Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

व्हाई इट्स सो हार्ड टू लैंड ए रॉकेट ऑन ए टेल

स्पेसएक्स फाल्कन 9 की एक लंबी एक्सपोज़र इमेज जो लॉन्च, री-एंट्री और लैंडिंग बर्न दिखाती है। स्पेसएक्स की फोटो शिष्टाचार

सोमवार को, एलोन मस्क के स्पेसएक्स ने रॉकेट उद्योग में कुछ लोगों को पूरा किया, जो लगभग असंभव था: पहली बार, एक रॉकेट चरण जिसने कक्षा में एक पेलोड पहुंचाया, वह चारों ओर मुड़ गया और पृथ्वी पर वापस आ गया, अपनी पूंछ पर सुरक्षित रूप से लैंडिंग।

जमीन से एक रॉकेट प्राप्त करना काफी मुश्किल है, लेकिन विज्ञान अच्छी तरह से समझा जाता है और भौतिकी काफी बुनियादी है। हालांकि, इसका उल्टा चुनौतीपूर्ण है। एक लंबा, पतला शिल्प सुरक्षित रूप से उतरना एक पूरी तरह से अलग समस्या है।

पृथ्वी छोड़ना

सबसे पहले, आसान भाग पर एक प्राइमर। कक्षा में जाने के लिए, एक रॉकेट को गुरुत्वाकर्षण और ड्रैग दोनों को पार करना होगा। एक रॉकेट को डिजाइन करना अच्छा है, दुर्भाग्य से, इसे फिर से मुश्किल बना देता है।

मूल रॉकेट भौतिकी नासा रॉकेट या 9 वर्षीय द्वारा लॉन्च किए गए मॉडल रॉकेट के लिए समान हैं। एक रॉकेट के द्रव्यमान का केंद्र (रॉकेट के भीतर वह बिंदु जिसके चारों ओर समान रूप से सभी द्रव्यमान वितरित किए जाते हैं) को जोर के केंद्र और जोरदार वेक्टर के साथ पंक्तिबद्ध करना पड़ता है। यदि नहीं, तो रॉकेट सीधे उड़ान भरने के बजाय पिनव्हील करेगा।

रॉकेट डिजाइनरों को लिफ्ट के केंद्र के बारे में भी सोचना पड़ता है, जो कि वह बिंदु है जहां भागों - पंखों, नियंत्रण सतहों और वायुगतिकीय धड़ भागों से उत्पन्न सभी लिफ्टों का कुल योग होता है। इसके बारे में सोचना आसान है, वास्तव में, खींचें के केंद्र के रूप में। जैसे ही रॉकेट लॉन्च होता है, ड्रैग का केंद्र द्रव्यमान के केंद्र के पीछे सीधे रखने के लिए एक तरह से आगे बढ़ जाएगा। उस कॉन्फ़िगरेशन में उड़ने वाला एक रॉकेट स्थिर होगा।

लेकिन जैसे ही रॉकेट ईंधन को जलाता है, द्रव्यमान का केंद्र बदल जाएगा। यदि द्रव्यमान का केंद्र ड्रैग के केंद्र के पीछे की ओर बढ़ता है, तो एक रॉकेट जो स्थिर था, अस्थिर हो जाएगा। एक लिफ्ट वाहन जिसने अपना काम किया है, वह संभवत: इस अस्थिर कॉन्फ़िगरेशन में होने के करीब है, क्योंकि सभी प्रोपेलेंट को लॉन्च में निष्कासित कर दिया गया था।

घर आना

कक्षा में जाना काफी कठिन है। लेकिन इसकी पूंछ पर एक रॉकेट को उतारना कठिन है, क्योंकि लगभग सूखे टैंकों के साथ, रॉकेट लॉन्च होने की तुलना में बहुत अधिक अस्थिर है। 21 दिसंबर का स्पेसएक्स लैंडिंग इस पर कंपनी का पहला प्रयास नहीं था: उन्होंने पिछले दो अवसरों पर कोशिश की और असफल रहे।

