प्लाज्मा प्रणोदन खगोलविदों और अंतरिक्ष एजेंसियों के लिए गहरी दिलचस्पी का विषय है। एक उच्च-उन्नत तकनीक के रूप में जो पारंपरिक रासायनिक रॉकेटों पर काफी ईंधन-दक्षता प्रदान करती है, वर्तमान में इसका उपयोग अंतरिक्ष यान और उपग्रहों से लेकर खोजपूर्ण मिशनों तक हर चीज में किया जा रहा है। और भविष्य को देखते हुए, अधिक उन्नत प्रणोदन अवधारणाओं के साथ-साथ चुंबकीय-सीमित संलयन के लिए बहने वाले प्लाज्मा की भी जांच की जा रही है।
हालांकि, प्लाज्मा प्रणोदन के साथ एक आम समस्या यह है कि यह उस पर निर्भर करता है जिसे 'न्यूट्रलाइज़र' के रूप में जाना जाता है। यह उपकरण, जो अंतरिक्ष यान को आवेश-तटस्थ रहने की अनुमति देता है, बिजली पर एक अतिरिक्त नाली है। सौभाग्य से, शोधकर्ताओं की एक टीम यॉर्क विश्वविद्यालय और कोल पॉलिटेक्निक एक प्लाज्मा थ्रस्टर डिज़ाइन की जांच कर रहे हैं जो एक न्यूट्रलाइज़र को पूरी तरह से दूर कर देगा।
उनके शोध निष्कर्षों का विवरण देने वाला एक अध्ययन - शीर्षक ' रेडियो-आवृत्ति विद्युत क्षेत्रों द्वारा त्वरित प्रवाहित प्लाज़्मा के क्षणिक प्रसार गतिकी '- इस महीने की शुरुआत में जारी किया गया थाप्लाज्मा की भौतिकी -अमेरिकन इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स द्वारा प्रकाशित एक पत्रिका। के एक भौतिक विज्ञानी डॉ. जेम्स डेंड्रिक के नेतृत्व में यॉर्क प्लाज्मा संस्थान यॉर्क विश्वविद्यालय में, वे एक स्व-विनियमन प्लाज्मा थ्रस्टर के लिए एक अवधारणा प्रस्तुत करते हैं।
NASA की जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी में 6 kW हॉल थ्रस्टर प्रचालन में है। श्रेय: NASA/JPL
मूल रूप से, प्लाज्मा प्रणोदन प्रणाली प्रणोदक गैस को आयनित करने और इसे प्लाज्मा (यानी नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों) में बदलने के लिए विद्युत शक्ति पर निर्भर करती है। इन आयनों और इलेक्ट्रॉनों को तब इंजन नोजल द्वारा त्वरित किया जाता है ताकि एक अंतरिक्ष यान को थ्रस्ट उत्पन्न किया जा सके और प्रेरित किया जा सके। उदाहरणों में ग्रिड-आयन और हॉल-इफेक्ट थ्रस्टर शामिल हैं, जो दोनों स्थापित प्रणोदन प्रौद्योगिकियां हैं।
ग्रिड-आयन थ्रस्टर का परीक्षण पहली बार 1960 और 70 के दशक में के भाग के रूप में किया गया था स्पेस इलेक्ट्रिक रॉकेट टेस्ट (एसईआरटी) कार्यक्रम। तब से, नासा द्वारा इसका उपयोग किया जा रहा है भोरमिशन , जो वर्तमान में मुख्य क्षुद्रग्रह बेल्ट में सेरेस की खोज कर रहा है। और भविष्य में, ESA और JAXA ने ग्रिडेड-आयरन थ्रस्टर्स का उपयोग करने की योजना बनाई है ताकि उन्हें प्रेरित किया जा सके बेपिकोलम्बो बुध के लिए मिशन।
