उच्च-शक्तीच्या लिथियम-प्लाझ्मा थ्रस्टरमुळे खोल अवकाश प्रवासासाठी वेगळ्या मार्गाकडे नासाचा इशारा

आजच्या आयन इंजिन्सच्या पलीकडे मोठ्या मोहिमांकडे इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन झेपावत आहे

नासाच्या जेट प्रोपल्शन लॅबोरेटरीमध्ये एक नवीन magnetoplasmadynamic, किंवा MPD, थ्रस्टर पुढे नेला जात आहे, जो इलेक्ट्रिक प्रोपल्शनला अवकाश प्रवासाच्या अधिक महत्त्वाकांक्षी वर्गात ढकलू शकतो. स्रोतामध्ये वर्णन केलेली ही तंत्रज्ञान 120 किलोवॉटपर्यंत शक्तीवर चालते, जे नासाच्या Psyche अंतराळयानावर उडणाऱ्या इलेक्ट्रिक थ्रस्टर्सच्या पातळीपेक्षा सुमारे 25 पट जास्त आहे. याचा अर्थ मानवयुक्त मंगळ मोहीम अचानक जवळ आली आहे असा नाही, पण अवकाश प्रवासातील सर्वात कठीण अभियांत्रिकी समस्यांपैकी एका दिशेने हे एक महत्त्वाचे पाऊल आहे: अतिप्रचंड रासायनिक प्रणोदक न घेता जड अंतराळयानांना विस्तीर्ण अंतरांवर कार्यक्षमतेने कसे हलवायचे?

इलेक्ट्रिक प्रोपल्शनचे आकर्षण अनेक वर्षांपासून समजले आहे. दहनावर अवलंबून न राहता, इलेक्ट्रिक थ्रस्टर्स विद्युत शक्तीचा वापर करून प्रणोदकाचे आयनीकरण करतात आणि त्याला विद्युतचुंबकीय क्षेत्रांनी वेग देतात. परिणामी कमी थ्रस्ट, पण विलक्षण कार्यक्षमता मिळते. स्रोत मजकूरानुसार इलेक्ट्रिक थ्रस्टर्स रासायनिक रॉकेट्सच्या तुलनेत सुमारे 90% कमी इंधन वापरतात, म्हणूनच दीर्घकालीन सतत त्वरण उच्च वेगात रूपांतरित होऊ शकणाऱ्या खोल अवकाश मोहिमांसाठी ते आकर्षक आहेत.

मानवयुक्त खोल अवकाश मोहिमांसाठी सध्याचे इलेक्ट्रिक थ्रस्टर्स का पुरेसे नाहीत

मर्यादा संकल्पनेत नाही, तर प्रमाणात आहे. पारंपरिक इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन तुलनेने लहान अंतराळयानांसाठी चांगले काम करते, जे वर्षानुवर्षे हळूहळू वेग वाढवू शकतात. स्रोतामध्ये Psyche हा सध्याचा संदर्भ बिंदू आहे. ते 2023 मध्ये प्रक्षेपित झाले, अजूनही वेग वाढवत आहे, आणि अलीकडेच मंगळाच्या पुढे गेले, जेव्हा ते 12,000 mph पेक्षा थोड्या जास्त वेगाने आपल्या अधिक अंतिम वेगाच्या दिशेने जात होते.

ती कामगिरी प्रभावी आहे, पण त्यातून bottleneckही दिसतो. मंद, कार्यक्षम त्वरण दीर्घकालीन वेळापत्रक असलेल्या रोबोटिक मोहिमांसाठी उपयुक्त आहे. परंतु अंतराळवीर, जीवन-समर्थन प्रणाली, पुरवठा, संरक्षण, आणि मोहिमेचे हार्डवेअर यांना अंतरग्रहीय अंतरावर नेण्यासाठी ते तितकेसे योग्य दिसत नाही. मानवयुक्त वाहनाला आजच्या विज्ञान मोहिमांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या आयन प्रणालींपेक्षा खूपच अधिक थ्रस्ट आणि शक्ती लागेल.