रॉकेट को उतारने के पिछले दोनों प्रयास समुद्र से बाहर एक ड्रोन बजार पर किए गए थे। यह शुष्क भूमि पर पहला प्रयास था, जिसके कुछ फायदे थे। सूखी ज़मीन चारों ओर दुबकी नहीं है, और केप पर नव निर्मित लैंडिंग पैड (LZ-1) बहुत बड़ा है। (हालांकि, स्पेसएक्स के क्रेडिट के लिए, उन्होंने पैड के बीच में लैंडिंग को सही ढंग से पकड़ लिया।)

नए अपग्रेड किए गए फाल्कन 9 के बारे में बहुत कुछ है जो इसे लॉन्च करने के बाद लैंडिंग के लिए सक्षम बनाता है। अधिकांश रॉकेटों को अपने पेलोड को कक्षा में लाने के लिए अपने सभी उपलब्ध ईंधन की आवश्यकता होती है। लेकिन फाल्कन 9 को मन में पुन: प्रयोज्य के साथ बनाया गया था, और ईंधन में लगभग 30% मार्जिन था, जिससे यह स्पेसएक्स ड्रैगन कैप्सूल को वितरित करने की अनुमति देता है, या सोमवार को ऑर्बिट में आए 11 ओआरबीसीओएम उपग्रहों की तरह एक और पेलोड, और अभी भी वापसी के लिए पर्याप्त ईंधन है पहला चरण।

पहले चरण को तोड़ने के लिए अतिरिक्त ईंधन की आवश्यकता होती है। दूसरे चरण के अलगाव और प्रज्वलन के बाद, और अभी भी हाइपरसोनिक होने के बाद, पहले चरण के इंजन एक "बूस्टबैक" बर्न में लैंडिंग साइट की ओर पीछे हटने, ब्रेक लगाने और मोड़ रहे हैं। बाद में रीएंट्री के दौरान एक और जला बनाया जाता है, इस बार नौ मुख्य थ्रस्ट इंजनों में से केवल तीन का उपयोग किया गया है। अंत में, एक "टर्मिनल" जला रॉकेट को नरम स्पर्श के लिए धीमा करने के लिए एकल इंजन का उपयोग करता है।

लेकिन यह सिर्फ अतिरिक्त ईंधन की जरूरत नहीं है। फाल्कन 9 में ग्रिड फिन्स नामक छोटे, तह, गर्मी प्रतिरोधी पंख भी होते हैं। वातावरण के माध्यम से अंतरिक्ष के किनारे से पूंछ, सबसे पहले गिरने के रूप में इन्हें चरण को चलाने की आवश्यकता होती है। पंखों ने रॉकेट के नीचे वाले वेक्टर के पीछे ड्रैग डाल दिया, जिससे इंजन को उड़ान वेक्टर में इंगित किया गया, जहां कुछ मिनट पहले ही भौतिकी का हर नियम रॉकेट को सटीक विपरीत विन्यास में उड़ा रहा था।

पहले चरण में रॉकेट के शीर्ष की ओर स्थित कोल्ड-गैस थ्रस्टर्स भी हैं, जिनका उपयोग रॉकेट को चारों ओर से फ्लिप करने के लिए किया जाता है ताकि मुख्य इंजनों को राहत मिल सके और बूस्टबैक बर्न का प्रदर्शन किया जा सके। अंत में चरण लैंडिंग पैरों से सुसज्जित है जो नीचे छूने पर तैनात होता है।

स्पेसएक्स के फाल्कन 9 के लॉन्च-एंड-लैंडिंग में चरणों को दिखाते हुए इन्फोग्राफिक। स्पेसएक्स की छवि शिष्टाचार

ये सभी प्रणालियाँ (और होना चाहिए) पूरी तरह से स्वचालित हैं - ऑनबोर्ड सेंसर से वास्तविक समय के डेटा के आधार पर उनके व्यवहार को प्रतिक्रिया और समायोजित करना। चीजें बहुत तेजी से घटित होती हैं, और रॉकेट मानव के लिए इसे संचालित करने के लिए बहुत दूर है। यह एक कंप्यूटर के लिए सबसे अच्छा काम है।

