उपग्रह निर्माताओं ने अंतरिक्ष मलबे के प्रभाव के जोखिम से निपटने के लिए नए सेंसर और सुरक्षात्मक कवच विकसित किए हैं

सार:

पृथ्वी की निचली कक्षा में उपग्रहों की बढ़ती संख्या के साथ, अंतरिक्ष मलबा अंतरिक्ष यान की सुरक्षा के लिए खतरा पैदा करने वाला एक महत्वपूर्ण मुद्दा बनता जा रहा है। तेजी से भीड़भाड़ वाले कक्षीय वातावरण का सामना करते हुए, उपग्रह निर्माता और अनुसंधान संस्थान नई सामग्रियों और 3डी प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग करके नए प्रभाव सेंसर, हल्के सुरक्षात्मक कवच और ढाल संरचनाएं विकसित कर रहे हैं, जिससे उपग्रहों को यथासंभव सामान्य संचालन बनाए रखने की अनुमति मिल सके, भले ही वे उच्च गति वाले मलबे की चपेट में आ जाएं।

वर्तमान में, पृथ्वी की निचली कक्षा में अंतरिक्ष मलबा लगभग 7 किलोमीटर प्रति सेकंड की गति से आगे बढ़ सकता है। ऐसी गति पर, एक छोटा सा टुकड़ा भी उपग्रह इलेक्ट्रॉनिक्स को नुकसान पहुंचा सकता है, बाहरी घटकों में प्रवेश कर सकता है, या यहां तक ​​कि सीधे पूरे उपग्रह को विफल कर सकता है। यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी के आंकड़ों से पता चलता है कि 2017 के बाद से पृथ्वी की कक्षा में मानव निर्मित वस्तुओं की संख्या दोगुनी से अधिक हो गई है, और समस्या बदतर होती जा रही है क्योंकि वाणिज्यिक उपग्रह तारामंडल की तैनाती जारी है।

अंतरिक्ष का मलबा सिर्फ छोड़े गए उपग्रहों और रॉकेट का मलबा नहीं है, बल्कि इसमें धातु के टुकड़े, प्लास्टिक, पेंट के टुकड़े और टकराव के बाद उत्पन्न अन्य छोटी वस्तुएं भी शामिल हैं। क्योंकि वे इतने छोटे हो सकते हैं, कई मलबे को सीधे जमीनी प्रणालियों द्वारा ट्रैक नहीं किया जा सकता है, लेकिन उच्च गति की उड़ान से उत्पन्न विनाशकारी शक्ति को कम करके नहीं आंका जा सकता है। यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी का वर्तमान में अनुमान है कि कक्षा में हजारों ट्रैक करने योग्य वस्तुएं हैं, और 1 सेंटीमीटर से बड़े मलबे की वास्तविक संख्या जो एक अंतरिक्ष यान को विनाशकारी क्षति पहुंचाने के लिए पर्याप्त है, 1.2 मिलियन से अधिक हो सकती है।

नए अंतरिक्ष मलबे के उत्पादन को कम करने की कोशिश के अलावा, उपग्रह निर्माताओं ने एक और व्यावहारिक मुद्दे पर भी विचार करना शुरू कर दिया है: जब टकराव से बचा नहीं जा सकता है तो उपग्रहों को "जीवित" रहने की अधिक संभावना कैसे बनाई जाए। संयुक्त राज्य अमेरिका के कैलिफ़ोर्निया के सांता एना में ओडिन स्पेस ने एक उपग्रह की सतह पर स्थापित एक चिपचिपी सेंसिंग स्ट्रिप की बिक्री शुरू कर दी है। इसके अंदर एक कंपन सेंसर लगा है, जो उपग्रह से टकराने पर उत्पन्न कंपन को रिकॉर्ड कर सकता है और ऑपरेटरों को प्रभाव का अनुमानित आकार और प्रभाव बल निर्धारित करने में मदद करता है।

यह तकनीक छोटे उपग्रह उद्योग में लंबे समय से चली आ रही समस्या को हल करने का वादा करती है। 2021 के एक अध्ययन में पाया गया कि पाँच छोटे उपग्रहों में से एक प्रक्षेपण के एक वर्ष के भीतर काम करना बंद कर देता है, और इनमें से लगभग 60% विफलताओं का कारण स्पष्ट नहीं है। मलबे से टकराना एक संभावित कारण है, लेकिन उपग्रह विफलताएं अक्सर ऑपरेटरों के लिए यह निर्धारित करने के लिए अपर्याप्त सबूत छोड़ देती हैं कि क्या हुआ था।

