अब, मुझे गलत मत समझो, साइंस फिक्शन कमाल का है। अंतरिक्ष और खगोल विज्ञान के क्षेत्र में काम करने वाले लगभग सभी लोगों की तरह, मैं भी विज्ञान कथाओं से बहुत प्रभावित था। मेरे लिए, यह स्टार ट्रेक और स्टार वार्स था। मेरे पास एक खिलौना फेजर था जिसने इस भयानक वास्तव में जोरदार फेजर ध्वनि बनाई, और मैंने इसके साथ तब तक खेला जब तक कि यह एक दिन गायब नहीं हो गया। और मुझे यकीन था कि मैं इसे अपनी मंजिल के बीच में छोड़ दूंगा, जैसे मैंने अपने सभी खिलौनों के साथ किया था, लेकिन मैंने इसे कुछ साल बाद पाया, एक कोठरी में छिपा हुआ था जिसे मैं नहीं पहुंचा सकता था। और मैं हमेशा सोचता था कि यह वहां कैसे पहुंचा।
वैसे भी, वापस विज्ञान कथा के लिए। अपनी सारी प्रेरणा के लिए, विज्ञान कथाओं ने हमारे दिमाग में कुछ विचार रखे हैं जो पूरी तरह से सहायक नहीं हैं। आप जानते हैं, ताना ड्राइव, कृत्रिम गुरुत्वाकर्षण, टेलीपोर्टेशन, और रॉकेट जो उड़ान भरते हैं, अंतरिक्ष में जाते हैं, अन्य ग्रहों की परिक्रमा करते हैं, जो सितारों की परिक्रमा करते हैं, फिर से उतरते हैं।
मिलेनियम फाल्कन, जुगनू, और एंटरप्राइज शटल सभी अंतरिक्ष यान या एसएसटीओ की कक्षा में एकल चरण के उदाहरण हैं।
उन रॉकेटों पर विचार करें जो वास्तविकता में मौजूद हैं, आप जानते हैं, एटलस, फाल्कन्स और डेल्टास। वे एक लॉन्च पैड से उड़ान भरते हैं, थोड़ी देर के लिए उड़ान भरते हैं जब तक कि रॉकेट के एक चरण में ईंधन का उपयोग नहीं किया जाता है, फिर वे उस चरण को बंद कर देते हैं और अगले चरण के साथ जोर देते हैं। शक्तिशाली शनि V इतना शक्तिशाली था कि इसके तीन चरण थे, क्योंकि इसने इसे कक्षा में जाने का रास्ता बना दिया था।
शनि V प्रक्षेपण यान का आरेख। श्रेय: NASA/MSFC
जैसा कि हमने पिछले लेख में चर्चा की थी, स्पेसएक्स पहले चरण को बनाने के लिए काम कर रहा है, और शायद दूसरे चरण को भी पुन: प्रयोज्य बनाने के लिए , जो सब कुछ जलने देने पर एक बहुत बड़ा सुधार है, लेकिन ऐसे कोई रॉकेट नहीं हैं जो वास्तव में एक ही चरण में कक्षा में और वापस उड़ते हैं। वास्तव में, आज हमारे पास जो तकनीक है, उसका उपयोग करना शायद एक अच्छा विचार नहीं है।
क्या कभी किसी ने कक्षा में जाने के लिए एक ही चरण पर काम किया है? इस कार्य को करने के लिए किन तकनीकी विकासों की आवश्यकता होगी?
