלינו - ולמעשה, שתי הגנות. הראשונה היא האטמוספירה שלנו, שבולמת את רוב הקרינה האלקטרומגנטית המסוכנת, וגם חלק מקרינת החלקיקים. בשלהי שנות החמישים וראשית שנות השישים, כשראשוני הלוויינים החלו להיות משוגרים לחלל, גילינו עוד שכבת הגנה: השדה המגנטי של כדור הארץ, המכונה גם 'המגנטוספירה'. כמובן שהפיזיקאים כבר הכירו את השדה המגנטי של כדור הארץ - איש לא שיער לעצמו שהשדה הזה משתרע גם הרחק אל תוך החלל, עשרות ומאות אלפי קילומטרים מכדור הארץ.

לצד האטמוספירה המגוננת שלנו, השדה המגנטי הוא הסיבה לכך שחיים יכולים היו להתפתח על כדור הארץ. כמעט כל חלקיקי הקרינה הם בעלי מטען חשמלי: אלקטרונים בעלי מטען שלילי, פרוטונים בעלי מטען חיובי וכדומה. כפי שלמדנו בשיעורי הפיזיקה בתיכון, כשחלקיק בעל מטען חשמלי פוגש בשדה מגנטי - השדה הזה מפעיל עליו כוח שגורם לו לשנות את כיוון תנועתו, וכך הודף השדה המגנטי של כדור הארץ את החלקיקים האלה בחזרה אל החלל הבין-כוכבי. בחלק מהמקרים, הכוח שלופת את החלקיקים האלה מוביל אותם לאורך קווי השדה המגנטי ואל הקטבים: כשהחלקיקים האלה, בעיקר אלקטרונים, מתנגשים במולקולות שבשכבות העליונות של האטמוספירה הם גורמים להן לזרוח באורות צבעוניים - קצת בדומה לאור שנפלט ממנורת פלורסנט - ואז אנחנו מקבלים את 'זוהר הקוטב' המפורסם, אורורות קסומות ומכשפות.

אבל בשנת 1958 גילו החוקרים, להפתעתם, שהמגנטוספירה של כדור הארץ לא תמיד עוזרת לנו: לעיתים, היא עלולה אפילו להחמיר את בעיית הקרינה. הפיזיקאי האמריקני ג'יימס ואן-אלן (Van Allen) גילה בשלהי שנות החמישים, בעזרת מידע שנתקבל מהלוויינים הראשונים ששיגרה ארה"ב, שחלק מחלקיקי הקרינה שכן מצליחים לחדור אל תוך השכבות הפנימיות של השדה המגנטי שלנו - נלכדים שם, ונשארים להסתחרר סביב כדור הארץ במשך זמן רב יחסית. האזורים שבהם נלכדים החלקיקים האלה קיבלו את השם 'חגורות ואן-אלן'. המילה 'חגורה' מתארת את התופעה הזו בצורה לא רעה בכלל: החלקיקים המסתחררים מקיפים את כדור הארץ ממש כמו שחגורה מקיפה מכנסיים - או, אם תרצו אנלוגיה נוספת, כמו דונאט עגול שכדור הארץ נמצא במרכזו.

ישנן שתי חגורות ואן-אלן: אחת קרובה לכדור הארץ, שמשתרעת מגובה של כשש מאות קילומטרים ועד כששת אלפי קילומטרים מפני הקרקע, ושניה רחוקה ועבה יותר: מכעשרת אלפים קילומטרים ועד כשישים אלף קילומטרים מכדור הארץ. אסטרונאוט שייקלע לתוך החגורות האלה, יהיה בצרות צרורות: במקום שיהיה מוגן מקרינת חלל בזכות השדה המגנטי של כדור הארץ, הוא עשוי דווקא לספוג את הכמויות האדירות של קרינה שהשדה המגנטי מתעל לתוך חגורות ואן-אלן, כמו מישהו שמוצא את עצמו בטעות בתוך מנהרה פעילה של מאיץ חלקיקים.

הגילוי הזה העמיד בסכנה רצינית את פרויקט אפולו השאפתני של ארצות הברית, שכן היה ברור שהאסטרונאוטים יהיו מוכרחים לחלוף דרך חגורות ואן-אלן בדרכם אל הירח - ולכן המחקר אודות החגורות הואץ באופן רציני בשנות השישים.

אחת הדרכים בהם חקרו המדענים את חגורות ואן-אלן הייתה באמצעות פיצוץ יזום של פצצות גרעיניות בגובה רב: פיצוץ גרעיני יוצר כמויות אדירות של חלקיקי קרינה בעלי מטען חשמלי, שנלכדים בתוך חגורות ואן-אלן ומשפיעים על צורתן. למעשה, ג'יימס ואן-אלן עצמו היה שותף מלא לניסויים האלה, מה שהביא את אחד מעמיתיו להעיר בהומור ש-

"זו הפעם הראשונה שבה מישהו גילה משהו מעניין, ואז מיד החליט לפוצץ אותו."

וזו הייתה מטרתה העיקרית של סדרת ניסוי 'מבצע קערת דגים' שאיתה פתחתי את הפרק, ומטרתו של Starfish Prime - הניסוי החזק והעוצמתי ביותר מכולם.

טלסטאר-1

הלווין טלסטאר-1 (Telstar 1) לא היה הלוויין הראשון בחלל, כמובן - אבל הוא נכנס לדפי ההיסטוריה כאחד החשובים מבין הלוויינים הראשונים, מכיוון שהיה לווין התקשורת הראשון: סנונית של הטכנולוגיה שבימינו מהווה חלק כל כך קריטי מתשתית התקשורת הגלובלית. היו מספר לוויני תקשורת לפני טלסטאר-1, אבל הם היו לוויינים 'פאסיביים': זאת אומרת, הם קיבלו את גלי הרדיו ששודרו אליהם מנקודה אחת כדור הארץ ושיקפו אותם בחזרה לנקודה אחרת על הקרקע - אבל בדיוק כפי שקיבל אותם, בדומה לאופן שבו מראה בסך הכל מחזירה את גלי האור שפוגעים בה. טלסטאר-1, לעומת זאת, היה לווין אקטיבי: הוא נעזר באלקטרוניקה חכמה כדי להגביר את האותות שנתקבלו מכדור הארץ ולשדר אותם בחזרה בעוצמה גבוהה יותר, וכך לאפשר טווח וכיסוי רחבים יותר.

