चित्र साभार: NASA
जैसा कि हर कोई जानता है, रासायनिक रॉकेट अंतरिक्ष की खोज के लिए बहुत धीमे हैं। शायद सबसे कुशल हाइब्रिड सिस्टम होगा, जिसमें विभिन्न प्रकार के प्रणोदन का उपयोग यात्रा के विभिन्न बिंदुओं पर किया जाता है। यह लेख आपको नासा द्वारा वर्तमान में काम कर रही प्रौद्योगिकियों का टूटना बताता है।
"माँ, क्या हम अभी तक वहाँ हैं?"
हर माता-पिता ने सुना है कि कार की पिछली सीट से रोना। यह आमतौर पर किसी भी पारिवारिक यात्रा की शुरुआत के लगभग 15 मिनट बाद शुरू होता है। अच्छी बात है कि हम शायद ही कभी घर से कुछ सौ या कुछ हजार मील से अधिक की यात्रा करते हैं।
लेकिन क्या होगा अगर आप मंगल ग्रह की यात्रा कर रहे हैं? यहां तक कि हर दो साल में पृथ्वी के सबसे करीब पहुंच जाने पर, लाल ग्रह हमेशा कम से कम 35 मिलियन मील दूर होता है। छह महीने वहाँ और छह महीने सबसे अच्छे से।
"ह्यूस्टन, हम अभी तक वहाँ हैं?"
"रासायनिक रॉकेट अभी बहुत धीमे हैं," नासा के मार्शल फ्लाइट फ्लाइट सेंटर में अंतरिक्ष परिवहन प्रौद्योगिकियों के लिए प्रबंधक, लेस जॉनसन पर जोर देता है। "वे एक उड़ान की शुरुआत में अपने सभी प्रणोदक को जला देते हैं और फिर अंतरिक्ष यान बाकी रास्ते में बस विस्फोट करते हैं।" हालाँकि, अंतरिक्ष यान को ग्रहों की सहायता के माध्यम से ऊपर-नीचे किया जा सकता है - ग्रहों के चारों ओर एक खगोलीय दरार-कोड़ा, जैसे कि शनि के चारों ओर जो वायेजर 1 को सौर मंडल के किनारे पर ले जाता है-ग्रहों के बीच यात्रा-यात्रा के समय को अभी भी वर्षों में मापा जाता है। दशकों तक। सहस्राब्दी नहीं तो निकटतम तारे की यात्रा में सदियों लगेंगे।
इससे भी बदतर, रासायनिक रॉकेट अभी भी ईंधन-अक्षम हैं। बिना गैस स्टेशनों वाले देश में गैस गार्डर में गाड़ी चलाने के बारे में सोचें। आपको गैस की नाव लोड करनी होगी और बहुत कुछ नहीं। अंतरिक्ष अभियानों में, आप अपनी यात्रा पर जो ईंधन (या ईंधन के लिए टैंक) ले जा सकते हैं, उसे पेलोड मास कहा जाता है, जैसे, लोग, सेंसर, नमूने, संचार गियर और भोजन। जिस प्रकार गैस का माइलेज किसी कार की ईंधन दक्षता के लिए योग्यता का एक उपयोगी आंकड़ा है, "मिशन के पेलोड मास" के कुल द्रव्यमान के अनुपात का - यह प्रणोदन प्रणाली की दक्षता के लिए योग्यता का एक उपयोगी आंकड़ा है।
आज के रासायनिक रॉकेटों के साथ, पेलोड द्रव्यमान अंश कम है। "एक न्यूनतम-ऊर्जा प्रक्षेपवक्र का उपयोग करते हुए, पृथ्वी से मंगल पर छह-व्यक्ति चालक दल भेजने के लिए, रासायनिक रॉकेट के साथ अकेले कुल लॉन्च द्रव्यमान 1,000 मीट्रिक टन होगा, जिसमें से कुछ 90 प्रतिशत ईंधन होगा," ब्रेट जी ड्रेक ने कहा, जॉनसन स्पेस सेंटर में अंतरिक्ष प्रक्षेपण विश्लेषण और एकीकरण के लिए प्रबंधक। अकेले ईंधन अंतरराष्ट्रीय अंतर्राष्ट्रीय स्टेशन के रूप में दोगुना वजन होगा।