लैंडिंग कॉन्फ़िगरेशन में रॉकेट को नियंत्रित करने में कठिनाई का कारण मास और केंद्रों के साथ बहुत कुछ करना है जो हमने पहले बात की थी। फाल्कन 9 को लंबा और पतला होना चाहिए ताकि यह एक कुशल लॉन्च वाहन हो सके, लेकिन यह सटीक कॉन्फ़िगरेशन इसे नियंत्रित करने के लिए एक जानवर बनाता है क्योंकि यह वापस नीचे आता है।

बूस्टक को जलाने से पहले रॉकेट को घुमाने के लिए कोल्ड-गैस थ्रस्टर्स का उपयोग किया जाता है, फाल्कन 9 ब्रेकिंग थ्रस्ट और (लगभग सभी) को घूर्णी (कोणीय) थ्रस्ट प्रदान करने के लिए अपने गिमबेल्ड मुख्य इंजन का उपयोग करता है ताकि स्टीयर और स्टेज को वापस लाया जा सके। जमीन पर। दूसरे शब्दों में, रॉकेट को चालू करने के सभी टोक़ को रॉकेट के एक छोर पर लागू किया जाता है, बिना किसी दूसरे छोर पर जोर लगाए। बस अपनी उंगलियों पर झाड़ू संभाल को संतुलित करने की कोशिश करें, यह देखने के लिए कि यह कितना कठिन है।

यह संभव है, लेकिन क्योंकि आप एक छोर पर एक बल प्रदान कर रहे हैं, यह बहुत अस्थिर है और सुधारों को लगातार किए जाने की आवश्यकता है। और चूंकि रॉकेट इंजन इन सुधारों को प्रदान करता है (मंच को सीधा और स्थिर रखने के लिए) का उपयोग लैंडिंग की ओर गिरने वाले पहले चरण को तोड़ने के लिए किया जा रहा है, और क्षैतिज वेक्टरिंग भी प्रदान करता है, ऐसा करना एक कठिन वास्तविक समय की संगणना समस्या है।

यदि रॉकेट युक्तियां बहुत दूर हैं और द्रव्यमान का केंद्र रॉकेट की पूंछ के किनारे से बाहर निकल जाता है, जब तक कि यह तुरंत विपरीत दिशा में वापस नहीं चला जाता है, तो रॉकेट चरण अप्राप्य हो जाएगा।लैंडिंग के लिए नियंत्रित करने के लिए एक छोटा, स्क्वैटर रॉकेट आसान होगा, लेकिन एरोडायनामिक ड्रैग के कारण पहले स्थान पर कक्षा में प्रवेश करने के लिए बहुत कठिन, न कि चढ़ाई पर कम स्थिर होने का उल्लेख करने के लिए।

संक्षेप में, स्पेसएक्स पूंछ लैंडिंग केवल रॉकेट डिजाइन की नहीं बल्कि सॉफ्टवेयर की जीत है। किसी विशिष्ट स्थान पर सुरक्षित लैंडिंग के लिए नीचे की तरफ अपनी पूंछ पर किसी अस्थिर, अस्थिर छड़ी को संतुलित करना आसान नहीं है।

लेकिन यह पहला नहीं है

यह पहली बार है जब कोई रॉकेट लंबवत रूप से उतरा है। पिछले महीने के अंत में पश्चिम टेक्सास में ब्लू ओरिजनल सबऑर्बिटल न्यू शेपर्ड वाहन की पहली सफल लैंडिंग के बाद, ब्लू ऑर्बिटल के संस्थापक जेफ बेजोस ने ट्विटर पर ले लिया, वाहन के लॉन्च और लैंडिंग की फुटेज पोस्ट की।

सबसे दुर्लभ जानवर - एक प्रयुक्त रॉकेट। नियंत्रित लैंडिंग आसान नहीं है, लेकिन सही किया, आसान लग सकता है। वीडियो देखें: https://t.co/9OypFoxZk3

- जेफ बेजोस (@JeffBezos) 24 नवंबर, 2015

अनजाने में छोड़ दिया गया था, इसके फाल्कन 9 को उतारने के लिए स्पेसएक्स की विफलता का कोई उल्लेख नहीं था - पांच महासागर जल परीक्षण के उतरने, और ड्रोन जहाज पर दो असफल परीक्षण लैंडिंग। इसके बावजूद दोनों अरबपतियों के बीच कुछ तीखे शब्द थे।