טלסאטר-1 שוגר בעשרה ביולי, 1962 - קצת פחות מיומיים לאחר הפיצוץ של Starfish Prime - וכבר למחרת השיגור העביר בהצלחה שידור טלוויזיה ראשון מארצות הברית לצרפת. עשרה ימים לאחר מכן עברו בהצלחה גם שיחת הטלפון הלווינית הראשונה, לצד הפקס הלוויני הראשון ואפילו תקשורת הנתונים הלוויינית הראשונה בין שני מחשבים על כדור הארץ. זו הייתה הצלחה מסחררת שהשיקה, הלכה למעשה, את עידן התקשורת הלווינית המודרנית.

אבל אז, פחות מארבעה חודשים לאחר מכן, אירעה תקלה כלשהי במערכת האלקטרוניקה העדינה של הלוויין - וטלסטאר-1 הושבת. המהנדסים עבדו בקדחתנות כדי להציל את הלווין יקר הערך והצליחו להחזיר אותו לחיים - אבל ארבעה חודשים לאחר מכן שוב ארעה תקלה אלקטרונית, והפעם הלוויין הושבת סופית. אי אפשר לומר שמיליוני הדולרים שהושקעו בו ירדו לטימיון לחלוטין, שכן טלסטאר אכן הצליח להוכיח שתקשורת לווינית היא עניין מעשי ושימושי - אבל ברור שמשך החיים הקצר כל כך של הלווין היקר היווה אכזבה גדולה לכל מי שהיה מעורב בפרויקט.

וטלסטאר-1, מסתבר, לא היה הלוויין היחיד שסבל מתקלות מסתוריות בדיוק באותו הזמן. לא פחות משישה לווינים נוספים הפסיקו לעבוד פחות או יותר במקביל לתקלות שפקדו את לוויין התקשורת - ביניהם, למשל, גם  אריאל-1, הלווין הבריטי הראשון. הרצף המפתיע של תקלות בכל כך הרבה לווינים בו זמנית גרר מחקר מעמיק לגבי סיבת הכשל. הסתבר שבכל המקרים היו אלה תקלות ברכיבים האלקטרוניים של הלוויינים - כמו למשל, בפאנלים הסולאריים שמייצרים אנרגיה מאור השמש - שהביאו למותם הבלתי הצפוי של הלוויינים.

עד מהרה עלו החוקרים על הגורם המשותף לכל התקלות האלה: ניסוי Starfish Prime. ניתוח של הנתונים מכל הלווינים הראה שהאנרגיה של החלקיקים שנפלטו מהפיצוץ הגרעיני הייתה גבוהה פי מאה מכפי שציפו המדענים: החלקיקים האלה נלכדו בתוך חגורת ואן-אלן הפנימית, זו שקרובה לכדור הארץ, וגרמו לה "להתנפח" ולהתרחב במידה בלתי צפויה. החגורה הנפוחה 'בלעה' את הלוויינים שהיו סמוכים עליה - והפציצה אותם בחלקיקים עתירי אנרגיה.

כאמור, המדענים שיערו עוד קודם שחגורות ואן-אלן עלולות להוות בעיה לחקר החלל - אבל עד אותו הרגע, כולם הניחו שהסכנה הגדולה מצד קרינת החלל היא כלפי האסטרונאוטים, בני האדם. מדוע שמחשבים, גושי מתכת גדולים שכמותם, יהיו פגיעים גם הם? הרי חלליות ג'מיני, למשל, ששוגרו מ-1961 ועד 1965, לא תוכננו ולא נבדקו כלל לגבי עמידות האלקטרוניקה שלהם אל מול קרינת חלל - ובכל זאת, לא נתקלו בשום תופעות שליליות. מדוע, אם כן, סבלו טלסטאר-1 וחבריו מתקלות כה חמורות?

מחקרי המשך חשפו את התשובה. חלליות ג'מיני אכן "הופגזו" על ידי כמויות גדולות של חלקיקי קרינה בחגורות ואן-אלן, בכך אין כל ספק: אנחנו יודעים את זה, מכיוון שהאסטרונוטים של ג'מיני דיווחו על כך שכשהם חולפים דרך חגורות הקרינה, הם רואים הבזקי אור חזקים גם כשהעיניים שלהם עצומות: תופעה שנגרמת בעקבות פגיעה של חלקיקי קרינה ברשתית שבעין, שהמוח מפרש כהבזקי אור.

אבל המחשבים של חלליות ג'מיני לא הושפעו מהקרינה הזו מכיוון שהם היו ענקיים, במונחים של אלקטרוניקה: מפלצות שהכילו בסך הכל קצת יותר מתשע עשרה קילובייט של תאי זיכרון כל אחד (הרבה, הרבה פחות מנפח של תמונה אחת שאנחנו מצלמים בטלפון שלנו) - אבל שקלו כמעט שלושים קילוגרם כל אחד. רכיבי האלקטרוניקה שמהם היו עשויים המחשבים האלה היו גם כן גדולים מאוד מבחינה פיזית - ולכן פגיעה של חלקיק מיקרוסקופי, מהיר ואנרגטי ככל שיהיה, לא ממש השפיעה עליהם, מאותה הסיבה שכדור שנורה מאקדח לא יזיז לטנק. אבל טלסטאר-1 ושאר הלוויינים שנפגעו הכילו, לעומת זאת, אלקטרוניקה הרבה יותר מתקדמת, שהרכיבים שלה היו קטנים וצפופים יותר מאלו של הדורות הקודמים - ולכן השפעתה של הקרינה עליהם הייתה משמעותית בהתאם.