आज के रासायनिक प्रणोदन तकनीक के साथ एक एकल मंगल अभियान में दर्जनों प्रक्षेपणों की आवश्यकता होगी - जिनमें से अधिकांश को केवल रासायनिक ईंधन लॉन्च किया जाएगा। ऐसा लगता है जैसे आपकी 1-टन कॉम्पैक्ट कार को न्यूयॉर्क सिटी से सैन फ्रांसिस्को तक ड्राइव करने के लिए 9 टन गैसोलीन की आवश्यकता थी क्योंकि यह केवल एक मील प्रति गैलन औसत थी।
दूसरे शब्दों में, निम्न-प्रदर्शन प्रणोदन प्रणाली एक प्रमुख कारण है कि मनुष्यों ने अभी तक मंगल पर पैर नहीं रखा है।
अधिक कुशल प्रणोदन प्रणाली अंतरिक्ष में बेहतर "गैस माइलेज" देकर पेलोड मास अंश को बढ़ाती है। चूंकि आपको उतने प्रचारक की आवश्यकता नहीं है, आप अधिक सामान ले जा सकते हैं, एक छोटे वाहन में जा सकते हैं, और / या वहां तेजी से और सस्ता पहुंच सकते हैं। "महत्वपूर्ण संदेश है: हमें मंगल पर कम लागत वाले मिशन को सक्षम करने के लिए उन्नत प्रणोदन तकनीकों की आवश्यकता है," ड्रेक ने घोषणा की।
इस प्रकार, नासा अब आयन ड्राइव, सौर पाल, और अन्य विदेशी प्रणोदन तकनीक विकसित कर रहा है जो दशकों से मनुष्यों को अन्य ग्रहों और सितारों तक पहुँचाती हैं - लेकिन केवल विज्ञान कथा के पन्नों में।
कछुआ से लेकर हरे तक
विज्ञान-तथ्य विकल्प क्या हैं?
नासा दो बुनियादी तरीकों पर काम करना कठिन है। पहला मौलिक रूप से नए रॉकेट विकसित करना है, जिसमें रासायनिक प्रणोदन की तुलना में बेहतर ईंधन अर्थव्यवस्था का ऑर्डर-ऑफ-द-इफरात हो। दूसरा "प्रोपेलेंट-फ्री" सिस्टम विकसित करना है जो गहरे अंतरिक्ष के वैक्यूम में प्रचुर मात्रा में संसाधनों द्वारा संचालित होता है।
ये सभी प्रौद्योगिकियां एक प्रमुख विशेषता को साझा करती हैं: वे धीरे-धीरे शुरू होती हैं, लौकिक कछुए की तरह, लेकिन समय के साथ एक ऐसी घास में बदल जाती है जो वास्तव में मंगल ग्रह की दौड़ जीतती है या जहां भी। वे इस तथ्य पर भरोसा करते हैं कि महीनों के दौरान एक छोटे से निरंतर त्वरण अंततः अंतरिक्ष यान को एक बड़ी प्रारंभिक किक की तुलना में बहुत तेजी से आगे बढ़ा सकता है, जिसके बाद लंबे समय तक समुद्र तट की दूरी होती है।
ऊपर: यह लो-थ्रस्ट स्पेसशिप (एक कलाकार की अवधारणा) एक आयन इंजन द्वारा संचालित और सौर ऊर्जा द्वारा संचालित है। आखिरकार शिल्प गति उठाएगा - कई मील प्रति सेकंड की गति के साथ अथक त्वरण और दौड़ का परिणाम। छवि क्रेडिट: जॉन Frassanito एंड एसोसिएट्स, इंक।
तकनीकी रूप से, वे सभी सिस्टम कम जोर के साथ हैं (जिसका अर्थ है कि आप मुश्किल से ओह-सौम्य त्वरण को महसूस करेंगे, जो आपकी हथेली पर रखे हुए कागज के टुकड़े के वजन के बराबर है) लेकिन लंबे समय तक परिचालन समय। लगातार छोटे त्वरण के महीनों के बाद, आप प्रति सेकंड कई मील की दूरी पर कतरन कर रहे हैं! इसके विपरीत, रासायनिक प्रणोदन प्रणाली उच्च थ्रस्ट और कम परिचालन समय है। इंजन के फायरिंग करते समय आप सीट कुशन में वापस आ गए हैं, लेकिन केवल संक्षेप में। उसके बाद टैंक खाली है।