जैसा कि मैंने पहले कहा, रॉकेट की कक्षा में एकल चरण मिलेनियम फाल्कन जैसा कुछ होगा। यह ईंधन ले जाता है, और फिर उस ईंधन का उपयोग कक्षा में और दुनिया से दुनिया में उड़ान भरने के लिए करता है। एक बार जब यह ईंधन से बाहर हो जाता है, तो यह फिर से भर जाता है, और फिर यह फिर से बंद हो जाता है, केसल रन बनाता है और इंपीरियल ब्लॉकेड्स से बचता है।
रॉकेट की यह अवधारणा हमारे हर दूसरे वाहन के साथ हमारे व्यक्तिगत अनुभव से मेल खाती है। आप अपनी कार को इधर-उधर चलाते हैं और उसमें ईंधन भरते हैं, उसी तरह नावों, हवाई जहाजों और पृथ्वी-आधारित परिवहन के हर दूसरे रूप के साथ।
लेकिन अंतरिक्ष में उड़ान भरने के लिए ऊर्जा के खर्च की आवश्यकता होती है जो समझ की अवहेलना करता है। मैं आपको एक उदाहरण देता हूं। एक फाल्कन 9 रॉकेट पृथ्वी की निचली कक्षा में लगभग 22,800 किलोग्राम वजन उठा सकता है। यह लगभग पूरी तरह से लोडेड सीमेंट ट्रक के समान है - जो कि बहुत अधिक है।
स्पेसएक्स फाल्कन 9 जनवरी 14, 2017 के लिए तैयार है, कैलिफोर्निया में वैंडेनबर्ग वायु सेना बेस से उड़ान के लिए वापसी की शुरूआत दस इरिडियम नेक्स्ट कॉमसेट को कक्षा में ले जा रही है। क्रेडिट: स्पेसएक्स
पूरे ईंधन से चलने वाले फाल्कन 9 का वजन सिर्फ 540,000 किलोग्राम से अधिक है, जिसमें से 510,000 किलोग्राम से अधिक ईंधन है, इंजन, ईंधन टैंक आदि के लिए थोड़ा अतिरिक्त द्रव्यमान है। कल्पना कीजिए कि क्या आपने ऐसी कार चलाई है जो अनिवार्य रूप से 95% ईंधन थी।
समस्या विशिष्ट आवेग है; एक विशिष्ट प्रकार के इंजन और ईंधन प्रकार को प्राप्त करने के लिए अधिकतम मात्रा में जोर। मैं सभी विवरणों में नहीं जा रहा हूं, लेकिन हमारे पास सबसे कुशल रासायनिक रॉकेट हैं, जो तरल हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से भरे हुए हैं, जो आपको कक्षा में लाने के लिए मुश्किल से ही पर्याप्त जोर दे सकते हैं। उनके पास लगभग 450 सेकंड का अधिकतम विशिष्ट आवेग है।
चूंकि रॉकेट लॉन्च करने के लिए ईंधन की मात्रा इतनी अधिक है, आधुनिक रॉकेट एक स्टेजिंग सिस्टम का उपयोग करते हैं। एक बार जब एक चरण अपने सभी ईंधन को खाली कर देता है, तो यह अलग हो जाता है और पृथ्वी पर वापस आ जाता है ताकि दूसरा चरण खाली ईंधन टैंक के अतिरिक्त भार के साथ खींचे बिना चल सके।
फाल्कन 9 रॉकेट के चरण पृथक्करण के बाद, नोजल के आसपास आग की लपटें मुश्किल से दिखाई देती हैं क्योंकि दूसरे चरण का इंजन प्रज्वलित होता है और पहला चरण नीचे पृथ्वी पर वापस गिरता है। क्रेडिट: स्पेसएक्स
आपको जानकर हैरानी होगी कि कई आधुनिक रॉकेट वास्तव में एक ही चरण से कक्षा में पहुंचने में सक्षम हैं। समस्या यह है कि वे कोई महत्वपूर्ण पेलोड नहीं ले जा सकेंगे।
दिन के अंत में, आज हमारे पास मौजूद रासायनिक रॉकेटों पर विचार करते हुए, बहु-चरणीय प्रोफ़ाइल सबसे कम लागत के लिए अंतरिक्ष में सबसे अधिक पेलोड ले जाने के लिए सबसे कुशल और लागत प्रभावी रणनीति है।
क्या किसी ने अतीत में एसएसटीओ विकसित करने की कोशिश की है? निश्चित रूप से। संभवतः सबसे व्यापक रूप से प्रचारित नासा का X-33/VentureStar कार्यक्रम था, जिसे 1990 के दशक में लॉकहीड मार्टिन द्वारा विकसित किया गया था।
प्रस्तावित X-33 अंतरिक्ष यान। क्रेडिट: नासा
एक्स -33 का उद्देश्य नासा के लिए नई प्रौद्योगिकियों की एक श्रृंखला का परीक्षण करना था, जिसमें समग्र ईंधन टैंक, स्वायत्त उड़ान और एक नया उठाने वाला शरीर डिजाइन शामिल था।
