अंतरिक्ष यान गायरोस्कोप और रिएक्शन व्हील्स। यू कैन नेवर हैव एन

यह सोचने में आश्चर्यजनक है कि अंतरिक्ष में दूरबीनें हैं, अभी, घंटों, दिनों और यहां तक ​​कि सप्ताह के लिए दूर की वस्तुओं पर अपनी टकटकी को निर्देशित करते हैं। इतने स्थिर और सटीक दृष्टिकोण प्रदान करना कि हम आकाशगंगाओं, एक्सोप्लेनेट्स और बहुत कुछ के बारे में जान सकें।

और फिर, जब समय खत्म हो जाता है, तो अंतरिक्ष यान अपने टकटकी को दूसरी दिशा में स्थानांतरित कर सकता है। सभी ईंधन के उपयोग के बिना।

यह प्रतिक्रिया पहियों और गायरोस्कोप की तकनीक के लिए सभी का धन्यवाद है। इस बारे में बात करते हैं कि वे कैसे काम करते हैं, वे कैसे अलग हैं, और कैसे उनकी विफलता ने अतीत में मिशनों को समाप्त कर दिया है।

यहाँ जल्दी जवाब है। रिएक्शन व्हील्स अंतरिक्ष यान को अंतरिक्ष में अपने अभिविन्यास को बदलने की अनुमति देते हैं, जबकि जाइरोस्कोप एक दूरबीन को अविश्वसनीय रूप से स्थिर रखते हैं, इसलिए वे उच्च सटीकता के साथ लक्ष्य पर इशारा कर सकते हैं।

यदि आपने खगोल विज्ञान कास्ट के पर्याप्त एपिसोड सुने हैं, तो आप जानते हैं कि मैं हमेशा प्रतिक्रिया पहियों के बारे में शिकायत करता हूं। यह हमेशा मिशनों पर विफलता की बात लगती है, समय से पहले खत्म हो जाना विज्ञान के सामने है।

संभवत: मैंने अतीत में शब्द प्रतिक्रिया के पहिए और जाइरोस्कोप का परस्पर उपयोग किया है, लेकिन वे कुछ अलग उद्देश्यों की पूर्ति करते हैं।

सबसे पहले, चलो प्रतिक्रिया पहियों के बारे में बात करते हैं। ये एक प्रकार का चक्का है जिसका उपयोग अंतरिक्ष यान के उन्मुखीकरण को बदलने के लिए किया जाता है। एक अंतरिक्ष दूरबीन के बारे में सोचें जिसे लक्ष्य से लक्ष्य पर स्विच करने की आवश्यकता है, या एक अंतरिक्ष यान जिसे डेटा संचार करने के लिए खुद को पृथ्वी पर वापस लाने की आवश्यकता है।

वे गति के पहिये के रूप में भी जाने जाते हैं।

अंतरिक्ष में कोई वायु प्रतिरोध नहीं है। जब एक पहिया एक दिशा में बदल जाता है, तो पूरी दूरबीन विपरीत दिशा में मुड़ जाती है, न्यूटन के तीसरे नियम के लिए धन्यवाद - आप जानते हैं, प्रत्येक क्रिया के लिए, एक समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है। तीनों दिशाओं में घूमती हुई पहियों के साथ, आप दूरबीन को अपनी पसंद के किसी भी दिशा में मोड़ सकते हैं।

अंतरिक्ष में पहिए 1,000 और 4,000 क्रांतियों के बीच घूमते हैं और अंतरिक्ष यान में कोणीय गति का निर्माण करते हैं। अंतरिक्ष यान के उन्मुखीकरण को बदलने के लिए, वे उस दर को बदलते हैं जिस पर पहिए घूम रहे हैं।

यह एक टोक़ बनाता है जो अंतरिक्ष यान को एक चुने हुए दिशा में अपने अभिविन्यास, या पूर्वता को स्थानांतरित करने का कारण बनता है।

यह तकनीक अकेले बिजली के साथ काम करती है, जिसका अर्थ है कि आपको दूरबीन के उन्मुखीकरण को बदलने के लिए प्रणोदक का उपयोग करने की आवश्यकता नहीं है। जब तक आपको पर्याप्त रोटर्स कताई मिल जाती है, तब तक आप सूर्य से केवल शक्ति का उपयोग करके, अपनी दिशा बदल सकते हैं।

रिएक्शन व्हील्स का इस्तेमाल वहां के हर स्पेसक्राफ्ट पर किया जाता है, छोटे क्यूब्स से लेकर हबल स्पेस टेलीस्कोप तक।

