यह लेख मूल रूप से यहां प्रकाशित हुआ था बातचीत. प्रकाशन ने Space.com में लेख का योगदान दिया विशेषज्ञ आवाज़ें: ऑप-एड और अंतर्दृष्टि. मार्कोस फर्नांडीज टौस नॉर्थ डकोटा विश्वविद्यालय में एयरोस्पेस प्रौद्योगिकी के प्रोफेसर हैं।
दिसंबर 2022 में बाजा कैलिफ़ोर्निया के तट पर, यूएसएस पोर्टलैंड डॉक जहाज के चारों ओर लहरें चलने के कारण समुद्र की लहरों पर सूरज चमक रहा था। डेक पर नौसेना के अधिकारियों ने एक संकेत की तलाश में आकाश की जांच की। चमक अचानक प्रकट हुई।
पहले यह एक छोटा सा स्थान था, धीरे-धीरे यह अंतरिक्ष की परिधि से तीव्र गति से गिरता हुआ एक गोल घेरे में बदल गया। यह नासा का था ओरायन कैप्सूलजो जल्द ही 25-दिवसीय समाप्त हो जाएगा आर्टेमिस I मिशन चंद्रमा के चारों ओर और उससे परे एक के साथ उग्र छींटे सागर में.
ओरियन की पुनः प्रविष्टि एक तीव्र कोण वाले प्रक्षेपवक्र का अनुसरण करती है, जिसके दौरान तीन लाल और सफेद पैराशूट तैनात करने से पहले कैप्सूल अविश्वसनीय गति से गिर गया। जैसे ही मिशन ने 270,000 मील (435,000 किलोमीटर) से अधिक की अपनी यात्रा पूरी की, यूएसएस पोर्टलैंड के डेक पर मौजूद लोगों को ऐसा लग रहा था जैसे कैप्सूल एक ही टुकड़े में घर आ गया हो।
जैसे ही पुनर्प्राप्ति दल ने ओरियन को वाहक के डेक पर उठाया, कैप्सूल की सतह पर सदमे की लहरें दौड़ गईं। तभी चालक दल के सदस्यों को ओरियन की निचली सतह पर बड़ी दरारें दिखाई देने लगीं, जहां कैप्सूल का बाहरी हिस्सा इसकी हीट शील्ड से जुड़ा होता है।
लेकिन लगभग 5,000 डिग्री फ़ारेनहाइट (2,760 डिग्री सेल्सियस) के तापमान को सहन करने वाली ढाल को नुकसान क्यों नहीं होगा? केवल प्राकृतिक लगता है, है ना?
यह मिशन, आर्टेमिस I, बिना चालक दल के था। लेकिन नासा का अंतिम उद्देश्य 2026 में मनुष्यों को चंद्रमा पर भेजना है। (लक्ष्य अब 2027 है।) इसलिए, नासा को यह सुनिश्चित करने की ज़रूरत है कि कैप्सूल को कोई भी नुकसान हो – यहां तक कि इसकी हीट शील्ड, जो कुछ नुकसान उठाने के लिए होती है – भावी दल के जीवन को जोखिम में न डालें।
11 दिसंबर, 2022 को – आर्टेमिस I के पुनः प्रवेश के समय – इस ढाल को गंभीर क्षति हुई, जिससे अगले दो आर्टेमिस मिशनों में देरी हुई। जबकि इंजीनियर अब उन्हीं समस्याओं को दोबारा होने से रोकने के लिए काम कर रहे हैं, नई लॉन्च तिथि अप्रैल 2026 को लक्षित करती है, और यह तेजी से आ रही है।
के तौर पर एयरोस्पेस प्रौद्योगिकी के प्रोफेसरमुझे इस बात पर शोध करने में आनंद आता है कि वस्तुएं वायुमंडल के साथ कैसे संपर्क करती हैं। आर्टेमिस I एक विशेष रूप से दिलचस्प मामला प्रस्तुत करता है – और एक तर्क कि अंतरिक्ष अन्वेषण मिशन के लिए एक कार्यात्मक हीट शील्ड का होना महत्वपूर्ण क्यों है।
गर्मी ले रहा हूँ
यह समझने के लिए कि ओरियन के साथ वास्तव में क्या हुआ, आइए कहानी को दोबारा शुरू करें। जैसे ही कैप्सूल ने पृथ्वी के वायुमंडल में पुनः प्रवेश किया, यह शुरू हो गया इसकी ऊपरी परतों को स्किम करनाजो एक ट्रैंपोलिन की तरह कार्य करता है और निकट आने वाले अंतरिक्ष यान की गतिज ऊर्जा का कुछ हिस्सा अवशोषित करता है। इस पैंतरेबाज़ी को ओरियन के वेग को धीरे-धीरे कम करने और ढाल की आंतरिक परतों पर गर्मी के तनाव को कम करने के लिए सावधानीपूर्वक डिजाइन किया गया था।
पहले गोता लगाने के बाद, ओरियन एक सोची समझी रणनीति के तहत अंतरिक्ष में वापस लौट आया, और दोबारा गोता लगाने से पहले उसने अपनी कुछ ऊर्जा खो दी। जैसे ही यह समुद्र के करीब आएगा, यह दूसरा गोता इसे घनी हवा वाली निचली परतों में ले जाएगा, जिससे इसका वेग और भी कम हो जाएगा।
गिरते समय, कैप्सूल के खिलाफ हवा के कणों के बल के खिंचाव ने इसके वेग को लगभग 27,000 मील प्रति घंटे (43,000 किलोमीटर प्रति घंटे) से घटाकर लगभग 20 मील प्रति घंटे (32 किलोमीटर प्रति घंटे) तक कम करने में मदद की। लेकिन इस मंदी की एक कीमत चुकानी पड़ी – हवा का घर्षण इतना अधिक था कि वायु प्रवाह का सामना करने वाले कैप्सूल की निचली सतह पर तापमान 5,000 डिग्री फ़ारेनहाइट (2,760 डिग्री सेल्सियस) तक पहुंच गया।
