ગગનયાન સિસ્ટમનું થર્મલ પ્રોટેક્શનઃ વાતાવરણમાં સુરક્ષિત પુનઃપ્રવેશ સુનિશ્ચિત કરવો
#GS-3 #સાયન્સ અને ટેકનોલોજી #અંતરિક્ષ #વર્તમાન ઘટનાઓ #રાષ્ટ્રીય #ગગનયાન કાર્યક્રમ #થર્મલ પ્રોટેક્શન સિસ્ટમ
મુખ્ય મુદ્દા
- ગગનયાન કાર્યક્રમ નું મોડ્યુલ 7,500-8,000 m/s ની તીવ્ર ઝડપે પૃથ્વીના વાતાવરણમાં પુનઃપ્રવેશ કરશે, જે 1,800°C સુધીનું સપાટી ઘર્ષણ તાપમાન ઉત્પન્ન કરશે.
- કેબિનનું તાપમાન 150°C થી નીચે રાખવા માટે, ISRO એ 30-35 mm જાડી એબલેટિવ થર્મલ પ્રોટેક્શન સિસ્ટમ (TPS) ડિઝાઈન કરી છે જે ગરમીને દૂર કરવા માટે પોતાના બાહ્ય સ્તરોનું બલિદાન આપે છે.
- આ મિશન 3 અંતરિક્ષયાત્રીઓ ને 3 દિવસ માટે 400 km લો અર્થ ઓર્બિટ (LEO) માં લઈ જશે, જેનાથી ભારત સ્વતંત્ર માનવ સ્પેસફ્લાઇટ પ્રાપ્ત કરનાર ચોથો દેશ બનશે.
- ગગનયાન હળવી બે-મોડ્યુલ ડિઝાઇનનો ઉપયોગ કરે છે જેમાં લાઈફ સપોર્ટ સિસ્ટમ્સ સાથેનું પ્રેશરાઇઝ્ડ ક્રૂ મોડ્યુલ અને પુનઃપ્રવેશ સમયે બળી જતું અન-પ્રેશરાઇઝ્ડ સર્વિસ મોડ્યુલ શામેલ છે.
- આ ટેકનોલોજી ભવિષ્યના લક્ષ્યો માટે પાયો બનાવે છે, જેમાં 2035 સુધીમાં ભારતીય અંતરિક્ષ સ્ટેશન અને 2040 સુધીમાં માનવસહિત ચંદ્ર મિશનનો સમાવેશ થાય છે.
સમાચારમાં શા માટે
- ભારતીય અંતરિક્ષ સંશોધન સંસ્થા (ISRO) ગગનયાન કાર્યક્રમ હેઠળ આગામી અમાનવસહિત ટેસ્ટ ફ્લાઇટ માટે તૈયારી કરી રહી છે.
- આ મિશન પૃથ્વીના વાતાવરણમાં સ્પેસક્રાફ્ટના પુનઃપ્રવેશ (રી-એન્ટ્રી)ના મુખ્ય પડકારને રેખાંકિત કરે છે, જ્યાં ક્રૂ મોડ્યુલ તીવ્ર ગરમી અને ઝડપી એરોડાયનેમિક ફેરફારોનો સામનો કરે છે.
- આગામી ટેસ્ટ ફ્લાઇટ ક્રૂ મોડ્યુલને સુરક્ષિત રાખવા માટે એબલેટિવ થર્મલ પ્રોટેક્શન સિસ્ટમ (TPS) નો ઉપયોગ કરવાના ISROના નિર્ણયને પણ દર્શાવે છે.
વાતાવરણીય પુનઃપ્રવેશના પડકારો
- પુનઃપ્રવેશ ગંભીર તકનીકી પડકારો ઉભા કરે છે કારણ કે ક્રૂ મોડ્યુલ 7,500 થી 8,000 m/s વચ્ચેના વેગથી વાતાવરણ સાથે અથડાય છે.
- વાતાવરણીય ઘર્ષણ મોડ્યુલની 99% થી વધુ ગતિજ ઊર્જાને ગરમીમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જે બાહ્ય સપાટીનું તાપમાન 1,800°C સુધી પહોંચાડે છે.
