MIT ने दीर्घ-परास CubeSats साठी ड्युअल-मोड थ्रस्टर्सची चाचणी केली

लहान उपग्रहांसाठीचा प्रणोदनातील अडथळा सैल होऊ शकतो

MIT मधील अभियंत्यांनी एक हायब्रिड प्रणोदन प्रणाली तपासली आहे, जी जुन्या डिझाइनमधील तडजोडीचे निराकरण करून लहान उपग्रहांना खूपच सक्षम बनवू शकते. या संकल्पनेत रासायनिक थ्रस्टर्स समाविष्ट आहेत, जे थोड्या वेळात जोरदार थ्रस्ट देतात, तसेच electrospray thrusters आहेत, जे अधिक कार्यक्षम पण हळू प्रणोदन दीर्घ कालावधीत पुरवतात. मुख्य प्रगती अशी की दोन्ही प्रणाली एकाच इंधनावर चालू शकतात.

CubeSats आणि इतर मायक्रोसॅटेलाइट्ससाठी हे खूप महत्त्वाचे आहे. लहान अंतराळयानं पारंपरिक उपग्रहांपेक्षा स्वस्त आणि प्रक्षेपणासाठी सोपी असतात, पण त्यांचा आकार अनेक प्रणोदन प्रणाली आणि वेगळ्या टाक्यांसाठी फारच कमी जागा देतो. जर एखाद्या मोहिमेला वेगवान कक्षा-समायोजन आणि हळूहळू होणारे खोल-अंतराळ वेगवर्धन दोन्ही हवे असेल, तर ही क्षमता एका कॉम्पॅक्ट प्लॅटफॉर्ममध्ये बसवणे कठीण होते.

MIT चा निकाल सूचित करतो की ही मर्यादा पूर्वी वाटत होती तितकी स्थिर नाही. ASCENT नावाच्या propellant चा वापर दोन्ही प्रणोदन पद्धतींसाठी करून, टीम लहान अंतराळयानांना विसंगत इंधन संरचना न बाळगता अधिक लवचिकता मिळवण्याचा मार्ग दाखवत आहे.

एक इंधन समीकरण कसे बदलते

रासायनिक आणि विद्युत प्रणोदन वेगवेगळ्या समस्या सोडवतात. रासायनिक थ्रस्टर्स इंधन झपाट्याने जाळतात आणि शक्तिशाली थ्रस्ट निर्माण करतात, त्यामुळे काही सेकंदांत होणाऱ्या जलद कक्षा बदलांसाठी ते उपयुक्त ठरतात. Electrospray thrusters खूपच हळू असतात, पण ते अत्यंत इंधन-कार्यक्षम असतात आणि महिन्यांपासून वर्षांपर्यंत चालणाऱ्या अचूक सुधारणा किंवा दीर्घकालीन वेगवर्धनासाठी योग्य असतात.

आत्तापर्यंत, अतिशय लहान अंतराळयानावर दोन्ही पद्धती वापरणे म्हणजे सामान्यतः वाढलेली गुंतागुंत स्वीकारणे असे होते. वेगवेगळ्या प्रणोदन प्रणालींसाठी बहुतेकदा वेगवेगळे इंधन, साठवण पद्धती आणि सहाय्यक हार्डवेअर लागते. शू-बॉक्स किंवा कॅरी-ऑन बॅगएवढ्या प्लॅटफॉर्मवर हा मोठा दंड ठरतो.

या अहवालात वर्णन केलेला ब्रेकथ्रू ASCENT च्या गुणधर्मांतून आला आहे, ज्याचे पूर्ण रूप Advanced SpaceCraft Energetic Non-Toxic propellant असे आहे. हायड्राझिनला अधिक हिरवा पर्याय म्हणून US Air Force ने ते विकसित केले, आणि मूळतः ASCENT हे रासायनिक थ्रस्टर्ससाठी होते. पण त्यात आणखी एक वैशिष्ट्य आहे जे त्याला वेगळे बनवते: ते एक ionic liquid आहे.