तीन पहियों के साथ, आप अपने अभिविन्यास को 3-आयामों में किसी भी स्थान पर बदल सकते हैं। लेकिन प्लैनेटरी सोसाइटी के लाइटसैल 2 में अपने सौर सेल के उन्मुखीकरण को किनारे से सूर्य तक और फिर अकेले सूर्य की रोशनी द्वारा अपनी कक्षा बढ़ाने के लिए व्यापक रूप से बदलने के लिए केवल एक ही गति है।

बेशक, हम प्रतिक्रिया पहियों से सबसे अधिक परिचित हैं क्योंकि कई बार वे विफल रहे हैं, अंतरिक्ष यान को कमीशन से बाहर ले जाने में। FUSE और JAXA के हायाबुसा जैसे मिशन।

केपलर रिएक्शन व्हील्स की हानि और सरल समाधान

सबसे प्रसिद्ध, नासा के केपलर स्पेस टेलीस्कोप, 9 मार्च 2009 को अन्य सितारों की परिक्रमा करने वाले ग्रहों को खोजने के लिए लॉन्च किया गया था। केपलर 4 प्रतिक्रिया पहियों से लैस था। आकाश के एक क्षेत्र में दूरबीन को ध्यान से इंगित करने के लिए तीन आवश्यक थे, और फिर एक स्पेयर।

यह किसी भी तारे को 10,000 में 1 के कारक से चमक में बदलने के लिए अपने क्षेत्र में देख रहा था, यह दर्शाता है कि एक ग्रह सामने से गुजर रहा हो सकता है। बैंडविड्थ को बचाने के लिए, केप्लर वास्तव में केवल सितारों की चमक में परिवर्तन के बारे में जानकारी प्रसारित करता है।

जुलाई, 2012 में, केपलर के चार प्रतिक्रिया पहियों में से एक विफल रहा। इसमें अभी भी तीन थे, जो कि न्यूनतम थे जो अपनी टिप्पणियों को जारी रखने के लिए पर्याप्त रूप से स्थिर होने में सक्षम थे। और फिर मई, 2013 में, नासा ने घोषणा की कि केप्लर इसके पहियों के साथ एक विफलता थी। तो यह दो से नीचे था।

इसने केप्लर के मुख्य विज्ञान संचालन को रोक दिया। केवल दो पहियों के संचालन के साथ, यह अब स्टार चमक को ट्रैक करने के लिए अपनी स्थिति को ठीक से बनाए नहीं रख सकता है।

हालांकि मिशन एक विफलता हो सकता था, इंजीनियरों ने सूर्य से प्रकाश के दबाव का उपयोग करके एक अक्ष में एक बल के रूप में कार्य करते हुए एक सरल रणनीति बनाई। अंतरिक्ष यान को सूरज की रोशनी में पूरी तरह से संतुलित करके, वे अन्य दो प्रतिक्रिया पहियों का उपयोग जारी रखने में सक्षम थे।

लेकिन केप्लर को आकाश में छोटे स्थान को देखने के लिए मजबूर किया गया था जो अपने नए अभिविन्यास के साथ लाइन में हुआ था, और लाल बौने सितारों की परिक्रमा करने वाले ग्रहों की तलाश में अपने विज्ञान मिशन को स्थानांतरित कर दिया। इसने अपने ऑनबोर्ड प्रणोदक का उपयोग डेटा को संचारित करने के लिए पृथ्वी पर वापस लाने में किया। केपलर आखिरकार 30 अक्टूबर, 2018 को ईंधन से बाहर चला गया और नासा ने अपने मिशन को पूरा किया।

उसी समय जब केप्लर अपने प्रतिक्रिया पहियों के साथ संघर्ष कर रहा था, नासा के डॉन मिशन को ठीक उसी प्रतिक्रिया पहियों के साथ समस्या हो रही थी।

रिएक्शन व्हील्स का डॉन का नुकसान

27 सितंबर, 2007 को सोलर सिस्टम: वेस्टा और सेरेस में सबसे बड़े क्षुद्रग्रहों में से दो की खोज के लक्ष्य के साथ डॉन को लॉन्च किया गया था। अंतरिक्ष यान जुलाई, 2011 में वेस्टा के आसपास की कक्षा में चला गया और अगले साल दुनिया का अध्ययन और मानचित्रण करने में बिताया।

अगस्त, 2012 में वेस्टा को छोड़ना था और सेरेस को छोड़ देना था, लेकिन इसके प्रतिक्रिया पहियों के साथ समस्याओं के कारण प्रस्थान में एक महीने से अधिक की देरी हुई। 2010 में शुरू, इंजीनियर इसके पहियों में से एक में अधिक से अधिक घर्षण का पता लगा रहे थे, इसलिए अंतरिक्ष यान ने तीन कामकाजी पहियों पर स्विच किया।

