नासा और स्पेसएक्स अंतरिक्ष यान को पानी में उतारकर सुरक्षित धरती पर वापस कैसे लाते हैं

(मार्कोस फर्नांडीज टौस, नॉर्थ डकोटा विश्वविद्यालय)

ग्रैंड फोर्क्स, 28 जून (द कन्वरसेशन) 21 जुलाई 1961 को लगभग 15 मिनट के लिए, अमेरिकी अंतरिक्ष यात्री गस ग्रिसोम को लगा कि वह दुनिया के शीर्ष पर हैं – और वास्तव में वह थे भी।

ग्रिसोम ने लिबर्टी बेल 7 मिशन का संचालन किया, जो एक बैलिस्टिक परीक्षण उड़ान थी जिसने उन्हें एक रॉकेट से वायुमंडल में प्रक्षेपित किया। परीक्षण के दौरान, वह एक छोटे कैप्सूल के अंदर बैठ गये और अटलांटिक महासागर में गिरने से पहले 100 मील से अधिक की ऊंचाई पर पहुंच गये।

नौसेना के एक जहाज, यूएसएस रैंडोल्फ ने सुरक्षित दूरी से मिशन के सफल अंत को देखा। सब कुछ योजना के अनुसार हो गया था, केप कैनवेरल के नियंत्रक प्रसन्न थे, और ग्रिसोम को पता था कि वह इतिहास में दूसरे अमेरिकी अंतरिक्ष यात्री के रूप में एक वीआईपी क्लब में प्रवेश कर चुके हैं।

ग्रिसोम अपने कैप्सूल के अंदर ही रहे और समुद्र की हल्की लहरों पर बहते रहे। जब वह यूएसएस रैंडोल्फ के सूखे डेक पर ले जाए जाने के लिए हेलीकॉप्टर की प्रतीक्षा कर रहे थे, तो उन्होंने कुछ उड़ान डेटा रिकॉर्ड करना समाप्त किया। लेकिन फिर, चीजों ने अप्रत्याशित मोड़ ले लिया।

कैप्सूल के विस्फोटक सिस्टम में एक गलत कमांड के कारण हैच बाहर निकल गया, जिससे पानी भीतर आने लगा। ग्रिसोम अपने स्पेससूट में एक वाल्व बंद करना भी भूल गया था, इसलिए पानी उसके सूट में रिसने लगा क्योंकि वह पानी में बने रहने के लिए संघर्ष कर रहा था।

कैप्सूल से नाटकीय ढंग से बच निकलने के बाद, उन्होंने बड़ी मुश्किल से अपना सिर सतह पर रखते हुए हेलीकॉप्टर पायलट को संकेत दिया कि कुछ गलत हो गया है। ऐन वक्त पर हेलीकॉप्टर उन्हें बचाने में कामयाब रहा।

ग्रिसोम का मौत के करीब से बच निकलना इतिहास की सबसे नाटकीय घटनाओं में से एक है। लेकिन पानी में कूदना अंतरिक्ष यात्रियों के पृथ्वी पर लौटने के सबसे आम तरीकों में से एक है। मैं एयरोस्पेस इंजीनियरिंग का प्रोफेसर हूं जो इन घटनाओं में शामिल तंत्रों का अध्ययन करता है। सौभाग्य से, अधिकांश बार पानी में कूदना उतना परेशान करने वाला नहीं होता, कम से कम कागज़ पर तो नहीं।

पानी पर उतरने को ऐसे समझें

सुरक्षित लैंडिंग करने से पहले, पृथ्वी पर लौटने वाले अंतरिक्ष यान को धीमा करना पड़ता है। जब यह पृथ्वी पर वापस आ रहा होता है, तो एक अंतरिक्ष यान में बहुत अधिक गतिज ऊर्जा होती है। वायुमंडल के साथ घर्षण से खिंचाव उत्पन्न होता है, जो अंतरिक्ष यान को धीमा कर देता है। घर्षण अंतरिक्ष यान की गतिज ऊर्जा को तापीय ऊर्जा या ऊष्मा में परिवर्तित करता है।

