2007 में मैंने उनसे बात की थी रोब मैनिंग, जेट प्रोपल्शन प्रयोगशाला में असाधारण इंजीनियर, और उसने मुझे कुछ चौंकाने वाली बात बताई। भले ही उन्होंने तीन मंगल रोवर मिशनों के लिए प्रवेश, वंश और लैंडिंग (ईडीएल) टीमों का सफलतापूर्वक नेतृत्व किया था, उन्होंने कहा कि लाल ग्रह पर मानव मिशन को उतारने की संभावना असंभव हो सकती है।
लेकिन अब, लगभग 20 वर्षों के काम और शोध के साथ-साथ अधिक सफल मंगल रोवर लैंडिंग के बाद, मैनिंग का कहना है कि दृष्टिकोण में काफी सुधार हुआ है।
“हमने 2007 के बाद से बहुत प्रगति की है,” मैनिंग ने मुझे बताया था जब हमने 2024 में कुछ सप्ताह पहले बातचीत की थी। “यह दिलचस्प है कि इसका विकास कैसे हुआ, लेकिन 2007 में हमारे सामने जो मूलभूत चुनौतियाँ थीं, वे दूर नहीं हुई हैं, वे बस रूपांतरित हो गई हैं ।”
समस्याएँ मंगल के अति-पतले वातावरण के संयोजन से उत्पन्न होती हैं – जो पृथ्वी की तुलना में 100 गुना अधिक पतला है – और मानव मिशनों के लिए आवश्यक अंतरिक्ष यान के अति-बड़े आकार, संभवतः 20 – 100 मीट्रिक टन के बीच।
“बहुत से लोग तुरंत यह निष्कर्ष निकालते हैं कि मंगल ग्रह पर मनुष्यों को उतारना आसान होना चाहिए,” मैनिंग ने 2007 में कहा था, “चूंकि हम चंद्रमा पर सफलतापूर्वक उतरे हैं और हम नियमित रूप से मानव-वाहक वाहनों को अंतरिक्ष से पृथ्वी पर उतारते हैं। और चूंकि मंगल ग्रह आकार और वायुमंडल की मात्रा में पृथ्वी और चंद्रमा के बीच आता है, तो मंगल का मध्य मार्ग आसान होना चाहिए।
लेकिन मंगल का वातावरण ऐसी चुनौतियाँ प्रदान करता है जो पृथ्वी या चंद्रमा पर नहीं पाई जाती हैं। मंगल के पतले, अस्थिर वातावरण से गुजरते हुए एक बड़े, भारी अंतरिक्ष यान को आने वाली अंतरग्रहीय गति से धीमा होने में केवल कुछ ही मिनट लगते हैं (उदाहरण के लिए, दृढ़ता रोवर 12,100 मील प्रति घंटे की यात्रा कर रहा था) [19,500 kph] जब यह मंगल ग्रह पर पहुंच गया) मैक 1 के नीचे, और फिर धीरे से छूने में सक्षम होने के लिए धीरे-धीरे एक लैंडर में स्थानांतरित हो गया।
2007 में, ईडीएल इंजीनियरों के बीच प्रचलित धारणा यह थी कि पृथ्वी पर उतरने के लिए बहुत कम वातावरण है जैसा कि हम पृथ्वी पर करते हैं, लेकिन वास्तव में भारी वाहनों को उतारने के लिए मंगल ग्रह पर बहुत अधिक वातावरण है जैसा कि हम अकेले प्रणोदक तकनीक का उपयोग करके चंद्रमा पर करते हैं।
“हम इसे सुपरसोनिक संक्रमण समस्या कहते हैं,” मैनिंग ने कहा, 2007 में फिर से. “मंगल ग्रह के लिए अद्वितीय, मैक 5 के नीचे एक वेग-ऊंचाई का अंतर है। यह अंतर मंगल पर बड़े प्रवेश प्रणालियों की वितरण क्षमता और ध्वनि की गति से नीचे आने के लिए सुपर-और सब-सोनिक डिसेलेरेटर प्रौद्योगिकियों की क्षमता के बीच है।”
