पुनःप्रवेश चाचणी मंच पुनर्वापरयोग्य अवकाशयानांसाठी चुंबकीय ब्रेकिंगचा अभ्यास करत आहे

नवीन टेस्टबेड पुनःप्रवेश अभियांत्रिकीतील सर्वात कठीण समस्यांपैकी एका समस्येला भिडतो

पुनर्वापरयोग्य अवकाशयानांनी अभियंत्यांना अवकाशउड्डाणातील सर्वात जुन्या मर्यादांपैकी एकाचा पुन्हा विचार करण्यास प्रवृत्त केले आहे: मोठ्या प्रमाणात बलिदानी हार्डवेअर न घेता वातावरणीय पुनःप्रवेश कसा सहन करायचा. टोकियो महानगर विद्यापीठाच्या नवीन कामावरील एका अहवालानुसार या प्रयत्नात एक महत्त्वाचा संभाव्य टप्पा पुढे आला आहे. तेथील संशोधकांनी मॅग्नेटोहायड्रोडायनॅमिक, किंवा MHD, ब्रेकिंगचा अभ्यास करण्यासाठी एक चाचणी मांडणी विकसित केली आहे; ही संकल्पना पुनःप्रवेशादरम्यान अवकाशयानाभोवती तयार होणाऱ्या प्लाझ्माशी चुंबकीय बलांची परस्परक्रिया वापरून गरम होणे कमी करू शकते आणि ड्रॅग वाढवू शकते.

ही कल्पना आकर्षक आहे कारण सध्याच्या उष्णता संरक्षण प्रणालींमध्ये परिचित देवाणघेवाण असते. पारंपरिक हीट शिल्ड्स बहुतेक वेळा हळूहळू झिजून किंवा पदार्थ सोडून अतिशय ऊर्जा शोषून घेतात. हा मार्ग काम करतो, पण त्याने पुनर्सज्जतेचा वेळ वाढतो, कार्यात्मक लवचिकता कमी होते, आणि वाहनांना असे हार्डवेअर वाहून न्यावे लागते जे पुनःप्रवेश टप्प्याबाहेर फारसा उपयोगी नसते. पुनर्वापरयोग्य प्रणालींसाठी हे दंड महत्त्वाचे ठरतात. टर्नअराउंड वेळ, पेलोड वस्तुमान, आणि देखभाल गुंतागुंत हे सर्व प्रत्यक्षात पुनर्वापर उपयुक्त ठरतो की नाही यावर परिणाम करतात.

MHD ब्रेकिंगचा पारंपरिक पद्धतींच्या पर्याय किंवा पूरक म्हणून अभ्यास सुरू आहे. त्याचे आश्वासन असे नाही की चुंबकत्वामुळे वातावरणीय गरमी नाहीशी होईल. तर योग्यरित्या आकार दिलेले चुंबकीय क्षेत्र प्लाझ्मा प्रवाह इतका बदलू शकेल की वाहनावरील ताण कमी होईल आणि ते अधिक कार्यक्षमतेने मंदावेल.

चुंबकीय ब्रेकिंग कसे काम करणार आहे

पुनःप्रवेशादरम्यान, वेगाने जाणाऱ्या अवकाशयानाच्या पुढील हवेचे क्षेत्र कमकुवत आयनीकृत प्लाझ्मामध्ये रूपांतरित होते. साध्या भाषेत, याचा अर्थ असा की वायू इतका गरम आणि विद्युतदृष्ट्या प्रतिसादक्षम होतो की चुंबकीय क्षेत्रांचा त्यावर परिणाम होऊ शकतो. अहवालानुसार, एक MHD प्रणाली अवकाशयानाच्या आतून चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करेल आणि लोरेंझ बलाचा वापर करून त्या प्लाझ्मावर प्रतिकार करेल.

ही परस्परक्रिया अपेक्षेप्रमाणे कार्य केली, तर ते क्षेत्र वाहन आणि आजूबाजूच्या सर्वात गरम प्रवाहामध्ये एक अदृश्य चुंबकीय कुशन निर्माण करेल. त्यामुळे एकाच वेळी दोन फायदेशीर परिणाम होऊ शकतात:

• अवकाशयानाच्या उष्णता संरक्षण प्रणालीपर्यंत पोहोचणारी उष्णता कमी करणे.
• वायुगतिकीय ड्रॅग वाढवणे, ज्यामुळे अवरोहणाच्या वेळी वाहन मंदावेल.

ही दोन परिणामच MHD ब्रेकिंग सातत्याने लक्ष वेधून घेत असल्याचे स्पष्ट करतात. पुनःप्रवेश प्रणाली सामान्यतः डिझाइनरांना संरक्षण, वस्तुमान, आणि नियंत्रणक्षमता यांच्यात तडजोड करायला भाग पाडतात. अशी पद्धत जी एकाच वेळी गरमी कमी करू शकते आणि ब्रेकिंग बलही वाढवू शकते, पुनर्वापरयोग्य प्रक्षेपण प्रणाली आणि जलद पुनर्सज्जता गरजेच्या अवकाशयानांसाठी असामान्यरीत्या आकर्षक ठरेल.