הנזק שגורמת הקרינה

סופם העגום של טלסטאר-1 וחבריו הוביל להאצה ניכרת במחקר אודות השפעותיה של קרינת חלקיקים על רכיבים אלקטרוניים. חברות כדוגמת יבמ, אינטל ויוז (Hughes) השקיעו משאבים ניכרים במחקרים האלה, כולל ניסויים במאיצי חלקיקים שנועדו לדמות את תנאי הקרינה השוררים בחלל. כיום אנחנו יודעים לומר בדיוק לא מבוטל מה הם מנגנוני הנזק של קרינה על רכיבים אלקטרוניים - וכדי לדבר על השפעתה של הקרינה על מעגלים אלקטרוניים, הזמנתי לאולפן עמיתים למקצוע - או אולי נכון יותר לומר, עמיתים לשני מקצועות.

7 "[שי] …וזה לא נשמע כזה פחות טוב?

[רן] הקלטת הגיבוי פחות טובה, כן,  אבל זה יכול להציל, אתה יודע, בצורה כזו או אחרת פחות עם משהו משתבש. טלפונים על סיילנט?"

אלו הם מגישי הפודקאסט Hard Reset, וכמו שאתם יודעים, ברגע שארבעה גברים נכנסים לאותו החדר, הם מיד מתחילים…אה...להשוות ציוד.

"[שי] אז כאילו אז אתה אומר, אודסיטי זאת התוכנה שאין לה מתחרים ביקום. זה בעצם מה שאתה אומר.

[רן] שמע, אני כבר 17 שנה משתמש בה. זה עובד.

[שי] זה מטורף באמת."

8 "[רן] שלום, חברים! שלום ל- Hard Reset: פודקאסט החומרה הראשון והיחיד בישראל, אני חושב, נכון? כל הכבוד. אז בתור מהנדס חומרה בעברי יש לי אחוות צוות חזקה מאוד. בואו תציגו את עצמכם.

[יובל] אני יובל קוגן. אני אחד מיוצרי הפודקאסט Hard Reset. אני מהנדס חשמל, במקצועי מהנדס וריפיקציה.

[שי] אני שי אוליבר, מהנדס DFT וחלק מהפודקאסט יחד עם הח'ברה האלה.

[ליאור] אני ליאור שרמן. אני בן 28. מהנדס וריפיקציה וסטודנט להנדסת חשמל ופיזיקה בתל אביב.

[רן] שמח מאוד להכיר, חברים. אז אולי ככה שאלה קטנה לפני שאנחנו צוללים לסיבה שלשמה התכנסנו. תגידו, למה חומרה? כולם חמים על תוכנה, אתם יודעים: Software is eating the world.. למה אתם מתעסקים בחומרה?

[ליאור] כי חומרה זה יותר חום?

[שי] אני אגיד לך את זה הכי פשוט. בסופו של דבר לא תיתכן שתהיה תוכנה בלי חומרה מתחתיה. תמיד יצטרכו שם מהנדסי חומרה, ואנחנו נהיה אנשים האלה.

[רן] התכנתים יכולים לחשוב שהם החשובים, אבל מי שבעצם מזיז את הביטים ממקום למקום זה אנחנו.

[שי] חד משמעי.

[ליאור] ועוד מעט נגלה שלא רק אנחנו. גם הטבע."

כשאנחנו מדברים על אלקטרוניקה מודרנית, אנחנו מדברים בפועל על שבבים, צ'יפים, שהם ליבת הפעילות במעגלים אלקטרוניים מודרניים.

3 "[ליאור] צ'יפ נראה כמו איזושהי קופסה שחורה או חומה כזאת, עם כמה רגליים ממתכת, שבפנים יש חתיכת סיליקון. הסיליקון הזה, זה הצ'יפ.

[רן] זה בעצם הצ'יפ פרופר.

[ליאור] כן."

אבני הבניין של השבבים, היחידות הבסיסיות מהן הם עשויים, הם הטרנזיסטורים. כל טרנזיסטור הוא מעין מתג זעיר ששולט על זרם החשמל דרכו - לא שונה בהרבה מהמפסק שמכבה ומדליק את האור בחדר השינה שלכם: מהנדסי המחשבים יודעים לחבר את המתגים הקטנים האלה בדרכים שונות ומשונות ומשונים כדי ליצור מהם מעגלים אלקטרוניים מורכבים, בדומה לאופן שבו שען מחבר גלגלי שיניים אלו לאלו כדי ליצור מהם מנגנון שמודד את הזמן החולף. מילת המפתח, בהקשר שלנו, היא המילה 'זעירים'. ליאור שרמן מסביר.

6 "[ליאור] כשאני אומר קטן, אני לא מתכוון נמלה, ואני לא מתכוון תא, אני מתכוון הרבה יותר קטן מזה. אם אנחנו מדברים על גודל, אז הדרך המדעית להגיד את זה, זה ננומטר, שזה אומר מיליארדית המטר. כלומר, יש מיליארד כאלה במטר אחד. הגודל של טרנזיסטורים היום הוא בערך 3 עד 5 ננומטר, כאשר השימוש היותר נפוץ הוא 5 עד 7, וזה אומר שאפשר לשים בעצם על סנטימטר רבוע של צ'יפ כמה מיליונים, מיליארדים של טרנזיסטורים.

[רן] בדיוק. והסיבה שאני שואל את זה, מכיוון שזה הולך להיות מאוד חשוב להמשך של השיחה שלנו, כי אנחנו מדברים פה על פגיעה של חלקיקים שהם, בחלקם תת-אטומים, הם בעצמם נורא קטנים. וכשאנחנו מדברים בעצם על הנזק שהם יכולים לגרום, אז ברור שלמשהו שהוא בגודל מקרוסקופי - אני, אתם, שולחן, דברים גדולים, חלקיק מיקרוסקופי לא עושה נזק - אבל לטרנזיסטור בקנה מידה של מיליארדית המטר, שם כבר יש לתופעות האלה השפעה."

כפי שציינתי קודם, ישנם כמה סוגים של חלקיקי קרינה - אלקטרונים, פרוטונים ואחרים. החלקיקים האלה עשויים להיות שונים זה מזה במגוון דרכים, אבל המאפיין החשוב ביותר שלהם לצורך העניין שלנו הוא כמות האנרגיה שהם נושאים עימם. וכשאנחנו מדברים על אנרגיה של חלקיק, אנחנו בעצם מדברים על שילוב של מסה ומהירות.