ईंधन-कुशल रॉकेट
"एक रॉकेट कुछ भी है जो अपने आप को आगे बढ़ाने के लिए कुछ पानी में फेंक देता है," जॉनसन ने बताया। (यह मत मानो कि परिभाषा? एक उच्च दबाव नली के साथ एक स्केटबोर्ड पर बैठो एक तरह से बताया गया है, और आपको विपरीत तरीके से प्रस्तावित किया जाएगा)।
उन्नत रॉकेट के लिए अग्रणी उम्मीदवार आयन इंजन के वेरिएंट हैं। वर्तमान आयन इंजनों में, प्रोपेलेंट एक रंगहीन, बेस्वाद, गंधहीन अक्रिय गैस है, जैसे कि क्सीनन। गैस एक चुंबक-रिंग कक्ष को भरती है जिसके माध्यम से एक इलेक्ट्रॉन किरण चलती है। इलेक्ट्रॉनों गैसीय परमाणुओं पर प्रहार करते हैं, एक बाहरी इलेक्ट्रॉन को दूर फेंकते हैं और तटस्थ परमाणुओं को सकारात्मक रूप से चार्ज होने वाले आयनों में बदलते हैं। कई छेद वाले विद्युतीकृत ग्रिड (आज के संस्करणों में 15,000) आयनों को अंतरिक्ष यान के निकास की ओर केंद्रित करते हैं। आयन प्रति घंटे 100,000 मील से अधिक की गति पर ग्रिड को गोली मारते हैं (225 मील प्रति घंटे में एक इंडियानापोलिस 500 रेसकार की तुलना करें) - इंजन को अंतरिक्ष में पहुंचाना, जिससे जोर का उत्पादन होता है।
गैस को आयनित करने और इंजन को चार्ज करने के लिए बिजली कहाँ से आती है? या तो सौर पैनलों (तथाकथित सौर विद्युत प्रणोदन) से या विखंडन या संलयन (तथाकथित परमाणु विद्युत प्रणोदन) से। सौर विद्युत प्रणोदन इंजन सूर्य और मंगल के बीच रोबोट मिशन के लिए सबसे प्रभावी होगा, और मंगल से परे रोबोट मिशनों के लिए परमाणु विद्युत प्रणोदन जहां सूरज की रोशनी कमजोर है या मानव मिशन के लिए जहां गति का सार है।
आयन ड्राइव काम करते हैं। उन्होंने न केवल पृथ्वी पर होने वाले परीक्षणों में अपनी सूक्ष्मता सिद्ध की है, बल्कि काम करने वाले अंतरिक्षयानों में- सबसे प्रसिद्ध डीप स्पेस 1, एक छोटा-सा प्रौद्योगिकी-परीक्षण मिशन है जो सौर विद्युत प्रणोदन द्वारा संचालित है, जिसने सितंबर में धूमकेतु बोरेल्ली की तस्वीरें लीं और उड़ान भरी। 2001. आयन ड्राइव जो डीप स्पेस 1 को प्रोपेल करता है, रासायनिक रॉकेट की तरह लगभग 10 गुना कुशल है।
प्रणोदक-मुक्त प्रणाली
हालाँकि, सबसे कम द्रव्यमान वाला प्रणोदन सिस्टम ऐसा हो सकता है, जो बिना ऑन-बोर्ड प्रोपेलेंट के बिल्कुल भी न चल सके। वास्तव में, वे रॉकेट भी नहीं हैं। इसके बजाय, सच्ची पायनियर शैली में, वे "भूमि से दूर रहते हैं" - अंतरिक्ष में प्रचुर मात्रा में प्राकृतिक संसाधनों पर ऊर्जा के लिए भरोसा करते हैं, जितना कि योर के अग्रदूत जानवरों को फंसाने और सीमा पर जड़ों और जामुनों को खोजने के लिए भोजन पर निर्भर थे।
दो प्रमुख उम्मीदवार सौर पाल और प्लाज्मा पाल हैं। हालांकि प्रभाव समान है, ऑपरेटिंग तंत्र बहुत अलग हैं।