और फिर 2012 में, इसके पहियों के दूसरे ने भी घर्षण प्राप्त करना शुरू कर दिया, और अंतरिक्ष यान केवल दो शेष पहियों के साथ छोड़ दिया गया था। अकेले बिजली का उपयोग करके इसे अंतरिक्ष में पूरी तरह से उन्मुख रखने के लिए पर्याप्त नहीं है। इसका मतलब यह था कि इसे अपने शेष मिशन के दौरान अपने अभिविन्यास को बनाए रखने के लिए अपने हाइड्रेंजीन प्रणोदक का उपयोग शुरू करना था।

डॉन ने इसे सेरेस में बनाया, और प्रोपेलेंट के सावधानीपूर्वक उपयोग के माध्यम से यह इस दुनिया का नक्शा बनाने में सक्षम था, और इसकी विचित्र सतह विशेषताएं। अंत में, 2018 के अंत में, अंतरिक्ष यान प्रणोदक से बाहर हो गया था, और यह अब अपने अभिविन्यास को बनाए रखने में सक्षम नहीं था, सेरेस को मैप करने या पृथ्वी पर अपने संकेतों को वापस भेजने के लिए।

अंतरिक्ष यान सेरेस की परिक्रमा करता रहेगा, असहाय रूप से टकराता रहेगा।

उन मिशनों की एक लंबी सूची है जिनके प्रतिक्रिया पहिए विफल हो गए हैं। और अब वैज्ञानिकों को लगता है कि वे जानते हैं कि क्यों। 2017 में एक पेपर जारी किया गया था जिसने निर्धारित किया था कि अंतरिक्ष का वातावरण ही समस्या का कारण बन रहा है। जैसे ही भू-चुंबकीय तूफान अंतरिक्ष यान से गुजरते हैं, वे प्रतिक्रिया पहियों पर चार्ज उत्पन्न करते हैं जो घर्षण में वृद्धि का कारण बनते हैं और उन्हें जल्दी से नीचे पहनते हैं।

मैं स्कॉट मैनले द्वारा एक महान वीडियो के लिए एक लिंक डालूंगा जो अधिक विवरण में जाता है।

हबल स्पेस टेलीस्कोप और इसके गायरोस्कोप

हबल स्पेस टेलीस्कोप प्रतिक्रिया के पहिये से सुसज्जित है ताकि इसका समग्र अभिविन्यास बदल सके, एक घड़ी पर एक मिनट के हाथ की गति के बारे में पूरे टेलीस्कोप को घुमाते हुए - 15 मिनट में 90 डिग्री।

लेकिन एक ही लक्ष्य पर बने रहने के लिए, यह एक और तकनीक का उपयोग करता है: जाइरोस्कोप।

हबल पर 6 गायरोस्कोप हैं जो प्रति मिनट 19,200 क्रांतियों पर घूमते हैं। वे बड़े, बड़े पैमाने पर और इतनी तेजी से घूम रहे हैं कि उनकी जड़ता दूरबीन के अभिविन्यास में किसी भी परिवर्तन का विरोध करती है। यह अंतरिक्ष के तीन आयामों से मेल खाते हुए तीन के साथ सबसे अच्छा काम करता है - लेकिन कम सटीक परिणामों के साथ दो, या एक के साथ काम कर सकता है।

अगस्त, 2005 में, हबल के जाइरोस्कोप नीचे पहने हुए थे, और नासा दो-जाइरोस्कोप मोड में स्थानांतरित हो गया। 2009 में, सर्विसिंग मिशन 4 के दौरान, नासा के अंतरिक्ष यात्रियों ने अंतरिक्ष टेलीस्कोप का दौरा किया और इसके सभी छह माइक्रोस्कोपों ​​को बदल दिया।

यह संभावना है कि अंतिम समय के अंतरिक्ष यात्री कभी हबल जाएंगे, और इसका भविष्य इस बात पर निर्भर करता है कि ये गाइरोस्कोप कितने समय तक चलते हैं।

जेम्स वेब के बारे में क्या?