כולנו מבינים את הרעיון הזה באופן אינטואיטיבי. אם אשליך על מישהו כדור טניס במהירות של, נאמר, עשרים קמ"ש - זה לא יזיז לו. אבל אם אשליך עליו כדור באולינג באותה המהירות - יש סיכוי טוב שהוא יגיע לבית חולים. מדוע? כי המאסה של כדור הבאולינג גדולה בהרבה מזו של כדור הטניס, ולכן האנרגיה שהוא נושא עימו גבוהה בהתאם. באותו האופן, אם אקח קליע של רובה ואזרוק אותו על מישהו, ככה ביד - זה לא יזיז לו. אבל אם אירה את הקליע הזה מרובה במהירות של חמש מאות מטרים בשניה - אני הולך לכלא על רצח. שוב, מדוע? מכיוון שקליע מהיר יותר נושא עימו יותר אנרגיה מקליע איטי.

באותו האופן, חלקיקים מהירים ו\או כבדים מאוד נושאים עימם יותר אנרגיה מאשר חלקיקים קלים ו\או איטיים יותר. וכמו בדוגמא של כדור הבאולינג או קליע הרובה - לכמות האנרגיה של החלקיק יש השפעה דרמטית על הנזק שהוא עלול לגרום למעגל אלקטרוני. יובל קוגן.

5 "[יובל] חלקיקים מגיעים בכל מיני רמות אנרגיה. ברמות אנרגיה נמוכות, חלקיקים יכולים להיבלע בתוך הטרנזיסטורים, ולהשפיע לנו על האפקט הראשון שנדבר עליו - וברמות האנרגיה גבוהות יותר, הם יכולים לעבור דרך הטרנזיסטור, ולהשפיע לנו על האפקט השני שאנחנו נדבר עליו."

רוב החלקיקים בעלי האנרגיה הנמוכה יותר מגיעים אלינו מהשמש, בעקבות מה שמכונים Coronal Mass Ejections: אירועים שבהם כמות אדירה של גז לוהט מתפרצת מתוך השמש ומתפזרת ברחבי מערכת השמש. מהירותם של חלקיקי הגז האלה נמוכה יחסית - כמה מאות קילומטרים לשניה, בדרך כלל - ולכן תכולת האנרגיה שלהם נמוכה גם כן.

2 "[יובל] חלקיקים שמגיעים ברמת אנרגיה נמוכה יחסית יכולים לגרום לתופעה שנקראת TID - Total Ionization Dose. חלקיקים כאלה יכולים להיכנס לתוך השבב ולהעצר בתוך אחד הטרנזיסטורים. טרנזיסטור מכיל בתוכו שכבה של מבודד, שהיא חיונית להפעלה שלו. ברגע שחלקיק הזה נכנס ועוצר בתוך שכבת המבודד הוא משנה את ההתנהגות של הטרנזיסטור."

אם אתם מעוניינים להבין מה בדיוק עושה טרנזיסטור וכיצד הוא פועל, אתם מוזמנים להאזין לפרק 116 של עושים היסטוריה, על וויליאם שוקלי והמצאת הטרנזיסטור. אבל החברים מ- Hard Reset הציעו עוד אנלוגיה טובה לפעילותו של הטרנזיסטור: מועדון ריקודים. בכניסה למועדון יש דלת, ולידה עומד סלקטור. תור של אנשים ממתינים ליד השער: זהו הזרם החשמלי שמבקש לעבור דרך הטרנזיסטור אל תוך המועדון. הסלקטור הוא אות הבקרה שקובע מתי השער נפתח ומאשר לאנשים לעבור דרכו - ומתי הוא סגור.

"אם אנחנו נדמה את האנלוגיה שלנו, של המועדון והשער, אז אנחנו יכולים להגיד שכל חלקיק כזה שפוגע ונבלע בשכבת המבודד זה איזשהו קלקול של השער בכניסה. זאת אומרת, יכול להיות מכה שהשער חטף או איזשהו חריקה שהשער משמיע, וככל שיותר ויותר חלקיקים כאלה פוגעים בטרנזיסטור הם משפיעים על הפעולה שלו ולצורך העניין באנלוגיה השער מתחיל לעבוד פחות טוב. בשלב הראשון הוא חורק, בשלב השני טיפה קשה לפתוח אותו, בשלב מתקדם יותר, ממש צריך להפעיל כוח פיזי כדי לפתוח אותו - ואם אנחנו מגיעים לרמה מסוימת של חלקיקים שנבלעים בתוך הטרנזיסטור, השער יכול להישאר תקוע, בין אם זה להישאר תקוע פתוח ובין אם זה להישאר תקוע סגור. ברגע שהוא נשאר פתוח, זרם של חלקיקים יכול לעבור בתוך הטרנזיסטור באופן חופשי: באנלוגיה שלנו, המבלים יכולים להיכנס ללא שום בקרה למועדון. או שאם השער נשאר סגור, אז המועדון סגור, אנשים לא יכולים להיכנס.

[רן] בשני המקרים הטרנזיסטור מפסיק לעבוד כמו שרצינו, ומילת המפתח פה היא נזק מצטבר.

[יובל] נזק מצטבר שנגרם כתופעה כימית בתוך הטרנזיסטור."

חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה הם לרוב חלקיקים שמגיעים אלינו מחוץ למערכת השמש: תוצרים של סופרנובות אימתניות או שדות מגנטיים אדירים שמאיצים אותם למהירויות קרובות מאוד למהירות האור - מהר יותר בכמה וכמה סדרי גודל מכפי שאפילו מאיצי החלקיקים החזקים ביותר בכדור הארץ מסוגלים להגיע אליהם. חלקיקים ממקורות קוסמיים שכאלה הם נדירים יותר ביחס לחלקיקים המגיעים מהשמש - אבל כשחלקיק קוסמי מהיר שכזה פוגע ברכיב אלקטרוני, הנזק שהוא עלול לגרום עשוי להיות הרבה יותר רחב-היקף מאשר פגיעה בטרנזיסטור בודד.

