जब दूरबीनों की बात आती है, तो बड़ा बेहतर होता है। यह यहाँ पृथ्वी पर सच है, और यह अंतरिक्ष में विशेष रूप से सच है। जैसा कि खगोलविद और इंजीनियर अगली पीढ़ी के विशाल अंतरिक्ष दूरबीनों को डिजाइन करते हैं, वे वर्तमान लॉन्च प्रदाताओं की सीमाओं के खिलाफ चल रहे हैं। केवल इतने ही तरीके हैं जिनसे आप एक विशाल दूरबीन को मोड़ सकते हैं ताकि वह 5 मीटर की लॉन्च फेयरिंग के अंदर फिट हो सके।
आगामी जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप पृथ्वी पर आप जो निर्माण कर सकते हैं और एक ही लॉन्च में अंतरिक्ष में डाल सकते हैं, उसकी बहुत सीमा है। बड़ा होने के लिए, अंतरिक्ष एजेंसियों को अंतरिक्ष में अपनी अगली पीढ़ी के अंतरिक्ष दूरबीनों को असेंबल करने पर विचार करना होगा।
जब हबल स्पेस टेलीस्कोप को 1990 में लॉन्च किया गया था , इसे स्पेस शटल डिस्कवरी पर अंतरिक्ष में ले जाया गया। टेलीस्कोप की कई क्षमताओं, इसके 2.4-मीटर दर्पण सहित, को शटल के कार्गो बे के अंदर फिट होने के लिए डिज़ाइन किया गया था।
अंतरिक्ष में अब तक का सबसे बड़ा टेलीस्कोप एपर्चर यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी की हर्शल इन्फ्रारेड वेधशाला और इसका 3.5-मीटर प्राथमिक दर्पण था। अपने सभी उपकरणों और रैप-अराउंड सौर पैनलों के साथ, हर्शल अपनी 4.6-मीटर लॉन्च फेयरिंग के अंदर मुश्किल से ही फिट होता है एरियन 5 ईसीए प्रक्षेपण यान।
हर्शल स्पेस टेलीस्कोप के कलाकार की छाप। श्रेय: ESA/AOES Medialab/NASA/ESA/STScI
जैसा कि इंजीनियरों ने अगली पीढ़ी के जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप को 6.5 मीटर के दर्पण और टेनिस कोर्ट के आकार के सनशील्ड के साथ डिजाइन किया था, उन्हें पूरे टेलीस्कोप को एक एरियन 5 रॉकेट के अंदर फिट करने के लिए ओरिगेमी की कला को अपनाने की जरूरत थी।
जब जेम्स वेब अपनी लॉन्चिंग फेयरिंग से शुरू होता है और अपने अंतिम सन-अर्थ L2 लैग्रेंज प्वाइंट होम में खुद को फहराता है, तो यह एक बहुत ही जटिल परिवर्तन से गुजरेगा।
टेलीस्कोप 20 परिनियोजन घटनाओं से गुजरेगा, जिनमें से प्रत्येक को एक के बाद एक पूरी तरह से जाना होगा। इसके सनशील्ड और मुख्य दर्पण सहित 40 विभिन्न संरचनाओं को तैनात करने की आवश्यकता होगी। 178 अलग-अलग रिलीज मैकेनिज्म हैं जिन्हें पूरी तरह से काम करने की जरूरत है।
नासा के जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप का चित्रण। साभार: नासा
कोई काम नहीं है। और अगर इस परिनियोजन के दौरान कुछ भी होता है, तो इसे ठीक करने का कोई तरीका नहीं है।
हम अगले दशक के सर्वेक्षण के समय के करीब हैं, जहां खगोलविद, खगोल भौतिकीविद और इंजीनियर भविष्य के विज्ञान लक्ष्यों की अपनी इच्छा सूची तैयार करने के लिए एक साथ आते हैं। खगोल विज्ञान में सबसे बड़े बकाया प्रश्न क्या हैं, और वे कौन से उपकरण, प्रयोग और वेधशालाएं हैं जो उत्तर देने में सबसे अच्छी मदद करेंगे?
