दशकों तक, हम केवल कल्पना कर सकते थे कि प्लूटो की सतह का क्या दृश्य हो सकता है। अब, हमारे पास असली बात है।
से चित्र और डेटा न्यू होराइजन्स मिशन जुलाई 2015 में प्लूटो की उड़ान ने हमें अप्रत्याशित रूप से आश्चर्यजनक और भूगर्भीय रूप से सक्रिय दुनिया दिखाई। वैज्ञानिकों ने दूर के प्लूटो के लंबे समय से प्रतीक्षित नज़दीकी विचारों का वर्णन करने के लिए 'जादुई,' 'लुभावनी' और 'वैज्ञानिक वंडरलैंड' जैसे शब्दों का इस्तेमाल किया है।
भले ही वैज्ञानिक अभी भी न्यू होराइजन्स के डेटा का विश्लेषण कर रहे हैं, प्लूटो के लिए एक और अंतरिक्ष यान भेजने के बारे में विचार शुरू हो रहे हैं, लेकिन एक त्वरित फ्लाईबाई के बजाय एक दीर्घकालिक ऑर्बिटर मिशन के साथ।
न्यू होराइजन्स के प्रमुख अन्वेषक एलन स्टर्न ने कहा, 'प्लूटो के लिए अगला उपयुक्त मिशन एक ऑर्बिटर है, जो शायद एक लैंडर से लैस है, अगर हमारे पास दोनों को करने के लिए पर्याप्त धन है।' मार्च में यूनिवर्स टुडे को बताया।
इस हफ्ते, स्टर्न ने सोशल मीडिया पर साझा किया कि न्यू होराइजन्स की विज्ञान टीम बैठक कर रही है। लेकिन, अलग से, एक और समूह प्लूटो के संभावित अगले मिशन के बारे में बात करना शुरू कर रहा है।
ह्यूस्टन में कल प्लूटो फॉलो ऑन मिशन कार्यशाला के कुछ दृश्य। #भविष्य उज्जवल है #बैक2प्लूटो #प्लूटोफ्लाईबाई pic.twitter.com/wrLZztHL01
- एलनस्टर्न (@AlanStern) 25 अप्रैल, 2017
हमारे सौर मंडल के बाहरी क्षेत्रों में जितनी जल्दी हो सके अंतरिक्ष यान प्राप्त करना चुनौतियां प्रदान करता है, विशेष रूप से प्लूटो के चारों ओर कक्षा में जाने में सक्षम होने के लिए पर्याप्त धीमा करने में सक्षम होना। तेज़ और हल्के न्यू होराइजन्स के लिए, एक कक्षीय मिशन असंभव था।
कौन सी प्रणोदन प्रणाली प्लूटो ऑर्बिटर और/या लैंडर मिशन को संभव बना सकती है?
कुछ विचार इधर-उधर उछाले जा रहे हैं।
अंतरिक्ष प्रक्षेपण प्रणाली
एक अवधारणा नासा के बड़े, नए स्पेस लॉन्च सिस्टम (एसएलएस) का लाभ उठाती है, जो वर्तमान में मंगल पर मानव मिशन को सक्षम करने के लिए विकास के अधीन है। नासा एसएलएस का वर्णन 'लचीले और विकसित होने के लिए डिज़ाइन किया गया है और पेलोड के लिए नई संभावनाएं खोलेगा, जिसमें रोबोटिक वैज्ञानिक मिशन शामिल हैं।' यहां तक कि पहला ब्लॉक 1 संस्करण 70 मीट्रिक टन लॉन्च कर सकता है (बाद के संस्करण 130 मीट्रिक टन तक उठाने में सक्षम हो सकते हैं।) ब्लॉक 1 को प्रस्तावित 15% के साथ जुड़वां पांच-खंड ठोस रॉकेट बूस्टर और चार तरल प्रणोदक इंजन द्वारा संचालित किया जाएगा। चंद्रमा पर अंतरिक्ष यात्रियों को भेजने वाले सैटर्न वी रॉकेट की तुलना में प्रक्षेपण पर अधिक जोर।
