यह बहुत बुरा मंगल है, यह एक दिलचस्प जगह है, क्योंकि यह वास्तव में सौर मंडल में घूमने के लिए सबसे कठिन स्थानों में से एक है, खासकर यदि आप बहुत सारे सामान साथ लाना चाहते हैं। यह ग्रह उन मिशनों का एक कब्रिस्तान है जो इसे बनाने के लिए पर्याप्त नहीं हैं।
जैसे-जैसे हमारी महत्वाकांक्षाएँ बढ़ती हैं, और हम मनुष्यों के साथ मंगल ग्रह की खोज के बारे में सोचते हैं - शायद भविष्य के उपनिवेशवादी भी - हम अंतरिक्ष अन्वेषण में सबसे बड़ी समस्याओं में से एक को हल करने की आवश्यकता वाले हैं।
मंगल ग्रह की सतह पर सफलतापूर्वक भारी पेलोड को उतारना वास्तव में बहुत कठिन है।
मंगल के साथ चुनौतियों का एक गुच्छा है, जिसमें एक सुरक्षात्मक मैग्नेटोस्फीयर की कमी और निचली सतह के गुरुत्वाकर्षण शामिल हैं। लेकिन एक सबसे बड़ा कार्बन डाइऑक्साइड का पतला वातावरण है।
यदि आप एक स्पेससूट के बिना मंगल की सतह पर खड़े थे, तो आप ऑक्सीजन की कमी से मृत्यु और अशांति से मुक्त हो जाते हैं। लेकिन आप 1% से भी कम वायुमंडलीय दबाव का अनुभव करते हैं जो आप पृथ्वी पर यहां आनंद लेते हैं।
और यह पता चला है, यह पतला वातावरण लाल ग्रह की सतह तक सुरक्षित रूप से महत्वपूर्ण पेलोड प्राप्त करने के लिए अविश्वसनीय रूप से चुनौतीपूर्ण बना रहा है। वास्तव में, मंगल पर केवल 53% मिशनों ने वास्तव में ठीक से काम किया है।
तो चलिए इस बारे में बात करते हैं कि मंगल ने अतीत में कैसे काम किया है, और मैं आपको दिखाता हूँ कि समस्या क्या है।
मंगल पर लैंडिंग सबसे खराब है
ऐतिहासिक रूप से, मंगल पर मिशन उड़ान की खिड़कियों के दौरान पृथ्वी से लॉन्च किए जाते हैं जो हर दो साल में खुलते हैं और जब पृथ्वी और मंगल एक साथ करीब होते हैं। ExoMars ने 2016 में उड़ान भरी, InSight 2018 में और मार्स 2020 रोवर, 2020 में उड़ान भरेगा।
मिशन इंटरप्लेनेटरी ट्रांसफर ट्रैजेक्टरी का अनुसरण करते हैं, जिसे या तो सबसे तेज़, या कम से कम ईंधन प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
जैसे ही अंतरिक्ष यान मंगल के वायुमंडल में प्रवेश करता है, यह प्रति घंटे हजारों किलोमीटर जा रहा है। यह किसी तरह लाल ग्रह की सतह पर धीरे से उतरने से पहले उस सभी वेग को खो देता है।
यहां पृथ्वी पर, आप अपने वंश को धीमा करने के लिए मोटी ढाल वाले वायुमंडलीय वातावरण का उपयोग कर सकते हैं, गर्मी ढाल के साथ अपने वेग से खून बह रहा है। स्पेस शटल की टाइलों को पुनः प्रवेश की गर्मी को अवशोषित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, क्योंकि 77 टन ऑर्बिटर 28,000 किमी / घंटा से शून्य हो गया था।
शुक्र या टाइटन पर एक समान तकनीक का उपयोग किया जा सकता है, जहां उनके पास मोटी वायुमंडल है।
चंद्रमा, बिना किसी भी वायुमंडल के साथ-साथ भूमि पर अपेक्षाकृत सरल है। किसी भी वातावरण के बिना, हीट शील्ड की कोई आवश्यकता नहीं है, आप केवल अपनी कक्षा को धीमा करने और सतह पर लैंड करने के लिए प्रणोदन का उपयोग करते हैं। जब तक आप पर्याप्त प्रणोदक लाते हैं, आप लैंडिंग को रोक सकते हैं।
२०,००० किलोमीटर प्रति घंटे से अधिक के पतले वायुमंडल में एक अंतरिक्ष यान को चोट पहुंचाते हुए मंगल ग्रह पर वापस।