वे जो भी फैसला करेंगे, अगली पीढ़ी बड़ी दूरबीनें लाएगी। चाहे वह LUVOIR की तरह एक पूर्ण स्पेक्ट्रम वेधशाला हो, जो हबल के नक्शेकदम पर बड़े मुख्य दर्पण के साथ चल सकती है, HabEx जैसे रहने योग्य एक्सोप्लैनेट-शिकार विशेषज्ञ या लिंक्स जैसी उन्नत एक्स-रे वेधशाला, ये चीजें बड़ी होने वाली हैं।
बड़े पराबैंगनी/ऑप्टिकल/इन्फ्रारेड सर्वेयर (LUVOIR) अंतरिक्ष दूरबीन की कलाकार की अवधारणा। श्रेय: नासा/जीएसएफसी
ओरिगेमी की कोई भी मात्रा उन्हें 5 मीटर की फेयरिंग के अंदर फिट नहीं कर पाएगी। वे स्पेसएक्स स्टारशिप के अंदर भी आसानी से फिट नहीं होंगे।
हो सकता है कि अगली पीढ़ी के अंतरिक्ष दूरबीनों को अंतरिक्ष में इकट्ठा किया जाएगा।
चूंकि हबल अपने जीवन के अंत के करीब है, और हम जेम्स वेब और डब्ल्यूएफआईआरएसटी के प्रक्षेपण की तैयारी कर रहे हैं, वैज्ञानिक और इंजीनियर इसके बाद आने वाली दूरबीनों के लिए अंतरिक्ष-आधारित निर्माण विधियों पर विचार कर रहे हैं।
मई 2018 में, नासा ने चार्टर्ड एक अध्ययन अंतरिक्ष दूरबीनों के निर्माण में जब वे अंतरिक्ष में हों: तकनीक को 'अंतरिक्ष में सभा' कहा जाता है।
इन-स्पेस असेंबल टेलीस्कोप की अवधारणा। क्रेडिट: नासा
उन्होंने खुद से सवाल पूछा, 'चूंकि टेलीस्कोप बड़े और बड़े होते जा रहे हैं, अंततः लॉन्च फेयरिंग के अंदर फिट होने के लिए बहुत बड़े हैं, यह अंतरिक्ष दूरबीनों को पृथ्वी पर बनाने और उन्हें एकल लॉन्च वाहनों से स्वायत्त रूप से तैनात करने के बजाय अंतरिक्ष में इकट्ठा करने के लायक कब होगा' ?
उनके अध्ययन में नासा केंद्रों, निजी कंपनियों, सरकारी एजेंसियों और विश्वविद्यालयों के दर्जनों प्रतिभागियों को शामिल किया गया था, जो मिलनसार और निकटता संचालन, रोबोटिक्स, टेलीस्कोप ऑप्टिक्स, संरचनाओं, उपकरणों, लॉन्च वाहनों और कक्षीय गतिशीलता में विशेषज्ञता के साथ थे।
इन-स्पेस असेंबली की मूल बातें जेमिनी और अपोलो एरास के साथ-साथ मीर जैसे सोवियत मिशनों के दौरान विभिन्न मिशनों के साथ दशकों से विकसित की गई हैं।
अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन। क्रेडिट: नासा
लेकिन सबसे अच्छा उदाहरण, निश्चित रूप से, अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन है, जिसे टुकड़े-टुकड़े करके इकट्ठा किया गया था 30 से अधिक अलग-अलग मिशनों के दौरान। लॉन्च किया गया पहला टुकड़ा रूसी ज़रिया मॉड्यूल था, जो यूएस यूनिटी मॉड्यूल से जुड़ा था। अगले दो दशकों में, कई और अंतरिक्ष शटल, साथ ही संयुक्त राज्य अमेरिका, रूस, यूरोप और जापान से कार्गो लॉन्च स्टेशन में मॉड्यूल जोड़ना जारी रखा।