एक ओरियन वाहन के साथ नासा के स्पेस लॉन्च सिस्टम ब्लॉक 1 कॉन्फ़िगरेशन की एक कलाकार की व्याख्या। छवि: नासा
लेकिन प्लूटो के लिए एक ऑर्बिटर मिशन अकेले एसएलएस का सबसे अच्छा उपयोग नहीं हो सकता है।
उचित समय में प्लूटो तक पहुंचने के लिए वाहन को तेज गति से तेज करने के लिए बहुत अधिक ईंधन लगता है। उदाहरण के लिए, न्यू होराइजन्स अब तक का सबसे तेज़ अंतरिक्ष यान था, जिसमें अतिरिक्त बूस्टर के साथ एक सूप-अप एटलस वी रॉकेट का उपयोग किया गया था, जब न्यू होराइजन्स ने पृथ्वी की कक्षा से प्रस्थान किया, तो इसने एक बड़ा प्रदर्शन किया। हल्का अंतरिक्ष यान पृथ्वी से 36,000 मील प्रति घंटे (लगभग 58,000 किमी/घंटा) की गति से दूर चला गया, फिर न्यू होराइजन्स की गति को 52,000 मील प्रति घंटे (83,600 किमी/घंटा) तक बढ़ाने के लिए बृहस्पति से गुरुत्वाकर्षण सहायता का उपयोग किया, लगभग एक मिलियन मील की यात्रा ( 1.5 मिलियन किमी) प्लूटो की अपनी 3 बिलियन मील (4.8 बिलियन किमी) की यात्रा में एक दिन। उड़ान में साढ़े नौ साल लगे।
'प्लूटो कक्षा में प्रवेश करने के लिए, एक वाहन [जैसे एसएलएस] को उसी गति तक बढ़ाना होगा, फिर ग्रह के सापेक्ष शून्य के शुद्ध वेग के साथ प्लूटो तक पहुंचने के लिए आधी यात्रा के लिए घूमना और धीमा करना होगा,' स्टीफन फ्लेमिंग ने समझाया , XCOR एयरोस्पेस, प्लैनेटरी रिसोर्सेज और NanoRacks सहित कई ऑल्ट-स्पेस स्टार्टअप्स में एक निवेशक। 'दुर्भाग्य से, रॉकेट समीकरण के अत्याचार के कारण, आपको लॉन्च के समय सभी ईंधन / प्रणोदक को अपने साथ ले जाना होगा ... जिसका अर्थ है प्रारंभिक चरण में ऑर्बिटर और उस सभी ईंधन को तेज करना। प्रारंभिक जलने के लिए इसके लिए लॉगरिदमिक रूप से अधिक ईंधन की आवश्यकता होती है, और यह बहुत अधिक ईंधन बन जाता है।'
फ्लेमिंग ने यूनिवर्स टुडे को बताया कि प्लूटो ऑर्बिटर लॉन्च करने के लिए मल्टी-बिलियन डॉलर एसएलएस का उपयोग करके, आप एक छोटे प्लूटो ऑर्बिटर को तेज करने और कम करने के लिए प्रोपेलेंट से भरे पूरे पेलोड को लॉन्च करना बंद कर देंगे।
'यह एक असाधारण रूप से महंगा मिशन है,' उन्होंने कहा।
एक्स-रे आयन प्रणोदन
संयुक्त प्रौद्योगिकियों के प्रणोदन प्रणाली का उपयोग करने के लिए एक बेहतर विकल्प हो सकता है। स्टर्न ने नासा के एक अध्ययन का उल्लेख किया जिसमें लॉन्च वाहन के रूप में एसएलएस का उपयोग करने और प्लूटो की ओर अंतरिक्ष यान को बढ़ावा देने के लिए देखा गया था, लेकिन फिर एक कक्षीय आगमन के लिए बाद में ब्रेक करने के लिए आरटीजी (रेडियोसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जेनरेटर) संचालित आयन इंजन का उपयोग किया।
