மீள்நுழைவு சோதனை தளம் மீள்பயன்பாட்டு விண்கலங்களுக்கான காந்தத் தடை முறையை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது

மீள்நுழைவு பொறியியலின் கடினமான பிரச்சினைகளில் ஒன்றை ஒரு புதிய சோதனைத் தளம் கையாள்கிறது

மீள்பயன்பாட்டு விண்கலங்கள், விண்வெளிப் பயணத்தின் பழமையான கட்டுப்பாடுகளில் ஒன்றை மீண்டும் பரிசீலிக்க பொறியாளர்களைத் தூண்டியுள்ளன: பெரிய அளவு தியாக வன்பொருளை எடுத்துச் செல்லாமல் வளிமண்டல மீள்நுழைவை எவ்வாறு தாங்குவது. டோக்கியோ மாநகரப் பல்கலைக்கழகத்தின் புதிய பணியைப் பற்றிய ஒரு அறிக்கை, அந்த முயற்சியில் குறிப்பிடத்தக்க ஒரு சாத்தியமான படியைச் சுட்டிக்காட்டுகிறது. அங்கு உள்ள ஆராய்ச்சியாளர்கள், மீள்நுழைவு போது விண்கலத்தைச் சுற்றி உருவாகும் பிளாஸ்மாவுடன் காந்த விசைகள் தொடர்பு கொள்ளும் மூலம் வெப்பத்தை குறைத்து இழுவையை அதிகரிக்கக்கூடிய மாக்னடோஹைட்ரோடைனமிக், அல்லது MHD, தடை முறையை ஆய்வு செய்ய ஒரு சோதனை அமைப்பை உருவாக்கியுள்ளனர்.

தற்போதைய வெப்பப் பாதுகாப்பு அமைப்புகள் பழக்கமான சமநிலைகளை உடன் கொண்டிருப்பதால் இந்த யோசனை ஈர்க்கக்கூடியதாக உள்ளது. பாரம்பரிய வெப்பக் கவசங்கள் பொதுவாக மெதுவாக சேதமடைந்து அல்லது பொருளை உரிந்து விடுவதன் மூலம் அதீத ஆற்றலை உறிஞ்சுகின்றன. அந்த அணுகுமுறை செயல்படுகிறது, ஆனால் அது மறுசீரமைப்பு நேரத்தை அதிகரிக்கிறது, செயல்பாட்டு நெகிழ்வுத்தன்மையை குறைக்கிறது, மேலும் மீள்நுழைவு கட்டத்திற்கு வெளியே குறைந்த பயனுடைய வன்பொருளை வாகனங்கள் சுமக்க வேண்டியதாகிறது. மீள்பயன்பாட்டு அமைப்புகளுக்கு, அந்த தண்டனைகள் முக்கியமானவை. திரும்பிச் செயல்படுத்தும் நேரம், சுமைத் திறன், மற்றும் பராமரிப்பு சிக்கல்தன்மை ஆகிய அனைத்தும், நடைமுறையில் மீள்பயன்பாடு மதிப்புடையதா என்பதைத் தீர்மானிக்கின்றன.

MHD தடை முறையை இந்நிலையான முறைகளுக்குப் பதிலாக அல்லது கூடுதலாக ஆய்வு செய்து வருகின்றனர். இதன் வாக்குறுதி, காந்தவியல் வளிமண்டல வெப்பமயமாதலை மறையச் செய்கிறது என்பதல்ல. மாறாக, கவனமாக வடிவமைக்கப்பட்ட காந்தப் புலம் பிளாஸ்மா ஓட்டத்தை போதுமான அளவு மாற்றி, வாகனத்தின் மீதான சுமையைக் குறைத்து அதை மேலும் திறமையாக மெல்லச் செய்யக்கூடும் என்பதே.

காந்தத் தடை எவ்வாறு செயல்பட வேண்டுமென கருதப்படுகிறது

மீள்நுழைவு போது, வேகமாக நகரும் விண்கலத்தின் முன்னே உள்ள காற்று பலவீனமாக அயனமடைந்த பிளாஸ்மாவாக மாறுகிறது. எளிமையாகச் சொன்னால், அதாவது வாயு வெப்பமாகவும் மின்தொடர்புக்கு பதிலளிக்கக்கூடியதாகவும் இருப்பதால் காந்தப் புலங்கள் அதனை பாதிக்க முடியும். அறிக்கையின் படி, ஒரு MHD அமைப்பு விண்கலத்தின் உள்ளிருந்து காந்தப் புலத்தை உருவாக்கி, லோரென்ஸ் விசையைப் பயன்படுத்தி அந்த பிளாஸ்மாவை எதிர்த்து செயல்படும்.