अंतरिक्ष यात्रियों ने आज हम जिस विशाल अंतरिक्ष स्टेशन को देखते हैं, उसमें मॉड्यूल को एक साथ जोड़ने के लिए विभिन्न दूरस्थ रूप से संचालित रोबोटिक हथियारों के साथ मिलकर काम किया।
हालांकि निर्माण सफल रहा है, यह हमेशा सुचारू नहीं था। मॉड्यूल में देरी हुई, तकनीकी समस्याओं को दूर करने की जरूरत थी। अधिक आधुनिक संस्करणों के लिए एजिंग हार्डवेयर की अदला-बदली की गई।
एक और सम्मोहक उदाहरण हबल स्पेस टेलीस्कोप है, जो आज पहली बार लॉन्च होने की तुलना में बहुत बेहतर टेलीस्कोप है। दशकों से, अंतरिक्ष यात्रियों ने अपने विज्ञान उपकरणों को और अधिक उन्नत समकक्षों के साथ ईंधन भरा, मरम्मत और उन्नत किया।
1993 में हबल स्पेस टेलीस्कोप मरम्मत मिशन STS-61 के दौरान NASA के अंतरिक्ष यात्री स्टोरी मुस्ग्रेव ने कनाडार्म की सवारी की। क्रेडिट: NASA
हालांकि आईएसएस और हबल पर इंसानों द्वारा काम किया गया था, लेकिन आईएसएस के चल रहे रखरखाव में रोबोट एक बड़ी भूमिका निभाते हैं। आपूर्ति ले जाने वाले SpaceX ड्रैगन कैप्सूल स्वचालित रूप से स्टेशन के Canadarm2 रोबोटिक आर्म के साथ डॉक करते हैं। हाथ तो कैप्सूल ले जाता है स्टेशन पर एक खुले बर्थिंग बंदरगाह के लिए।
इस सवाल का जवाब देने के लिए, अंतरिक्ष में असेंबली कब समझ में आती है, टीम ने एक उदाहरण मेगा स्पेस टेलीस्कोप तैयार किया, और फिर तुलना की कि वह मिशन अंतरिक्ष-आधारित असेंबली के साथ कैसे चला गया, और इसकी तुलना टेलीस्कोप निर्माण की पारंपरिक विधि से की गई जमीन पर।
यह टेलिस्कोप सुनने में काफी प्यारा लगता है।
जेम्स वेब के विपरीत, यह हबल के लिए एक अनुवर्ती मिशन होगा जो इन्फ्रारेड से तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला को दृश्यमान और पराबैंगनी में देखने में सक्षम होगा। वे टेलीस्कोप को 5 मीटर जितना छोटा मानते थे - हबल के व्यास का दोगुना - और 20 मीटर तक, जो कि किसी भी मौजूदा लॉन्च वाहन के लिए बहुत बड़ा होगा।
JWST पृथ्वी से 1.5 मिलियन किमी दूर गुरुत्वाकर्षण तटस्थ बिंदु L2 पर एक हेलो ऑर्बिट कहलाते समय अपना अवलोकन करेगा। छवि: नासा/जेडब्लूएसटी
यह मिशन सूर्य-पृथ्वी L2 लैग्रेंज बिंदु पर भेजा जाएगा, और उनके सितारों से प्रकाश को अवरुद्ध करने के लिए कोरोनोग्राफ का उपयोग करके एक्सोप्लैनेट को देखने की क्षमता होगी।
उन्होंने माना कि प्रत्येक घटक को फाल्कन हेवी, एरियन 6, या यूनाइटेड लॉन्च एलायंस वल्कन रॉकेट जैसे 5-मीटर क्लास लॉन्च वाहन फेयरिंग के भीतर फिट होना होगा।
मैं यहां सबसे बड़े संस्करण के बारे में बात करने जा रहा हूं,क्योंकि, ज़ाहिर है, मैं हूँ.