या संकल्पनेची पडताळणी करणे इतके कठीण का होते

कठीण भाग सिद्धांत समजावण्यात नाही. तो वास्तववादी, मोजता येण्याजोगे चाचणी वातावरण निर्माण करण्यात आहे. अहवालात एका विशिष्ट अडथळ्याचा उल्लेख आहे: स्वतः चुंबक. स्थायी निओडिमियम चुंबक सुमारे 0.8 टेस्ला पर्यंत पोहोचू शकतात, पण उच्च-वेग पुनःप्रवेशाशी संबंधित तीव्र प्रवाह परिस्थितींवर प्रभाव टाकण्याचा प्रयत्न करताना ती पातळी मर्यादित ठरते. त्यांच्या कठीण आकारांमुळे दुसरी डिझाइन मर्यादा निर्माण होते, कारण ते वेगवेगळ्या वाहन भूमितींशी सहज जुळवून घेऊ शकत नाहीत.

या मर्यादा महत्त्वाच्या आहेत कारण MHD ब्रेकिंग हे केवळ ते वास्तविक परिस्थितींमध्ये निर्माण करू शकणाऱ्या क्षेत्राच्या ताकदी आणि आकाराएवढेच उपयुक्त असते. चुंबकीय प्रभाव खूपच दुर्बल असेल तर तो उष्णता संक्रमण किंवा ड्रॅगमध्ये लक्षणीय बदल करू शकत नाही. क्षेत्राची भूमिती अवकाशयानाशी नीट जुळली नाही, तर कार्यक्षमतेचा विचार करण्यापूर्वीच प्रणालीचे एकीकरण कठीण होऊ शकते.

म्हणूनच प्रयोगशाळेची पायाभूत सुविधा इतकी महत्त्वाची ठरते. संशोधकांना पुनःप्रवेशाच्या धक्कादायक वातावरणासारख्या अल्प, तीव्र परिस्थिती निर्माण करण्याचा आणि त्याचबरोबर चुंबकीय प्रणाली काय करत आहे याचे अचूक मोजमाप करण्याचा मार्ग हवा आहे.

पल्स-फॉर्मिंग नेटवर्कने प्रयोगाचे गणित बदलले

टोकियोच्या पथकाने या आव्हानावर पल्स-फॉर्मिंग नेटवर्क, किंवा PFN, वापरून उपाय केला. अहवालात PFN चे वर्णन आलटून-पालटून बसवलेल्या कॅपॅसिटर आणि इंडक्टरपासून बनलेल्या विद्युत परिपथ म्हणून केले आहे, जो ऊर्जा साठवून ती अतिशय कमी वेळेत मोठ्या प्रमाणात सोडू शकतो. ही पल्स क्षमता या संकल्पनेचा केंद्रबिंदू आहे. स्थिर कार्यक्षमतेच्या मर्यादा असलेल्या स्थायी चुंबकांवर अवलंबून न राहता, ही प्रणाली एका सेकंदाच्या अंशासाठी खूप अधिक शक्तिशाली चुंबकीय घटना निर्माण करू शकते.

अल्प ऑपरेटिंग वेळ स्वतःच एक व्यावहारिक फायदा देते: पल्स फक्त थोड्या वेळासाठी चालतो म्हणून मांडणीस स्वतंत्र शीतकरण प्रणालीची गरज लागत नाही. दुसऱ्या शब्दांत, संशोधक दीर्घकालीन ऑपरेशनच्या बदल्यात नियंत्रित, उच्च-शक्तीचा आघात मिळवत आहेत, जो चाचणी घटनेशी समक्रमित केला जाऊ शकतो. प्रयोगशाळेच्या कामासाठी ही योग्य देवाणघेवाण आहे. उद्दिष्ट संपूर्ण पुनःप्रवेश मार्ग एका सलग धावण्यात पुनरुत्पादित करणे नाही. उद्दिष्ट संबंधित भौतिक परस्परक्रिया वेगळी काढून ती पुरेशा तीव्र परिस्थितींमध्ये मोजणे आहे.

हे करण्यासाठी, संशोधकांनी MX-6.0 नावाची आठ मीटर लांबीची विस्तार-नलिका सुविधा उभारली. अहवालानुसार ही नलिका पुनःप्रवेशात दिसणाऱ्या धक्क्यांच्या लहरींसारख्या शॉकवेव्ह्ज निर्माण करू शकते आणि 7.7 किलोमीटर प्रति सेकंद इतक्या वेगापर्यंत पोहोचू शकते. यामुळे पथकाला चाचणी हार्डवेअरला तीव्र प्रवाह परिस्थितींना सामोरे जाता येते, तसेच पल्स्ड चुंबकीय क्षेत्र सभोवतालच्या प्लाझ्माच्या वर्तनात कसा बदल घडवते हेही निरीक्षण करता येते.

