एक लॉन्च वाहन का आरोहण कक्षा में बने रहने के लिए आवश्यक विशाल वेग प्राप्त करने के लिए गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ एक लड़ाई है – जबकि पुनः प्रवेश उसी ऊर्जा को व्यवस्थित तरीके से छोड़ने के लिए वायुमंडल के खिलाफ एक संघर्ष है।
प्रारंभ में, एयरोस्पेस वैज्ञानिकों का मानना था कि वायुमंडलीय पुनः प्रवेश से बचना असंभव होगा क्योंकि परिक्रमा करने वाले अंतरिक्ष कैप्सूल की विशाल गतिज ऊर्जा पुनः प्रवेश पर तीव्र ताप ऊर्जा में परिवर्तित हो जाएगी। परिणामस्वरूप तापमान इतना चरम होगा कि वे किसी भी ज्ञात संरचनात्मक सामग्री को पिघला देंगे। सफलता कुंद शरीर सिद्धांत के साथ आई, जिसने साबित किया कि यदि अंतरिक्ष कैप्सूल के अग्रभाग को एक बड़े त्रिज्या के साथ गोल किया जाता है, तो यह कैप्सूल में निर्देशित होने के बजाय अधिकांश पुन: प्रवेश गर्मी को आसपास की हवा में विक्षेपित कर सकता है।
पुनः प्रवेश करने वाले कैप्सूल की 98% से अधिक ऊर्जा वायुमंडल के माध्यम से नष्ट हो जाती है और गर्मी में परिवर्तित हो जाती है। कैप्सूल को इसके हीटशील्ड द्वारा इस तीव्र थर्मल वातावरण से बचाया जाता है, जिसमें एक मजबूत थर्मल सुरक्षा प्रणाली होती है: यह या तो एब्लेशन के माध्यम से गर्मी को नष्ट कर देता है – जहां सामग्री गर्मी को दूर ले जाने के लिए बलि और नष्ट हो जाती है – या थर्मल इन्सुलेशन, जो गर्मी को कैप्सूल की प्राथमिक संरचना तक पहुंचने से रोकने के लिए कम-चालकता सामग्री का उपयोग करता है।
पुनः प्रवेश गलियारा क्या है?
पृथ्वी पर लौटने के लिए, एक अंतरिक्ष कैप्सूल को अपने वेग को कम करके इसकी कक्षा को तोड़ना होगा। यह एक डोरबिट बर्न करके ऐसा करता है: 180 डिग्री घूमना और अपने इंजन को अपनी यात्रा की विपरीत दिशा में चालू करना। चूँकि आगे की गति ही कक्षा को बनाए रखती है, उस गति को खोने से गुरुत्वाकर्षण कैप्सूल के केन्द्रापसारक बल पर काबू पा लेता है। फिर कैप्सूल अपने स्थिर वृत्ताकार पथ से बाहर निकल जाता है और एक उथले, नीचे की ओर अण्डाकार वक्र में प्रवेश करता है, जो इसे पुनः प्रवेश के लिए ऊपरी वायुमंडल में ले जाता है।
पुन: प्रवेश गलियारा एक सटीक वायुमंडलीय खिड़की है जिसे दो चरम सीमाओं के बीच संतुलित होकर सुरक्षित रूप से लौटने के लिए एक अंतरिक्ष यान को हिट करना होगा। यदि प्रवेश कोण बहुत उथला है (ओवरशूट सीमा), तो कैप्सूल एक पत्थर की तरह तालाब के पार छलांग लगाएगा, जो वायुमंडल से उछलकर वापस अंतरिक्ष में चला जाएगा। इसके विपरीत, यदि कोण बहुत अधिक तीव्र (अंडरशूट सीमा) है, तो कैप्सूल घनी हवा से बहुत जोर से टकराएगा, जिससे घातक मंदी बल और घर्षण गर्मी पैदा होगी जो चालक दल और कैप्सूल के जीवित रहने की क्षमता से अधिक होगी।
अर्ध-बैलिस्टिक निकाय क्या है?
एक बैलिस्टिक पिंड एक गिरते हुए पत्थर की तरह व्यवहार करता है: यह अपने आप नहीं चल सकता है और केवल हवा के प्रतिरोध (खींचने) से धीमा हो जाता है। इसके विपरीत, एक अर्ध-बैलिस्टिक पिंड एक विशिष्ट कोण पर उड़ता है, जिसे हमले के कोण के रूप में जाना जाता है। यह जानबूझकर पार्श्व रूप से इसके गुरुत्वाकर्षण के केंद्र को ऑफसेट करके प्राप्त किया जाता है, जिससे शरीर आने वाली हवा के सापेक्ष एक कोण पर उड़ता है।
जैसे ही वाहन हाइपरसोनिक गति से वायुमंडल में टकराता है, यह कोण हवा को शरीर के ऊपर असममित रूप से बहने के लिए मजबूर करता है, जिससे ड्रैग बल के अलावा एक वायुगतिकीय लिफ्ट बल बनता है, जो वेग की दिशा के लंबवत कार्य करता है। कैप्सूल को वायुमंडल में सरकने और किनारे लगाने की अनुमति देने के लिए इस लिफ्ट बल को रणनीतिक रूप से हेरफेर किया जाता है, जो इसे लक्षित लैंडिंग क्षेत्र की ओर सटीक रूप से चलाने के लिए आवश्यक क्रॉस-रेंज क्षमता प्रदान करता है।
संचार ब्लैकआउट क्या है?