इसी तरह, नासा और सोवियत अंतरिक्ष कार्यक्रमों दोनों द्वारा 1960 के दशक से हॉल-इफेक्ट थ्रस्टर्स की जांच की गई है। उन्हें पहली बार ईएसए के हिस्से के रूप में इस्तेमाल किया गया था प्रौद्योगिकी में उन्नत अनुसंधान के लिए लघु मिशन-1 (स्मार्ट-1) मिशन। यह मिशन, जो 2003 में लॉन्च हुआ और तीन साल बाद चंद्र सतह पर दुर्घटनाग्रस्त हो गया, चंद्रमा पर जाने वाला पहला ईएसए मिशन था।
जैसा कि उल्लेख किया गया है, इन थ्रस्टर्स का उपयोग करने वाले अंतरिक्ष यान को यह सुनिश्चित करने के लिए एक न्यूट्रलाइज़र की आवश्यकता होती है कि वे 'चार्ज-न्यूट्रल' बने रहें। यह आवश्यक है क्योंकि पारंपरिक प्लाज्मा थ्रस्टर नकारात्मक-आवेशित कणों की तुलना में अधिक सकारात्मक-आवेशित कण उत्पन्न करते हैं। जैसे, सकारात्मक और नकारात्मक आयनों के बीच संतुलन बनाए रखने के लिए न्यूट्रलाइज़र इलेक्ट्रॉनों को इंजेक्ट करते हैं (जो एक नकारात्मक चार्ज करते हैं)।
नासा के डॉन अंतरिक्ष यान का एक कलाकार का चित्रण, जिसके आयन प्रणोदन प्रणाली सेरेस के पास आ रही है। श्रेय: NASA/JPL-कैल्टेक.
जैसा कि आपको संदेह हो सकता है, ये इलेक्ट्रॉन अंतरिक्ष यान की विद्युत शक्ति प्रणालियों द्वारा उत्पन्न होते हैं, जिसका अर्थ है कि न्यूट्रलाइज़र बिजली पर एक अतिरिक्त नाली है। इस घटक को जोड़ने का अर्थ यह भी है कि प्रणोदन प्रणाली को स्वयं बड़ा और भारी होना होगा। इसे संबोधित करने के लिए, यॉर्क/कोले पॉलीटेक्निक टीम ने प्लाज्मा थ्रस्टर के लिए एक डिज़ाइन का प्रस्ताव रखा जो अपने आप चार्ज तटस्थ रह सकता है.
नेप्च्यून इंजन के रूप में जाना जाता है, इस अवधारणा को पहली बार 2014 में इकोले पॉलीटेक्निक के दो शोधकर्ताओं, दिमित्रो राफल्स्की और एने एन्सलैंड द्वारा प्रदर्शित किया गया था। प्लाज्मा भौतिकी की प्रयोगशाला (एलपीपी) और हाल के पेपर पर सह-लेखक। जैसा कि उन्होंने प्रदर्शित किया, अवधारणा ग्रिड-आयन थ्रस्टर्स बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीक पर आधारित है, लेकिन निकास उत्पन्न करने का प्रबंधन करती है जिसमें सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों की तुलनीय मात्रा होती है।
जैसा कि वे अपने अध्ययन के दौरान समझाते हैं:
'इसका डिजाइन प्लाज्मा त्वरण के सिद्धांत पर आधारित है, जिससे आयनों और इलेक्ट्रॉनों का संयोग निष्कर्षण ग्रिड त्वरण प्रकाशिकी के लिए एक दोलन विद्युत क्षेत्र को लागू करके प्राप्त किया जाता है। पारंपरिक ग्रिड-आयन थ्रस्टर्स में, निष्कर्षण ग्रिड के बीच एक प्रत्यक्ष-वर्तमान (डीसी) विद्युत क्षेत्र को लागू करने के लिए एक निर्दिष्ट वोल्टेज स्रोत का उपयोग करके आयनों को त्वरित किया जाता है। इस काम में, एक डीसी सेल्फ-बायस वोल्टेज तब बनता है जब प्लाज्मा के संपर्क में पावर्ड और ग्राउंडेड सतहों के क्षेत्र में अंतर के कारण रेडियो-फ्रीक्वेंसी (आरएफ) पावर को निष्कर्षण ग्रिड से जोड़ा जाता है।