पुनर्वापरयोग्य प्रक्षेपण प्रणालींसाठी हे का महत्त्वाचे आहे

तात्काळ परिणाम म्हणजे एक चांगले चाचणी मंच, अजून उड्डाण-तयार अवकाशयान ब्रेक नाही. हा फरक महत्त्वाचा आहे. पुनःप्रवेश तंत्रज्ञान अनेकदा संकल्पनेत आशादायक दिसते आणि नंतर प्रयोगांमध्ये, एकीकरण अभ्यासांमध्ये, किंवा पूर्ण-प्रमाणातील मोहिमांमध्ये अडचणीत येते. तरीही, चांगली प्रयोगात्मक साधने अनेकदा अनुमानाधारित कल्पना आणि पुढे जाऊ शकणाऱ्या अभियांत्रिकी कार्यक्रमामधील फरक ठरतात.

पुनर्वापरयोग्य वाहनांसाठी प्रोत्साहन स्पष्ट आहे. जर MHD ब्रेकिंग पारंपरिक हीट शिल्डवरचे काम कमी करू शकत असेल, तर ऑपरेटरांना जलद टर्नअराउंड आणि संभाव्यतः जास्त पेलोड कार्यक्षमता मिळू शकते. उष्णता ताणात थोडीशीही घट झाली, तरी उड्डाणांमधील कमी पुनर्सज्जता शक्य आहे. आणि संकल्पना ड्रॅग वाढवण्याचाही प्रयत्न करत असल्याने, ती केवळ उष्णता संरक्षणापलीकडचे प्रणाली-स्तरीय फायदे देऊ शकते.

मोठा संदर्भ असा आहे की पुनर्वापरयोग्यता आता अवकाशयान काय वाहतात आणि प्रत्येक मोहिमेनंतर त्यांना कोणती देखभाल लागते याचा अधिक अचूक हिशोब मागते. जे हार्डवेअर पूर्वी स्वीकारार्ह निरुपयोगी वजन मानले जात होते, ते जेव्हा प्रक्षेपण वारंवारता आणि कार्यान्वयन खर्च व्यवसायिक तर्काचा केंद्र बनतात, तेव्हा त्याचे औचित्य सिद्ध करणे कठीण होते. हा दबाव अपरंपरागत पद्धतींसाठी जागा निर्माण करतो, ज्यात प्लाझ्मा प्रवाहांसोबतची चुंबकीय परस्परक्रियाही समाविष्ट आहे, ज्यांना पूर्वीच्या कार्यक्रमांनी कदाचित खूप कठीण म्हणून बाजूला सारले असेल.

लक्ष ठेवण्यासारखा एक संशोधन टप्पा

इथला सर्वात महत्त्वाचा वाटा पद्धतशीर असू शकतो. पल्स्ड चुंबकीय क्षेत्रे आणि उच्च-वेग विस्तार-नलिका यांभोवती एक समर्पित मंच तयार करून, संशोधकांनी अधिक मागणी असलेल्या आणि संबंधित परिस्थितींमध्ये MHD ब्रेकिंग पाहण्याचा मार्ग तयार केला आहे. यामुळे ही संकल्पना पुनर्वापरयोग्य अवकाशयानांवर मानक बनेल असे सिद्ध होत नाही. पण यामुळे क्षेत्राला चाचणी, तुलना, आणि रचनात्मक पुनरावृत्तीसाठी अधिक भक्कम पाया मिळतो.

जर पुढील प्रयोगांमध्ये मोजता येण्याजोगी उष्णता भारात घट किंवा अर्थपूर्ण ड्रॅग बदल दिसले, तर MHD ब्रेकिंग एक कुतूहलजनक पुनःप्रवेश संकल्पनेपासून प्रत्यक्ष तंत्रज्ञानाच्या उमेदवाराकडे जाऊ शकते. जर लाभ लहान ठरले किंवा त्यांचे प्रमाण वाढवणे कठीण असेल, तरी नवीन टेस्टबेडने मर्यादा स्पष्ट करून महत्त्वाची भूमिका बजावलेली असेल.

कोणत्याही परिस्थितीत, हे असे काम आहे जे नंतर महत्त्वाचे ठरते. पुनःप्रवेश नवोपक्रम अनेकदा वाहनांमध्ये दिसण्यापूर्वी चांगली साधने आणि चांगले प्रयोग यांमधून पुढे सरकतो. MX-6.0 मंच आणि त्याची पल्स-फॉर्मिंग चुंबकीय प्रणाली नेमके त्या टप्प्याकडे लक्ष देत असल्याचे दिसते: प्लाझ्मा, ड्रॅग, आणि उष्णता याबद्दलच्या एका सुरेख कल्पनेला अभियंत्यांना प्रत्यक्ष वापरता येईल अशा डेटामध्ये रूपांतरित करणे.

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