இந்த தொடர்பு எதிர்பார்த்தபடி இயங்கினால், அந்தப் புலம் வாகனத்துக்கும் அதனைச் சூழ்ந்த மிக வெப்பமான ஓட்டத்துக்கும் இடையில் ஒரு காணமுடியாத காந்த மெத்தை உருவாக்கும். இது ஒரே நேரத்தில் இரண்டு பயனுள்ள விளைவுகளை உருவாக்கக்கூடும்:

• விண்கலத்தின் வெப்பப் பாதுகாப்பு அமைப்பை அடையும் வெப்பத்தை குறைத்தல்.
• வானியல் இழுவையை அதிகரித்து, இறங்கும் போது வாகனத்தை மெல்லச் செய்தல்.

இந்த இரண்டு முடிவுகளே MHD தடை தொடர்ந்து கவனம் ஈர்ப்பதற்கான காரணத்தை விளக்குகின்றன. மீள்நுழைவு அமைப்புகள் பொதுவாக பாதுகாப்பு, நிறை, மற்றும் கட்டுப்படுத்தத்தன்மை ஆகியவற்றுக்கு இடையில் வடிவமைப்பாளர்களை சமநிலைகளில் தள்ளுகின்றன. ஒரே நேரத்தில் வெப்பத்தைக் குறைத்து தடை விசையையும் சேர்க்கக்கூடிய ஒரு முறை, மீள்பயன்பாட்டு ஏவுதல் அமைப்புகளுக்கும் விரைவான மறுசீரமைப்பு தேவைப்படும் விண்கலங்களுக்கும் மிகவும் ஈர்ப்பாக இருக்கும்.

இந்த கருத்தை உறுதிப்படுத்துவது ஏன் கடினமாக இருந்தது

சிரமம் கோட்பாட்டை விளக்குவதில் இல்லை. நிஜமான, அளவிடக்கூடிய சோதனைச் சூழலை உருவாக்குவதில்தான். குறிப்பாக ஒரு தடையை அறிக்கை சுட்டிக்காட்டுகிறது: காந்தங்களே. நிலையான நியோடிமியம் காந்தங்கள் சுமார் 0.8 டெஸ்லா வரை அடையலாம், ஆனால் அதிவேக மீள்நுழைவுடன் தொடர்புடைய தீவிர ஓட்ட நிலைகளைக் கட்டுப்படுத்த முயலும் போது அந்த நிலை வரம்பாகிறது. அவற்றின் கடினமான வடிவங்கள் இரண்டாவது வடிவமைப்பு கட்டுப்பாட்டையும் உருவாக்குகின்றன, ஏனெனில் அவை வெவ்வேறு வாகன வடிவங்களுக்கு எளிதில் பொருந்த முடியாது.

இந்த வரம்புகள் முக்கியம், ஏனெனில் MHD தடை என்பது அது நிஜமான நிலைகளில் உருவாக்கக்கூடிய புலத்தின் வலிமையும் வடிவமும் அளவிற்கு மட்டுமே பயனுள்ளது. காந்த விளைவு மிகவும் பலவீனமாக இருந்தால், அது வெப்ப பரிமாற்றம் அல்லது இழுவையில் குறிப்பிடத்தக்க மாற்றம் செய்யாது. புலத்தின் வடிவம் விண்கலத்துக்கு சரியாக பொருந்தாவிட்டால், செயல்திறனை எண்ணுவதற்குமுன்னரே அமைப்பை ஒருங்கிணைப்பது கடினமாக இருக்கலாம்.

அதனால் ஆய்வக உட்கட்டமைப்பு மிகவும் முக்கியமாகிறது. மீள்நுழைவு அதிர்ச்சி சூழலை ஒத்த குறுகிய, தீவிர நிலைகளை உருவாக்கவும், அதேசமயம் காந்த அமைப்பு என்ன செய்கிறது என்பதைக் துல்லியமாக அளவிடவும் ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு ஒரு வழி தேவைப்படுகிறது.