यह सारी गर्मी आसपास की हवा में फैल जाती है, जो वास्तव में बहुत गर्म हो जाती है। चूँकि पुन: प्रवेश वेग ध्वनि की गति से कई गुना अधिक हो सकता है, वाहन को पीछे धकेलने वाली हवा की शक्ति वाहन के परिवेश को लगभग 2,700 डिग्री फ़ारेनहाइट (1,500 डिग्री सेल्सियस) के झुलसा देने वाले प्रवाह में बदल देती है। स्पेसएक्स के विशाल स्टारशिप रॉकेट के मामले में, यह तापमान 3,000 डिग्री फ़ारेनहाइट (लगभग 1,700 डिग्री सेल्सियस) तक भी पहुँच जाता है।

दुर्भाग्य से, चाहे यह स्थानांतरण कितनी भी जल्दी क्यों न हो, पुन: प्रवेश के दौरान वाहन के सुरक्षित वेग तक धीमा होने के लिए अभी भी पर्याप्त समय नहीं है, जिससे दुर्घटना न हो। इसलिए, इंजीनियर अन्य तरीकों का सहारा लेते हैं जो पानी में गिरने के दौरान अंतरिक्ष यान को धीमा कर सकते हैं।

पैराशूट पहला विकल्प है. नासा आमतौर पर नारंगी जैसे चमकीले रंगों वाले डिज़ाइन का उपयोग करता है, जिससे उन्हें पहचानना आसान हो जाता है। वे 100 फीट से अधिक व्यास वाले विशाल होते हैं, और प्रत्येक पुनः प्रवेश वाहन सर्वोत्तम स्थिरता के लिए आमतौर पर एक से अधिक का उपयोग करता है।

तैनात किए गए पहले पैराशूट, जिन्हें ड्रैग पैराशूट कहा जाता है, तब बाहर निकलते हैं जब वाहन का वेग लगभग 2,300 फीट प्रति सेकंड (700 मीटर प्रति सेकंड) से नीचे चला जाता है।

फिर भी, रॉकेट किसी कठोर सतह से टकराकर दुर्घटनाग्रस्त नहीं हो सकता। इसे किसी ऐसे स्थान पर उतरने की आवश्यकता है जो प्रभाव को कम कर सके। शोधकर्ताओं ने पहले ही पता लगा लिया था कि पानी एक उत्कृष्ट शॉक अवशोषक बनाता है। इस प्रकार, अंतरिक्ष यान को पानी में उतारने के विचार का जन्म हुआ।

अपोलो 15 कमांड मॉड्यूल 7 अगस्त 1971 को प्रशांत महासागर में गिर गया।

पानी क्यों?

पानी में अपेक्षाकृत कम चिपचिपापन होता है – यानी, यह तनाव में तेजी से अपना रूप बदल लेता है – और इसका घनत्व कठोर चट्टान की तुलना में बहुत कम होता है। ये दो गुण इसे अंतरिक्ष यान उतारने के लिए आदर्श बनाते हैं। लेकिन पानी के इतनी अच्छी तरह से काम करने का दूसरा मुख्य कारण यह है कि यह ग्रह की सतह के 70% हिस्से को कवर करता है, इसलिए जब आप अंतरिक्ष से गिर रहे हों तो इससे टकराने की संभावना अधिक होती है।

जैसा कि एक लंबा इतिहास साबित करता है, स्पलैशडाउन के पीछे का विज्ञान जटिल है।

1961 में, अमेरिका ने इतिहास में पहली बार पानी में अंतरिक्ष यान को उतारने का फैसला किया। इनमें मर्करी रीएंट्री कैप्सूल का इस्तेमाल किया गया।