मंगल ग्रह पर उतरने वाला अब तक का सबसे बड़ा पेलोड पर्सिवरेंस रोवर है, जिसका द्रव्यमान लगभग 1 मीट्रिक टन है। दृढ़ता और इसके पूर्ववर्ती क्यूरियोसिटी को सफलतापूर्वक उतारने के लिए एक जटिल, रुब गोल्डबर्ग जैसी युद्धाभ्यास और स्काई क्रेन जैसे उपकरणों की श्रृंखला की आवश्यकता थी। बड़े, मानव-रेटेड वाहन और भी तेज़ और भारी आ रहे होंगे, जिससे उन्हें धीमा करना अविश्वसनीय रूप से कठिन हो जाएगा।
मैनिंग ने अब 2024 में जेपीएल में मुख्य अभियंता के रूप में कहा, “तो, आप सबसोनिक गति को कैसे धीमा कर सकते हैं,” ऐसी गति प्राप्त करने के लिए जहां परंपरागत रूप से हम जानते हैं कि टचडाउन को सक्षम करने के लिए हमारे इंजनों को कैसे फायर करना है? हमने बड़े पैराशूट या सुपरसोनिक डिसेलेरेटर जैसे बारे में सोचा LOFTID (एक इन्फ्लेटेबल डिसेलेरेटर का निम्न-पृथ्वी कक्षा उड़ान परीक्षण) नासा द्वारा परीक्षण किया गया) शायद हमें बेहतर तरीके से धीमा करने की अनुमति देगा, लेकिन उन दोनों उपकरणों के साथ अभी भी समस्याएं थीं।
मैनिंग ने आगे कहा, “लेकिन एक चाल थी जिसके बारे में हमें कुछ भी पता नहीं था।” “जब आप वेग को कम करने के लिए सुपरसोनिक गति से उड़ रहे हों तो अपने प्रणोदन प्रणाली का उपयोग करने और इंजनों को पीछे की ओर -रेट्रो प्रणोदन – फायर करने के बारे में क्या ख्याल है? 2007 में, हमें इसका उत्तर नहीं पता था। हमने सोचा भी नहीं था कि यह संभव है।”
क्यों नहीं? क्या गलत जा सकता है?
मैनिंग ने बताया, “जब आप वायुमंडल में आगे बढ़ते हुए इंजन को पीछे की ओर चलाते हैं, तो एक शॉक फ्रंट बनता है और वह इधर-उधर घूमता रहता है,” इसलिए वह आ सकता है और वाहन को टक्कर मार सकता है और उसे अस्थिर कर सकता है या नुकसान पहुंचा सकता है। . आप सीधे रॉकेट इंजन के निकास के गुबार में उड़ रहे हैं, इसलिए वाहन पर अतिरिक्त घर्षण और हीटिंग की संभावना हो सकती है।
इन सभी को मॉडल करना बहुत कठिन है और इसे करने का वस्तुतः कोई अनुभव नहीं था, क्योंकि 2007 में, किसी ने कभी भी अंतरिक्ष यान को धीमा करने और फिर पृथ्वी पर वापस लाने के लिए अकेले प्रणोदक तकनीक का उपयोग नहीं किया था। इसका मुख्य कारण यह है कि हमारे ग्रह का सुंदर, विलासितापूर्ण घना वातावरण एक अंतरिक्ष यान को आसानी से धीमा कर देता है, विशेष रूप से पैराशूट या रचनात्मक उड़ान के साथ जैसा कि अंतरिक्ष शटल ने किया था।
मैनिंग ने कहा, “लोगों ने इसका थोड़ा अध्ययन किया, और हम इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि इसे आज़माना और यह पता लगाना बहुत अच्छा होगा कि क्या हम इंजन को पीछे की ओर से फायर कर सकते हैं और देखें कि क्या होता है,” मैनिंग ने कहा, इसके अलावा कोई अतिरिक्त फंडिंग नहीं थी। एक रॉकेट लॉन्च करना सिर्फ यह देखने के लिए कि वह फिर से नीचे आता है और देखता है कि क्या हुआ।
