फ्यूजन रॉकेट इंजन के पीछे अंतरिक्ष अन्वेषण का एक नया युग

2024 लेखक: Seth Attwood | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-16 16:05

नासा और एलोन मस्क मंगल का सपना देखते हैं, और मानवयुक्त गहरे अंतरिक्ष मिशन जल्द ही एक वास्तविकता बन जाएंगे। आपको शायद आश्चर्य होगा, लेकिन आधुनिक रॉकेट अतीत के रॉकेटों की तुलना में थोड़ा तेज उड़ते हैं।

कई कारणों से तेज अंतरिक्ष यान अधिक सुविधाजनक हैं, और तेजी लाने का सबसे अच्छा तरीका परमाणु संचालित रॉकेट है। पारंपरिक ईंधन वाले रॉकेट या आधुनिक सौर ऊर्जा से चलने वाले इलेक्ट्रिक रॉकेट की तुलना में उनके कई फायदे हैं, लेकिन पिछले 40 वर्षों में, संयुक्त राज्य अमेरिका ने केवल आठ परमाणु-संचालित रॉकेट लॉन्च किए हैं।

हालांकि, पिछले एक साल में, परमाणु अंतरिक्ष यात्रा के संबंध में कानून बदल गए हैं, और अगली पीढ़ी के रॉकेट पर काम शुरू हो चुका है।

गति की आवश्यकता क्यों है?

अंतरिक्ष में किसी भी उड़ान के पहले चरण में, एक प्रक्षेपण यान की आवश्यकता होती है - यह जहाज को कक्षा में ले जाता है। ये बड़े इंजन ज्वलनशील ईंधन पर चलते हैं - और आमतौर पर जब रॉकेट लॉन्च करने की बात आती है, तो उनका मतलब होता है। वे जल्द ही कहीं नहीं जा रहे हैं - जैसा कि गुरुत्वाकर्षण बल है।

लेकिन जब जहाज अंतरिक्ष में प्रवेश करता है तो चीजें और दिलचस्प हो जाती हैं। पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण को दूर करने और गहरे अंतरिक्ष में जाने के लिए जहाज को अतिरिक्त त्वरण की आवश्यकता होती है। यह वह जगह है जहाँ परमाणु प्रणालियाँ काम में आती हैं। यदि अंतरिक्ष यात्री चंद्रमा से परे या मंगल ग्रह से भी आगे कुछ तलाशना चाहते हैं, तो उन्हें जल्दी करनी होगी। ब्रह्मांड बहुत बड़ा है, और दूरियां बहुत बड़ी हैं।

लंबी दूरी की अंतरिक्ष यात्रा के लिए तेज़ रॉकेट बेहतर अनुकूल होने के दो कारण हैं: सुरक्षा और समय।

मंगल ग्रह के रास्ते में, अंतरिक्ष यात्रियों को बहुत उच्च स्तर के विकिरण का सामना करना पड़ता है, जो कैंसर और बांझपन सहित गंभीर स्वास्थ्य समस्याओं से भरा होता है। विकिरण परिरक्षण मदद कर सकता है, लेकिन यह बेहद भारी है और मिशन जितना लंबा होगा, उतनी ही शक्तिशाली परिरक्षण की आवश्यकता होगी। इसलिए, विकिरण की खुराक को कम करने का सबसे अच्छा तरीका है कि आप अपने गंतव्य तक तेजी से पहुंचें।

लेकिन चालक दल की सुरक्षा ही एकमात्र लाभ नहीं है। हम जितनी अधिक दूर की उड़ानों की योजना बनाते हैं, उतनी ही जल्दी हमें मानव रहित मिशनों के डेटा की आवश्यकता होती है। नेप्च्यून तक पहुंचने में वोयाजर 2 को 12 साल लगे - और जैसे ही यह उड़ता गया, इसने कुछ अविश्वसनीय तस्वीरें खींचीं। यदि वोयाजर के पास अधिक शक्तिशाली इंजन होता, तो ये तस्वीरें और डेटा खगोलविदों में बहुत पहले दिखाई देते।

तो गति एक फायदा है। लेकिन परमाणु प्रणाली तेज क्यों हैं?

