अंतरिक्ष तक पहुंच बहुत महंगी है और यह मुख्य कारणों में से एक है जो हमें आगे सौर प्रणाली की खोज से रखता है। आंशिक रूप से पुन: प्रयोज्य लांचर के आगमन के साथ, यह चलना शुरू हो सकता है। हालांकि, हम एक अंतरिक्ष यान के सपने से बहुत दूर हैं जो कार या हवाई जहाज के रूप में उपयोग करना आसान है। यह पूरी तरह से पुन: प्रयोज्य वाहन होगा और विशेष रूप से इसके चरणों को छोड़ने के बिना पृथ्वी की कक्षा तक पहुंचने में सक्षम होगा।
अंतरिक्ष युग की शुरुआत से ही मल्टी-स्टेज रॉकेट प्रभावी साबित हुए हैं
सभी रॉकेटों में एक मल्टीस्टेज डिजाइन है क्योंकि मृत द्रव्यमान कक्षा में पहुंचने का शत्रु है। परिक्रमा करने का मौका देने के लिए, एक लांचर के द्रव्यमान के विशाल हिस्से में प्रणोदक शामिल होना चाहिए। चढ़ाई के रूप में मृत द्रव्यमान को गिराकर, हम इस अनुपात और इसलिए रॉकेट के प्रदर्शन को संरक्षित करना सुनिश्चित करते हैं। इसे करने के कई तरीके हैं। हम चरणों को स्टैक कर सकते हैं, प्रत्येक अपने स्वयं के इंजनों के साथ, एक दूसरे के ऊपर या एक दूसरे के बगल में भी।
एक आर्किटेक्चर के साथ जो बूस्टर का उपयोग करता है, हमें दो या तीन चरण के रॉकेट मिलते हैं जो अतिरिक्त रूप से कई भरोसेमंद बूस्टर का उपयोग कर सकते हैं। यहां तक कि यह बहुत अच्छी तरह से काम करता है, भले ही सभी तत्वों के पुन: उपयोग की संभावनाएं सीमित हों। यह डिज़ाइन अंतरिक्ष युग के पहले लॉन्चरों में जल्दी से लगाया गया था। कुछ इंजीनियरों ने फिर भी एकल-चरण लॉन्चर (SSTO) की कल्पना करने की कोशिश की है, जिसे कुल पुन: उपयोग की कुंजी माना जाता है और इसलिए अंतरिक्ष तक पहुंच की कम लागत है।
सिंगल स्टेज लॉन्चर्स कॉन्सेप्ट (SSTO) कई तकनीकी चुनौतियों का सामना करता है
यदि आज इनमें से कोई भी मशीन नहीं उड़ रही है, तो ऐसा इसलिए है क्योंकि इस प्रकार की वास्तुकला कट्टरपंथी बाधाओं को लागू करती है। यात्रा के दौरान कुछ भी फेंकने के बिना लांचर के द्रव्यमान को कम से कम कैसे रखा जाए? उड़ान के सभी चरणों में एक कुशल इंजन का निर्माण कैसे करें, एक मजबूत टेक-ऑफ पावर और एक मजबूत विशिष्ट आवेग के साथ एक बार वायुमंडल से बाहर? और विशेष रूप से कैसे एक पेलोड सम्मिलित करें जब वाहन का द्रव्यमान पहले से ही कई समस्याएं पैदा करता है? यह वह पहेली है जिसे SSTO (सिंगल स्टेज टू ऑर्बिट) लांचर अंतरिक्ष वाहनों को हल करने की कोशिश कर रहे हैं, जिसमें आवश्यक रूप से कम प्रदर्शन होते हैं, लेकिन जो कुल पुन: उपयोग द्वारा बनाए जाएंगे। इस विषय पर कई अध्ययन अवधारणाएं हैं और इनमें से कुछ परियोजनाएं अभी भी विकास में हैं।