लेकिन फिर, स्पेसएक्स ने अपने फाल्कन 9 के पहले चरण के बूस्टर को फिर से उपयोग करने के लिए पृथ्वी पर वापस लाने के प्रयास में परीक्षण करना शुरू कर दिया।
“स्पेसएक्स ने कहा कि वे इसे आज़माने जा रहे थे,” मैनिंग ने कहा, “और ऐसा करने के लिए उन्हें पृथ्वी के ऊपरी वायुमंडल में रहते हुए सुपरसोनिक चरण में बूस्टर को धीमा करने की आवश्यकता थी। तो, उड़ान का एक हिस्सा ऐसा है जहां वे अपने इंजनों को एक दुर्लभ वातावरण के माध्यम से सुपरसोनिक गति से पीछे की ओर फायर करते हैं जो कि मंगल ग्रह के समान है।
जैसा कि आप कल्पना कर सकते हैं, भविष्य के मंगल मिशनों के बारे में सोचने वाले ईडीएल इंजीनियरों के लिए यह अविश्वसनीय रूप से दिलचस्प था।
कुछ वर्षों के परीक्षण, त्रुटि और विफलताओं के बाद, 29 सितंबर, 2013 को, स्पेसएक्स ने अपने फाल्कन 9 रॉकेट के पहले चरण की पुनः प्रविष्टि को धीमा करने के लिए पहला सुपरसोनिक रेट्रोप्रोपल्शन (एसआरपी) युद्धाभ्यास किया। हालाँकि यह अंततः समुद्र से टकराया और नष्ट हो गया, एसआरपी ने वास्तव में बूस्टर को धीमा करने का काम किया।
नासा ने पूछा कि क्या उनके ईडीएल इंजीनियर स्पेसएक्स के डेटा को देख और अध्ययन कर सकते हैं, और स्पेसएक्स तुरंत सहमत हो गया। 2014 से शुरुआत, नासा और स्पेसएक्स ने तीन साल की सार्वजनिक-निजी साझेदारी बनाई एसआरपी डेटा विश्लेषण पर केन्द्रित कहा जाता है नासा प्रोपलसिव डिसेंट टेक्नोलॉजी (पीडीटी) परियोजना। F9 बूस्टर विशेष रूप से प्रवेश बर्न के हिस्सों पर डेटा एकत्र करने के लिए विशेष उपकरणों से सुसज्जित थे जो मंगल ग्रह पर अपेक्षित मच संख्या और गतिशील दबाव की सीमा के भीतर आते थे। इसके अतिरिक्त, दृश्य और अवरक्त इमेजरी अभियान, उड़ान पुनर्निर्माण, और द्रव गतिशीलता विश्लेषण थे – जिनमें से सभी ने नासा और स्पेसएक्स दोनों को मदद की।
हर किसी को आश्चर्य और खुशी हुई, इसने काम किया। 21 दिसंबर, 2015 को, एक F9 पहला चरण लौटा और केप कैनावेरल में लैंडिंग जोन 1 पर सफलतापूर्वक उतरा, जो अब तक की पहली कक्षीय श्रेणी की रॉकेट लैंडिंग थी। यह एसआरपी का एक गेम चेंजिंग प्रदर्शन था, जिसने ज्ञान को उन्नत किया और मंगल ग्रह पर एसआरपी का उपयोग करने की तकनीक का परीक्षण किया।
“पूर्ण किए गए विश्लेषणों के आधार पर, शेष एसआरपी चुनौती को विशिष्ट मंगल उड़ान प्रणालियों की परिपक्वता पर निर्भर विवेकपूर्ण उड़ान प्रणाली इंजीनियरिंग में से एक के रूप में जाना जाता है, न कि प्रौद्योगिकी उन्नति पर।” एक ईडीएल टीम ने एक पेपर में पीडीटी परियोजना के परिणामों का विवरण देते हुए लिखा। संक्षेप में, स्पेसएक्स की सफलता का मतलब है कि मंगल ग्रह पर बड़े पेलोड उतारने के लिए किसी फैंसी नई तकनीक या भौतिकी के नियमों को तोड़ने की आवश्यकता नहीं होगी।