- વાતાવરણીય ઉતરાણ શરૂ થાય પછી ઓપરેટરો મિશનને રદ કરી શકતા નથી, જે દરેક સિસ્ટમની વિશ્વસનીયતાને અત્યંત મહત્વપૂર્ણ અને આવશ્યક બનાવે છે.
- ઝડપી ગતિમંદન (deceleration) ઉતરાણ દરમિયાન બદલાતા એરોડાયનેમિક દળો બનાવે છે, જેથી ગ્રાઉન્ડ ઓપરેટરો કે અંતરિક્ષયાત્રીઓ માટે હસ્તક્ષેપ કરવા માટે લગભગ કોઈ સમય બચતો નથી.
- અંતરિક્ષયાત્રીઓ અને માળખાકીય ઘટકોનું રક્ષણ કરવા માટે, 30-35 mm જાડી TPS શિલ્ડે આંતરિક કેબિનનું તાપમાન 150°C થી ઓછું રાખવું જરૂરી છે.
થર્મલ પ્રોટેક્શન સિસ્ટમ્સને સમજવી
- થર્મલ પ્રોટેક્શન સિસ્ટમ (TPS) એક બાહ્ય અવરોધ તરીકે કાર્ય કરે છે જે સ્પેસક્રાફ્ટ અને અંતરિક્ષયાત્રીઓને પુનઃપ્રવેશની ખતરનાક ગરમીથી બચાવે છે.
- આ સિસ્ટમ ગરમીને શોષી લે છે, વિખેરી નાખે છે અથવા બહારની તરફ ફેંકે છે, જે માળખાકીય સખતતા જાળવી રાખે છે અને આંતરિક તાપમાનને માનવ માટે સુરક્ષિત સીમાઓમાં રાખે છે.
- એબલેટિવ TPS ધીમે ધીમે તેના બાહ્ય સ્તરને બાળી નાખે છે, રાસાયણિક રીતે વિઘટિત થઈને એક રક્ષણાત્મક ચાર (char) સ્તર અને ઠંડી ગેસનો અવરોધ બનાવે છે જે ગરમીને દૂર લઈ જાય છે.
- ઇજનેરો સામાન્ય રીતે એબલેટિવ હીટ શિલ્ડ માટે કાર્બન-ફેનોલિક અને સિલિકા-ફેનોલિક સંયોજનો જેવા મટિરિયલ્સનો ઉપયોગ કરે છે, જે રશિયાના Soyuz, ચીનના Shenzhou અને નાસાના Orion પર જોવા મળે છે.
- પુનઃઉપયોગી રેડિયેટિવ TPS મટિરિયલ્સ પીગળ્યા વગર શોષાયેલી ગરમીને રેડિયેશન તરીકે અંતરિક્ષમાં પાછી છોડે છે, જ્યારે હીટ સિંક TPS સિસ્ટમ્સ વાદળીની જેમ થર્મલ ઊર્જા શોષી લે છે.
- ISRO એ ગગનયાન માટે એબલેટિવ હીટ શિલ્ડ પસંદ કરી કારણ કે તે સ્પેસ કૅપ્સ્યુલ રિકવરી એક્સપેરિમેન્ટ (SRE) અને 2014 LVM-3/CARE મિશન જેવા ભૂતકાળના ટેસ્ટ મિશનથી સાબિત થયેલી વિશ્વસનીયતા ધરાવે છે.
- એબલેટિવ શિલ્ડ પુનઃઉપયોગી થર્મલ ટાઇલ્સના જટિલ ઉત્પાદન અને ખર્ચાળ નિરીક્ષણોની જરૂર વગર બદલાતા ગરમીના ભારને અસરકારક રીતે સંભાળે છે.
- કારણ કે ગગનયાન ક્રૂ મોડ્યુલ એક જ વારના ઉપયોગ માટે બનાવવામાં આવ્યું છે, સિંગલ-યુઝ એબલેટિવ ટેકનોલોજી ઓછા ઓપરેશનલ ખર્ચે મહત્તમ સુરક્ષા પૂરી પાડે છે.
- ISRO એ અગાઉ SRE કેપ્સ્યુલની નોઝ કેપ પર કાર્બન-ફેનોલિક એબલેટિવ શિલ્ડને ચકાસી હતી અને 2014 LVM-3/CARE મિશન દરમિયાન સંપૂર્ણ ક્રૂ મોડ્યુલ વાતાવરણીય પુનઃપ્રવેશનું પરીક્ષણ કર્યું હતું.