1960 के दशक की शुरुआत में, फिलिप बोनो, डगलस के एक इंजीनियर ने उन अवधारणाओं की एक श्रृंखला की कल्पना की, जो अधिक से अधिक उन्नत थे। पहली अवधारणाएं जेटीसिबल ईंधन टैंक का उपयोग करके थोड़ा धोखा देती हैं लेकिन बहुत जल्दी यह वास्तव में एसएसटीओ और विशेष रूप से पुन: प्रयोज्य आर्किटेक्चर के साथ लौटती है। उनका प्रारंभिक कार्य ऐसी वास्तुकला की प्रमुख तकनीकों पर प्रकाश डालता है। फिलिप बोनो के लिए, एक SSTO लॉन्चर को लंबवत रूप से उतारने और लैंड करने में सक्षम होना चाहिए (VTVL = वर्टिकल टेकऑफ़ और वर्टिकल लैंडिंग)। लांचर को एक रॉकेट के रूप में लेना चाहिए न कि एक विमान के रूप में क्योंकि पंख एक मृत वजन बहुत महत्वपूर्ण हैं। केवल हाइड्रोजन-ऑक्सीजन जोड़ी उड़ान के सभी चरणों के लिए आवश्यक शक्ति और विशिष्ट आवेग की पेशकश कर सकती है।
डेल्टा क्लिपर एसएसटीओ प्रदर्शनकारी का परीक्षण 1990 के दशक में किया गया था
फिलिप बोनो के विचारों ने मैकडॉनेल डगलस पर एक बड़ी छाप छोड़ी जिसने 1990 के दशक की शुरुआत में डेल्टा क्लिपर प्रदर्शनकारी को विकसित करना शुरू किया। यह प्रदर्शनकर्ता इस प्रकार की वास्तुकला का एक अच्छा, छोटे पैमाने पर अवलोकन प्रदान करता है: जैसे कि रॉकेट का शंक्वाकार आकार, हाइड्रोलॉजिकल इंजन, मॉड्यूलर थ्रस्ट, हल्के पदार्थ और वायुमंडलीय रीएंट्री के लिए थर्मल संरक्षण की आवश्यकता।
डेल्टा क्लिपर ने 12 उड़ानें भरीं। यह कभी भी 3 किलोमीटर से आगे नहीं गया है, लेकिन यह प्रदर्शनकारी दो उड़ानों के बीच कभी-कभी 24 घंटे से अधिक समय के साथ इस वास्तुकला के पुन: उपयोग की उच्च क्षमता का प्रदर्शन करने में सक्षम है। डेल्टा क्लिपर कार्यक्रम ने कभी एक कक्षीय मॉडल का नेतृत्व नहीं किया, लेकिन परियोजना में काम करने वाले कुछ इंजीनियर अब ब्लू ओरिजिन पर हैं।
एक अंतरिक्ष विमान अवधारणा को लॉकहीड मार्टिन द्वारा रद्द किए जाने से पहले विकसित किया गया था
हालांकि फिलिप बोनो ने इस पर विश्वास नहीं किया, लेकिन एक विमान के आकार में एक वाहन के विचार ने अन्य टीमों को बहकाया। लगभग उसी समय जब मैकडॉनेल डगलस डेल्टा क्लिपर का परीक्षण कर रहे थे, लॉकहीड मार्टिन एक्स -33 पर काम करना शुरू कर रहा था। यह SSTO वाहन विकसित करने के लिए आवश्यक सभी तकनीकों का परीक्षण करने के लिए एक प्रदर्शनकारी था।
लॉकहीड मार्टिन और नासा ने प्रौद्योगिकियों के एक सेट की पहचान की थी जो इस तरह की परियोजना को संभव बना सकती है: वायुमंडलीय पुन: प्रवेश, एक ऊर्ध्वाधर टेक-ऑफ और एक क्षैतिज लैंडिंग, एयरोस्पाइक नोजल को उड़ान के सभी चरणों, उपयोग के लिए अनुकूल करने के लिए एक आकृति। हाइड्रोजन और तरल ऑक्सीजन जोड़ी की। एक्स -33 काफी हद तक ईंधन से वजन कम करने के लिए मिश्रित सामग्री का उपयोग करने के लिए था। नासा के लिए, ये एक वाहन को डिजाइन करने की कुंजी थे जो कुछ दिनों में फिर से उड़ान भर सकते हैं और कम रखरखाव की आवश्यकता होती है।
अमेरिकी अंतरिक्ष एजेंसी ने इस कार्यक्रम में पृथ्वी की कक्षा में दस गुना सुरक्षित और दस गुना सस्ती पहुंच बनाने का मौका देखा। लेकिन वह इतना अच्छा नहीं हुआ। तकनीकी कठिनाइयों के कारण परियोजना को 2001 में रद्द कर दिया गया। विशेष रूप से, मिश्रित सामग्री से बने ईंधन टैंक का निर्माण। यह शर्म की बात है जब हम जानते हैं कि क्रायोजेनिक कार्बन फाइबर टैंक ने भारी प्रगति की है।