Ionic liquids ही अशी क्षारयुक्त द्रव्ये आहेत जी अवकाशाच्या निर्वातातही द्रवरूप राहतात, आणि ही गोष्ट दुर्मीळ तसेच उपयुक्त आहे. ती स्थिरता त्यांना electrospray प्रपल्शनसाठी योग्य बनवते, जिथे आवेशित थेंब किंवा आयन्स वेगवान करून थ्रस्ट तयार केला जातो. म्हणजेच, एका प्रणोदन पद्धतीसाठी बनवलेला propellant एक लपलेले दुसरे आयुष्य घेऊन समोर आला आहे.

अनुकरण केलेल्या भारहीन अवस्थेत कल्पनेची चाचणी

MIT टीमने चुंबकीय levitation thrust stand वापरला, जो अवकाशातील भारहीनता अनुकरण करतो आणि ASCENT-इंधन वापरणाऱ्या electrospray thrusters कडून येणारा थ्रस्ट मोजतो. अहवालानुसार, अभियंत्यांनी हायब्रिड संकल्पनेची यशस्वी चाचणी केली आणि दाखवून दिले की एकच इंधन रासायनिक प्रणोदनाच्या जलद-बल गरजा तसेच विद्युत थ्रस्टची दीर्घकालीन कार्यक्षमता दोन्ही समर्थित करू शकते.

लेखात हेही नमूद केले आहे की MIT च्या Space Propulsion Laboratory ने तयार केलेले चार electrospray flight thrusters NASA च्या आगामी Green Propulsion Dual Mode mission साठी निश्चित आहेत. हा मुद्दा महत्त्वाचा आहे कारण तो प्रयोगशाळेतील विकासाला प्रत्यक्ष अवकाशउड्डाणाच्या मार्गाशी जोडतो. हे काम केवळ सैद्धांतिक नाही. ज्या मोहिमेच्या संदर्भात या संकल्पनेचे अधिक थेट मूल्यमापन होऊ शकते, त्यासाठी ते तयार केले जात आहे.

अहवालात Lunar Flashlight चा उल्लेख आहे, जो ASCENT green propellant वर चालणारा कमी खर्चाचा CubeSat आहे आणि चंद्राच्या दक्षिण ध्रुवावरील बर्फ नकाशित करण्यासाठी डिझाइन केला आहे. हे उदाहरण लहान मोहिमांमध्ये green propellants चे धोरणात्मक आकर्षण अधोरेखित करते, जिथे विषारीपणा, हाताळणीची गुंतागुंत आणि वजनाच्या मर्यादा सर्वच महत्त्वाच्या असतात.

हे CubeSats साठी काय उघडू शकते

जर एखादा लहान उपग्रह एक इंधन बाळगूनही उच्च-थ्रस्ट हालचाली आणि कार्यक्षम दीर्घकालीन प्रणोदन यांच्यात स्विच करू शकला, तर मोहिमेचे डिझायनर अशा पर्यायांचा लाभ घेऊ शकतात जे पारंपरिकरीत्या मोठ्या प्लॅटफॉर्मपुरते मर्यादित होते. एक CubeSat कदाचित कक्षा-प्रवेशाची कामे अधिक आक्रमकपणे हाताळू शकेल, आणि नंतर त्याच ऑनबोर्ड propellant family चा वापर करून अचूक सुधारणा किंवा दीर्घ आंतरग्रहीय प्रवास करू शकेल.

म्हणूनच अहवालातील मथळ्याचा दावा इतका ठळक वाटतो: बोटाच्या नखाएवढे थ्रस्टर्स अखेरीस CubeSats ना Mars आणि त्यापुढे नेण्यास मदत करू शकतात. हा शब्दप्रयोग महत्त्वाकांक्षी आहे, पण तर्क स्पष्ट आहे. आंतरग्रहीय मोहिमांना कार्यक्षमता लागते, तर प्रक्षेपण आणि नेव्हिगेशनसाठी अजूनही अधिक जोरदार थ्रस्टचे झटके लागू शकतात. ड्युअल-मोड आर्किटेक्चर लहान अंतराळयानांच्या खर्च आणि त्यांची क्षमता यांमधील दरी कमी करू शकते.

