डिफ्रॅक्टिव्ह सोलर सेल्स १०० किमी/सेकंद वेगाने घातक लघुग्रहांना विचलित करू शकतात

लघुग्रहांसोबत इशारा लेबल येत नाही. सध्या कोणताही ज्ञात लघुग्रह पृथ्वीशी टक्कर होण्याच्या मार्गावर नसला तरी, खगोलशास्त्रज्ञ दरवर्षी हजारो नवीन लघुग्रह शोधत आहेत, आणि भविष्यातील टक्कर होण्याची शक्यता इतकी वास्तववादी आहे की ग्रहसंरक्षणाचे गंभीर नियोजन करणे योग्य ठरते. DART मोहिमेने सिद्ध केले की गतिज इम्पॅक्टर—मूलत: लघुग्रहाला त्याच्या मार्गावरून ढकलण्यासाठी डिझाइन केलेली मोठी रॉड—लहान लघुग्रहाला हलवू शकते. परंतु या तंत्राची एक महत्त्वाची मर्यादा आहे, आणि बीहांग विद्यापीठातील एक संघ वेगळा दृष्टिकोन प्रस्तावित करत आहे: धोकादायक लघुग्रहावर समोरासमोर आघात करण्यासाठी नवीन प्रकारचा सोलर सेल वापरणे.

लघुग्रह संरक्षणासाठी अनेक पर्याय का आवश्यक आहेत

एकापेक्षा जास्त विचलन पद्धती विकसित करण्याचे कारण अनिश्चिततेपासून सुरू होते. पृथ्वीजवळील वस्तूंची यादी सतत वाढत आहे, आणि ज्ञात लघुग्रहांपैकी कोणीही सध्या पृथ्वीकडे येत नसला तरी, पुढील धोकादायक वस्तू मर्यादित इशाऱ्यासह शोधली जाऊ शकते. विचलन हे एकच तंत्रज्ञान नसून संभाव्य प्रतिसादांचे कुटुंब आहे, प्रत्येकाची वेळ, वस्तुमान आणि ऊर्जा आवश्यकता वेगळी असते.

DART ने यापैकी एक प्रतिसाद दाखवला. लहान लघुग्रह डायमॉर्फोसवर आदळून, मोहिमेने दाखवले की गतिज इम्पॅक्टर लघुग्रहाची गती बदलू शकतो. हा निकाल ग्रहसंरक्षणासाठी एक महत्त्वाचा टप्पा होता. तथापि, त्याने प्रत्येक कार्यात्मक समस्या सोडवली नाही. DART भेटीची भूमिती विशेषतः महत्त्वाची आहे, कारण तिने अंतराळयान किती ऊर्जा देऊ शकते हे ठरवले.

DART ने काय सिद्ध केले आणि काय अनिर्णित ठेवले

DART ने गतिज इम्पॅक्टरने लहान लघुग्रह हलवून यश मिळवले, जो लघुग्रहाला त्याच्या मार्गावरून ढकलण्यासाठी डिझाइन केलेला मोठा रॉड होता. मोहिमेने सिद्ध केले की मूलभूत तंत्र व्यवहार्य आहे. परंतु DART मध्ये एक मोठा दोष होता: ते लघुग्रहाच्याच दिशेने प्रवास करत होते आणि मागून जवळ आले. इम्पॅक्टर अंतराळयान लघुग्रहाभोवती कक्षेत असताना प्रक्षेपित करण्यात आले, याचा अर्थ टक्कर भूमिती लघुग्रहाच्या सूर्याभोवतीच्या स्वतःच्या गतीने मर्यादित होती.

पुरेसा इशारा मिळाल्यास हा दृष्टिकोन काम करू शकतो. तथापि, तो यशस्वी करण्यासाठी वर्षानुवर्षे कक्षीय यांत्रिक युक्ती आवश्यक असेल. इम्पॅक्टरला लक्ष्याचा पाठलाग करून, त्याची दिशा जुळवून, नंतर त्यावर आघात करावा लागतो. खऱ्या आपत्कालीन स्थितीत ती वर्षे उपलब्ध नसतील. वेगवान, अधिक थेट पर्याय मौल्यवान ठरेल—विशेषतः असा जो अंतराळयानाच्या प्रति किलोग्राम वस्तुमानातून कितीतरी जास्त ऊर्जा देऊ शकेल.

समोरासमोर आघातासाठी ऊर्जेचा युक्तिवाद

इम्पॅक्टरने लघुग्रह विचलित करणे हे एका साध्या घटकावर अवलंबून आहे: ऊर्जा. इम्पॅक्टरकडून लघुग्रहाकडे जितकी जास्त ऊर्जा हस्तांतरित होईल, तितका लघुग्रह जास्त हलेल. आणि ऊर्जा वेगाच्या वर्गानुसार वाढते. दुसऱ्या शब्दांत, वस्तू जितकी वेगाने आदळते, तितकी जास्त ऊर्जा ती लक्ष्याला देते.