इथेच JPL ने सांगितलेली प्रगती महत्त्वाची ठरते. 120 kW वर चालणारा MPD थ्रस्टर इलेक्ट्रिक प्रोपल्शनची इंधन कार्यक्षमता टिकवत अधिक सक्षम शक्ती वर्गात जाण्याचा प्रयत्न दर्शवतो. हे स्केलिंग व्यावहारिकरीत्या शक्य झाले, तर नाजूक खोल अवकाश probes आणि मोठ्या मिशन आर्किटेक्चर्समधील अंतराचा काही भाग भरून निघू शकतो.

MPD थ्रस्टर वेगळा कशामुळे आहे

पुरवलेल्या स्रोतामध्ये ही तंत्रज्ञान लिथियम-प्लाझ्मा इलेक्ट्रिक थ्रस्टर म्हणून मांडली आहे. व्यापक अर्थाने, MPD इंजिन प्रणोदकाला प्लाझ्मामध्ये रूपांतरित करून आणि त्याला विद्युतचुंबकीय पद्धतीने वेग देऊन थ्रस्ट तयार करतात. हा दृष्टिकोन, तत्त्वतः, आजच्या अंतराळयानांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या लहान इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन प्रणालींपेक्षा अधिक शक्तीवर काम करण्यास मदत करू शकतो.

वचन सरळ आहे: अधिक शक्ती म्हणजे अधिक उपयुक्त थ्रस्ट, आणि अधिक उपयुक्त थ्रस्ट म्हणजे अशा मोहिमांसाठीही इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन उपयुक्त ठरते ज्यांना किरकोळ त्वरण जमा होण्यासाठी वर्षानुवर्षे थांबणे शक्य नाही. आव्हान, अंतराळ अभियांत्रिकीमध्ये नेहमीप्रमाणे, प्रयोगशाळेतील प्रगतीला उड्डाण-तयार प्रणालीमध्ये बदलणे आहे, जी अस्वीकार्य उष्णता, सामग्री, किंवा शक्ती-प्रणाली दंडांशिवाय दीर्घ काळ विश्वासार्हपणे चालू शकेल.

स्रोत मजकूर त्या समस्या सुटल्या आहेत असे सांगत नाही. मात्र JPL ने इलेक्ट्रिक थ्रस्टर्सला अधिक मागणी असलेल्या श्रेणीत नेण्यात एक महत्त्वाचा टप्पा गाठला आहे, हे स्पष्ट होते. अंतराळ प्रणोदनात पॉवर स्केलिंग हा केवळ सौंदर्यात्मक सुधारणा नाही; तो विशेष रोबोटिक मोहिमांना योग्य असलेल्या तंत्रज्ञान आणि खूप मोठ्या महत्त्वाकांक्षांना पाठबळ देऊ शकणाऱ्या तंत्रज्ञानातील फरक आहे.

मंगळाशी संबंध खरा आहे, पण अजून अप्रत्यक्ष

मानव मोहिमांवर केंद्रित लेखन तात्काळ उपाय म्हणून नव्हे, तर दिशादर्शक म्हणून वाचले पाहिजे. स्रोत स्वतःच सांगतो की कोणताही माणूस लवकरच मंगळावर जाणार नाही. ती सावधगिरी योग्य आहे. खोल अवकाश वाहतूक म्हणजे केवळ प्रणोदन नाही, तर किरणोत्सर्गाचा धोका, मोहिमेचा कालावधी, अवकाशातील शक्ती निर्मिती, निवासव्यवस्था, विश्वासार्हता, आणि प्रक्षेपण अर्थकारण हेही आहे. चांगला थ्रस्टर फक्त त्या कोड्याचा एक भाग सोडवतो.