उनका अंतिम डिजाइन एक ऑफ-एक्सिस 20-मीटर टेलीस्कोप था जो संरचनात्मक ट्रस, टेलीस्कोप मिरर सेगमेंट, सोलर पैनल, सनशेड, और मॉड्यूल युक्त उपकरणों और अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे कई प्रमुख घटकों से बना था।
आईएसएटी का पहला घटक अंतरिक्ष यान बस है जिसमें रोबोटिक हथियार और सौर पैनल हैं। क्रेडिट: नासा
पहला प्रक्षेपण अंतरिक्ष यान की बस होगी, जिसमें इसके अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक्स, बिजली उत्पादन, साथ ही साथ कई रोबोटिक हथियार शामिल होंगे। इसे एक असेंबली कक्षा में लॉन्च किया जाएगा जो असेंबली पूरी होने के बाद इसे सूर्य-पृथ्वी एल 2 लैग्रेंज बिंदु पर बहुत कम प्रणोदक के साथ स्थानांतरित करने की अनुमति देगा।
फिर अतिरिक्त मॉड्यूल को उसी कक्षा में लॉन्च किया जाएगा और अंतरिक्ष यान बस द्वारा कब्जा कर लिया जाएगा। यह दूरबीन के टुकड़े को टुकड़े करके इकट्ठा करने, बैकप्लेन का निर्माण करने, सनशेड को तैनात करने, छोटे हेक्सागोनल टुकड़ों से प्राथमिक दर्पण को इकट्ठा करने, द्वितीयक दर्पण को संरेखित करने और विभिन्न विज्ञान उपकरणों को स्थापित करने के लिए अपने हाथ का उपयोग करेगा।
एक बार जब यह पूरी तरह से इकट्ठा हो गया, तो दूरबीन को अपनी नई एल 2 स्थिति में स्थानांतरित कर दिया जाएगा जहां यह 20 मीटर अंतरिक्ष दूरबीन से डेटा वितरित करना शुरू कर देगा।
मुख्य दर्पण, द्वितीयक उपकरणों और सनशील्ड के साथ पूरी तरह से इकट्ठे अंतरिक्ष दूरबीन। क्रेडिट: नासा
जैसा कि मैंने वीडियो में पहले उल्लेख किया है, अध्ययन का उद्देश्य यह पता लगाना था कि अंतरिक्ष दूरबीनों का अंतरिक्ष निर्माण कब सही मार्ग है, और उनका निष्कर्ष था: अब ठीक है।
हालाँकि कुछ तकनीकी चुनौतियाँ हैं जिन्हें अभी भी दूर करने की आवश्यकता है, बहुत काम पहले ही किया जा चुका है। हबल सर्विसिंग मिशन ने दिखाया कि अंतरिक्ष-आधारित दूरबीन की मरम्मत और उन्नयन किया जा सकता है। यहां तक कि जिन हिस्सों को अंतरिक्ष में सेवित करने का इरादा नहीं था, उन पर भी सफलतापूर्वक काम किया गया था।
अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन के निर्माण से पता चला है कि एक अंतरिक्ष यान के अलग-अलग घटकों को पृथ्वी पर बनाया जा सकता है और फिर अंतरिक्ष में इकट्ठा किया जा सकता है।
आईएसएस आवास मॉड्यूल का निर्माण। क्रेडिट: नासा
हालांकि अधिकांश काम मानव अंतरिक्ष यात्रियों और अंतरिक्ष यात्रियों द्वारा किया गया था, कार्गो अंतरिक्ष यान द्वारा सटीक स्वचालित डॉकिंग और रोबोटिक हथियारों के उपयोग से पता चलता है कि अब क्या नियमित है।