DART डायमॉर्फोसवर सुमारे ६ किलोमीटर प्रति सेकंद वेगाने आदळले. हा आदरणीय वेग आहे, परंतु अंतराळयान लघुग्रहाच्याच दिशेने येत होते या वस्तुस्थितीमुळे तो मर्यादित होता. बीहांग विद्यापीठाच्या नवीन पेपरनुसार, सोलर सेल वापरणारा इम्पॅक्टर लघुग्रहाजवळ विरुद्ध दिशेने—चुकीच्या मार्गाने जाणाऱ्या महामार्ग चालकासारखा—जाऊ शकतो आणि सुमारे १०० किलोमीटर प्रति सेकंद वेगाने त्याच्या लक्ष्यावर आघात करू शकतो. हा जास्त जवळ येण्याचा वेग DART चाचणीच्या तुलनेत इम्पॅक्टर वस्तुमानाच्या प्रति किलोग्राम सुमारे २३० पट अधिक बल देईल.

हा फरक मोहिमेच्या रचनेसाठी अत्यंत महत्त्वाचा आहे. १०० किलोमीटर प्रति सेकंद वेगाने समोरासमोर आघात केल्यास तुलनेने लहान इम्पॅक्टर मोठ्या प्रमाणात संवेग हस्तांतरित करू शकेल. केवळ जोरदार वस्तुमानावर अवलंबून न राहता, सोलर-सेल इम्पॅक्टर वेगाचा वापर करून प्रत्येक किलोग्रामचा हिशेब करू शकेल.

प्रतिगामी समस्या

अडचण अशी आहे की अंतराळयानाला विरुद्ध दिशेने गतिमान करणे. जवळजवळ सर्व काही सूर्याभोवती घड्याळाच्या विरुद्ध दिशेने फिरते, पृथ्वीसह. जेव्हा काही पृथ्वीवरून प्रक्षेपित होते, तेव्हा ते आधीच त्या दिशेने गतिमान असते. ती दिशा उलटून घड्याळाच्या दिशेने, किंवा प्रतिगामी, कक्षेत प्रवेश करण्यासाठी खूप ऊर्जा लागते, सौम्यपणे सांगायचे तर.

रासायनिक रॉकेट्स हे करू शकत नाहीत. त्सिओल्कोव्स्कीच्या रॉकेट समीकरणाच्या अत्याचारामुळे ते ती युक्ती पूर्ण करण्यासाठी पुरेसे इंधन वाहून नेऊ शकत नाहीत. रॉकेट समीकरण आवश्यक प्रणोदकाचे प्रमाण वेगातील बदलाशी जोडते, आणि प्रतिगामी मार्गक्रमणासाठी अत्यंत वेग बदल आवश्यक असतो. परिणामी, प्रतिगामी अटकावासाठी पारंपरिक रासायनिक मोहिम हा वास्तववादी पर्याय नाही.

सोलर सेल्स संभाव्यतः हे करू शकतात. हा बीहांग विद्यापीठाच्या प्रस्तावामागील मुख्य दावा आहे. प्रणोदक वाहून नेण्याऐवजी, सोलर सेल सूर्यप्रकाशालाच संवेगाचा स्रोत म्हणून वापरून हळूहळू आपला मार्गक्रम बदलते.

सोलर सेल्स उलट मार्गक्रमण कसे शक्य करू शकतात

सोलर सेल्स सौर विकिरण दाबाचा वापर करून काम करतात—फोटॉन एखाद्या वस्तूवर आदळल्यावर जे अत्यल्प बल देतो. मूलत:, ते पारंपरिक रासायनिक किंवा आयन रॉकेटसारखे इंधन न वापरता सूर्यप्रकाशावर तरंगतात. कोणत्याही एका फोटॉनचे बल अत्यंत कमी असते, परंतु मोठा, हलका सेल तो दाब विस्तृत क्षेत्रावर गोळा करून अंतराळयानाला हळूहळू गती देऊ शकतो.

बीहांग विद्यापीठाची संकल्पना दिशा उलटण्याचे कठीण काम करण्यास सक्षम नवीन प्रकारच्या सोलर सेलवर केंद्रित आहे. प्रस्तावित डिफ्रॅक्टिव्ह सोलर सेल अचानक प्रणोद निर्माण करणार नाही. त्याऐवजी, ते कालांतराने सौर विकिरण दाब गोळा करेल, ज्यामुळे अंतराळयान रासायनिक प्रणोदकाच्या वस्तुमान दंडाशिवाय आपला कक्षा बदलू शकेल. हेच प्रतिगामी अटकाव संभाव्यतः व्यवहार्य बनवते.

सोलर-सेल तंत्रज्ञानाची अंतराळात आधीच चाचणी झाली आहे. प्लॅनेटरी सोसायटीच्या LightSail 2 चे प्रक्षेपण, लेखाशी संबंधित मोहिमेच्या प्रतिमांमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, अशा संकल्पनेवर आधारित सेल हार्डवेअरचे प्रात्यक्षिक केले. ग्रहसंरक्षण आवृत्तीला कितीतरी अधिक सक्षम असणे आवश्यक असेल, परंतु मूलभूत तत्त्व समान आहे: इंधन-मर्यादित रॉकेट जिथे जाऊ शकत नाही तिथे अंतराळयानाला ढकलण्यासाठी सूर्यप्रकाशाचा वापर करा.