एक सौर पाल में गॉसमर का एक विशाल क्षेत्र होता है, अत्यधिक परावर्तक सामग्री जो सूर्य से प्रकाश (या पृथ्वी से माइक्रोवेव या लेजर बीम से) पर कब्जा करने के लिए गहरे स्थान पर तैयार होती है। बहुत महत्वाकांक्षी मिशनों के लिए, पाल क्षेत्र में कई वर्ग किलोमीटर तक हो सकते हैं।
सौर पाल इस तथ्य का लाभ उठाते हैं कि सौर फोटॉनों, हालांकि कोई द्रव्यमान नहीं है, पृथ्वी की दूरी पर प्रति वर्ग मीटर में कई माइक्रोनवेटन (एक सिक्के के वजन के बारे में) में गति है। यह सौम्य विकिरण दबाव धीरे-धीरे निश्चित रूप से पाल और उसके पेलोड को सूरज से दूर कर देगा, 150,000 मील प्रति घंटे या 40 मील प्रति सेकंड से अधिक की गति तक पहुंच जाएगा।
एक आम गलत धारणा यह है कि सौर पाल सौर वायु, ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन की एक धारा को पकड़ते हैं जो सूर्य के बाहरी वातावरण से दूर उबलते हैं। ऐसा नहीं। सौर पालों को धूप से ही उनकी गति मिलती है। हालांकि, तथाकथित "प्लाज्मा पाल" का उपयोग करके सौर हवा की गति को टैप करना संभव है।
प्लाज्मा पाल पृथ्वी के अपने चुंबकीय क्षेत्र पर बनाए गए हैं। शक्तिशाली ऑन-बोर्ड इलेक्ट्रोमैग्नेट एक अंतरिक्ष यान को 15 या 20 किलोमीटर के पार एक चुंबकीय बुलबुले के साथ घेरेगा। सौर हवा में उच्च गति वाले आवेशित कण चुम्बकीय बुलबुले को धकेल देते हैं, जैसे वे पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र को करते हैं। जब यह इस तरह से धकेल दिया जाता है तो पृथ्वी नहीं चलती है-हमारा ग्रह बहुत विशाल है। लेकिन एक अंतरिक्ष यान धीरे-धीरे सूर्य से दूर चला जाएगा। (एक अतिरिक्त बोनस: जिस तरह पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र हमारे ग्रह को सौर विस्फोटों और विकिरण तूफानों से बचाता है, उसी तरह एक चुंबकीय प्लाज्मा सेल एक अंतरिक्ष यान के रहने वालों की रक्षा करेगा।)
ऊपर: चुंबकीय बबल (या "प्लाज्मा सेल") के अंदर एक अंतरिक्ष जांच के लिए एक कलाकार की अवधारणा। सौर हवा में चार्ज कणों ने बुलबुले को मारा, दबाव लागू किया और अंतरिक्ष यान को प्रेरित किया। [अधिक]
बेशक, मूल, आजमाया हुआ और सच्चा प्रणोदक-मुक्त प्रौद्योगिकी गुरुत्वाकर्षण सहायता है। जब एक अंतरिक्ष यान किसी ग्रह द्वारा घूमता है, तो यह ग्रह की कक्षीय गति को चुरा सकता है। यह शायद ही एक बड़े ग्रह पर फर्क करता है, लेकिन यह प्रभावशाली रूप से एक अंतरिक्ष यान के वेग को बढ़ा सकता है। उदाहरण के लिए, जब गैलीलियो 1990 में पृथ्वी के पास से गुजरे, तो अंतरिक्ष यान की गति 11,620 मील प्रति घंटे बढ़ गई; इस बीच पृथ्वी अपनी कक्षा में प्रति वर्ष एक इंच के 5 बिलियन से कम की मात्रा में धीमी हो गई। प्रणोदन प्रणाली के किसी भी प्रकार के पूरक में इस तरह के गुरुत्वाकर्षण सहायता मूल्यवान हैं।