जेफ बेजोस और बीओ टीम को उनके बूस्टर पर वीटीओएल प्राप्त करने के लिए बधाई

- एलोन मस्क (@elonmusk) 24 नवंबर, 2015

हालांकि, "स्पेस" और "ऑर्बिट" के बीच अंतर को स्पष्ट करना महत्वपूर्ण है, जैसा कि https://t.co/7PD42m37fZ द्वारा अच्छी तरह से वर्णित किया गया है

- एलोन मस्क (@elonmusk) 24 नवंबर, 2015

आउच। हालाँकि यह वास्तव में मस्क के फाल्कन 9 द्वारा निष्पादित "फ्लिप" और बूस्टबैक बर्न है जो लैंडिंग को एक अद्वितीय उपलब्धि बनाता है। अंतरिक्ष में जाने के लिए मच 3 के आसपास गति की आवश्यकता होती है, लेकिन कक्षा में जाने के लिए मच 30 के आसपास की गति की आवश्यकता होती है, जहां आवश्यक ऊर्जा गति के वर्ग के लिए आनुपातिक होती है (ई ² v²)। फाल्कन 9 के साथ स्पेसएक्स ने जो काम किया है, वह काफी पेचीदा है: रॉकेट इंटैक्ट के साथ स्टेज को जमीन पर वापस लाने के लिए कक्षीय गति से तोड़ना पहले कभी नहीं किया गया।

मस्क ने बताया कि स्पेसएक्स 2013 से "ग्रासहॉपर" नाम के फाल्कन 9-आर - कोड के साथ उप-कक्षीय परीक्षण उड़ान भर रहा था।

जेफ शायद अनजाने स्पेसएक्स सबऑर्बिटल वीटीओएल उड़ान 2013 से शुरू हुआ। ऑर्बिटल वॉटर लैंडिंग 2014। ऑर्बिटल लैंड लैंडिंग अगले। https://t.co/S6WMRnEFY5

- एलोन मस्क (@elonmusk) 24 नवंबर, 2015

हालांकि, सोमवार को फाल्कन 9 के सफल लैंडिंग के बाद, बेजोस मस्क में एक आखिरी खुदाई करने में मदद नहीं कर सके।

फाल्कन के सबऑर्बिटल बूस्टर स्टेज पर उतरने के लिए @SpaceX बधाई। क्लब में आपका स्वागत है!

- जेफ बेजोस (@JeffBezos) 22 दिसंबर, 2015

मुझे नहीं पता कि बेजोस और मस्क कितनी गंभीरता से बातें कर रहे हैं, लेकिन व्यक्तिगत रूप से मुझे लगता है कि एक अंतरिक्ष की दौड़ में कचरा-बोलने वाले अरबपतियों को वास्तव में हमारी ज़रूरत है। यह निश्चित रूप से अंतिम अंतरिक्ष दौड़ की तुलना में पूरी तरह से अधिक मजेदार है, जहां दो परमाणु शक्तियों ने आईसीबीएम के एक समूह का सामना किया।

इसकी अंतिम यात्रा

लौटा हुआ फाल्कन 9 पहला चरण वर्तमान में अभी भी लैंडिंग पैड पर बैठा है जो प्रसंस्करण सुविधा के लिए परिवहन का इंतजार कर रहा है।

भविष्य में जब फाल्कन 9 पहले चरण में लौटाया जाएगा और फिर से रिफ्लेक्ट किया जाएगा - स्पेसएक्स की परिचालन लागत में कमी, क्योंकि भवन की लागत का केवल 3% और इसे लॉन्च करने में खर्च किए गए ईंधन में चला जाता है - यह पुष्टि की गई है कि यह फाल्कन 9 कम से कम जीता है ' टी वापस किया जाएगा।

असफल CRS-7 लॉन्च के बाद, SpaceX के ड्रैगन के CRS-8 के साथ फरवरी में उड़ान भरने की उम्मीद है। स्पेसएक्स फाल्कन हैवी की शुरुआत, जिसमें केप पर लौटने वाले तीन फाल्कन 9 पहले चरण के कोर का बैले नृत्य शामिल है, वर्ष के मध्य के लिए निर्धारित है।

शेयर

एक टिप्पणी छोड़