मुझे पता है कि जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप का मात्र उल्लेख सभी को परेशान करता है। अब से लगभग दो वर्षों में लॉन्च होने के कारण अब तक 8 बिलियन डॉलर से अधिक का निवेश किया गया है। यह पृथ्वी से लगभग 1.5 मिलियन किलोमीटर दूर स्थित पृथ्वी-सूर्य L2 लैग्रेंज बिंदु पर उड़ान भरने वाला है।

हबल के विपरीत, जेम्स वेब को बाहर निकालने का कोई तरीका नहीं है, अगर कुछ भी गलत होता है तो उसे ठीक करने के लिए। और यह देखते हुए कि गाइरोस्कोप कितनी बार विफल हुए हैं, यह वास्तव में एक खतरनाक कमजोर बिंदु जैसा प्रतीत होता है। यदि जेम्स वेब की जीरो विफल हो जाती है तो क्या होगा? हम उनकी जगह कैसे ले सकते हैं।

जेम्स वेब में बोर्ड पर प्रतिक्रिया पहिए हैं। वे Rockwell Collins Deutschland द्वारा निर्मित हैं, और वे NASA के चंद्र, EOS एक्वा और आभा मिशनों पर प्रतिक्रिया पहियों के समान हैं - इसलिए डॉन और केप्लर पर विफल प्रतिक्रिया पहियों से एक अलग तकनीक। ऑरा मिशन ने 2016 में एक डर प्रदान किया था जब इसकी प्रतिक्रिया में से एक पहिए नीचे गिर गए थे, लेकिन इसे दस दिनों के बाद बरामद किया गया था।

जेम्स वेब को लक्ष्य पर रखने के लिए हबल जैसे यांत्रिक जाइरोस्कोप का उपयोग नहीं किया जाता है। इसके बजाय, यह एक अलग तकनीक का उपयोग कर रहा है जिसे हेमिसफेरिकल रेज़ोनेटर गायरोस, या एचआरजी कहते हैं।

ये एक क्वार्ट्ज गोलार्ध का उपयोग करते हैं जिसे बहुत सटीक रूप से आकार दिया गया है ताकि यह बहुत ही पूर्वानुमानित तरीके से प्रतिध्वनित हो। गोलार्ध इलेक्ट्रोड से घिरा हुआ है जो प्रतिध्वनि को ड्राइव करता है, लेकिन इसके अभिविन्यास में किसी भी मामूली बदलाव का भी पता लगाता है।

मुझे पता है कि इस तरह की आवाज़ें अस्पष्ट होती हैं, जैसे कि यह अमोघ सपनों द्वारा संचालित होती है, लेकिन आप इसे अपने लिए अनुभव कर सकते हैं।

एक शराब गिलास पकड़ो और फिर इसे अपनी उंगली से झाड़ दो ताकि यह बज रहा हो। रिंगिंग अपनी अनुनाद आवृत्ति पर आगे और पीछे फ्लेक्सिंग वाला वाइन ग्लास है। जैसे ही आप ग्लास को घुमाते हैं, फ्लेक्सिंग आगे और पीछे की तरफ मुड़ जाती है, लेकिन यह बहुत ही प्रेडिक्टेबल तरीके से ओरिएंटेशन में पिछड़ जाता है।

जब ये दोलन एक क्वार्ट्ज क्रिस्टल में दूसरी बार हजारों बार हो रहे हैं, तो छोटे गतियों का पता लगाना और फिर उनके लिए संभव है।

जेम्स वेब कैसे अपने लक्ष्यों पर टिका रहेगा।

इस तकनीक ने शनि पर कैसिनी मिशन पर उड़ान भरी और पूरी तरह से काम किया। वास्तव में, जून 2011 तक, नासा ने रिपोर्ट किया था कि इन उपकरणों ने एक ही विफलता के बिना 125 से अधिक विभिन्न अंतरिक्ष यान पर अंतरिक्ष में 18 मिलियन घंटे निरंतर संचालन का अनुभव किया था। यह वास्तव में बहुत विश्वसनीय है।

मुझे लगता है कि उससे चीजे साफ रहती है। अंतरिक्ष में पुन: उन्मुखीकरण के लिए प्रतिक्रिया या संवेग पहियों का उपयोग किया जाता है, इसलिए वे प्रणोदक का उपयोग किए बिना विभिन्न दिशाओं में सामना कर सकते हैं।

जाइरोस्कोप का उपयोग अंतरिक्ष टेलीस्कोप को एक लक्ष्य पर सटीक रूप से रखने के लिए किया जाता है, ताकि सर्वोत्तम वैज्ञानिक डेटा प्रदान किया जा सके। वे यांत्रिक कताई के पहिये हो सकते हैं, या वे जड़ता में परिवर्तन का पता लगाने के लिए कंपन स्फटिक की प्रतिध्वनि का उपयोग करते हैं।