ठीक है, अब जब आप इंटरप्लेनेटरी स्पेस के माध्यम से ज़िप कर रहे हैं, तो आप अपने गंतव्य पर कैसे धीमी गति से पार्किंग की कक्षा में जाने के लिए और लैंडिंग के लिए तैयार होने के लिए कैसे धीमा करते हैं? रासायनिक प्रणोदन के साथ, सामान्य तकनीक में एक बार फिर से आग लगाने की आवश्यकता होती है - एक बार फिर जहाज पर ईंधन की बड़ी मात्रा की आवश्यकता होती है।
एक अधिक किफायती विकल्प का वादा किया गया है, जो कि एयरोकेचर द्वारा गंतव्य ग्रह के अपने वायुमंडल के साथ घर्षण द्वारा अंतरिक्ष यान को तोड़ रहा है। बेशक, चाल को उच्च-गति वाले इंटरप्लेनेटरी अंतरिक्ष यान को जलने नहीं देना है। लेकिन नासा के वैज्ञानिकों को लगता है कि, उचित रूप से डिज़ाइन किए गए हीट शील्ड के साथ, कई मिशनों के लिए संभव होगा कि वह अपने ऊपरी वायुमंडल के माध्यम से एक गंतव्य ग्रह के चारों ओर कक्षा में बस जाए।
आगे!
"कोई भी एकल प्रणोदन तकनीक सबके लिए सब कुछ नहीं करेगी," जॉनसन ने चेतावनी दी। वास्तव में, सौर पाल और प्लाज्मा पाल पृथ्वी से मंगल ग्रह तक मनुष्यों के बजाय मुख्य रूप से कार्गो के प्रसार के लिए उपयोगी होंगे, क्योंकि "उन प्रौद्योगिकियों को वेग से बचने के लिए बहुत लंबा समय लगता है," ड्रेक ने कहा।
बहरहाल, मंगल पर मानवयुक्त मिशन प्राप्त करने में कई प्रौद्योगिकियों का एक संकर वास्तव में बहुत ही किफायती साबित हो सकता है। वास्तव में, रासायनिक प्रणोदन, आयन प्रणोदन और एयरोकैपचर का एक संयोजन 6-व्यक्ति मंगल मिशन के लॉन्च द्रव्यमान को 450 मीट्रिक टन से कम कर सकता है (केवल छह लॉन्च की आवश्यकता होती है) - आधे से भी कम है जो अकेले रासायनिक प्रणोदन से प्राप्य है।
ऐसा हाइब्रिड मिशन इस तरह से हो सकता है: रासायनिक रॉकेट, हमेशा की तरह अंतरिक्ष यान को जमीन से दूर ले जाएगा। एक बार कम-पृथ्वी की कक्षा में, आयन ड्राइव मॉड्यूल प्रज्वलित होंगे, या जमीन नियंत्रक एक सौर या प्लाज्मा सेल तैनात कर सकते हैं। 6 से 12 महीनों के लिए, पृथ्वी के वान एलन विकिरण बेल्टों में विकिरण की बड़ी मात्रा में चालक दल को उजागर करने से बचने के लिए अस्थायी रूप से मानव रहित अंतरिक्ष, धीरे-धीरे एक अंतिम उच्च पृथ्वी-प्रस्थान कक्षा में तेजी लाएगा। इसके बाद चालक दल को उच्च गति की टैक्सी में मंगल यान पर ले जाया जाएगा; एक छोटा रासायनिक चरण फिर वेग से बचने के लिए वाहन को लात मार देगा, और यह मंगल की ओर अग्रसर होगा।
जैसे ही पृथ्वी और मंगल अपनी-अपनी कक्षाओं में घूमते हैं, दोनों ग्रहों के बीच की सापेक्ष ज्यामिति लगातार बदल रही है। हालांकि मंगल पर लॉन्च के अवसर हर 26 महीने में होते हैं, सबसे सस्ती, सबसे तेज़ संभव यात्राएं हर 15 साल में होती हैं-अगले 2018 में आने वाली।
शायद तब तक हमारे पास सवाल का एक अलग जवाब होगा, "ह्यूस्टन, क्या हम अभी तक वहाँ हैं?"
मूल स्रोत: NASA विज्ञान कहानी
