हयाबुसा2 ने क्षुद्रग्रह पर पहला लेजर रेंजिंग प्रयोग सफलतापूर्वक किया

जापान के हयाबुसा2 अंतरिक्ष यान ने अपने खोज-रिकॉर्ड में एक और उपलब्धि जोड़ ली है। रविवार, 5 जुलाई को इस यान ने क्षुद्रग्रह तोरिफुने से लेजर किरण को सफलतापूर्वक परावर्तित करके लौटते संकेत को कैप्चर किया, जिससे क्षुद्रग्रह पर अब तक किया गया पहला लेजर-रेंजिंग प्रयोग पूरा हुआ। जापान एयरोस्पेस एक्सप्लोरेशन एजेंसी (JAXA) ने इस उपलब्धि की पुष्टि की, जो उस समय हुई जब हयाबुसा2 तोरिफुने के पास से गुजर रहा था, जो इस अंतरिक्ष यान के विस्तारित मिशन का पहला लक्ष्य है।

यह उपलब्धि केवल तकनीकी जिज्ञासा से अधिक है। लेजर रेंजिंग इस सिद्धांत पर काम करती है कि प्रकाश की एक स्पंद को किसी सतह तक पहुंचने और वापस आने में कितना समय लगता है, जिससे ऑपरेटरों को दूरी निर्धारित करने और किसी पिंड के भौतिक स्वरूप की दूर से जांच करने का सीधा तरीका मिलता है। JAXA के अनुसार, यह प्रदर्शन अपने इंजीनियरों तथा अन्य अंतरिक्ष एजेंसियों के इंजीनियरों की क्षमताओं को मजबूत करेगा, क्योंकि वे पृथ्वी के निकट क्षुद्रग्रहों (NEA) और अन्य गहरे अंतरिक्ष पिंडों के लिए भविष्य के मिशनों की तैयारी कर रहे हैं।

सिद्ध अल्टीमीटर पर आधारित एक मील का पत्थर

यह प्रयोग हयाबुसा2 के LIDAR लेजर अल्टीमीटर पर निर्भर था, जिसे LALT कहा जाता है। यह उपकरण JAXA के कागुया चंद्र ऑर्बिटर पर भेजे गए LIDAR अल्टीमीटर का व्युत्पन्न है, जिसे एक छोटे क्षुद्रग्रह के आसपास संचालन की बहुत अलग मांगों के लिए अनुकूलित किया गया है।

LALT को केवल दूरी मापने के लिए नहीं बनाया गया था। इसका डिज़ाइन इसे क्षुद्रग्रह के घनत्व और सरंध्रता निर्धारित करने, उसकी सतह कितनी परावर्तक है यह दर्ज करने, और उत्प्लावित धूल कणों की खोज करने में भी मदद करने देता है—ये वे सूक्ष्म पदार्थ हैं जो किसी छोटे पिंड से उठकर उसकी सतह के ऊपर तैर सकते हैं।

यह उपकरण पहले से ही एक मिशन अनुभवी है। इसने हयाबुसा2 के नेविगेशन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई और रयुगु की सतह स्थलाकृति पर पर्याप्त डेटा एकत्र किया, जिस क्षुद्रग्रह की जांच इस अंतरिक्ष यान ने अपनी यात्रा के पहले चरण में की थी। उस पूर्व कार्य ने टीम को तोरिफुने मुठभेड़ के लिए अनुकूलित करने योग्य एक सुपरिचित उपकरण दिया।

चट्टान के एक टुकड़े पर दो निशाने

समय ही सब कुछ था। लेजर दो बार दागा गया—शाम 6:29 बजे (2:29 a.m. PDT; 5:29 a.m. EDT)—पहली स्पंद तोरिफुने फ्लाईबाई से 56.5 सेकंड पहले और दूसरी 57.5 सेकंड पहले छोड़ी गई। पहले निशाने के समय हयाबुसा2 लगभग 20 किलोमीटर (12.5 मील) दूर था और दूसरे के समय करीब 15 किलोमीटर (9.3 मील) दूर।

दोनों क्षणों में अंतरिक्ष यान 5.3 किलोमीटर प्रति सेकंड की गति से यात्रा कर रहा था, जो लगभग 18,000 किलोमीटर प्रति घंटा (3.3 मील प्रति सेकंड, या 11,185 मील प्रति घंटा) के बराबर है। चूंकि किरण अत्यधिक केंद्रित होती है, इसने तोरिफुने के केवल एक छोटे हिस्से को प्रकाशित किया, जिसमें लगभग 30 मीटर (100 फीट) और 23 मीटर (75.5 फीट) चौड़े क्षेत्र शामिल थे।

गति, दूरी और संकीर्ण किरण के इस संयोजन ने ऐसी बाधाओं की सूची बनाई जिन्हें मिशन टीम को पहले से पार करना था।

• लेजर को एक छोटे लक्ष्य पर निशाना लगाना था, जबकि अंतरिक्ष यान हजारों किलोमीटर प्रति घंटे की गति से उसके पास से गुजर रहा था।
• उस लक्ष्य को भेदने के लिए सटीक दृष्टिकोण और प्रक्षेपवक्र नियंत्रण आवश्यक था, जिससे यान का अभिविन्यास और पथ कड़ी सीमाओं के भीतर बना रहे।
• उपकरणों को इस तरह कॉन्फ़िगर करना था कि सतह से आने वाले कमजोर परावर्तन पृष्ठभूमि शोर में खो न जाएं।
• समग्र क्रम के लिए मुठभेड़ से पहले मिशन टीम द्वारा व्यापक तैयारी की आवश्यकता थी।