तरीही, प्रणोदन ही एक मुख्य मर्यादा राहते. रासायनिक रॉकेट्स शक्तिशाली असतात, पण ते प्रणोदक झपाट्याने जाळून टाकतात आणि मोठी वजन-दंड लादतात. मोहीम जितकी जड, तितका हा trade-off अधिक कठीण. इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन याच्या उलट प्रोफाइल देते: उत्कृष्ट कार्यक्षमता, पण पारंपरिकरीत्या अतिशय कमी थ्रस्ट. उच्च-शक्ती MPD प्रणाली आकर्षक आहेत कारण त्या समतोल बिंदू हलवण्याचा प्रयत्न करतात, ज्यामुळे पूर्णपणे रासायनिक नसलेल्या, किंवा आजच्या कमी-थ्रस्ट इलेक्ट्रिक प्रणालींपुरत्या मर्यादित नसलेल्या आर्किटेक्चर्स शक्य होऊ शकतात.

मंगळापलीकडेही याचे महत्त्व का आहे

मानवी वापराआधीच, सुधारित उच्च-शक्ती इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन रोबोटिक अन्वेषण, कार्गो वाहतूक, आणि सिसलूनर तसेच खोल अवकाश वातावरणातील दीर्घकालीन मोहिमा बदलू शकते. अधिक सक्षम इलेक्ट्रिक इंजिन जड पेलोड, काही मोहिमांच्या रचनांसाठी जलद प्रवास प्रोफाइल, किंवा पृथ्वीच्या वातावरणाबाहेर गेल्यानंतर अधिक लवचिक अंतराळयान संचालनांना पाठबळ देऊ शकते.

ते मिशन नियोजक काय वास्तववादी मानतात तेही बदलू शकते. तंत्रज्ञान अनेकदा अंतराळवीरांपर्यंत पोहोचण्यापूर्वीच अवकाश धोरणावर परिणाम करते. एक प्रोपल्शन प्रगती पेलोड गृहितके, अंतराळयान वजन बजेट, आणि दूरच्या लक्ष्यांपर्यंत पोहोचण्याचे अर्थकारण बदलू शकते. जर MPD प्रणाली सुधारत राहिल्या, तर त्या अशा पर्यायांना चालना देऊ शकतात ज्यांना सध्याचे आयन थ्रस्टर्स उपयुक्त प्रमाणावर पाठबळ देऊ शकत नाहीत.

लक्ष ठेवण्यासारखा प्रोपल्शन मैलाचा दगड

स्रोत सामग्रीमधून सर्वात मजबूत निष्कर्ष असा नाही की मंगळाचा प्रश्न सुटला आहे. तर नासाने अंतराळ मोहिमांचे आकारमान आणि अंतर वाढत गेल्यावर अधिक महत्त्वाचे ठरू शकणाऱ्या प्रोपल्शन वर्गावर अजूनही जोर दिला आहे, हेच खरे. 120 kW इलेक्ट्रिक थ्रस्टर, विशेषतः JPL जेव्हा त्याला breakthrough म्हणून मांडते, तेव्हा इलेक्ट्रिक प्रोपल्शनची भूमिका दीर्घकाळ मर्यादित ठेवलेल्या क्षेत्रात प्रगतीचे संकेत मिळतात.

अंतराळ प्रवासात breakthroughs अनेकदा वर्षानुवर्षे enabling technology म्हणून राहतात आणि मगच मोहिमांच्या बातम्यांमध्ये येतात. हा विकास त्याच नमुन्यात बसतो. उच्च-शक्ती लिथियम-प्लाझ्मा प्रोपल्शन टिकाऊ आणि स्केलेबल ठरल्यास, ते कदाचित पहिला मंगळप्रवास स्वतःहून घडवून आणणार नाही, पण पुढच्या पिढीची खोल अवकाश वाहने कशी डिझाइन केली जातील हे निश्चित करण्यात मदत करू शकते.

हा लेख Jalopnik च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.