इस काम को करने के लिए, उन्होंने 'एयरोस्पाइक' नामक एक नए प्रकार के रॉकेट इंजन का विकास किया। एक नियमित रॉकेट इंजन के विपरीत, जो एक निश्चित मात्रा में जोर प्रदान करता है, एक एयरोस्पाइक को जेट इंजन की तरह वापस थ्रॉटल किया जा सकता है, कम ऊंचाई पर कम ईंधन का उपयोग करके, जहां वातावरण सबसे मोटा होता है।
मूल रूप से X-33 कार्यक्रम के लिए बनाए गए ट्विन लीनियर एरोस्पाइक XRS-2200 इंजनों का परीक्षण 6 अगस्त 2001 को नासा के स्टर्निस स्पेस सेंटर, मिसिसिपी में किया गया था। नियोजित 90 सेकंड के लिए इंजनों को निकाल दिया गया और 85 प्रतिशत की नियोजित अधिकतम शक्ति तक पहुंच गया। श्रेय: NASA का मार्शल स्पेस फ़्लाइट सेंटर
लॉकहीड मार्टिन 1/3 पैमाने के प्रोटोटाइप पर काम कर रहा था, लेकिन वे कई नई तकनीकों के साथ संघर्ष कर रहे थे। अंत में, एक समग्र ईंधन टैंक बनाने में सक्षम होने में उनकी विफलता जिसमें तरल ऑक्सीजन और हाइड्रोजन हो सकता है, ने उन्हें परियोजना को छोड़ने के लिए मजबूर किया।
यहां तक कि अगर वे तकनीक को काम कर सकते थे, तो एक्स -33 पूरी तरह से पुन: प्रयोज्य था, इसकी पेलोड ले जाने की क्षमता पारंपरिक बहु-मंचित रॉकेट की तुलना में नाटकीय रूप से कम होती।
कक्षा में एकल चरण के सपने को वास्तव में प्राप्त करने के लिए, हमें रासायनिक रॉकेट से दूर जाने और एक प्रकार के इंजन की ओर बढ़ने की आवश्यकता है जो अधिक कुशलता से जोर दे सके।
हम जानते हैं कि जेट रॉकेट की तुलना में अधिक कुशलता से काम करते हैं, क्योंकि उन्हें केवल ईंधन ले जाने की आवश्यकता होती है। वे ईंधन को जलाने के लिए वातावरण से ऑक्सीजन खींचते हैं। तो एक दिलचस्प विचार एक रॉकेट बनाना है जो वायुमंडल में जेट इंजन की तरह काम करता है, और फिर अंतरिक्ष में एक बार रॉकेट की तरह काम करता है।
और यही योजना ब्रिटिश स्काईलॉन रॉकेट के साथ है। यह एक नियमित रनवे से उड़ान भरेगा, 26 किलोमीटर की ऊंचाई तक पहुंचने के लिए लगभग 6,600 किमी/घंटा की रफ्तार पकड़ेगा। इस पूरे समय, इसका SABER इंजन हाइड्रोजन ईंधन के साथ संयोजन करते हुए, वातावरण से ऑक्सीजन खींच रहा होगा।
रिएक्शन इंजन के स्काईलॉन अंतरिक्ष यान की एक कलाकार की अवधारणा। क्रेडिट: रिएक्शन इंजन
इस बिंदु से, यह ऑक्सीडाइज़र प्रदान करने के लिए एक आंतरिक तरल ऑक्सीजन टैंक में बदल जाएगा, और कक्षा में उड़ान को पूरा करेगा। सभी समान लचीले SABER इंजन का उपयोग करते हुए। एक बार कक्षा में पहुंचने के बाद, यह अपने 15 टन के पेलोड को छोड़ देगा और फिर पृथ्वी पर वापस आ जाएगा, अंतरिक्ष यान ऑर्बिटर की तरह एक रनवे पर उतरेगा। यह वास्तव में रचनात्मक विचार है।
दुर्भाग्य से, स्काईलॉन के विकास में एक लंबा समय लगा है, सिकुड़ते बजट के साथ उनके द्वारा किए जाने वाले परीक्षणों की मात्रा को सीमित कर दिया गया है। यदि सब कुछ ठीक रहा, तो पहला प्रोटोटाइप कुछ वर्षों में उड़ान भर सकता है, इसलिए इस कहानी के साथ बने रहें।
एक अन्य विचार जिसका कुछ परीक्षण हुआ है, वह है परमाणु रॉकेट का विचार। एक रासायनिक रॉकेट के विपरीत, जो ईंधन को जलाता है, और इसे पीछे की ओर विस्फोट करता है, एक परमाणु रॉकेट एक रिएक्टर को बोर्ड पर ले जाएगा। यह तरल हाइड्रोजन जैसे किसी प्रकार के काम करने वाले ईंधन को गर्म कर देगा, और फिर इसे प्रणोदन के लिए पीछे से विस्फोट कर देगा।
NERVA सॉलिड-कोर न्यूक्लियर-थर्मल इंजन के प्रमुख तत्व। क्रेडिट: नासा
नासा ने कुछ दशक पहले NERVA नामक एक परमाणु थर्मल रॉकेट के साथ कुछ परीक्षण किए, और पाया कि वे बहुत लंबे समय तक उच्च स्तर के जोर को बनाए रख सकते हैं। उनका अंतिम प्रोटोटाइप, 2 घंटे से अधिक के लिए निरंतर जोर प्रदान करता है, जिसमें पूर्ण शक्ति पर 28 मिनट शामिल हैं।