टेलीस्कोप को छोटे टुकड़ों में तोड़कर, नासा वास्तव में कई तत्वों पर लागत बचाने में सक्षम हो सकता है। जेम्स वेब को इसकी लॉन्च फेयरिंग में फिट करने के लिए, इंजीनियरों को सबसे हल्के संभव सामग्री से जटिल बहु-चरणीय रिलीज तंत्र का निर्माण करना पड़ा। और अगर आपने कभी हल्के हाइकिंग गियर खरीदे हैं, तो आप जानते हैं कि यह जल्दी महंगा हो जाता है।
एक अति-भारी प्रक्षेपण यान में, सबसे बड़ा संभव तह अंतरिक्ष दूरबीन लगभग 15-मीटर चौड़ा है। स्पेस-असेंबल टेलीस्कोप के साथ, कोई व्यावहारिक सीमा नहीं है।
चूंकि दूरबीन को अंतरिक्ष में इकट्ठा किया गया है, इसलिए इसकी सर्विसिंग जारी रखने के लिए अपेक्षाकृत सरल होना चाहिए, नई तकनीक विकसित होने पर उपकरणों की अदला-बदली करना, या असफल प्रतिक्रिया पहियों को ठीक करना। यदि स्टेशन-रख-रखाव के लिए टेलिस्कोप का ईंधन खत्म हो जाता है, तो बस इसे फिर से भरने के लिए एक टैंकर भेजें और कुछ और दशकों की सेवा का आनंद लें। एक बार जब रोबोटिक हाथ दूरबीन का निर्माण पूरा कर लेता है, तो यह अंतरिक्ष यान की मरम्मत, उन्नयन, ईंधन भरने या सेवा के लिए एक नए मिशन की प्रतीक्षा में, हाइबरनेशन में जा सकता है।
Antares लॉन्च दुर्घटना। साभार: नासा गोडार्ड
रॉकेट अभी भी समय-समय पर विफल होते हैं, और यदि कोई ऐसा करता है, तो आप अपना पूरा टेलीस्कोप नहीं खोते हैं। एक प्रतिस्थापन भाग को एक तेज समय सीमा के साथ बनाया और लॉन्च किया जा सकता है।
शोधकर्ताओं के अनुसार, अंतरिक्ष में टेलीस्कोप असेंबल करना शुरू करने के लिए कोई शोस्टॉपर नहीं है। उन्हें यह जानकर राहत मिली कि यह भौतिकी के नियमों का उल्लंघन नहीं करता है। ओफ़्फ़।
कुल मिलाकर उन्होंने पाया कि अंतरिक्ष-इकट्ठे दूरबीन एकल-प्रक्षेपण वेधशालाओं के साथ लागत में प्रतिस्पर्धी हैं। और सबसे बड़ी दूरबीनों के लिए, कोई अन्य विकल्प नहीं हैं।
वे उड़ान भरने के लिए पूरी तरह से तैयार नहीं हैं, हालांकि, नासा को अभी भी मॉड्यूलर तत्वों के साथ-साथ अंतरिक्ष में सत्यापन और सत्यापन विकसित करने की आवश्यकता है।
अंत में, उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि 5 मीटर जितनी छोटी दूरबीनों को भी इन-स्पेस असेंबली से लाभ हो सकता है। और जब आप भविष्य के सर्विसिंग मिशनों पर विचार करते हैं, तो लाभ और भी महत्वपूर्ण होते हैं।
जब जेम्स वेब अंत में उतरता है, तो यह एक युग के अंत को चिह्नित कर सकता है। पिछली बार जब एक विशाल दूरबीन को जमीन पर बनाया गया था और फिर एक ही प्रक्षेपण में अंतरिक्ष में भेजा गया था।
भविष्य के दूरबीनों को टुकड़ों में बनाया जा सकता है और फिर अंतरिक्ष में इकट्ठा किया जा सकता है, जैसे-जैसे तकनीक आगे बढ़ती है, समय के साथ बड़ा और बेहतर होता जाता है।
यह सवाल नहीं है कि क्या है, यह कब की बात है।
स्रोत: नासा आईसैट अध्ययन