பல்ஸ்-ஃபார்மிங் நெட்வொர்க் பரிசோதனைச் சமன்பாட்டை மாற்றுகிறது

டோக்கியோ குழு இந்த சவாலுக்கு ஒரு பல்ஸ்-ஃபார்மிங் நெட்வொர்க், அல்லது PFN, மூலம் தீர்வு கண்டது. அறிக்கை PFN-ஐ மாறிமாறி அமைக்கப்பட்ட கன்டென்சர்கள் மற்றும் இண்டக்டர்களால் ஆன ஒரு மின்சுற்றாக விளக்குகிறது; இது ஆற்றலைச் சேமித்து, பின்னர் அதனை மிகக் குறுகிய வெடிப்பாக பெருமளவில் வெளியிட முடியும். அந்த வெடிப்பு திறன் இந்தக் கருத்தின் மையமாக உள்ளது. நிலையான செயல்திறன் வரம்புகளைக் கொண்ட நிரந்தர காந்தங்களையே சாராமல், இந்த அமைப்பு ஒரு வினாடியின் அற்புதமான பகுதியிலேயே மிகவும் வலிமையான காந்த நிகழ்வை உருவாக்க முடியும்.

குறுகிய இயங்கும் நேரம் தனக்கே ஒரு நடைமுறை நன்மையையும் தருகிறது: அந்த பல்ஸ் மிகச் சுருக்கமாக மட்டுமே நீடிப்பதால், தனியான குளிரூட்டும் அமைப்பு தேவையில்லை. வேறு வார்த்தைகளில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் நீண்டகால செயல்பாட்டை மாற்றாகக் கொண்டு, சோதனை நிகழ்வுடன் ஒத்திசைக்கக்கூடிய கட்டுப்படுத்தப்பட்ட, உயர்-சக்தி திடீர் உந்துதலைப் பெறுகிறார்கள். ஆய்வகப் பணிக்குத் இது நியாயமான பரிமாற்றம். முழுமையான மீள்நுழைவு பாதையை ஒரே தொடர்ச்சியான ஓட்டத்தில் மீண்டும் உருவாக்குவதே நோக்கம் அல்ல. தொடர்புடைய இயற்பியல் தொடர்பை தனிமைப்படுத்தி, அதைப் பொருத்தமான அளவுக்கு வலுவான நிலைகளில் அளப்பதே நோக்கம்.

அதனைச் செய்ய, ஆராய்ச்சியாளர்கள் MX-6.0 எனப்படும் எட்டு மீட்டர் நீளமுள்ள விரிவாக்க-குழாய் வசதியை உருவாக்கினர். அறிக்கையின் படி, அந்தக் குழாய் மீள்நுழைவில் காணப்படும் அதிர்ச்சி அலைகளைப் போன்றவற்றை உருவாக்கி, வினாடிக்கு 7.7 கிலோமீட்டர் வரை வேகத்தை அடைய முடியும். இதன் மூலம், பல்ஸ்ட் காந்தப் புலம் சுற்றியுள்ள பிளாஸ்மா நடத்தை எவ்வாறு மாற்றுகிறது என்பதை கவனிக்கும்போதே, சோதனை வன்பொருளை கடுமையான ஓட்ட நிலைகளுக்கு உட்படுத்த முடிகிறது.

மீள்பயன்பாட்டு ஏவுதல் அமைப்புகளுக்கு இது ஏன் முக்கியம்

உடனடி விளைவு ஒரு சிறந்த சோதனைத் தளம் தான், பறக்கத் தயாரான விண்கலத் தடை அல்ல. அந்த வேறுபாடு முக்கியமானது. மீள்நுழைவு தொழில்நுட்பங்கள் பெரும்பாலும் கருத்தில் நம்பிக்கை அளித்து, பின்னர் பரிசோதனைகள், ஒருங்கிணைப்பு ஆய்வுகள், அல்லது முழுமையான பணி அளவிலான திட்டங்களில் செல்லும்போது சிக்குகின்றன. இருந்தாலும், சிறந்த பரிசோதனை கருவிகள் ஒரு ஊகமான யோசனையையும் முன்னேறக்கூடிய பொறியியல் திட்டத்தையும் பிரிக்கும் காரணமாக அடிக்கடி அமைகின்றன.