हा आकर्षण केवळ वैज्ञानिक नाही. कमी खर्चाची, अधिक बहुउपयोगी प्रणोदन असलेली अंतराळयानं विद्यापीठे, लहान कंपन्या आणि एक मोठा प्लॅटफॉर्म न ठेवता अनेक लहान मोहिमांमध्ये जोखीम विभागू इच्छिणाऱ्या संस्थांसाठी संधी वाढवू शकतात.

ग्रीन प्रोपेलंटही या कथेत महत्त्वाचे आहे

हायड्राझिनला विषरहित पर्याय म्हणून ASCENT ची भूमिका ही फक्त एक बाजूची नोंद नाही. हायड्राझिन दीर्घकाळ प्रभावी असले तरी त्याचे हाताळणे अत्यंत धोकादायक आहे. सुरक्षित propellants ऑपरेशनल भार कमी करू शकतात आणि अत्यंत विषारी इंधनांशी संबंधित पायाभूत सुविधा नको असणाऱ्या संस्थांसाठी मिशनच्या शक्यता उघडू शकतात.

त्या अर्थाने, MIT चे काम अंतराळ प्रणालीतील दोन महत्त्वाच्या प्रवाहांच्या संगमावर आहे: लघुकरण आणि हरित प्रणोदन. हे संयोजन प्रभावी आहे कारण ते खर्च आणि व्यवहार्यता या दोन्हीवर उपाय करते. लहान उपग्रह खरेच परिवर्तनकारी असतील तर त्यांनी मोठ्या प्रणालींची ऑपरेशनल गुंतागुंत वारसाहक्काने न घेता अधिक काम करायला हवे.

धोरणात्मक परिणाम असलेला तांत्रिक निकाल

MIT च्या चाचण्यांचा अर्थ असा नाही की प्रत्येक CubeSat एकदम खोल अंतराळाकडे निघणार आहे. Flight validation, टिकाऊपणा आणि mission integration अजूनही महत्त्वाचे आहेत, आणि आशादायक प्रात्यक्षिकांपासून नियमित वापरापर्यंत पोहोचण्यासाठी अभियांत्रिकीतील प्रगतीला वेळ लागू शकतो. पण ही संकल्पना एका खऱ्या अडथळ्याला सुंदर उत्तर देते: एक इंधन, दोन प्रणोदन प्रकार, आणि अधिक सक्षम अशा लहान अंतराळयानांचा एक वर्ग.

म्हणूनच हे काम वेगळे ठरते. हे केवळ आणखी एक टप्प्याटप्प्याने होणारे thruster सुधारणा नाही. ही प्रणाली-स्तरीय साधीकरण आहे, जी कॉम्पॅक्ट उपग्रहांच्या mission envelope ला विस्तारित करू शकते. कमी खर्चाच्या, अधिक वितरित अंतराळ पायाभूत सुविधांकडे वाटचाल करणाऱ्या उद्योगासाठी, असे साधीकरण raw performance इतकेच महत्त्वाचे ठरू शकते.

जर येणारे mission work या संकल्पनेची क्षमता सिद्ध करत असेल, तर परिणाम म्हणून लहान अंतराळयानांची नवी पिढी तयार होऊ शकते, ज्यांना आता चपळता आणि टिकाऊपणा यांमधील इतकी तीव्र निवड करावी लागणार नाही. CubeSats साठी, ही महत्त्वाकांक्षा आणि आवाका दोन्ही बाबतीत अर्थपूर्ण उन्नती ठरेल.

हा लेख New Atlas च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.