जिज्ञासा की सीमा है
परंपरागत रूप से, मिशन ने अंतरिक्ष यान के वेग को हटाने के लिए एक एरोसेल के साथ अपने वंश को शुरू किया है। मंगल ग्रह पर भेजा गया सबसे भारी मिशन क्यूरियोसिटी था, जिसका वजन 1 मीट्रिक टन या 2,200 पाउंड था।
जब यह मंगल के वायुमंडल में प्रवेश किया, तो यह 5.9 किलोमीटर प्रति सेकंड या 22,000 किलोमीटर प्रति घंटे की रफ्तार से जा रहा था।
क्यूरियोसिटी के पास मंगल ग्रह पर भेजा गया अब तक का सबसे बड़ा एयरोसोल था, जिसकी माप 4.5 मीटर थी। यह विशाल एयरोसोल एक कोण पर झुका हुआ था, जिससे अंतरिक्ष यान को पैंतरेबाज़ी करने की अनुमति मिली क्योंकि यह मंगल के पतले वातावरण को हिट करता है, एक विशिष्ट लैंडिंग क्षेत्र के लिए लक्ष्य करता है।
लगभग 131 किलोमीटर की ऊँचाई पर, अंतरिक्ष यान मंगल की सतह के निकट आते ही प्रक्षेपवक्र को सही करने के लिए थ्रस्टरों को उड़ाना शुरू कर देगा।
वायुमंडल के माध्यम से उड़ान के बारे में 80 सेकंड, गर्मी ढाल पर तापमान 2,100 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ गया। पिघल नहीं करने के लिए, हीट शील्ड ने एक विशेष सामग्री का इस्तेमाल किया, जिसे फेनोलिक इम्परगनेटेड कार्बन एब्लेटर, या पीआईसीए कहा जाता है। एक ही सामग्री SpaceX अपने ड्रैगन कैप्सूल के लिए उपयोग करती है, वैसे।
एक बार जब उसने मच 2.2 की तुलना में अपने वेग को धीमा कर दिया था, तो अंतरिक्ष यान ने मंगल पर एक मिशन के लिए बनाया गया सबसे बड़ा पैराशूट तैनात किया - 16 मीटर। यह पैराशूट 29,000 किलोग्राम ड्रैग फोर्स उत्पन्न कर सकता है, इसे और भी धीमा कर सकता है।
निलंबन लाइनें टेक्नोरा और केवलर से बनी थीं, जो कि हम जानते हैं कि सबसे मजबूत और सबसे अधिक गर्मी प्रतिरोधी सामग्री हैं।
तब इसने अपने पैराशूट को पीछे छोड़ दिया और रॉकेट इंजन का इस्तेमाल अपने वंश को और भी धीमा कर दिया। जब यह काफी करीब था, क्यूरियोसिटी ने एक स्काइरेन को तैनात किया जिसने रोवर को सतह पर धीरे से नीचे कर दिया।
यह क्विक वर्जन है। यदि आप चाहते हैं कि मंगल पर लैंडिंग के दौरान क्यूरियोसिटी का व्यापक अवलोकन हो, तो मैं आपको एमिली लकड़ावाला की "द डिज़ाइन एंड इंजीनियरिंग ऑफ़ क्यूरियोसिटी" की जाँच करने की अत्यधिक सलाह देता हूँ।
जिज्ञासा का वजन केवल एक टन था।
जा रहा है हेडवियर स्केल नहीं है
भारी पेलोड के साथ एक ही काम करना चाहते हैं? मुझे यकीन है कि आप बड़े एयरोसोल, बड़े पैराशूट, बड़े स्काईक्रैन की कल्पना कर रहे हैं।
सिद्धांत रूप में, स्पेसएक्स स्टारशिप 100 टन उपनिवेशवादियों और उनके सामान को मंगल की सतह पर भेजेगा।
यहाँ समस्या है। मंगल ग्रह के वातावरण में सड़ने के तरीके बहुत अच्छे नहीं हैं।
सबसे पहले, पैराशूट से शुरुआत करते हैं। ईमानदार होने के लिए, 1-टन में, जिज्ञासा लगभग भारी होती है जितना कि आप पैराशूट का उपयोग करके प्राप्त कर सकते हैं। कोई भी भारी और कोई भी सामग्री जो अभियंता उपयोग नहीं कर सकते हैं जो कि मंदी के भार को संभाल सकते हैं।
कुछ महीने पहले, नासा के इंजीनियरों ने उन्नत सुपरसोनिक पैराशूट इन्फ्लेशन रिसर्च एक्सपेरिमेंट या एएसपीआरएआरई के सफल परीक्षण का जश्न मनाया। यह पैराशूट है जिसका उपयोग मंगल 2020 रोवर मिशन के लिए किया जाएगा।