மீள்பயன்பாட்டு வாகனங்களுக்கு ஊக்கம் தெளிவாக உள்ளது. MHD தடை பாரம்பரிய வெப்பக் கவசங்களின் மீது உள்ள பணிச்சுமையை குறைக்க முடிந்தால், இயக்குநர்கள் விரைவான திரும்பச் செயல்படுத்துதலும், சாத்தியமாக அதிகமான சுமைத் திறனும் பெறலாம். வெப்ப அழுத்தத்தில் ஏற்பட்ட ஓரளவு குறைவும் கூட பறப்புகளுக்கு இடையிலான மறுசீரமைப்பைக் குறைக்கக்கூடும். மேலும், இந்தக் கருத்து இழுவையையும் அதிகரிக்க நோக்கமுள்ளதால், அது வெப்பப் பாதுகாப்பை மட்டுமல்லாமல் அமைப்பு மட்டத்தில் கூடுதல் நன்மைகளையும் வழங்கக்கூடும்.

பெரிய சூழல் என்னவெனில், மீள்பயன்பாடு விண்கலங்கள் எதைக் கொண்டு செல்கின்றன மற்றும் ஒவ்வொரு பணிக்குப் பிறகும் அவற்றிற்கு என்ன பராமரிப்பு தேவைப்படுகிறது என்பதற்கான மிகத் துல்லியமான கணக்கீட்டை கட்டாயப்படுத்துகிறது. ஏவுதல் அடிக்கடி நடப்பதும் செயல்பாட்டு செலவும் வணிகத் தர்க்கத்தின் மையமாக மாறும்போது, முன்பு ஏற்றுக்கொள்ளத்தக்க இறந்த எடையாக கருதப்பட்ட வன்பொருளை நியாயப்படுத்துவது கடினமாகிறது. அந்த அழுத்தம், முன்பு திட்டங்கள் முயற்சிக்க மிகவும் கடினம் என்று கருதியிருக்கக்கூடிய பிளாஸ்மா ஓட்டங்களுடன் காந்த தொடர்பு உட்பட, அசாதாரண அணுகுமுறைகளுக்கு இடமளிக்கிறது.

கவனிக்கத் தகுந்த ஒரு ஆராய்ச்சி படி

இங்கு மிக முக்கியமான பங்களிப்பு முறையியல் சார்ந்ததாக இருக்கலாம். பல்ஸ்ட் காந்தப் புலங்களையும் உயர்வேக விரிவாக்க-குழாயையும் மையமாகக் கொண்டு ஒரு தனித்த தளத்தை உருவாக்குவதன் மூலம், ஆராய்ச்சியாளர்கள் அதிகக் கோரிக்கையுடனும் மேலும் பொருத்தமான நிலையிலும் MHD தடையைப் பார்க்கும் வழியை உருவாக்கியுள்ளனர். இதனால் இந்தக் கருத்து மீள்பயன்பாட்டு விண்கலங்களில் நிலையானதாக மாறும் என்று நிரூபிக்கப்படுவதில்லை. ஆனால் இந்தத் துறைக்கு சோதனை, ஒப்பீடு, மற்றும் வடிவமைப்பு மறுமுறை திருத்தத்திற்கு வலுவான அடித்தளம் உள்ளது என்பதை இது காட்டுகிறது.

தொடர்ச்சியான பரிசோதனைகள் வெப்பச் சுமையில் அளவிடக்கூடிய குறைவு அல்லது அர்த்தமுள்ள இழுவை மாற்றங்களை காட்டினால், MHD தடை ஒரு சுவாரசியமான மீள்நுழைவு கருத்திலிருந்து நடைமுறை தொழில்நுட்ப வேட்பாளராக மாறக்கூடும். நன்மைகள் சிறியதாகவோ அல்லது அளவாக்க கடினமாகவோ இருந்தால், புதிய சோதனைத் தளம் கூட வரம்புகளை தெளிவுபடுத்துவதன் மூலம் ஒரு முக்கிய பங்காற்றியிருக்கும்.

எப்படியாயினும், இது பின்னர் முக்கியத்துவம் பெறும் வகையான பணியாகும். மீள்நுழைவு புதுமை, வாகனங்களில் தோன்றுவதற்கு முன், சிறந்த கருவிகளும் சிறந்த பரிசோதனைகளும் வழியாக முன்னேறுகிறது. MX-6.0 தளமும் அதன் பல்ஸ்-ஃபார்மிங் காந்த அமைப்பும் அந்தத் துல்லியமான கட்டத்தையே நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன போல் தெரிகிறது: பிளாஸ்மா, இழுவை, மற்றும் வெப்பம் குறித்த ஒரு நுட்பமான யோசனையை பொறியாளர்கள் உண்மையில் பயன்படுத்தக்கூடிய தரவாக மாற்றுவது.

இந்தக் கட்டுரை Universe Today வெளியிட்ட செய்திப்பரப்புரையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.