इन कैप्सूलों का आकार लगभग शंक्वाकार था और वे आधार के साथ पानी की ओर गिरते थे। अंदर अंतरिक्ष यात्री ऊपर की ओर मुंह करके बैठा था। बेस ने अधिकांश गर्मी को अवशोषित कर लिया, इसलिए शोधकर्ताओं ने एक हीट शील्ड डिजाइन की जो कैप्सूल के वायुमंडल में उड़ने के साथ ही उबलने लगी।

जैसे-जैसे कैप्सूल धीमा हुआ और घर्षण कम हुआ, हवा ठंडी हो गई, जिससे यह वाहन पर अतिरिक्त गर्मी को अवशोषित करने में सक्षम हो गई, जिससे यह भी ठंडा हो गया। पर्याप्त रूप से कम गति पर, पैराशूट ने अपना काम किया।

पानी में उतरना लगभग 80 फीट प्रति सेकंड (24 मीटर प्रति सेकंड) के वेग से होता है। यह बिल्कुल सहज प्रभाव नहीं है, लेकिन इतना धीमा है कि कैप्सूल समुद्र में गिर सकता है और इसकी संरचना, इसके पेलोड या अंदर के किसी भी अंतरिक्ष यात्री को नुकसान पहुंचाए बिना प्रभाव से झटके को अवशोषित कर सकता है।

1986 में चैलेंजर की दुर्घटना के बाद, जब अंतरिक्ष शटल चैलेंजर लिफ्टऑफ़ के तुरंत बाद टूट गया, इंजीनियरों ने अपने वाहन के डिजाइन पर ध्यान केंद्रित करना शुरू किया। इसे क्रैशवर्थनेस घटना कहा जाता है, जिसका मतलब है सतह से टकराने के बाद एक यान को होने वाली क्षति की मात्रा।

अब, सभी अंतरिख वाहनों को यह साबित करना होगा कि वे अंतरिक्ष से लौटने के बाद पानी पर जीवित रहने का मौका दे सकते हैं। शोधकर्ता जटिल मॉडल बनाते हैं, फिर उन्हें प्रयोगशाला प्रयोगों के साथ परीक्षण करके यह साबित करते हैं कि संरचना इस आवश्यकता को पूरा करने के लिए पर्याप्त मजबूत है।

भविष्य में

2021 और जून 2024 के बीच, स्पेसएक्स के सात ड्रैगन कैप्सूल ने अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन से वापसी पर त्रुटिहीन रूप से पानी पर उतरने का प्रदर्शन किया।

6 जून को, अब तक के सबसे शक्तिशाली रॉकेट, स्पेसएक्स के स्टारशिप ने हिंद महासागर में एक अभूतपूर्व ऊर्ध्वाधर विस्फोट किया। इसके रॉकेट बूस्टर सतह के पास आते हुए फायरिंग करते रहे, जिससे नोजल के चारों ओर भाप का एक असाधारण बादल बन गया।

स्पेसएक्स लॉन्च के बाद अपने बूस्टर को पुनर्प्राप्त करने के लिए स्प्लैशडाउन का उपयोग कर रहा है, जिससे उनके महत्वपूर्ण हिस्सों को कोई महत्वपूर्ण नुकसान नहीं हुआ है, ताकि वह भविष्य के मिशनों के लिए उन्हें रीसायकल कर सके। यान को दोबारा इस्तेमाल कर सकने वाली इस प्रणाली को अनलॉक करने से निजी कंपनियों को बुनियादी ढांचे में लाखों डॉलर बचाने और मिशन लागत कम करने का मौका मिलेगा।

पानी में उतरना अंतरिक्ष यान के धरती में पुनः प्रवेश की सबसे लोकप्रिय रणनीति बनी हुई है, और अधिक अंतरिक्ष एजेंसियों और निजी कंपनियों द्वारा सितारों की खोज के साथ, हमें भविष्य में और भी बहुत कुछ देखने को मिल सकता है।

द कन्वरसेशन एकता