इस चिलचिलाती तापमान पर, हवा के अणु विभाजित होने लगे और ए आवेशित कणों का गर्म मिश्रणजिसे प्लाज़्मा कहा जाता है, बनता है। इस प्लाज्मा ने ऊर्जा उत्सर्जित की, जिसे आप वाहन के सामने के चारों ओर लाल और पीले रंग की सूजन वाली हवा के रूप में देख सकते हैं, जो मोमबत्ती के आकार में पीछे की ओर लिपटी हुई है।
पृथ्वी पर कोई भी सामग्री गंभीर रूप से क्षतिग्रस्त हुए बिना इस नारकीय वातावरण को सहन नहीं कर सकती है। इसलिए, इन कैप्सूलों के पीछे के इंजीनियरों ने पिघलने और वाष्पीकरण के माध्यम से त्यागने के लिए हीट शील्ड नामक सामग्री की एक परत डिजाइन की, इस प्रकार उस डिब्बे को बचाया जिसमें अंततः अंतरिक्ष यात्रियों को रखा जाएगा।
किसी दिन कैप्सूल के अंदर मौजूद किसी भी व्यक्ति की सुरक्षा के लिए हीट शील्ड एक महत्वपूर्ण घटक है।
एक खोल के रूप में, यह वह ढाल है जो अंतरिक्ष यान के चौड़े सिरे को घेरती है, जो आने वाले वायु प्रवाह का सामना करती है – वाहन का सबसे गर्म हिस्सा। यह एक ऐसी सामग्री से बना है जिसे वाहन के खिलाफ हवा के घर्षण से उत्पन्न ऊर्जा को वाष्पित करने और अवशोषित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
ओरियन का मामला
लेकिन 2022 के अवतरण के दौरान ओरियन की हीट शील्ड के साथ वास्तव में क्या हुआ?
ओरियन के मामले में, हीट शील्ड सामग्री का एक मिश्रण है नोवोलैक नामक राल – बैकेलाइट का एक रिश्तेदार जिससे कुछ आग्नेयास्त्र बनाए जाते हैं – फाइबरग्लास धागों की छत्ते की संरचना में अवशोषित।
जैसे ही सतह गर्मी और हवा के प्रवाह के संपर्क में आती है, राल पिघल जाती है और पीछे हट जाती है, जिससे फाइबरग्लास उजागर हो जाता है। फ़ाइबरग्लास आसपास की गर्म हवा के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे चार नामक काली संरचना बनती है। यह चार फिर दूसरे ताप अवरोधक के रूप में कार्य करता है।
नासा ने ओरियन के लिए अपोलो कैप्सूल के समान हीट शील्ड डिज़ाइन का उपयोग किया। लेकिन अपोलो मिशन के दौरान, चार संरचना नहीं टूटी जैसा कि ओरियन पर हुआ था।
जली हुई सामग्री के नमूनों का विश्लेषण करने में लगभग दो साल बिताने के बाद, नासा ने यह निष्कर्ष निकाला ओरायन परियोजना टीम ने ऊष्मा प्रवाह का अनुमान अधिक लगाया था क्योंकि यान ने पुन: प्रवेश पर वातावरण को छू लिया था।
जैसे ही ओरियन वायुमंडल की ऊपरी परतों के पास पहुंचा, ढाल पिघलने लगी और उत्पादित गैसें जो सामग्री में छिद्रों के माध्यम से निकल गया होगा। फिर, जब कैप्सूल ने फिर से ऊंचाई हासिल की, तो राल की बाहरी परतें जम गईं, जिससे पहले गोता से गर्मी अंदर फंस गई। इस गर्मी ने राल को वाष्पीकृत कर दिया।
जब कैप्सूल दूसरी बार वायुमंडल में डूबा, तो बाहर निकलने का रास्ता खोजने से पहले गैस फिर से गर्म हो गई – एक जमी हुई झील की तरह नीचे से ऊपर की ओर पिघलता है – और उसका पलायन कैप्सूल की सतह में दरारें उत्पन्न हो गईं जहां चार ढांचा क्षतिग्रस्त हो गया। ये वे दरारें थीं जिन्हें पुनर्प्राप्ति दल ने कैप्सूल के नीचे गिरने के बाद देखा था।
5 दिसंबर, 2024 को प्रेस कॉन्फ्रेंस में, नासा के अधिकारियों ने घोषणा की कि आर्टेमिस II मिशन को गर्मी को जमा होने से रोकने के लिए एक संशोधित रीएंट्री प्रक्षेपवक्र के साथ डिजाइन किया जाएगा।
आर्टेमिस III के लिए, जिसे 2027 में लॉन्च करने की योजना है, नासा ढाल के लिए नई निर्माण विधियों का उपयोग करने का इरादा रखता है, जिससे इसे और अधिक पारगम्य बनाया जा सके। पुनः प्रवेश के दौरान कैप्सूल का बाहरी भाग अभी भी बहुत गर्म हो जाएगा, और हीट शील्ड अभी भी वाष्पित हो जाएगी। लेकिन ये नए तरीके अंतरिक्ष यात्रियों को स्प्लैशडाउन के दौरान कैप्सूल में आरामदायक बनाए रखने में मदद करेंगे।
चोंगलिन झांगनॉर्थ डकोटा विश्वविद्यालय में मैकेनिकल इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर ने इस लेख पर शोध करने में सहायता की। को पढ़िए मूल लेख.