नासा ने गणना की कि एक परमाणु-संचालित रॉकेट पारंपरिक रासायनिक रॉकेट की तुलना में लगभग दोगुना कुशल होगा। इसमें 950 सेकंड से अधिक का विशिष्ट आवेग होगा। लेकिन अंतरिक्ष में परमाणु रॉकेट उड़ाना एक महत्वपूर्ण नकारात्मक पहलू है। रॉकेट फट जाते हैं। जब एक रासायनिक रॉकेट फट जाता है तो यह बुरा है, लेकिन अगर परमाणु रिएक्टर वायुमंडल के माध्यम से अपना रास्ता बनाते समय विस्फोट करता है, तो यह रेडियोधर्मी मलबे को गिरा देगा। अभी के लिए, इसे बहुत अधिक जोखिम माना जाता है; हालांकि, भविष्य के इंटरप्लेनेटरी मिशन परमाणु रॉकेट का बहुत अच्छी तरह से उपयोग कर सकते हैं।
एक और विदेशी ईंधन प्रणाली है जो वास्तव में रोमांचक है - धातु हाइड्रोजन। यह ठोस रूप ग्रह के गुरुत्वाकर्षण के अविश्वसनीय दबाव में, बृहस्पति के केंद्र में स्वाभाविक रूप से प्रकट होता है। लेकिन इस साल की शुरुआत में, हार्वर्ड के शोधकर्ताओं ने आखिरकार लैब में कुछ बनाया। उन्होंने पृथ्वी के केंद्र में दबाव से अधिक बल के साथ हाइड्रोजन परमाणुओं को निचोड़ने के लिए एक छोटे से वाइस का इस्तेमाल किया।
परमाणु आणविक हाइड्रोजन के निर्माण में चरणों की सूक्ष्म छवियां: लगभग 200 GPa पर पारदर्शी आणविक हाइड्रोजन (बाएं), जो काले आणविक हाइड्रोजन में परिवर्तित होता है, और अंत में 495 GPa पर परावर्तक परमाणु धातु हाइड्रोजन होता है। क्रेडिट: इसहाक सिल्वरा
हाइड्रोजन को एक साथ निचोड़ने में भारी मात्रा में ऊर्जा लगी, लेकिन सिद्धांत रूप में, एक बार गढ़ने के बाद, यह अपेक्षाकृत स्थिर होना चाहिए। और यहाँ सबसे अच्छा हिस्सा है। जब आप इसे प्रज्वलित करते हैं, तो आपको वह ऊर्जा वापस मिल जाती है।
यदि रॉकेट ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है, तो यह 1700 सेकंड का विशिष्ट आवेग प्रदान करेगा। इसकी तुलना रासायनिक रॉकेट से मात्र 450 से करें। धात्विक हाइड्रोजन द्वारा संचालित एक रॉकेट आसानी से एक ही चरण के साथ कक्षा में पहुंच जाता है, और अन्य ग्रहों की कुशलता से यात्रा करता है।
सिंगल स्टेज टू ऑर्बिट रॉकेट कमाल का होगा। साइंस फिक्शन ने इसकी भविष्यवाणी की है। उस ने कहा, दिन के अंत में, जो सबसे कम कीमत के लिए कक्षा में सबसे अधिक पेलोड प्राप्त करता है वह सबसे दिलचस्प रॉकेट सिस्टम है। और अभी, वह रॉकेट का मंचन है।
हालाँकि, एक बड़ा मुद्दा विश्वसनीयता और पुन: प्रयोज्य हो सकता है। यदि आप एक एकल वाहन प्राप्त कर सकते हैं जो उड़ान भरता है, कक्षा की यात्रा करता है और फिर अपने लॉन्च पैड पर वापस आ जाता है, तो आपको इससे आसान कुछ भी नहीं मिल सकता है। फिर से स्थापित करने के लिए कोई रॉकेट नहीं, नेविगेट करने के लिए कोई बार्ज नहीं। आप बस एक ही सिस्टम का बार-बार उपयोग और पुन: उपयोग करते हैं, और यह वास्तव में एक रोमांचक विचार है।
इस समय, स्पेसएक्स जैसे पुन: प्रयोज्य मंचित रॉकेटों में बढ़त है, लेकिन अगर और जब स्काईलॉन उड़ता है, तो मुझे लगता है कि हमारे पास कुछ गंभीर प्रतिस्पर्धा होगी।
एक बार जब हम धातु हाइड्रोजन में महारत हासिल कर लेते हैं, तो अंतरिक्ष यान बहुत अलग दिखाई देगा। विज्ञान की वास्तविकता लगभग विज्ञान कथा से मेल खाती है, और मैं अंततः अपने निजी मिलेनियम फाल्कन को उड़ाने में सक्षम हो जाऊंगा।
पॉडकास्ट (ऑडियो): डाउनलोड (अवधि: 11:30 - 4.0एमबी)
सदस्यता लें: एप्पल पॉडकास्ट | आरएसएस
पॉडकास्ट (वीडियो): डाउनलोड (अवधि: 11:33 - 150.7MB)
सदस्यता लें: एप्पल पॉडकास्ट | आरएसएस