"[רן] שי, נעבור אליך לדבר על סוג הנזק השני, שיכול להיות שהוא רלוונטי בעיקר לחלקיקים מאוד אנרגטיים. מה הם גורמים למעגל?

[שי] אז לפני שנדבר על המנגנון השני, אני רוצה להעלות שכבה אחת למעלה מעל רמת הטרנזיסטורים. באמצעות הטרנזיסטורים, אנחנו בונים שערים לוגיים ורכיבי זיכרון. שערים לוגיים הם בעצם אבני הבניין שעוזרות לנו לחשב את כל מה שאנחנו רוצים לחשב בעצם, באותו מחשב שיש לנו, ורכיבי זיכרון זה רכיבים ששומרים את המידע לשימוש יותר מאוחר. הרכיבים האלה, שערים לוגיים ורכיבי זיכרון הם רכיבים מאוד צפופים בטרנזיסטורים.

למה אני מספר את כל זה? המנגנון השני, מנגנון ה-Single Event Effect or SEE, הוא מנגנון של חלקיק מאוד אנרגטי שיכול להגיע למצבור של טרנזיסטורים, ולפגוע פגיעה רחבת היקף או אפילו בטרנזיסטור הבודד. הפגיעה יכולה להיות זמנית או קבועה, תלוי ב... נגיד איפה החלקיק עבר ובמה הוא נגע.

[רן] זאת אומרת פה יש לנו ממש נזק, כמו כדור של אקדח, לצורך העניין, שתופר את השבב הזה ופוגע בכמה טרנזיסטורים אחד אחרי השני.

[שי] בדיוק, ואם נקשר את זה לאנלוגיה שדיברנו עליה עד עכשיו, אנלוגית המועדון - אז נסתכל על זה כמו מכונית שאיבדה שליטה. יכול להיות המקרה שבו נגיע לטרנזיסטור בודד ובו המכונית שלנו פוגעת בשער המועדון פגיעה זמנית. [...] במידה אחרת, הנזק יכול להיות תמידי, והשער יכול להיתקע סגור או פתוח - ואף יותר מכך, הוא יכול לפגוע בכמה וכמה מועדונים ולתקוע כמה וכמה שערים.

[רן] זאת אומרת, גם נזק רחב היקף יותר.

[שי] כן."

שי הזכיר, בתשובתו, מבנים מורכבים יותר בתוך השבב - כדוגמת שערים לוגיים ורכיבי זיכרון - שעלולים להינזק כתוצאה מפגיעה של חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה. איך בדיוק באה לידי ביטוי פגיעה אפשרית שכזו? הסיפור הבא ימחיש זאת.

קוצב הלב של מארי

מארי מו (Marie Moe) היא חוקרת אבטחת מידע נורבגית, שבשנת 2016 הוזמנה לשאת הרצאה בכנס מקצועי בהולנד. היא גם לוקה בבעיה רפואית כלשהי שהביאה לכך שבשנות השלושים המוקדמות לחייה הושתל בחזִה קוצב לב.

בדרך כלל, מספרת מארי, היא לא חשה בפעילותו של קוצב הלב ולא מרגישה את הפולסים החשמליים הזעירים שהוא שולח אל שרירי הלב שלה כדי לווסת את פעולתם. אבל בדרכה אל הכנס, כשהייתה בטיסה מעל הולנד -

"לפתע יכולתי להרגישו אותו, וזה היה כל כך מוזר. יכולתי להרגיש את הזרמים החשמליים. הבטתי למטה וראיתי את שרירי החזה שלי מתכווצים באופן בלתי-רצוני, לפי קצב פעימות הלב שלי."

מארי הבינה שהיא בצרה: היא הייתה באוויר, רחוקה מכל סיוע רפואי משמעותי - ואם קוצב הלב שלה יפסיק לעבוד, זו עלולה להיות בעיה רצינית, בלשון המעטה. היא הזעיקה את אחת הדיילות והסבירה לה את המצב, וקברניט המטוס החליט לנחות באופן מיידי בשדה התעופה הקרוב.

מארי הובהלה לבית החולים, שם הוזעק טכנאי שחיבר את קוצב הלב שלה למכשיר דיאגנוסטיקה וקרא מתוכו את הלוגים שתיעדו את פעולתו. קוצב הלב, מסתבר, סבל מתקלה כלשהי שגרמה למכשיר להיכנס למה שמכונה בעגה המקצועית Safe Mode: תוכנת-גיבוי שהפעילה את הקוצב במוד פעולה "גנרי" - שליחת פולסים של מתח גבוה אל שרירי הלב, בקצב קבוע של שבעים פעימות לדקה. המתח הגבוה הוא זה שגרם להתכווצויות השרירים המפחידות שחוותה מארי.

אבל מסקנותיו של הטכנאי לא הרגיעו את מארי - אלא להפך. מה גרם לקוצב הלב שלה להיכשל באופן הזה? הרי מדובר במכשיר שטמון עמוק בתוך גופה: שום דבר חיצוני לא אמור להשפיע עליו…האם יש משהו לא בסדר בקוצב שלה? היא הייתה מוכרחה לדעת. היא ביקשה מהטכנאי שידפיס לה את הלוגים של הקוצב, ופנתה ליצרנית המכשיר כדי להבין מה בדיוק קרה שם.

החקירה חשפה את מקור התקלה.

אפשר לתאר את אופן פעולתה של תוכנת מחשב - כמעט כל תוכנת מחשב, למעשה - כמעין רצף של פעולות מתמטיות שביניהן שזורות "נקודות החלטה": רגעים שבהם נדרש המעבד לקרוא את תוכן זיכרון המחשב, ולקבל החלטה כלשהי על סמך המידע שהוא מוצא בו. במקרה של קוצב לב, אנחנו יכולים לשער שישנו תא או מספר תאים בזיכרון המכשיר שמהווים מעין 'טיימר', ומונים את הזמן שחלף מאז הפעם האחרונה ששלח הקוצב פולס חשמלי אל שרירי הלב. אחת לפרק זמן מסוים ניגש המעבד אל תא הזיכרון המדובר, קורא את תוכנו ושואל את עצמו (באופן מטאפורי, כמובן) - 'האם הגיע הזמן לשלוח פולס חשמלי נוסף אל שרירי הלב?'