SMART-1 मिशन द्वारा उपयोग किया जाने वाला हॉल-इफेक्ट थ्रस्टर, जो क्सीनन पर प्रतिक्रिया द्रव्यमान के रूप में निर्भर था। कॉपीराइट: ईएसए
संक्षेप में, थ्रस्टर निकास बनाता है जो रेडियो तरंगों के अनुप्रयोग के माध्यम से प्रभावी रूप से चार्ज-न्यूट्रल होता है। इसका थ्रस्ट में विद्युत क्षेत्र जोड़ने का समान प्रभाव होता है, और प्रभावी रूप से एक न्यूट्रलाइज़र की आवश्यकता को दूर करता है। जैसा कि उनके अध्ययन में पाया गया, नेपच्यून थ्रस्टर भी थ्रस्ट उत्पन्न करने में सक्षम है जो एक पारंपरिक आयन थ्रस्टर के बराबर है।
प्रौद्योगिकी को और आगे बढ़ाने के लिए, उन्होंने यॉर्क प्लाज़्मा इंस्टीट्यूट के जेम्स डेड्रिक और एंड्रयू गिब्सन के साथ मिलकर अध्ययन किया कि विभिन्न परिस्थितियों में थ्रस्टर कैसे काम करेगा। बोर्ड पर डेड्रिक और गिब्सन के साथ, उन्होंने अध्ययन करना शुरू किया कि प्लाज्मा बीम अंतरिक्ष के साथ कैसे बातचीत कर सकता है और क्या यह इसके संतुलित चार्ज को प्रभावित करेगा।
उन्होंने जो पाया वह यह था कि इंजन के एग्जॉस्ट बीम ने बीम को तटस्थ रखने में एक बड़ी भूमिका निभाई, जहां निष्कर्षण ग्रिड में पेश किए जाने के बाद इलेक्ट्रॉनों का प्रसार प्लाज्मा बीम में स्पेस-चार्ज की भरपाई करने के लिए कार्य करता है। जैसे वे उनके अध्ययन में राज्य :
'[पी] एक द्वारा उत्पन्न प्रवाहित प्लाज्मा में ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों के क्षणिक प्रसार का अध्ययन करने के लिए विद्युत माप (आयन और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा वितरण कार्यों, आयन और इलेक्ट्रॉन धाराओं, और बीम क्षमता) के संयोजन में ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी को हल किया गया है। आरएफ स्व-पूर्वाग्रह संचालित प्लाज्मा थ्रस्टर। परिणाम बताते हैं कि निष्कर्षण ग्रिड पर म्यान के पतन के अंतराल के दौरान इलेक्ट्रॉनों का प्रसार प्लाज्मा बीम में स्पेस-चार्ज की भरपाई करने का काम करता है। ”
स्वाभाविक रूप से, वे इस बात पर भी जोर देते हैं कि नेप्च्यून थ्रस्टर का कभी भी उपयोग किए जाने से पहले और परीक्षण की आवश्यकता होगी। लेकिन परिणाम उत्साहजनक हैं, क्योंकि वे आयन थ्रस्टर्स की संभावना की पेशकश करते हैं जो हल्के और छोटे होते हैं, जो अंतरिक्ष यान को और भी अधिक कॉम्पैक्ट और ऊर्जा-कुशल होने की अनुमति देगा। एक बजट पर सौर मंडल (और उससे आगे) की खोज करने वाली अंतरिक्ष एजेंसियों के लिए, ऐसी तकनीक वांछनीय नहीं है तो कुछ भी नहीं है!
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