एक आरटीजी गैर-हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम -238 के प्राकृतिक क्षय से गर्मी पैदा करता है, और गर्मी बिजली में परिवर्तित हो जाती है। एक आरटीजी आयन इंजन डॉन अंतरिक्ष यान पर वर्तमान सौर विद्युत आयन इंजन की तुलना में अधिक शक्तिशाली आयन प्रणोदन प्रणाली होगी, जो अब क्षुद्रग्रह बेल्ट में सेरेस की परिक्रमा कर रहा है, साथ ही यह सूर्य से दूर बाहरी सौर मंडल में संचालन को सक्षम करेगा। यह परमाणु संचालित आयन इंजन एक तेज गति वाले अंतरिक्ष यान को धीमा करने और कक्षा में जाने में सक्षम करेगा।
नासा के डॉन अंतरिक्ष यान का एक कलाकार का चित्रण, जिसके आयन प्रणोदन प्रणाली सेरेस के पास आ रही है। छवि: नासा/जेपीएल-कैल्टेक।
'एसएलएस आपको प्लूटो के लिए उड़ान भरने के लिए बढ़ावा देगा,' स्टर्न ने कहा, 'और आयन प्रणोदन के साथ ब्रेकिंग करने में वास्तव में दो साल लगेंगे।'
स्टर्न ने कहा कि प्लूटो के लिए इस तरह के मिशन के लिए उड़ान का समय साढ़े सात साल होगा, जो न्यू होराइजन्स से दो साल तेज है।
फ्यूजन प्रणोदन
लेकिन सबसे रोमांचक विकल्प हो सकता है एक प्रस्तावित फ्यूजन-सक्षम प्लूटो ऑर्बिटर और लैंडर मिशन वर्तमान में नासा के इनोवेटिव एडवांस्ड कॉन्सेप्ट्स (NIAC) में चरण 1 के अध्ययन के तहत है।
प्रस्ताव एक डायरेक्ट फ्यूजन ड्राइव (डीएफडी) इंजन का उपयोग करता है जिसमें एक एकीकृत डिवाइस में प्रणोदन और शक्ति होती है। डीएफडी प्लूटो के लिए लगभग 4 वर्षों के उड़ान समय की अनुमति देने के लिए उच्च जोर प्रदान करता है, साथ ही कक्षा में पर्याप्त द्रव्यमान भेजने में सक्षम है, शायद 1000 से 8000 किलोग्राम के बीच।
प्लूटो के चारों ओर कक्षा में एक डायरेक्ट फ्यूजन ड्राइव-संचालित अंतरिक्ष यान, जिसमें लैंडर दाईं ओर से तैनात होने के लिए तैयार है। बड़े पंख जैसी संरचनाएं रेडिएटर हैं और ऑप्टिकल संचार लेजर केंद्र से फैले हुए ट्रस पर हैं। श्रेय: प्रिंसटन सैटेलाइट सिस्टम, NASA/JHUAPL/SwRI
डीएफडी प्रिंसटन फील्ड-रिवर्स्ड कॉन्फिगरेशन (पीएफआरसी) फ्यूजन रिएक्टर पर आधारित है जो 15 वर्षों से विकास के अधीन है। प्रिंसटन प्लाज्मा भौतिकी प्रयोगशाला .
यदि यह प्रणोदन प्रणाली योजना के अनुसार काम करती है, तो यह एक प्लूटो ऑर्बिटर और एक लैंडर (या संभवतः एक रोवर) लॉन्च कर सकती है, और एक ऑर्बिटर और उसके सभी उपकरणों को बनाए रखने के लिए पर्याप्त शक्ति प्रदान करती है, साथ ही साथ एक लैंडर को बहुत अधिक शक्ति प्रदान करती है। प्रिंसटन सैटेलाइट सिस्टम्स, इंक. की स्टेफ़नी थॉमस के अनुसार, यह सतह के वाहन को वीडियो को ऑर्बिटर में वापस बीम करने में सक्षम करेगा क्योंकि इसमें इतनी शक्ति होगी, जो अग्रणी है एनआईएसी अध्ययन .