उन्होंने एक लगने वाले रॉकेट पर नायलॉन, टेक्नोरा और केलार जैसे उन्नत मिश्रित कपड़ों से बने पैराशूट को 37 किलोमीटर की ऊँचाई पर उतारा, जो अंतरिक्ष यान को मंगल पर पहुंचने के दौरान अनुभव करेगा।
पैराशूट एक दूसरे के एक अंश में तैनात है, और पूरी तरह से फुलाया हुआ, 32,000 किलोग्राम बल का अनुभव करता है। यदि आप उस समय बोर्ड पर होते, तो आपको 3.6 गुना अनुभव होता जितना कि एक दीवार में दुर्घटनाग्रस्त होने से 100 किमी / घंटा की दूरी पर अपनी सीट को ढंकने के लिए। दूसरे शब्दों में, आप जीवित नहीं रहेंगे।
यदि अंतरिक्ष यान किसी भी भारी था, तो इसे असंभव मिश्रित कपड़े से बनाना होगा। और यात्रियों के बारे में भूल जाओ।
नासा मंगल ग्रह पर भारी पेलोड को उतारने के लिए विभिन्न विचारों की कोशिश कर रहा है, जैसे कि, 3 टन।
एक विचार को लो-डेंसिटी सुपरसोनिक डिसेलेरेटर या एलडीएसडी कहा जाता है। यह विचार बहुत बड़े एयरोडायनामिक डिसेलेरेटर का उपयोग करने के लिए है जो अंतरिक्ष यान के चारों ओर उछालभरी महल की तरह बढ़ेगा क्योंकि यह मंगल ग्रह के गुरुत्वाकर्षण में प्रवेश करता है।
2015 में, नासा ने वास्तव में इस तकनीक का परीक्षण किया था, जो एक गुब्बारे पर एक प्रोटोटाइप वाहन को 36 किलोमीटर की ऊंचाई तक ले गया था। वाहन ने अपने ठोस रॉकेट को निकाल दिया, जो इसे 55 किलोमीटर की ऊँचाई तक ले गया।
जैसे-जैसे यह ऊपर की ओर बढ़ रहा था, इसने अपने सुपरसोनिक इन्फ्लेटेबल एरोडायनेमिक डिसेलेरेटर को 6 मीटर (या 20 फीट) के व्यास तक बढ़ा दिया, जिसने फिर इसे मच 2.4 तक वापस धीमा कर दिया। दुर्भाग्य से इसका पैराशूट ठीक से तैनात करने में विफल रहा, इसलिए यह प्रशांत महासागर में दुर्घटनाग्रस्त हो गया।
यही प्रगति है। यदि वे वास्तव में इंजीनियरिंग और भौतिकी का काम कर सकते हैं, तो हम किसी दिन 3 टन के अंतरिक्ष यान को मंगल की सतह पर उतरते हुए देख सकते हैं। तीन पूरे टन।
अधिक प्रणोदन, कम कार्गो
एक मंगल लैंडिंग को स्केल करने का अगला विचार अधिक प्रणोदन का उपयोग करना है। सिद्धांत रूप में, आप केवल अधिक ईंधन ले जा सकते हैं, मंगल पर पहुंचने पर अपने रॉकेट को आग लगा सकते हैं और उस सभी वेग को रद्द कर सकते हैं। समस्या, निश्चित रूप से यह है कि जितना अधिक द्रव्यमान आप को कम करना होगा, उतना कम द्रव्यमान जिसे आप वास्तव में मंगल की सतह पर उतार सकते हैं।
स्पेसएक्स स्टारशिप से मंगल की सतह पर 100 टन नीचे उतरने के लिए एक प्रणोदक लैंडिंग का उपयोग करने की उम्मीद है। क्योंकि यह अधिक प्रत्यक्ष, तेज़ पथ ले रहा है, स्टारशिप मार्टियन वातावरण को 8.5 किमी / सेकंड से अधिक तेज़ी से हिट करेगा और फिर इसकी प्रविष्टि को धीमा करने के लिए वायुगतिकीय बलों का उपयोग करेगा।
बेशक, यह तेजी से नहीं जाना है। स्टारशिप एयरोब्रैकिंग का उपयोग कर सकता है, ऊपरी वायुमंडल से होकर कई बार वेग से खून बहता है। वास्तव में, यह वह विधि है जो मंगल ग्रह पर जाने वाले कक्षीय अंतरिक्ष यान का उपयोग करती है।
लेकिन तब बोर्ड पर यात्रियों को अंतरिक्ष यान को धीमा करने और मंगल के चारों ओर कक्षा में जाने के लिए और फिर वायुमंडल के माध्यम से नीचे उतरने के लिए सप्ताह बिताने की आवश्यकता होगी।