आज के सिस्टम

गुरुत्वाकर्षण बल पर काबू पाने के बाद, जहाज को तीन महत्वपूर्ण पहलुओं पर विचार करना चाहिए।

जोर- जहाज को क्या त्वरण प्राप्त होगा।

वजन दक्षता- दी गई मात्रा में ईंधन के लिए सिस्टम कितना जोर पैदा कर सकता है।

विशिष्ट ऊर्जा खपत- एक निश्चित मात्रा में ईंधन कितनी ऊर्जा देता है।

आज, सबसे आम रासायनिक इंजन पारंपरिक ईंधन से चलने वाले रॉकेट और सौर ऊर्जा से चलने वाले इलेक्ट्रिक रॉकेट हैं।

रासायनिक प्रणोदन प्रणाली बहुत अधिक जोर प्रदान करती है, लेकिन विशेष रूप से कुशल नहीं हैं, और रॉकेट ईंधन बहुत ऊर्जा गहन नहीं है। अंतरिक्ष यात्रियों को चंद्रमा पर ले जाने वाले सैटर्न 5 रॉकेट ने टेकऑफ़ पर 35 मिलियन न्यूटन बल दिया और 950,000 गैलन (4,318,787 लीटर) ईंधन ले गया। इसमें से अधिकांश रॉकेट को कक्षा में लाने में चला गया, इसलिए सीमाएं स्पष्ट हैं: आप जहां भी जाते हैं, आपको बहुत अधिक ईंधन की आवश्यकता होती है।

विद्युत प्रणोदन प्रणाली सौर पैनलों से बिजली का उपयोग करके जोर उत्पन्न करती है। इसे प्राप्त करने का सबसे आम तरीका आयनों को तेज करने के लिए एक विद्युत क्षेत्र का उपयोग करना है, उदाहरण के लिए, हॉल इंडक्शन थ्रस्टर में। इन उपकरणों का उपयोग उपग्रहों को बिजली देने के लिए किया जाता है, और उनकी वजन दक्षता रासायनिक प्रणालियों की तुलना में पांच गुना अधिक होती है। लेकिन साथ ही वे बहुत कम जोर देते हैं - लगभग 3 न्यूटन।यह लगभग ढाई घंटे में कार को 0 से 100 किलोमीटर प्रति घंटे की रफ्तार देने के लिए काफी है। सूर्य अनिवार्य रूप से ऊर्जा का एक अथाह स्रोत है, लेकिन जहाज जितना आगे बढ़ता है, उतना ही कम उपयोगी होता है।

परमाणु मिसाइलों के विशेष रूप से आशाजनक होने का एक कारण उनकी अविश्वसनीय ऊर्जा तीव्रता है। परमाणु रिएक्टरों में उपयोग किए जाने वाले यूरेनियम ईंधन में हाइड्राज़िन, एक विशिष्ट रासायनिक रॉकेट ईंधन की तुलना में 4 मिलियन गुना ऊर्जा होती है। और अंतरिक्ष में कुछ यूरेनियम प्राप्त करना सैकड़ों-हजारों गैलन ईंधन की तुलना में बहुत आसान है।

कर्षण और वजन दक्षता के बारे में क्या?

दो परमाणु विकल्प

अंतरिक्ष यात्रा के लिए इंजीनियरों ने दो मुख्य प्रकार के परमाणु तंत्र विकसित किए हैं।

पहला थर्मोन्यूक्लियर इंजन है। ये प्रणालियाँ बहुत शक्तिशाली और अत्यधिक कुशल हैं। वे एक छोटे परमाणु विखंडन रिएक्टर का उपयोग करते हैं - जैसे परमाणु पनडुब्बियों पर - एक गैस (जैसे हाइड्रोजन) को गर्म करने के लिए। इस गैस को थ्रस्ट प्रदान करने के लिए रॉकेट नोजल के माध्यम से त्वरित किया जाता है। नासा के इंजीनियरों ने गणना की है कि थर्मोन्यूक्लियर इंजन का उपयोग करके मंगल की यात्रा रासायनिक इंजन वाले रॉकेट की तुलना में 20-25% तेज होगी।