'हमारी अवधारणा आम तौर पर प्राप्त होती है, 'वाह, यह वास्तव में अच्छा लगता है! मुझे एक कब मिल सकता है?’” थॉमस ने यूनिवर्स टुडे को बताया। उसने कहा कि उसने और उसकी टीम ने अपने प्रस्ताव में एक प्रोटोटाइप प्लूटो ऑर्बिटर और लैंडर मिशन चुना क्योंकि यह एक फ्यूजन रॉकेट के साथ क्या किया जा सकता है इसका एक बड़ा उदाहरण है।
उनकी संलयन प्रणाली सोलनॉइड कॉइल की एक छोटी रैखिक सरणी का उपयोग करती है, और उनकी पसंद का ईंधन ड्यूटेरियम हीलियम 3 है, जिसमें बहुत कम न्यूट्रॉन उत्पादन होता है।
फ्यूजन-सक्षम प्लूटो ऑर्बिटर और लैंडर। क्रेडिट: स्टेफ़नी थॉमस।
'यह एक अंतरिक्ष यान पर फिट बैठता है, यह एक लॉन्च वाहन पर फिट बैठता है,' थॉमस ने समझाया NIAC संगोष्ठी वार्ता (उसकी बात लिंक किए गए वीडियो में लगभग 17:30 बजे शुरू होती है) . 'कोई लिथियम या अन्य खतरनाक सामग्री नहीं है, यह बहुत कम हानिकारक कण पैदा करता है। यह एक मिनीवैन या छोटे ट्रक के आकार के बारे में है। हमारा सिस्टम अन्य फ्यूजन प्रस्तावों की तुलना में सस्ता और विकसित करने के लिए तेज है।'
प्रिंसटन टीम अपने प्लाज्मा हीटिंग प्रयोग के साथ 300 मिलीसेकंड दालों का उत्पादन करने में सक्षम है, परिमाण के आदेश किसी भी अन्य प्रणाली से बेहतर हैं।
'सबसे बड़ी बाधा फ्यूजन ही है,' उसने कहा। थॉमस ने ईमेल के माध्यम से कहा, 'हमें नई हीटिंग विधि को साबित करने के लिए एक बड़ा प्रयोग करने की जरूरत है, जिसके लिए परियोजना को ऊर्जा विभाग से अब तक प्राप्त होने वाले संसाधनों की तुलना में अधिक संसाधनों की आवश्यकता होगी।' 'हालांकि, उन्नत प्रौद्योगिकी परियोजनाओं की भव्य योजना में यह अभी भी छोटा है, लगभग $ 50 मिलियन।'
थॉमस ने कहा कि DARPA ने कई प्रौद्योगिकी पहलों पर बहुत अधिक खर्च किया है जो रद्द हो गईं। और यह अनुसंधान के समान चरण के लिए आवश्यक अन्य फ्यूजन तकनीकों की तुलना में बहुत कम है, क्योंकि हमारी मशीन इतनी छोटी है और इसमें एक साधारण कॉइल कॉन्फ़िगरेशन है।' (थॉमस ने कहा कि बजट पर एक नज़र डालें आईटीईआर, अंतर्राष्ट्रीय परमाणु संलयन अनुसंधान और इंजीनियरिंग मेगाप्रोजेक्ट, वर्तमान में $20 बिलियन से अधिक चल रहा है)।
'इसे सीधे शब्दों में कहें, तो हम जानते हैं कि हमारी विधि इलेक्ट्रॉनों को वास्तव में अच्छी तरह से गर्म करती है और हीटिंग आयनों को एक्सट्रपलेशन कर सकती है, लेकिन हमें इसे बनाने और इसे साबित करने की आवश्यकता है,' उसने कहा।
थॉमस और उनकी टीम वर्तमान में 'संयंत्र के संतुलन' तकनीक पर काम कर रही है - उप-प्रणालियों को अंतरिक्ष में इंजन को संचालित करने की आवश्यकता होगी, यह मानते हुए कि हीटिंग विधि वर्तमान में भविष्यवाणी के अनुसार काम करती है।
प्लूटो मिशन के संदर्भ में, थॉमस ने कहा कि ऑर्बिटर पर ही कोई विशेष बाधा नहीं है, लेकिन इसमें ऑप्टिकल संचार जैसे उपलब्ध बिजली की बहुत बड़ी मात्रा का लाभ उठाने के लिए कुछ तकनीकों को बढ़ाना शामिल होगा।
'हम संचार लेजर को दसियों या अधिक किलोवाट बिजली समर्पित कर सकते हैं, 10 वाट नहीं, [वर्तमान मिशनों की तरह]' उसने कहा। 'हमारी अवधारणा की एक और अनूठी विशेषता एक लैंडर को बहुत अधिक शक्ति देने में सक्षम है। यह शक्तिशाली अभ्यास जैसे ग्रह विज्ञान उपकरणों के नए वर्गों को सक्षम करेगा। ऐसा करने की तकनीक मौजूद है लेकिन विशिष्ट उपकरणों को डिजाइन और निर्मित करने की आवश्यकता है। अतिरिक्त तकनीक की आवश्यकता होगी जो विभिन्न उद्योगों में विकास के अधीन है, हल्के अंतरिक्ष रेडिएटर, अगली पीढ़ी के सुपरकंडक्टिंग तार, और ड्यूटेरियम ईंधन के लिए दीर्घकालिक क्रायोजेनिक भंडारण। ”