एलोन मस्क के अनुसार, सभी गर्मी को संभालने के लिए उनकी प्रसन्नतापूर्ण अनैच्छिक रणनीति है कि अंतरिक्ष यान को स्टेनलेस स्टील से बाहर करना है, और फिर शेल में छोटे छेदों से अंतरिक्ष यान के घुमावदार पक्ष को ठंडा रखने के लिए मीथेन ईंधन को बाहर निकाला जाएगा।
एक बार जब यह पर्याप्त वेग बहा देता है, तो यह अपने रैप्टर इंजन को आग लगा देता है और मंगल की सतह पर धीरे से लैंड करता है।
ग्राउंड के लिए निशाना लगाओ, आखिरी मिनट में ऊपर खींचो
अंतरिक्ष यान का प्रत्येक किलोग्राम ईंधन मंगल की सतह पर अपने वंश को धीमा करने के लिए उपयोग करता है एक किलोग्राम कार्गो है जिसे वह सतह पर नहीं ले जा सकता है।
मुझे यकीन नहीं है कि कोई भी व्यवहार्य रणनीति है जो मंगल की सतह पर भारी पेलोड को आसानी से उतारेगी। प्रचंड मात्रा में प्रणोदक का उपयोग किए बिना मेरे से अधिक लोगों को लगता है कि यह बहुत असंभव है।
उस ने कहा, एलोन मस्क एक तरीका है। और इससे पहले कि हम उनके विचारों पर छूट दें, चलो फाल्कन हेवी रॉकेट लैंड से ट्विन साइड बूस्टर को पूरी तरह से एक साथ देखते हैं।
और केंद्रीय बूस्टर का क्या हुआ इस पर कोई ध्यान नहीं।
अर्बाना विश्वविद्यालय में एयरोस्पेस विभाग के एक नए अध्ययन में अर्बाना-शैंपेन में प्रस्ताव किया गया है कि मिशन मंगल के मोटे वातावरण का लाभ उठा सकते हैं जो मंगल की सतह के करीब है।
"मंगल पर उच्च बैलिस्टिक गुणांक वाहनों के लिए प्रवेश विकल्प" शीर्षक वाले अपने पेपर में, शोधकर्ताओं का प्रस्ताव है कि मंगल ग्रह पर जाने वाले अंतरिक्ष यान को अपने वेग से छुटकारा पाने के लिए इतनी जल्दी में होने की आवश्यकता नहीं है।
जैसा कि अंतरिक्ष यान वायुमंडल के माध्यम से चिल्ला रहा है, यह अभी भी बहुत अधिक वायुगतिकीय लिफ्ट उत्पन्न करने में सक्षम होगा, जिसका उपयोग इसे वायुमंडल के माध्यम से चलाने के लिए किया जा सकता है।
उन्होंने गणनाएँ चलाईं और पाया कि आदर्श कोण केवल अंतरिक्ष यान को सीधे नीचे की ओर इंगित करने और सतह की ओर गोता लगाने के लिए था। फिर, अंतिम संभव क्षण में वायुमंडल के सबसे मोटे हिस्से के माध्यम से बग़ल में उड़ान भरने के लिए वायुगतिकीय लिफ्ट का उपयोग करके ऊपर खींचें।
यह ड्रैग को बढ़ाता है और आपको अपने वंश इंजन को चालू करने से पहले और अपने संचालित लैंडिंग को पूरा करने से पहले वेग की सबसे अधिक मात्रा से छुटकारा दिलाता है।
जो लगता है, उम, मज़ा।
यदि मानवता मंगल की सतह पर एक व्यवहार्य भविष्य का निर्माण करने जा रही है, तो हमें इस समस्या का समाधान करने की आवश्यकता है। हमें ऐसी तकनीकों और तकनीकों को विकसित करने की आवश्यकता है जो मंगल पर लैंडिंग को अधिक विश्वसनीय और सुरक्षित बनाती हैं।
मुझे संदेह है कि यह लोगों की अपेक्षा बहुत अधिक चुनौतीपूर्ण होने जा रहा है, लेकिन मैं उन विचारों की प्रतीक्षा कर रहा हूं जो आने वाले वर्षों में परीक्षण किए जाएंगे।
नैन्सी एटकिंसन को धन्यवाद इस विषय को यहाँ कवर किया अंतरिक्ष पत्रिका पर एक दशक से अधिक समय पहले, और मुझे इस वीडियो पर काम करने के लिए प्रेरित किया।