यदि उपग्रह प्रभावों के समय, तीव्रता और विशेषताओं को रिकॉर्ड कर सकते हैं, तो निर्माता विभिन्न कक्षीय वातावरणों में वास्तविक खतरों को बेहतर ढंग से निर्धारित करने के लिए उपग्रह विफलताओं के साथ इस डेटा को सहसंबंधित कर सकते हैं। इस डेटा का उपयोग भविष्य में उपग्रह संरचनात्मक डिजाइन को बेहतर बनाने के लिए भी किया जा सकता है, जिससे इंजीनियरों को पूरे उपग्रह के सुरक्षात्मक वजन को बढ़ाए बिना सबसे आम मलबे के प्रकार और प्रभाव दिशाओं को मजबूत करने की अनुमति मिलेगी।

वर्तमान में, एल्यूमीनियम अभी भी अंतरिक्ष यान के लिए सबसे आम सुरक्षात्मक सामग्रियों में से एक है। कई उपग्रह एल्यूमीनियम पैनलों का उपयोग करते हैं और धड़ को मजबूत करने के लिए एल्यूमीनियम मधुकोश संरचनाओं का उपयोग करते हैं। यह समाधान वजन में हल्का है और विनिर्माण में अपेक्षाकृत परिपक्व है, लेकिन उच्च गति वाले मलबे का सामना करने पर इसकी सुरक्षा क्षमताएं सीमित हैं।

व्हिपल शील्ड एक अधिक सिद्ध समाधान है। यह संरचना उपग्रह के मुख्य शेल के सामने कुछ सेंटीमीटर एक पतली बाहरी बफर परत जोड़ती है। जब उच्च गति वाला मलबा बाहरी संरचना से टकराता है, तो यह पहले टूट जाएगा और वाष्पीकृत हो जाएगा, और फिर बनने वाला मलबे का बादल पीछे की मुख्य सुरक्षात्मक परत से टकराएगा, जिससे प्रभाव ऊर्जा कम हो जाएगी जो अंततः अंतरिक्ष यान के इंटीरियर में संचारित होती है। व्हिपल शील्ड बहुत प्रभावी साबित हुई है, लेकिन समस्या यह है कि यह वजन बढ़ाती है और मूल्यवान आंतरिक स्थान लेती है, जो उपग्रह डिजाइन में सबसे संवेदनशील मापदंडों में से दो हैं।

अमेरिका के अटलांटा के पास परमाणु-6, "स्पेस आर्मर" नामक एक विकल्प विकसित कर रहा है। कंपनी ने समग्र सुरक्षात्मक ईंटों के विशिष्ट अवयवों का खुलासा नहीं किया, लेकिन प्रत्येक सुरक्षात्मक ईंट एक हथेली के आकार की है, लगभग 2.5 सेंटीमीटर मोटी है, और इसका वजन लगभग एक आईफोन जितना है।

एटॉमिक-6 के परीक्षणों से पता चला है कि यह सामग्री 7.2 किलोमीटर प्रति सेकंड की गति से यात्रा करने वाले मटर के आकार के एल्यूमीनियम प्रोजेक्टाइल को रोक सकती है। कंपनी के सीईओ ट्रेवर स्मिथ ने कहा कि पारंपरिक सुरक्षात्मक संरचनाओं के विपरीत, यह सामग्री धातु ढाल के टूटने के बाद बनने वाले समान उच्च गति वाले टुकड़ों की बड़ी मात्रा का उत्पादन नहीं करती है, लेकिन प्रभाव डालने वाले धातु के टुकड़ों को वाष्पीकृत कर सकती है और सुरक्षात्मक सामग्री द्वारा अवशोषित किया जा सकता है।

इस बीच, अन्य शोध टीमें विभिन्न सामग्रियों के संयोजन के माध्यम से सुरक्षात्मक प्रणालियों के वजन को कम करने की कोशिश कर रही हैं। उदाहरण के लिए, केवलर फाइबर का उपयोग बुलेटप्रूफ उपकरण में किया गया है और इसका उपयोग अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन की सुरक्षात्मक संरचना में भी किया गया है। शोधकर्ता विशेष रूप से छोटे, कम लागत वाले उपग्रहों के लिए हल्के वजन वाली सुरक्षात्मक परतें बनाने के लिए नेक्सटल फैब्रिक सिरेमिक के साथ केवलर के संयोजन का प्रयोग कर रहे हैं।

इटली में पडुआ विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने 3डी प्रिंटिंग तकनीक पर अपना ध्यान केंद्रित किया है। वे प्रयोगात्मक सुरक्षात्मक संरचनाएं बनाने के लिए एल्यूमीनियम, केवलर और कार्बन फाइबर प्रबलित राल का उपयोग कर रहे हैं। 3डी प्रिंटिंग का सबसे बड़ा लाभ सामग्री के अंदर जटिल गुहा संरचनाओं को डिजाइन करने की इसकी क्षमता है। ये गुहाएं सुरक्षात्मक परत को भेदने की प्रक्रिया के दौरान उच्च गति वाले टुकड़ों को कई विखंडन और ऊर्जा खपत से गुजरने की अनुमति देती हैं, जिससे व्हिपल शील्ड के समान चरणबद्ध सुरक्षा प्रभाव प्राप्त होता है।