ગગનયાન મિશનની રૂપરેખા
- અધિકૃત રીતે 2018 માં જાહેર કરાયેલ, ગગનયાન ભારતની સ્વતંત્ર માનવસહિત સ્પેસફ્લાઇટ ક્ષમતાના નિર્માણના ઉદ્દેશ્યથી ફ્લેગશિપ માનવ સ્પેસફ્લાઇટ પહેલનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.
- મુખ્ય મિશન યોજનામાં 3 અંતરિક્ષયાત્રીઓ ના ક્રૂને 3 દિવસ માટે 400 km લો અર્થ ઓર્બિટ (LEO) માં લોન્ચ કરવાનો અને ત્યારબાદ સમુદ્રમાં લેન્ડિંગ (સ્પ્લેશડાઉન) દ્વારા પરત લાવવાનો સમાવેશ થાય છે.
- સફળ પૂર્ણતા ભારતને અમેરિકા, રશિયા અને ચીન પછી માનવસહિત સ્પેસફ્લાઇટ ક્ષમતા પ્રાપ્ત કરનાર ચોથો દેશ બનાવશે.
- ISRO હેવી-લિફ્ટ હ્યુમન-રેટેડ લોન્ચ વ્હીકલ માર્ક 3 (HLVM3) નો ઉપયોગ કરીને સ્પેસક્રાફ્ટ લોન્ચ કરશે.
- ભારતના નિયુક્ત અંતરિક્ષયાત્રી જૂથમાં ગ્રુપ કેપ્ટન પ્રશાંત બાલકૃષ્ણન નાયર, ગ્રુપ કેપ્ટન અજિત કૃષ્ણન, ગ્રુપ કેપ્ટન અંગદ પ્રતાપ અને વિંગ કમાન્ડર શુભાંશુ શુક્લા નો સમાવેશ થાય છે.
- સંપૂર્ણ સ્પેસક્રાફ્ટ, જે ઓર્બિટલ મોડ્યુલ (OM) તરીકે ઓળખાય છે, વજન ઘટાડવા માટે સુવ્યવસ્થિત દ્વિ-મોડ્યુલર માળખું ધરાવે છે.
- પ્રેશરાઇઝ્ડ ક્રૂ મોડ્યુલ (CM) પૃથ્વી જેવી સ્થિતિ જાળવવા માટે એન્વાયર્નમેન્ટલ કંટ્રોલ એન્ડ લાઈફ સપોર્ટ સિસ્ટમ (ECLSS) ધરાવે છે, તેમજ TPS શિલ્ડ્સ, એવિઓનિક્સ અને પેરાશૂટ પણ ધરાવે છે.
- અન-પ્રેશરાઇઝ્ડ સર્વિસ મોડ્યુલ (SM) ભ્રમણકક્ષામાં હોય ત્યારે પ્રોપલ્શન, ઇલેક્ટ્રિકલ પાવર, થર્મલ કંટ્રોલ અને નેવિગેશન સપોર્ટ પૂરો પાડે છે, જે પુનઃપ્રવેશ પહેલાં અલગ થઈને વાતાવરણમાં બળી જાય છે.
- રશિયાના Soyuz અથવા ચીનના Shenzhou ની ત્રણ-મોડ્યુલ ડિઝાઇનથી વિપરીત, ISRO ની બે-મોડ્યુલ કન્ફિગરેશન સંપૂર્ણ કાર્યક્ષમતા જાળવી રાખીને એકંદર લોન્ચ માસ ઘટાડે છે.
- સ્પેસફ્લાઇટ ક્ષમતા ઉપરાંત, ગગનયાન બાયોલોજી, મટિરિયલ્સ સાયન્સ અને મેડિસિનમાં માઇક્રોગ્રેવિટી પ્રયોગોને સપોર્ટ કરશે જ્યારે 2035 માટે નિર્ધારિત ભારતીય અંતરિક્ષ સ્ટેશન અને 2040 સુધી લક્ષ્યાંકિત માનવસહિત ચંદ્ર લેન્ડિંગ માટેની સિસ્ટમોનું પરીક્ષણ કરશે.