במצב שגרתי, מדובר בהחלטה קלה וברורה: אם ערך המונה עבר סף מסוים אזי המעבד ישלח פולס חשמלי, ואם ערך המונה עדיין לא חצה את הסף הזה - אין פולס.

אבל מה יקרה אם המעבד ייגש אל תא הזיכרון, יקרא את תוכנו וימצא שם…מספר שלילי. מספר שלילי?!... איך יכול להיות שמונה הזמן יכיל זמן שלילי? זה בכלל לא הגיוני. הרי המונה יכול רק להתקדם קדימה - אין דבר כזה 'זמן שלילי'... זה גם בדיוק מה שודאי אמר לעצמו המפתח שיצר את התוכנה של קוצב הלב, ולכן סביר להניח שהתוכנה של הקוצב לא מכילה הוראות עבור המעבד מה עליו לעשות כשהוא מגלה מספר שלילי בזיכרון הטיימר. המעבד, אם כן - "תקוע": הוא לא יודע מה עליו לעשות, ולכן לא עושה יותר כלום.

אבל כשמדובר בקוצב לב - 'תקיעה' כזו של המעבד עלולה להיות תקלה מסכנת חיים - ועל כן המהנדסים שפיתחו אותו שילבו בו מנגנון מיוחד שמאפשר לקוצב להתמודד גם עם מצבים 'לא-הגיוניים' שכאלה. אמנם לא עבדתי מעולם על טכנולוגיה לקוצבי לב, אבל בימיי כמהנדס פתחתי לא מעט מערכות אלקטרוניות ליישום צבאיים שגם בהם, יש תקלות שפשוט אסור שיתרחשו, בעיקר במצבים שבהם חיי אדם עלולים להיות בסכנה, כך שאני יודע מה הפתרון המקובל במצבים כאלה. אז הנה לכם "סוד מקצועי" של מהנדסי אלקטרוניקה: כשאנחנו צריכים לוודא שמערכת אלקטרונית כלשהי אף פעם לא "תקפא" או "תתקע" במצב לא ברור, אנחנו מכניסים לתוכה כלב.

טוב, לא כלב אמיתי: זה *ממש* יסבך את הדיזיין, אתם יודעים - צריך להאכיל אותו, להוציא אותו לטיול, להקטין אותו לגודל של מאה ננומטרים, דברים כאלה… אני מתכוון לרכיב אלקטרוני מיוחד שמכונה 'כלב שמירה' (Watch Dog), שתפקידו לשמור על המעבד ולהשגיח עליו. במהלך פעולה תקינה של המכשיר, המעבד שולח אל כלב השמירה פולס אלקטרוני קצר בכל כמה מילישניות: אנחנו קוראים לזה - ואני מתנצל מראש על הביטוי הממש לא פוליטיקלי-קורקט - "לבעוט בכלב." כלב השמירה יודע שכל עוד הוא מקבל בעיטות, סימן שהמעבד חי והכל בסדר. אבל אם המעבד מפסיק לבעוט בכלב - דהיינו, המעבד תקוע והתוכנה הפסיקה לעבוד - כלב השמירה מתעורר ונושך את המעבד בתחת…זאת אומרת, מכבה את המעבד ומדליק אותו מחדש. כשהמעבד מתעורר לחיים, הוא מבין שככל הנראה התרחשה תקלה קטסטרופלית כלשהי בתוכנה הראשית - ולכן טוען לזכרון את תוכנת הגיבוי.

התיאור הזה, סביר להניח, מסביר לא רע את מה שהתרחש בתוך קוצב הלב של מארי מו: המעבד גילה ערך לא הגיוני באחד מתאי הזיכרון, התברבר ונתקע, כלב השמירה נשך אותו בתחת - ואז תוכנת הגיבוי נכנסה לפעולה, וקצבה את פעימות ליבה של מארי בקצב ידוע ומוגדר מראש של שבעים פעימות בדקה.

אבל עדיין לא ענינו על השאלה החשובה באמת: מה גרם לשינוי הבלתי-צפוי בערכו של תא הזיכרון מלכתחילה?

ובכן, מסתבר שמטוסי נוסעים, שטסים בגובה של כמה וכמה קילומטרים, לא נהנים מאותה רמת הגנה מקרינה שמעניקה לנו האטמוספירה בגובה פני הקרקע. זו עובדה ידועה מאז שנות השבעים לכל הפחות, ואחת הסיבות לכך שישנם מגבלות נוקשות על סך כל הזמן שאיש צוות אוויר יכול לבלות בשחקים בכל חודש - כדי להימנע מספיגה מוגזמת של קרינה מסוכנת. בתשעים ותשע פסיק תשע תשע תשע אחוז מהמקרים, חלקיק קרינה מהיר שפוגע במטוס חולף דרכו ודרך גופם של הנוסעים מבלי לגרום שום נזק - אבל למארי מו היה מזל רע במיוחד באותו היום. כפי שתיאר לנו שי מ- Hard Reset, החלקיק הקוסמי שפגע באלקטרוניקה העדינה של קוצב הלב פגע, במקרה לגמרי, בתא זיכרון קריטי - ושינה את תוכנו באופן שאיש לא יכול היה לצפות מראש.

אותה הבעיה בדיוק עלולה להתרחש בחלליות ולווינים במסלול סביב כדור הארץ, בהבדל אחד: שם, בחלל, אין אף אחד שיוכל לפתוח את המכסה, למצוא את מתג ההפעלה ולכבות ולהדליק את המחשב. על המהנדסים שמפתחים את החלליות לתכנן אותן מראש כך שאף תקלה אקראית לא תוכל לגרום להשבתה של המעגלים האלקטרוניים שלהם - משימה ממש לא פשוטה, כפי שאתם יכולים לדמיין לעצמם.