नासा एक अलग विचार का भी परीक्षण कर रहा है, जिसमें एल्यूमीनियम फोम को एक सुरक्षात्मक सामग्री के रूप में उपयोग किया जा रहा है। एल्युमिनियम फोम के अंदर बड़ी संख्या में छोटी-छोटी रिक्तियाँ होती हैं। परीक्षणों में, 6 मिमी से अधिक मोटी एल्यूमीनियम फोम सुरक्षात्मक परत पारंपरिक व्हिपल ढाल के समान सुरक्षा प्रदान करने में सक्षम थी, जिसका वजन एल्यूमीनियम फोम समाधान से लगभग दोगुना है। इसका मतलब यह है कि यदि प्रासंगिक तकनीक और परिपक्व होती है, तो उपग्रह निर्माता लॉन्च वजन में उल्लेखनीय वृद्धि किए बिना सुरक्षा क्षमताओं में सुधार करने में सक्षम हो सकते हैं।

हालाँकि, ऐसा कोई "सार्वभौमिक कवच" नहीं है जिसे सभी उपग्रहों पर लागू किया जा सके। विभिन्न कक्षाओं में मलबे का वातावरण समान नहीं है, और मलबे की संरचना, आकार और गति भिन्न हो सकती है। इंजीनियरों को उस विशिष्ट कक्षीय वातावरण के आधार पर निर्णय लेने की आवश्यकता होती है जिसमें उपग्रह स्थित है, किस सामग्री और संरचनाओं का उपयोग करना है।

थेल्स एलेनिया स्पेस के एक सुरक्षा डिजाइनर, रैनवेग मैरी फ़ेर्गेस्टेड ने कहा कि यदि अधिक सटीक कक्षीय मलबे पर्यावरण डेटा प्राप्त किया जा सकता है, तो इंजीनियर अधिक लक्षित तरीके से सामग्रियों का चयन कर सकते हैं और सुरक्षात्मक संरचनाओं को डिजाइन कर सकते हैं। दूसरे शब्दों में, भविष्य की उपग्रह सुरक्षा का विकास न केवल मजबूत सामग्रियों पर निर्भर करेगा, बल्कि कक्षीय वातावरण की अधिक सटीक समझ पर भी निर्भर करेगा।

यह वह जगह भी है जहां प्रभाव सेंसर एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं। अतीत में, उपग्रह निर्माताओं ने संभावित मलबे के खतरों की भविष्यवाणी करने के लिए मुख्य रूप से सैद्धांतिक मॉडल पर भरोसा किया है, जबकि उपग्रहों पर स्थापित सेंसर वास्तविक दुनिया के प्रभाव डेटा प्रदान कर सकते हैं। समय के साथ इस डेटा को एकत्र करके, ऑपरेटर मलबे के प्रकार और उपग्रहों को वास्तव में सामना करने वाले प्रभाव जोखिमों की स्पष्ट समझ प्राप्त कर सकते हैं, और अगली पीढ़ी के उपग्रहों के सुरक्षा डिजाइन को और अधिक अनुकूलित कर सकते हैं।

जैसे-जैसे बड़े उपग्रह तारामंडल पृथ्वी की निचली कक्षा में प्रवेश कर रहे हैं, अंतरिक्ष वातावरण अतीत में अपेक्षाकृत ढीले संचालन स्थान से तेजी से भीड़भाड़ वाले बुनियादी ढांचे में बदल रहा है। यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी ने चेतावनी दी है कि भले ही वह भविष्य में नए अंतरिक्ष यान लॉन्च करना बंद कर दे, लेकिन टकराव और विघटन के कारण मौजूदा मलबा बढ़ता रहेगा। इसलिए, नए मलबे की उत्पत्ति को कम करना, उपग्रह प्रभाव प्रतिरोध में सुधार करना और मौजूदा अंतरिक्ष मलबे को सक्रिय रूप से साफ करना कम-पृथ्वी कक्षा की दीर्घकालिक उपलब्धता बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण उपाय बन जाएगा।

उपग्रह निर्माताओं के लिए, भविष्य में प्रतिस्पर्धा केवल उपग्रहों को हल्का, सस्ता और लॉन्च करने में आसान बनाने के बारे में नहीं है, बल्कि यह भी है कि उन्हें तेजी से खतरनाक कक्षीय वातावरण में लंबे समय तक कैसे जीवित रखा जाए। सेंसर, नई मिश्रित सामग्री, एल्यूमीनियम फोम और 3डी मुद्रित संरचनाएं जैसी प्रौद्योगिकियां धीरे-धीरे उपग्रहों को अंतरिक्ष मलबे से "बचने" से अधिक मजबूत सक्रिय संवेदन और निष्क्रिय सुरक्षा क्षमताओं में स्थानांतरित करने की अनुमति दे रही हैं।