एसरकार के नेतृत्व में अंतरिक्ष अन्वेषण के चार दशकों के बाद, नई सहस्राब्दी ने एक वाणिज्यिक क्रांति की शुरुआत की है जहां निजी कंपनियां अब उद्योग की सबसे महत्वपूर्ण सफलताओं का नेतृत्व और वित्तपोषण करती हैं। अंतरिक्ष अब एक तेजी से विकसित होने वाला उद्योग है, जिसका मूल्य 2030 तक 1 ट्रिलियन डॉलर से अधिक होने की उम्मीद है। नवीन प्रौद्योगिकियों के अनुप्रयोग, विशेष रूप से इन नए खिलाड़ियों द्वारा रॉकेटों की आंशिक पुन: प्रयोज्यता ने खर्च योग्य रॉकेटों की तुलना में प्रति किलोग्राम अंतरिक्ष तक पहुंच की लागत को 5-20 के कारक से कम कर दिया है और लॉन्च ताल में काफी वृद्धि की है।
रॉकेट कितनी कुशलता से पेलोड या चालक दल को लॉन्च कर सकते हैं?
जीवन समर्थन, सुरक्षा, अतिरेक और मिशन योजना की अधिक जटिल आवश्यकताओं के कारण मानव अंतरिक्ष मिशन उपग्रह मिशनों की तुलना में 3-5 गुना अधिक महंगे हैं। इन प्रणालियों को मानव रहित उपग्रह मिशनों की तुलना में प्रौद्योगिकी और बुनियादी ढांचे में अधिक निवेश की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, अधिकांश उपग्रह मिशन तुलनात्मक रूप से सरल हार्डवेयर/सॉफ्टवेयर आर्किटेक्चर के साथ निर्मित एकतरफा यात्राएं हैं।
रॉकेटों को वायुमंडल के माध्यम से परिक्रमा करने के रास्ते में दो प्रमुख बाधाओं का सामना करना पड़ता है: गुरुत्वाकर्षण और वायुगतिकीय खिंचाव। आगे बढ़ने के लिए, रॉकेट के पास धकेलने के लिए कुछ भी नहीं है; इसलिए, इसे सुपरसोनिक जेट में इंजन के निकास को पीछे की ओर फेंकना चाहिए।
त्सोल्कोवस्की रॉकेट समीकरण यह जोड़ता है कि एक रॉकेट कितनी तेजी से जा सकता है, यह कितना ईंधन जलाता है और इसका वजन कितना है। यह दर्शाता है कि अंतरिक्ष यात्रा में वजन की समस्या है: क्योंकि ईंधन इतना भारी है, रॉकेट को ईंधन का पहला भार उठाने के लिए अधिक ईंधन की आवश्यकता होती है। यह एक ऐसा चक्र बनाता है जहां रॉकेट का 90% से अधिक द्रव्यमान प्रणोदक और टैंकेज के लिए समर्पित होता है, वास्तविक उपग्रह के लिए 4% से भी कम बचता है।
रॉकेट में चरण क्यों होते हैं?
स्टेजिंग एक रॉकेट को स्वतंत्र प्रणोदन इकाइयों में विभाजित करती है जिन्हें मृत वजन कम करने के लिए क्रमिक रूप से त्याग दिया जाता है। यह एक इंजीनियरिंग चाल है जिसका उपयोग उड़ान में खर्च किए गए चरणों को त्यागकर त्सोल्कोव्स्की समीकरण के ‘जाल’ को हराने के लिए किया जाता है ताकि शेष वाहन के प्रणोदक-से-द्रव्यमान अंश में सुधार हो सके। पीएसएलवी और एलवीएम-3 सहित पारंपरिक व्यययोग्य रॉकेटों में, प्रत्येक चरण का एक बार उपयोग किया जाता है और फेंक दिया जाता है, जो आमतौर पर समुद्र में गिर जाता है।
निजी कंपनी स्पेसएक्स कई अग्रणी प्रौद्योगिकियाँ लेकर आई, जिनमें 3डी प्रिंटिंग रॉकेट पार्ट्स, मॉड्यूलर डिज़ाइन, अधिकांश हिस्सों को घर में बनाना (जिसे वर्टिकल इंटीग्रेशन कहा जाता है), और रॉकेट चरणों का पुन: उपयोग करना शामिल है। दोनों ने मिलकर लागत में तेजी से कटौती की है और लॉन्च आवृत्ति में वृद्धि की है।
पुन: प्रयोज्यता को व्यापक रूप से अंतरिक्ष तक मानव पहुंच के लिए सबसे महत्वपूर्ण गेम-चेंजर माना जाता है, जो मूल रूप से उद्योग को ‘डिस्पोजेबल’ मॉडल से ‘परिवहन’ मॉडल में स्थानांतरित करता है। स्पेसएक्स फाल्कन 9 रॉकेट का पहला चरण स्मार्ट इंजीनियरिंग और ऑटोमेशन के मिश्रण का उपयोग करके पृथ्वी पर वापस आता है। यहां, मंच अपने इंजनों को धीमा करने के लिए चालू करता है क्योंकि यह जमीन के करीब आता है, जिससे इसकी अधिकांश गतिज ऊर्जा समाप्त हो जाती है। शेष भाग हवा में यात्रा के दौरान वायुगतिकीय खिंचाव के कारण नष्ट हो जाता है।
स्पेसएक्स ने अपने फाल्कन 9 रॉकेट के पहले चरण को 520 से अधिक बार सफलतापूर्वक पुनर्प्राप्त किया है। यह वर्तमान में अपनी अगली पीढ़ी के बहुउद्देश्यीय रॉकेट, स्टारशिप को अधिक कुशल वास्तुकला के साथ पूरी तरह से पुन: प्रयोज्य वाहन के रूप में विकसित कर रहा है। इसमें चालक दल और माल को पृथ्वी की कक्षा, चंद्रमा और यहां तक कि मंगल ग्रह तक ले जाने की पर्याप्त शक्ति है।
दुनिया भर में एक दर्जन से अधिक निजी कंपनियां और स्टार्ट-अप सक्रिय रूप से पुन: प्रयोज्य रॉकेट प्रौद्योगिकी विकसित कर रहे हैं। उनमें से कम से कम तीन अधिक चुनौतीपूर्ण पूर्ण-पुन: प्रयोज्य रॉकेट प्रौद्योगिकी पर काम कर रहे हैं। वाशिंगटन स्थित ब्लू ओरिजिन ने वर्टिकल लैंडिंग के माध्यम से अपने न्यू ग्लेन वाहन के लिए बूस्टर की रिकवरी का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया है। चीन में वाणिज्यिक अंतरिक्ष क्षेत्र भी तेजी से आगे बढ़ रहा है, लैंडस्पेस जैसी कंपनियां हाल ही में अपने कक्षीय-श्रेणी ज़ुके 3 रॉकेट के कुछ हिस्सों को पुनर्प्राप्त करने का प्रयास कर रही हैं।
क्या एक स्टेज को कई बार दोबारा इस्तेमाल किया जा सकता है?