מהנדסיה של 'בראשית', החללית הישראלית שהתרסקה על הירח, למדו את הלקח הזה על בשרם. זמן קצר יחסית לאחר השיגור של בראשית, החל מחשב המשימה של החללית לסבול מתקלות שגרמו לו לאתחולים חוזרים ונשנים. אחרי כל אתחול שכזה, תוכן הזיכרון של החללית היה נמחק והמהנדסים היו מוכרחים לשלוח אליה את הפקודות מחדש - דבר שהקשה מאוד על התפעול השוטף של החללית והיה חלק מהסיבות שהביאו, לבסוף, להתרסקותה.

שינוי תוכנו של תא זיכרון הוא רק סוג אחד של תקלה שעלולה להתרחש במערכת אלקטרונית כתוצאה מפגיעת קרינה קוסמית - ואפילו לא החמורה מביניהם. על שגיאת זיכרון שכזו אפשר להתגבר - כפי שאירע בקוצב הלב של מארי מו - על ידי כיבוי והדלקה מחדש של המחשב. אבל במקרה הגרוע, פגיעת החלקיק יכולה לגרום לקצר חשמלי קטסטרופלי בתוך השבב, ולהרוס אותו לחלוטין.

אבל אולי תופתעו לשמוע שאפילו אם אף חלקיק עדיין לא פגע, פיזית, בחללית - בכל זאת יש לקרינה השפעה מהותית על תפקודן של המערכות האלקטרוניות שלה. למשל, שאלתם את עצמכם מדוע מחשבים במשימות חלל כל כך הרבה יותר גרועים, מבחינת הביצועים שלהם, מהמחשבים שאנחנו משתמשים בהם בכדור הארץ? לדוגמה, הרובוט Curiosity, שחוקר את מאדים משנת 2012, מצויד במעבדים שפועלים במהירות של 200 מגה הרץ בלבד. בהשוואה למחשבים בכדור הארץ, מדובר במהירות מגוחכת: אפילו הטלפון הפשוט ביותר והזול ביותר שתמצאו בחנות ניחן בביצועים חזקים יותר באופן משמעותי, שלא לדבר מעבדים של מחשבים שולחניים סטנדרטיים, מהסוג שיש לי ולכם על השולחן במשרד, שמהירותם נמדדת בגיג'ה הרצים… וזה לא שנאס"א לא יכולה להרשות לעצמה לצייד את הרובוטים שלה במעבדים חזקים: המעבדים של Curiosity עלו כמאתיים אלף דולר כל אחד - ממש לא זול.

הסיבה לביצועים העלובים האלה היא האיום שמהווים חלקיקי קרינה. בכל מחזור פעולה של מעבד ישנם רגעים  ספציפיים שבהם המעבד פגיע יותר, ממגוון סיבות, לנזק כתוצאה מקרינה, ומכאן שככל שישנם יותר מחזורי פעולה בכל שניה - דהיינו, ככל שהמעבד מהיר יותר - כך גם גובר הסיכוי שחלקיק אקראי כלשהו יפגע במעבד בדיוק בנקודת הזמן שבה הוא פגיע. הדרך הפשוטה והבדוקה ביותר להתמודד עם הבעיה הזו היא להאט את פעולתו של המעבד למינימום ההכרחי, וזו הסיבה לאיטיות המשוועת של המעבדים האלה. במילים אחרות, האיום של קרינה קוסמית גם מונע מאיתנו לנצל באופן מיטבי את ההתקדמות הפנטסטית בעולם המחשב בעשורים האחרונים ולצייד את החלליות שלנו בטכנולוגיות מתקדמות.

איך להגן מקרינת חלל

אז מה עושים? איך מתגברים על האיום שמהווה הקרינה על האלקטרוניקה בחלל?

ובכן, החדשות הטובות הן שבמרוצת השנים פותחו לא מעט טכניקות הגנה שמצליחות להגן על האלקטרוניקה העדינה שבחלליות מודרניות בצורה לא רעה בכלל. הפשוטה והבסיסית שבהן היא הסתרת האלקטרוניקה שבחללית מאחורי מגני מתכת עבים שבולמים חלק מהחלקיקים עוד בטרם יפגעו בשבבים עצמם. פתרון מתקדם יותר הוא החלפת הסיליקון ממנו עשויים הטנזיסטורים בדרך כלל בחומרים עמידים יותר בפני השפעותיה של הקרינה, כדוגמת גליום-ארסניד.

פתרון נוסף, שהוכיח את עצמו כיעיל מאוד במרוצת השנים, הוא שכפול המעגלים האלקטרוניים בתוך השבב. שי מ- Hard Reset מסביר.

4

"[שי] בעצם אתה לוקח את הלוגיקה שאתה בונה המעגלים שלך ופשוט משכפל אותם. בוא נגיד, משכפל אותם פי שלושה. זה עולה לך בשטח, זה עולה לך בצריכת הזרם של המעגל שאתה עובד עליו, אבל כשאתה עושה השוואה בין כל היציאות שלך או בין כל המעגלים השונים שלך ואתה מזהה אחד שפתאום מתנהג קצת אחרת - אתה יודע שמשהו לא בסדר איתו, כי אתה יודע ששני האחרים צודקים, ואז כמו שאפשר להגדיר את זה כ'הרוב קובע.'"

במילים אחרות, במקום תא זיכרון יחיד - יש לנו עכשיו שלושה תאי זיכרון שונים, שבמצב פעולה תקין מכילים בדיוק את אותו המידע. אם ניגש המעבד לקרוא את תוכנם של תאי הזיכרון האלה, ומגלה שאחד מהם שונה מהשניים האחרים באופן כלשהו, אולי בעקבות פגיעת חלקיק קוסמי - הוא יכול להתעלם ממנו, ולהניח ששני תאי הזיכרון האחרים מכילים את הערך הנכון והתקין.