“यह पता चला है, हमने कुछ सीखा है नया भौतिकी,” मैनिंग ने कहा। उन्होंने पाया कि इंजनों को चालू करने से यान के चारों ओर बनाया गया शॉक फ्रंट ‘बबल’ किसी तरह अंतरिक्ष यान को किसी भी बफ़ेटिंग के साथ-साथ कुछ हीटिंग से भी बचाता है।
ईडीएल इंजीनियरों का अब मानना है कि एसआरपी एकमात्र मंगल प्रवेश, वंश और लैंडिंग तकनीक है जो सुरक्षित लैंडिंग को सक्षम करने के लिए वायुमंडलीय उड़ान के दौरान पर्याप्त वेग को कम करने के लिए मिशन की एक विस्तृत श्रृंखला और आकार में आंतरिक रूप से स्केलेबल है। एयरोब्रेकिंग के साथ-साथ, यह मंगल ग्रह पर भारी उपकरण, आवास और यहां तक कि मनुष्यों को उतारने के प्रमुख साधनों में से एक है।
लेकिन फिर भी, जब मंगल ग्रह पर मानव मिशन को उतारने की बात आती है तो कई मुद्दे अनसुलझे हैं। मैनिंग ने उल्लेख किया कि कई अज्ञात बातें हैं, जिनमें स्पेसएक्स के स्टारशिप जैसे बड़े जहाज को मंगल के वायुमंडल में कैसे चलाया और उड़ाया जाएगा; क्या पंखों का उपयोग हाइपरसोनिक रूप से किया जा सकता है या प्लाज्मा थर्मल वातावरण उन्हें पिघला देगा? मानव आकार के जहाज पर बड़े इंजनों द्वारा फेंके गए मलबे की मात्रा घातक हो सकती है, खासकर उन इंजनों के लिए जिन्हें आप कक्षा में या पृथ्वी पर लौटने के लिए पुन: उपयोग करना चाहते हैं, तो आप इंजन और जहाज की सुरक्षा कैसे करते हैं? मंगल ग्रह पर काफ़ी तेज़ हवाएँ हो सकती हैं, इसलिए यदि लैंडिंग के दौरान आपको विंड शीयर्स या धूल भरी आँधी का सामना करना पड़े तो क्या होगा? मंगल की चट्टानी सतह पर एक बड़े जहाज के लिए किस प्रकार के लैंडिंग पैर काम करेंगे? फिर लॉजिस्टिक संबंधी समस्याएं भी हैं जैसे कि सारा बुनियादी ढांचा कैसे स्थापित होगा? घर लौटने के लिए जहाजों में ईंधन कैसे भरा जाएगा?
मैनिंग ने कहा, “इस सब में बहुत समय लगेगा, जितना लोगों को एहसास होगा उससे कहीं अधिक समय लगेगा।” “मंगल ग्रह पर जाने का एक नकारात्मक पहलू यह है कि जब तक आप बहुत धैर्यवान नहीं होंगे तब तक परीक्षण और त्रुटि करना कठिन है। अगली बार आप 26 महीने बाद फिर से प्रयास कर सकते हैं क्योंकि हमारे दोनों ग्रहों के बीच लॉन्च विंडो का समय तय है। पवित्र बाल्टियाँ, कितना दर्द होने वाला है! लेकिन मुझे लगता है कि जब भी हम इसे पहली बार आज़माएंगे तो हमें बहुत कुछ सीखने को मिलेगा।”
और कम से कम सुपरसोनिक रेट्रोप्रोपल्शन प्रश्न का उत्तर दे दिया गया है।
“हम मूल रूप से वही कर रहे हैं जो बक रोजर्स ने हमें 1930 के दशक में करने के लिए कहा था: जब आप वास्तव में तेजी से आगे बढ़ रहे हों तो अपने इंजन को पीछे की ओर फायर करें।”
2007 लेख: मंगल ग्रह पर लैंडिंग दृष्टिकोण: लाल ग्रह की सतह पर बड़े पेलोड लाना