उन तैयारियों का फल दोनों प्रयासों में मिला, केवल एक में नहीं। JAXA ने ऐसी छवियां जारी कीं जिनमें रेंजिंग सफल होने पर लेजर से प्रकाशित क्षेत्र दिखाया गया है, साथ ही उन स्पंदों के निशान भी जो उपयोगी परिणाम नहीं लौटा सके।

गहरे अंतरिक्ष में लेजर रेंजिंग इतनी कठिन क्यों है

प्रकाश से दूरी मापना सिद्धांत रूप में सरल लगता है: एक स्पंद भेजें, आने-जाने का समय नापें, दो से भाग दें। व्यवहार में, गहरा अंतरिक्ष उन सहायक साधनों को हटा देता है जो इस तकनीक को पृथ्वी के निकट नियमित बनाते हैं। वहां माप को आधार देने के लिए कोई संदर्भ वस्तु नहीं होती, जिससे सटीक रेंजिंग सुरक्षित करना और उसकी व्याख्या करना कहीं अधिक कठिन हो जाता है।

पृथ्वी पर और पृथ्वी की निकट कक्षा में, ऑपरेटर अपने काम की जांच के लिए ज्ञात स्थलचिह्नों, ग्राउंड स्टेशनों और उपग्रह नेविगेशन संकेतों पर निर्भर रह सकते हैं। क्षुद्रग्रह पर अकेले काम कर रहे अंतरिक्ष यान को अपने स्वयं के उपकरण, अपनी घड़ी और एक ऐसी दृष्टिकोण नियंत्रण प्रणाली पर निर्भर रहना पड़ता है जो एक अनियमित, घूमते पिंड पर संकीर्ण किरण को केंद्रित रखने में सक्षम हो। इसीलिए तोरिफुने के परिणाम को क्रमिक सुधार के बजाय पहली उपलब्धि माना जा रहा है।

यह प्रदर्शन क्या रास्ते खोलता है

इस प्रयोग का मूल्य मुख्य रूप से इस बात में है कि यह हार्डवेयर और उसका समर्थन करने वाले संचालन के बारे में क्या सिद्ध करता है।

• निकट आगमन के दौरान सीधी रेंजिंग अंतरिक्ष यान के नेविगेशन को तेज कर सकती है, जब सटीक दूरी और ज्यामिति सबसे अधिक मायने रखती है।
• लेजर परावर्तन सतह की परावर्तकता के बारे में जानकारी देते हैं, जिससे वैज्ञानिकों को भू-भाग और पदार्थ के प्रकारों में अंतर करने में मदद मिलती है।
• अन्य मापों के साथ मिलाकर, रेंजिंग क्षुद्रग्रह के घनत्व और सरंध्रता के अनुमानों का समर्थन करती है, जो उसकी आंतरिक संरचना और इतिहास के प्रमुख सुराग हैं।
• संवेदनशील परावर्तन उत्प्लावित धूल को उजागर कर सकते हैं, एक ऐसी परिघटना जो यह आकार देती है कि छोटे पिंड कैसे पदार्थ छोड़ते और पुनर्वितरित करते हैं।

हयाबुसा2 के लिए, जिसने पहले ही गहरे अंतरिक्ष में वर्षों बिताए हैं, 5 जुलाई का यह परीक्षण यह भी याद दिलाता है कि विस्तारित मिशन अपने प्राथमिक लक्ष्यों के पूरा होने के बाद भी लंबे समय तक नया विज्ञान उत्पन्न करते रह सकते हैं। तोरिफुने उस विस्तारित चरण का पहला लक्ष्य है, और इस फ्लाईबाई ने टीम को एक ऐसी तकनीक को सत्यापित करने का मौका दिया जिसे पहले कभी क्षुद्रग्रह पर आजमाया नहीं गया था।

यह सफलता जापान से परे भी गूंजती है। लेजर अल्टीमेट्री और रेंजिंग अंतरराष्ट्रीय अन्वेषण समुदाय के साझा उपकरण हैं, और क्षुद्रग्रह पर सत्यापित प्रदर्शन अन्य जगहों के इंजीनियरों को उपकरण डिज़ाइन और संचालन प्रक्रियाओं के लिए एक मानक देता है, क्योंकि पृथ्वी के निकट और गहरे अंतरिक्ष गंतव्यों के लिए अधिक अंतरिक्ष यान भेजे जा रहे हैं।

फिलहाल, मुख्य आंकड़े छोटे हैं: एक किरण जिसने केवल 23 मीटर चौड़े चट्टान के टुकड़े को प्रकाशित किया, जिसे लगभग 15 किलोमीटर दूर से 18,000 किलोमीटर प्रति घंटे की गति से चल रहे एक यान ने दागा, और लौटता संकेत सेकंडों के अंतर पर लगातार दो प्रयासों में कैप्चर हुआ। यही वह माप है जिसे JAXA पहली उपलब्धि कह रहा है, और इसके कई और मामलों के लिए खाका बनने की संभावना है।

यह लेख Phys.org की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।