पुनर्प्राप्त रॉकेट चरण का उपयोग करने की संख्या मुख्य रूप से संरचनात्मक और भौतिक थकान से सीमित होती है, खासकर मुख्य इंजन और ईंधन टैंक में।
क्रायोजेनिक प्रणोदक से दहन गर्मी तक अत्यधिक तापमान में उतार-चढ़ाव, चढ़ाई और पुनः प्रवेश के दौरान अत्यधिक दबाव और जी-बल चक्रण के साथ मिलकर, थकान और माइक्रोफ्रैक्चर का कारण बनता है। व्यावहारिक सीमा भी नवीनीकरण अर्थशास्त्र और स्वीकार्य जोखिम द्वारा निर्धारित की जाती है। जैसे-जैसे उड़ानों की संख्या बढ़ती है, उच्च विश्वसनीयता बनाए रखने के लिए कठोर निरीक्षण, परीक्षण और कमजोर घटकों के प्रतिस्थापन के लिए आवश्यक लागत और समय अंततः एक नए चरण के निर्माण की तुलना में लागत बचत से अधिक हो जाएगा। स्पेसएक्स को लॉन्च मिशनों के लिए 30 से अधिक बार पहले चरण का पुन: उपयोग करने के लिए जाना जाता है।
भारत कहां खड़ा है?
भारतीय अंतरिक्ष अनुसंधान संगठन (इसरो) पुनर्प्राप्ति प्रौद्योगिकियों के विभिन्न मॉडलों पर काम कर रहा है। एक विकल्प पुन: प्रयोज्य प्रक्षेपण यान (आरएलवी) है, जो एक मिनी शटल की तरह एक पंख वाला अंतरिक्ष यान है, जिसे रॉकेट पर अंतरिक्ष में लॉन्च किया जा सकता है और फिर रनवे पर उतरने के लिए फिर से प्रवेश कराया जा सकता है। दूसरा विकल्प रॉकेट के खर्च किए गए पहले चरण को वायुगतिकीय ड्रैग और रेट्रो-प्रोपल्शन के संयोजन के साथ बजरा या जमीन पर उतारने के लिए पुनर्प्राप्त करना है। इन क्षेत्रों में प्रौद्योगिकी विकास गतिविधियाँ प्रगति पर हैं।
तेजी से उभरते अंतरिक्ष बाजार में प्रतिस्पर्धी होने के लिए जहां पूरी तरह से पुन: प्रयोज्य लॉन्च वाहन एक सामान्य सुविधा बनने जा रहे हैं, समय की मांग विघटनकारी प्रौद्योगिकियों को शामिल करना है जो अंतरिक्ष तक पहुंच की लागत को कम कर देगी। इसलिए, भविष्य के लॉन्च वाहनों को आंशिक या पूर्ण पुनर्प्राप्ति के साथ चरणों की न्यूनतम संख्या के साथ कॉन्फ़िगरेशन को लक्षित करना चाहिए और गैर-परक्राम्य डिज़ाइन ड्राइवर के रूप में चरणों का पुन: उपयोग करना चाहिए।
आज, प्रणोदक घनत्व और इंजन दक्षता में प्रगति से दो-चरणीय प्रणालियां उन मिशनों को निष्पादित करने की अनुमति देती हैं जिनके लिए पहले तीन या अधिक चरणों की आवश्यकता होती थी। प्रत्येक चरण द्वारा प्रदान की गई ऊर्जा का सावधानीपूर्वक संतुलन, इसकी लागत हिस्सेदारी, उच्च प्रदर्शन के लिए नवीन प्रौद्योगिकियां, कॉम्पैक्ट इंजन विकास, चरणों की पुनर्प्राप्ति, और लॉन्च ताल बढ़ाने के लिए नवीनीकरण कुछ ऐसे पहलू हैं जिन पर किसी भी भविष्य के लॉन्च वाहन को डिजाइन करते समय गंभीरता से ध्यान दिया जाना चाहिए।
उन्नीकृष्णन नायर एस. पूर्व निदेशक, वीएसएससी और आईआईएसटी हैं; संस्थापक निदेशक, एचएसएफसी; और प्रक्षेपण यान प्रणालियों, कक्षीय पुनः प्रवेश और मानव अंतरिक्ष उड़ान प्रौद्योगिकियों में विशेषज्ञ।