הניסיון מוכיח כי שילוב של כל טכניקות ההגנה והמניעה האלה מסוגל לאפשר לאלקטרוניקה בחלליות להמשיך ולתפקד בהצלחה אפילו בתנאי קרינה מאתגרים במיוחד - כפי שהוכיחה, למשל, החללית גלילאו שנשלחה לחקור את כוכב הלכת צדק. השדה המגנטי האדיר של כוכב הלכת הגדול ביותר במערכת השמש מביא להיווצרותן של חגורות קרינה דומות לחגורות ואן-אלן שמקיפות את כדור הארץ, אבל מיליוני פעמים יותר גדולות ורבות עוצמה מהן: אף חללית 'רגילה' לא הייתה שורדת יותר מכמה דקות בתנאים האלה. אבל גלילאו הייתה מצוידת במגן מתכת עבה, שעטף לא פחות משישה מעבדים נפרדים - משוכפלים - שעבדו במקביל זה לזה, ושכל אחד מהם יוצר מחומרים מוקשחים - וכל אלה איפשרו לגלילאו להשלים את משימתה בהצלחה.

אבל בשנים האחרונות חלה תפנית משמעותית בתחום החלל: תפנית שהופכת את חייהם של מתכנני החלליות למאתגרים במיוחד.

במאה העשרים מי שהובילו את חקר החלל והניצול המסחרי שלו היו גופים ממשלתיים וצבאיים כדוגמת נאס"א האמריקנית ו-ESA, סוכנות החלל האירופית. כמו כל ארגון ממשלתי שניזון מכספי משלמי המיסים, הסוכנויות האלה לא מוּנעות משיקולי רווח והפסד - וטוב שכך: ההתעלמות משיקולים כלכליים צרים היא זו שאפשרה את חקר החלל בעשורים הראשונים, כששום רווח כספי לא נראה באופק.

אבל במאה העשרים ואחת נכנסות לתמונה יותר ויותר חברות חלל מסחריות כדוגמת SpaceX ו- Blue Origin, וחברות טכנולוגיה שמפתחות לווינים קטנים וזולים יותר מאי פעם. החברות האלה כן מושפעות משיקולים של רווח והפסד, ומכאן שעל המהנדסים שלהן מופעל לחץ תמידי להוזיל את עלויות הפיתוח והייצור של מערכות האלקטרוניקה.

לרוע המזל, כל הפתרונות המסורתיים להגנה מפני קרינה כבר לא מתאימים לעולם החדש של תעשיית חלל אזרחית. אי אפשר לעטוף את הלוויניים במגני מתכת עבים, כי המשקל שלהם ייקר מאוד את עלות השיגור. אי אפשר לייצר מעבדים מחומרים אקזוטיים, כי כדי לייצר מעבדים מוקשחים צריך להקים פסי ייצור ייעודיים בהשקעה של מיליארדי דולרים. ועל שכפול של רכיבים במערכת האלקטרוניקה, כפי שציין שי, אנחנו משלמים לא רק בכסף - אלא גם בהגדלה ניכרת של שטח השבב, צריכת האנרגיה שלו ומורכבות תהליך הפיתוח. נאס"א למדה את הלקח הזה על בשרה במהלך פיתוחן של מעבורות החלל: אחת המערכות שוכפלה שש פעמים בתוך המעבורת כדי להמנע משימוש ברכיבים מוקשחים ויקרים - אבל המשקל העודף של המערכות המשוכפלות, יחד עם עיכובים בגלל המורכבות של המערכת המשוכפלת, הביאו לכך שבשורה התחתונה המערכת המשוכפלת (שכזכור נבחרה כדי להמנע מרכש של רכיבים מוקשחים ויקרים) הייתה יקרה יותר בכמעט שמונים מיליון דולר מאשר אם הייתה מיוצרת עם הרכיבים המוקשחים: מה שנקרא - 'אנחנו נחסוך, ויעלה כמה שיעלה.'

בלית ברירה, נאלצים מהנדסי החלליות המודרניים להשתמש ברכיבים אלקטרוניים אזרחיים וזולים יותר - בדרך כלל כאלה שמיועדים לתעשיית המטוסים או הרכב - ולמצוא פתרונות יצירתיים כדי לאפשר להם להמשיך ולתפקד גם בתנאים השוררים בחלל. למשל, הם משתמשים ברכיבים מוקשחים רק במקומות קריטיים, כאלה שחיוניים במיוחד להצלחת המשימה - או, במקרה של מערכות תקשורת לווינית למשל, משגרים לחלל יותר לוויינים מאשר נדרש כדי ליצור יתירות ברמת המערכת: דהיינו, כשלווין אחד מושבת - לווין אחר תופס את מקומו.

הפתרונות האלה לא תמיד מצליחים לספק את הסחורה, ו'בראשית' שלנו היא דוגמה טובה לכך: מתכנניה של בראשית בחרו להשתמש ברכיבים אזרחיים וזולים יחסית - וסבלו בשל כך מתקלות חוזרות ונשנות כתוצאה מהקרינה. אבל מצד שני, כפי שציין עידו ענתבי, מנכ"ל Space IL, אם לא היו משתמשים ברכיבים אזרחיים שכאלה, 'בראשית' לא הייתה עולה מאה מיליון דולר - אלא מיליארד דולר, ואז סביר להניח שהמשימה כולה לעולם לא הייתה יוצאת אל הפועל.

אפילוג

ברור, אם כן, שתעשיית החלל הגלובלית נמצאת כיום במהלכו של שינוי טכנולוגי דרמטי - וסביר להניח שעוד נשמע על לא מעט תקלות חמורות וכשלונות יקרים כתוצאה מהגנה לא מספיק מוצלחת על מערכות האלקטרוניקה של החלליות והלווינים. אבל מצד שני, הלחץ הקפיטליסטי חסר-הרחמים גם דוחף את חברות החלל האזרחיות לסחוט את דוושת החדשנות ולמצוא פתרונות חדשים וזולים לבעיות שאיתן מתמודדים מהנדסי החלליות מזה שבעים שנה ויותר. אם יצליחו החברות האלה לעמוד באתגרים האלה - ואין סיבה להניח שלא יצליחו - תחום חקר החלל כולו ירוויח מכך, ואז, אולי, יום אחד בעתיד הרחוק - נזכה לראות את החזון העתידני של סרטים כדוגמת 'מלחמת הכוכבים' מתגשם במציאות.

אבל גם אם זה יקרה יום אחד - בכל זאת, ליתר ביטחון, ראבאק…תכניסו את R2D2 לתוך החללית. חבל על הרובוט החמוד.