प्रारंभिक शोध का आवश्यक राहतो

१०० किलोमीटर प्रति सेकंद वेगाने समोरासमोर आघात हे एक असाधारण विचलन साधन असेल, परंतु ते प्रारंभिक इशाऱ्याची गरज संपवणार नाही. सोलर सेलचा फायदा इंधनाशिवाय मार्गक्रम बदलण्याच्या क्षमतेतून येतो, परंतु तो फायदा वेळेवर अवलंबून असतो. लघुग्रह अटकाव बिंदूवर पोहोचण्यापूर्वी सेल तैनात, गतिमान आणि प्रतिगामी कक्षेत युक्ती करणे आवश्यक आहे.

धोकादायक लघुग्रह टक्करेच्या काही महिने आधीच शोधला गेल्यास, उच्च-ऊर्जा इम्पॅक्टरलाही तिथवर पोहोचण्यासाठी पुरेसा वेळ मिळणार नाही. तो वर्षे किंवा दशके आधी शोधला गेल्यास, हळू पण सातत्यपूर्ण सोलर सेलला भेटीची तयारी करण्यासाठी आवश्यक वेळ मिळू शकेल. यामुळे लघुग्रह सर्वेक्षण आणि ट्रॅकिंग कार्यक्रम त्याच ग्रहसंरक्षण प्रणालीचा महत्त्वाचा भाग बनतात.

ही रणनीती लक्ष्याच्या अचूक ज्ञानावरही अवलंबून आहे. मोहिम नियोजकांना लघुग्रहाचा कक्षा, आकार, रचना आणि फिरणे माहित असणे आवश्यक आहे. हे तपशील वस्तू आघाताला कसा प्रतिसाद देईल आणि विचलनाचा प्रयत्न तिला सुरक्षितपणे पृथ्वीपासून दूर ढकेलतो की अंदाज न देता तुकडे करतो हे ठरवतात.

काय सिद्ध करणे बाकी आहे

ऊर्जा हस्तांतरणाचे भौतिकशास्त्र सरळ आहे. अभियांत्रिकी नाही. सोलर-सेल इम्पॅक्टरला विश्वासार्हपणे तैनात होणे, अंतराळ वातावरणात टिकणे, अचूकपणे नेव्हिगेट करणे आणि दीर्घ मोहिमेत आवश्यक मार्गक्रमण टिकवणे आवश्यक असेल. त्याला प्रतिगामी कक्षेत पोहोचणेही आवश्यक असेल, ही युक्ती रासायनिक रॉकेट करू शकत नाहीत परंतु सोलर सेल संभाव्यतः साध्य करू शकतात.

DART ने आधीच दाखवले आहे की गतिज आघात लघुग्रहाची गती बदलू शकतो. LightSail 2 ने दाखवले आहे की सोलर सेल अंतराळात तैनात करता येतात. बीहांग विद्यापीठाचा प्रस्ताव या दोन पुराव्यांच्या रेषा एकत्र करून नवीन ग्रहसंरक्षण संकल्पना तयार करतो. पुढील पायरी म्हणजे समर्पित मोहिमेत आवश्यक सेल कार्यक्षमता, मार्गक्रम नियंत्रण आणि अटकाव वेळेची चाचणी करणे.

यापैकी काहीही संकल्पना आज तयार करत नाही. ते त्याचा अभ्यास करण्यासारखे मात्र नक्कीच बनवते. दृष्टिकोन काम करत असल्यास, तो ग्रहसंरक्षण साधनपेटीत उच्च-ऊर्जा पर्याय जोडेल—असा जो येणाऱ्या लघुग्रहाचा मागून पाठलाग करण्याऐवजी विरुद्ध दिशेने आघात करू शकेल.

तळाशी ओळ

कोणत्याही वर्षात घातक लघुग्रहाचा धोका कमी असतो परंतु शून्य नाही. DART ने सिद्ध केले की मानवता गतिज इम्पॅक्टरने लघुग्रह हलवू शकते. बीहांग विद्यापीठाचा प्रस्ताव असा युक्तिवाद करतो की डिफ्रॅक्टिव्ह सोलर सेल सुमारे १०० किलोमीटर प्रति सेकंद वेगाने समोरासमोर आघात शक्य करू शकतो, ज्यामुळे DART च्या तुलनेत इम्पॅक्टर वस्तुमानाच्या प्रति किलोग्राम सुमारे २३० पट बल मिळते. कठीण भाग म्हणजे प्रतिगामी कक्षेत पोहोचणे. रासायनिक रॉकेट पुरेसे इंधन वाहून नेऊ शकत नाहीत, परंतु सोलर सेल संभाव्यतः करू शकतात. तंत्रज्ञान परिपक्व झाले आणि प्रारंभिक इशारा प्रणाली सुधारल्या तर, सूर्यप्रकाशाने चालणारा इम्पॅक्टर भविष्यातील धोक्याविरुद्ध एक शक्तिशाली नवीन संरक्षण रेषा बनू शकेल.

हा लेख Universe Today च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.