थॉमस ने कहा कि उनका एनआईएसी अनुसंधान अच्छा चल रहा है।
'हम एनआईएसी चरण II अध्ययन के लिए चुने गए थे, और अब अनुबंध वार्ता में हैं,' उसने कहा। 'हम इंजन के जोर के उच्च निष्ठा मॉडल, प्रक्षेपवक्र के घटकों को डिजाइन करने और सुपरकंडक्टिंग कॉइल सहित विभिन्न उप-प्रणालियों को आकार देने में व्यस्त हैं,' उसने कहा। 'हमारा वर्तमान अनुमान है कि एक 1 से 10 मेगावाट का इंजन लगभग 10,000 सेकंड के विशिष्ट आवेग पर 5 और 50 एन थ्रस्ट के बीच उत्पादन करेगा।'
प्लूटो के लिए लेजर जैपिंग
एक और भविष्यवादी प्रणोदन संभावना यूरी मिलनर द्वारा उनके लिए प्रस्तावित लेजर-आधारित प्रणाली है निर्णायक स्टारशॉट प्रस्ताव, जहां छोटे क्यूबसैट को पृथ्वी पर लेज़रों द्वारा ज़ैप किया जा सकता है, मूल रूप से 'बग ज़ैपिंग' अंतरिक्ष यान बाहरी सौर मंडल या उससे आगे जाने के लिए अविश्वसनीय गति (संभवतः लाखों मील/किमी प्रति घंटे) तक पहुंचने के लिए।
स्टर्न ने कहा, 'इस तरह की तकनीक का उपयोग करना हमारे लिए वास्तव में कार्ड में नहीं है, क्योंकि हमें इसके विकसित होने के लिए दशकों तक इंतजार करना होगा।' 'लेकिन अगर आप हल्के, सस्ते अंतरिक्ष यान को पृथ्वी से लेज़रों पर आधारित प्रकाश की गति से दसवीं की गति से भेज सकते हैं। हम इन छोटे अंतरिक्ष यान को कुइपर बेल्ट में सैकड़ों या हजारों वस्तुओं पर भेज सकते हैं, और आप ढाई दिनों में वहां से बाहर हो जाएंगे। आप हर दिन प्लूटो के पास एक अंतरिक्ष यान भेज सकते हैं। यह वास्तव में गेम चेंजिंग होगा।'
यथार्थवादी भविष्य
लेकिन भले ही सभी सहमत हों कि प्लूटो ऑर्बिटर किया जाना चाहिए, इस तरह के मिशन के लिए जल्द से जल्द संभव तारीख 2020 के दशक की शुरुआत और 2030 के शुरुआती दिनों के बीच की है। लेकिन यह सब वैज्ञानिक समुदाय के अगले दशकीय सर्वेक्षण द्वारा दी गई सिफारिशों पर निर्भर करता है, जो नासा के ग्रह विज्ञान विभाग के लिए सबसे सर्वोच्च प्राथमिकता वाले मिशनों का सुझाव देगा।
ये दशकीय सर्वेक्षण 10 साल के 'रोडमैप' हैं जो विज्ञान की प्राथमिकताओं को निर्धारित करते हैं और मार्गदर्शन प्रदान करते हैं कि नासा को अंतरिक्ष यान कहाँ भेजना चाहिए और उन्हें किस प्रकार के मिशन होने चाहिए। अंतिम दशक का सर्वेक्षण 2011 में प्रकाशित हुआ था, और इसने 2022 तक ग्रह विज्ञान की प्राथमिकताओं को निर्धारित किया था। अगला, 2023-2034 के लिए, 2022 में प्रकाशित होने की संभावना है।
न्यू होराइजन्स मिशन 2003 के ग्रह विज्ञान डेकाडल सर्वेक्षण के सुझावों का परिणाम था, जहां वैज्ञानिकों ने कहा कि प्लूटो प्रणाली और उससे आगे की दुनिया का दौरा एक सर्वोच्च प्राथमिकता वाला गंतव्य था।
इसलिए, यदि आप प्लूटो ऑर्बिटर का सपना देख रहे हैं, तो इसके बारे में बात करते रहें।
न्यू होराइजन के जुलाई 2015 के प्लूटो के फ्लाईबाई ने हमें उस ग्रह के बारे में बहुत कुछ सिखाया। एक बात के लिए, प्लूटो विचार से कहीं अधिक भूभौतिकीय रूप से सक्रिय है। श्रेय:
नासा/जेएचयूएपीएल/स्वआरआई।