SSTO मॉडल कई लोगों को दिलचस्पी नहीं देता है क्योंकि अन्य सिद्ध समाधान मौजूद हैं
आज, हम यह नहीं कह सकते हैं कि एसएसटीओ वाहन बहुत अधिक ब्याज उत्पन्न करते हैं। ऐसा लगता है कि स्पेसएक्स रिकवरी का भुगतान कर रहा है क्योंकि स्पेसएक्स ने साबित कर दिया है कि तकनीकी छलांग इतनी महत्वपूर्ण नहीं है। अभी भी ब्रिटेन में एक टीम है जो स्काईलोन अंतरिक्ष विमान को विकसित करने में विश्वास करना चाहती है।
वास्तव में SSTO आर्किटेक्चर को दिलचस्प बनाने के लिए, हमें रासायनिक प्रणोदन के अलावा अन्य समाधानों का अध्ययन करना पड़ सकता है। परमाणु ऊर्जा के साथ, हमारे पास एक उच्च शक्ति और एक बड़ा विशिष्ट आवेग दोनों हो सकते हैं। 1960 के दशक की शुरुआत में परमाणु इंजन विकास के उन्नत चरणों में पहुंच गए। थर्मल परमाणु प्रणोदन एक रिएक्टर की गर्मी के माध्यम से हाइड्रोजन को आराम करके जोर प्रदान करेगा। इसके परिणामस्वरूप एक मजबूत जोर होगा, लेकिन जो पहले चरण या एसएसटीओ वाहन को चलाने के लिए अपर्याप्त है।
कोई भी अंतरिक्ष यान SSTO बहुत पहले लॉन्च नहीं किया जाएगा
स्पेस सिस्टम के रैप्टर इंजन पर एक पूर्व इंजीनियर जॉन बकनेल ने 2015 में इस तरह की प्रणाली की शक्ति और दक्षता में सुधार करने के तरीके की कल्पना की थी। स्काईलोन स्पेस प्लेन के तरीके में, तापीय परमाणु प्रणोदन के लिए एक दहन चक्र को जोड़ने के लिए वायुमंडल में हवा खींचने की बात होगी। इस तरह के इंजन में हाइड्रोजन को पहले एक परमाणु रिएक्टर द्वारा गर्म किया जाता है और फिर इसे एक दहन कक्ष में इंजेक्ट किया जाता है जहां यह वायुमंडलीय हवा के संपर्क में जलता है। इससे उड़ान के पहले चरण के दौरान जोर और विशिष्ट आवेग में बड़ी वृद्धि होती है।
जॉन बकनेल का मानना है कि इस तरह की प्रणाली वास्तव में एक शक्तिशाली एसएसटीओ रॉकेट का उत्पादन करेगी जो एक बड़े पेलोड को कक्षा और उससे परे पहुंचाने में सक्षम है। यह स्पष्ट रूप से आर्थिक रूप से व्यवहार्य होने के लिए पुन: प्रयोज्य होना चाहिए क्योंकि लागू प्रौद्योगिकियां बहुत जटिल हैं। इस तरह के इंजन को शायद लंबे समय तक विकसित नहीं किया जाएगा, और न ही एक एसएसटीओ कक्षीय वाहन। अपेक्षित लाभ की तुलना में बाधाएं अभी भी बहुत महत्वपूर्ण हैं।
अंतरिक्ष वाहनों के कुल पुन: उपयोग की अनुमति देने के लिए अब तक एक और ट्रैक की परिकल्पना की गई है। स्पेसएक्स स्टारशिप और इसके बूस्टर वास्तुकला को दो चरणों में रखते हैं लेकिन हम उन्हें अलग से पुनर्प्राप्त करने का प्रयास करते हैं। मौलिक तकनीकी विराम की आवश्यकता नहीं है। यदि स्पेसएक्स स्टारशिप एक दिन चंद्रमा पर या मंगल ग्रह पर उतरने का प्रबंधन करता है, तो उसे वास्तविक SSTO वाहन की तरह, पृथ्वी पर उतरने के लिए फिर से उतारना होगा।
Images by A. Mann / Glenn Research Center [Public domain] / NASA/MSFC [Public domain]
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