पुनः प्रवेश के दौरान एक अन्य मुद्दा संचार ब्लैकआउट है। पुन: प्रवेश के दौरान उत्पन्न अत्यधिक गर्मी हवा के अणुओं से इलेक्ट्रॉनों को छीन लेती है, इसे आयनित प्लाज्मा की एक परत में बदल देती है। यह प्लाज्मा आवरण कैप्सूल के चारों ओर एक धातु के बुलबुले की तरह काम करता है जो रेडियो तरंगों को परावर्तित और अवरुद्ध करता है। क्योंकि सिग्नल इस विद्युतीकृत परत से नहीं गुजर सकते हैं, यह संचार ब्लैकआउट का कारण बनता है, जिससे चालक दल और ग्राउंड कंट्रोल एक दूसरे से बात करने में असमर्थ हो जाते हैं जब तक कि कैप्सूल प्लाज्मा के गायब होने के लिए पर्याप्त धीमा नहीं हो जाता।
पुनः प्रवेश के दौरान खतरनाक संचार ब्लैकआउट का प्रबंधन करने के लिए, इंजीनियर कक्षीय रिले नेटवर्क और उच्च-आवृत्ति सिग्नल भौतिकी के संयोजन का उपयोग करते हैं। ग्राउंड स्टेशनों पर नीचे की बजाय रिले उपग्रहों (जैसे नासा के टीडीआरएसएस) को ऊपर की ओर डेटा संचारित करके, सिग्नल कैप्सूल के पीछे प्लाज्मा शीथ के पतले, कम घने क्षेत्रों से होकर गुजरता है।
लैंडिंग के लिए पैराशूट क्यों तैनात किये जाते हैं?
जब एक कैप्सूल वायुमंडल में दोबारा प्रवेश करता है, तो इसे एयरोब्रेकिंग द्वारा धीमा कर दिया जाता है, जो एक कैप्सूल को धीमा करने के लिए वायुमंडलीय खींचें का उपयोग करने की प्रक्रिया है। जैसे-जैसे कम ऊंचाई पर हवा का घनत्व बढ़ता है, कैप्सूल की गति तब तक कम हो जाती है जब तक कि यह अपने टर्मिनल वेग तक नहीं पहुंच जाता – वह बिंदु जहां वायु प्रतिरोध का ऊपर की ओर बल गुरुत्वाकर्षण के नीचे की ओर खिंचाव को संतुलित करता है। वेग में कोई और कमी पैराशूट जैसी अतिरिक्त वायुगतिकीय सतहों को तैनात करके हासिल की जानी है। अंतरिक्ष से लौटने वाले कैप्सूल के लिए, निचले वायुमंडल में टर्मिनल वेग अभी भी सैकड़ों किलोमीटर प्रति घंटा है, जो सुरक्षित लैंडिंग के लिए बहुत तेज़ है। व्यावहारिक रूप से, अंतिम वेग तक पहुंचने से पहले ही, समुद्र में नरम लैंडिंग करने के लिए वेग को और कम करने के लिए पैराशूट को तैनात करना पड़ता है।
गगनयान क्रू मॉड्यूल की दोबारा एंट्री कैसे होगी?
इसरो ने 2007 के स्पेस कैप्सूल रिकवरी एक्सपेरिमेंट (एसआरई) के साथ अपनी पुन: प्रवेश क्षमताओं का बीड़ा उठाया, जिससे साबित हुआ कि यह सुरक्षित रूप से एक परिक्रमा यान को पृथ्वी पर वापस ला सकता है। इसे 2014 क्रू मॉड्यूल एटमॉस्फेरिक री-एंट्री एक्सपेरिमेंट (CARE) द्वारा और आगे बढ़ाया गया, जिसने सब-ऑर्बिटल री-एंट्री की अत्यधिक गर्मी से बचने के लिए आवश्यक पूर्ण पैमाने पर थर्मल सुरक्षा और पैराशूट सिस्टम को मान्य किया।
गगनयान ऑर्बिटल मॉड्यूल के दो भाग हैं: क्रू मॉड्यूल (सीएम) और सर्विस मॉड्यूल (एसएम)। ऑर्बिटल मॉड्यूल को एसएम में थ्रस्टर्स द्वारा डी-ऑर्बिट किया जाएगा और उसके बाद, एसएम अलग हो जाएगा और पुनः प्रवेश की तीव्र गर्मी से नष्ट हो जाएगा। वायुमंडलीय पुनः प्रवेश पर, सीएम पुन: प्रवेश गलियारे के भीतर अपने प्रक्षेपवक्र को बनाए रखता है, अंडरशूट और ओवरशूट सीमाओं से सख्ती से बचता है। अर्ध-बैलिस्टिक निकाय के रूप में कार्य करते हुए, सीएम द्वि-प्रणोदक थ्रस्टर फायरिंग के माध्यम से अपने लिफ्ट वेक्टर को संशोधित करके अपने लक्षित लैंडिंग साइट तक पहुंचने के लिए नियंत्रित युद्धाभ्यास निष्पादित करता है।
एक बार जब मॉड्यूल कम ऊंचाई पर पहुंच जाता है, तो बंगाल की खाड़ी में एक सुरक्षित और सुचारू छींटाकशी सुनिश्चित करने के लिए एक तीन-चरणीय निरर्थक पैराशूट प्रणाली तैनात की जाती है, जो मिशन के लिए प्राथमिक लैंडिंग क्षेत्र है।
उन्नीकृष्णन नायर एस. वीएसएससी और आईआईएसटी के पूर्व निदेशक हैं; संस्थापक निदेशक, एचएसएफसी; और प्रक्षेपण यान प्रणालियों, कक्षीय पुनः प्रवेश और मानव अंतरिक्ष उड़ान प्रौद्योगिकियों में विशेषज्ञ। वर्तमान में डॉ. साराभाई वीएसएससी में प्रोफेसर हैं