फ़्यूज़न इंजन रासायनिक इंजनों की तुलना में दोगुने से अधिक कुशल होते हैं। इसका मतलब है कि वे समान मात्रा में ईंधन के लिए दो बार जोर देते हैं - 100,000 न्यूटन तक जोर देते हैं। यह लगभग एक चौथाई सेकेंड में कार को 100 किलोमीटर प्रति घंटे की रफ्तार देने के लिए काफी है।

दूसरी प्रणाली एक परमाणु इलेक्ट्रिक रॉकेट इंजन (एनईपीई) है। इनमें से कोई भी अभी तक नहीं बनाया गया है, लेकिन विचार बिजली उत्पन्न करने के लिए एक शक्तिशाली विखंडन रिएक्टर का उपयोग करना है, जो तब हॉल मोटर की तरह एक विद्युत प्रणोदन प्रणाली को शक्ति देगा। यह बहुत प्रभावी होगा - फ्यूजन इंजन की तुलना में लगभग तीन गुना अधिक कुशल। चूंकि परमाणु रिएक्टर की शक्ति बहुत अधिक है, इसलिए एक ही समय में कई अलग-अलग इलेक्ट्रिक मोटर काम कर सकते हैं, और जोर ठोस हो जाएगा।

परमाणु रॉकेट मोटर्स शायद बहुत लंबी दूरी के मिशनों के लिए सबसे अच्छा विकल्प हैं: उन्हें सौर ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है, वे बहुत कुशल होते हैं और अपेक्षाकृत उच्च गति प्रदान करते हैं। लेकिन उनकी सभी आशाजनक प्रकृति के लिए, परमाणु ऊर्जा प्रणोदन प्रणाली में अभी भी बहुत सारी तकनीकी समस्याएं हैं जिन्हें संचालन में लाने से पहले हल करना होगा।

अभी भी परमाणु शक्ति से चलने वाली मिसाइलें क्यों नहीं हैं?

1960 के दशक से थर्मोन्यूक्लियर इंजनों का अध्ययन किया गया है, लेकिन वे अभी तक अंतरिक्ष में नहीं गए हैं।

1970 के चार्टर के तहत, प्रत्येक परमाणु अंतरिक्ष परियोजना को अलग से माना जाता था और कई सरकारी एजेंसियों और स्वयं राष्ट्रपति के अनुमोदन के बिना आगे नहीं बढ़ सकता था। परमाणु मिसाइल प्रणालियों में अनुसंधान के लिए धन की कमी के साथ युग्मित, इसने अंतरिक्ष में उपयोग के लिए परमाणु रिएक्टरों के आगे के विकास में बाधा उत्पन्न की है।

लेकिन यह सब अगस्त 2019 में बदल गया जब ट्रम्प प्रशासन ने राष्ट्रपति का ज्ञापन जारी किया। परमाणु प्रक्षेपणों की अधिकतम सुरक्षा पर जोर देते हुए, नया निर्देश अभी भी जटिल अंतर-एजेंसी अनुमोदन के बिना कम मात्रा में रेडियोधर्मी सामग्री वाले परमाणु मिशनों की अनुमति देता है। नासा जैसी प्रायोजक एजेंसी द्वारा पुष्टि कि मिशन सुरक्षा सिफारिशों के अनुपालन में है, पर्याप्त है। बड़े परमाणु मिशन पहले की तरह ही प्रक्रियाओं से गुजरते हैं।

नियमों के इस संशोधन के साथ ही नासा को थर्मोन्यूक्लियर इंजन के विकास के लिए 2019 के बजट से 100 मिलियन डॉलर मिले। डिफेंस एडवांस्ड रिसर्च प्रोजेक्ट्स एजेंसी पृथ्वी की कक्षा से परे राष्ट्रीय सुरक्षा संचालन के लिए थर्मोन्यूक्लियर स्पेस इंजन भी विकसित कर रही है।

60 साल के ठहराव के बाद संभव है कि एक दशक के भीतर कोई परमाणु रॉकेट अंतरिक्ष में चला जाए। यह अविश्वसनीय उपलब्धि अंतरिक्ष अन्वेषण के एक नए युग की शुरुआत करेगी। मनुष्य मंगल पर जाएगा, और वैज्ञानिक प्रयोग पूरे सौर मंडल और उसके बाहर नई खोजों की ओर ले जाएंगे।