धडा १०: अंतराळ मोहिमा

नियम 1 : अंतराळ मोहिमांचे दोन प्रकार — अंतराळ मोहिमा दोन प्रकारच्या : संशोधन आणि उपयोगासाठी पृथ्वीभोवतीच्या कक्षांत कृत्रिम उपग्रह ठेवणे, आणि सूर्यमालेतील व सूर्यमालेबाहेरील वस्तूंचे जवळून निरीक्षण करण्यासाठी अंतराळयान पाठवणे. अंतराळ मोहिमा संदेशवहन, इंटरनेट, आपत्तींची पूर्वसूचना, हवाई निरीक्षण आणि खनिज व जीवाश्म इंधन साठ्यांच्या शोधात मदत करतात.

• सोपे : दुसऱ्या देशाची वाहिनी तुमच्यापर्यंत संदेशवहन उपग्रहामार्फत येते.
• मध्यम : लोकांना सुरक्षित जागी जाण्यास वेळ देणारी चक्रीवादळाची पूर्वसूचना हवामान उपग्रहांकडून येते.
• परीक्षेसाठी : फरक – उपग्रह मोहिमा पृथ्वीभोवतीच्या कक्षेत राहतात; दूर-अंतराळ मोहिमा चंद्र, ग्रह किंवा धूमकेतूंकडे जातात.

नियम 2 : अंतराळातील पहिले टप्पे — सोव्हिएत संघाचे युरी गागारिन हे अंतराळातील पहिले मानव (1961); अमेरिकेचे नील आर्मस्ट्राँग चंद्रावर पाऊल ठेवणारे पहिले (1969). राकेश शर्मा यांनी 1984 मध्ये रशियन यानातून 8 दिवस पृथ्वीप्रदक्षिणा केली. 1 फेब्रुवारी 2003 रोजी कोलंबिया यानाचा स्फोट होऊन कल्पना चावला यांचा मृत्यू झाला. सुनीता विल्यम्स 192 दिवस अंतराळात राहिल्या आणि 2006 मध्ये डिस्कव्हरीतून आंतरराष्ट्रीय अंतराळ स्थानकावर गेल्या. चंद्र हा पृथ्वीचा एकमेव नैसर्गिक उपग्रह. पहिला कृत्रिम उपग्रह स्पुटनिक सोव्हिएत संघाने 1957 मध्ये पाठवला. उपग्रह पंखांसारख्या जोडलेल्या सौर प्रकाश-विद्युत पटलांमार्फत सौर ऊर्जेवर चालतात.

आकृतीत : आकृतीत अंतराळ संशोधनातील पहिले टप्पे.

• सोपे : स्पुटनिक (1957) गागारिनच्या (1961) आधी आणि आर्मस्ट्राँग (1969) दोघांनंतर.
• मध्यम : गागारिनचे उड्डाण (1961) ते आर्मस्ट्राँगचे चंद्रावर पाऊल (1969) यांत 1969 − 1961 = 8 वर्षे गेली.
• परीक्षेसाठी : उपग्रहांना सौर पटले का असतात? अंतराळात दुसरा ऊर्जास्रोत नसतो, म्हणून ते सूर्यप्रकाश वापरतात.

फरक ओळखा

नियम 1 : उपग्रहांचे प्रकार — हवामान उपग्रह (INSAT, GSAT; प्रक्षेपक GSLV) हवामानाचा अभ्यास आणि अंदाज करतात. संदेशवहन आणि प्रक्षेपण उपग्रह (INSAT, GSAT; GSLV) दूरची ठिकाणे जोडतात आणि दूरदर्शन प्रक्षेपित करतात. दिशादर्शक उपग्रह (IRNSS; PSLV) ठिकाणाचे अचूक अक्षांश-रेखांश निश्चित करतात. लष्करी उपग्रह सुरक्षेसाठी माहिती गोळा करतात. पृथ्वी निरीक्षण उपग्रह (IRS; PSLV) जंगल, वाळवंट, महासागर आणि ध्रुवीय बर्फाचा अभ्यास करतात, नैसर्गिक संसाधनांचे व्यवस्थापन करतात आणि पूर व भूकंपात मार्गदर्शन करतात.

आकृतीत : आकृतीत उपग्रहांचे उपयोग.

• सोपे : नकाशा ॲप दिशादर्शक उपग्रह प्रणालीने (भारतासाठी IRNSS) तुमचे ठिकाण शोधते.
• मध्यम : IRS उपग्रहाने घेतलेली पूरग्रस्त नदीची छायाचित्रे बचाव पथकांना मार्ग ठरवण्यात मदत करतात.
• परीक्षेसाठी : जोड्या लावा – हवामान : INSAT; दिशादर्शन : IRNSS; पृथ्वी निरीक्षण : IRS.

नियम 2 : संक्षेपे — INSAT = भारतीय राष्ट्रीय उपग्रह; GSAT = भूस्थिर उपग्रह (Geosynchronous Satellite); IRNSS = भारतीय प्रादेशिक दिशादर्शन उपग्रह प्रणाली; IRS = भारतीय सुदूर संवेदन उपग्रह; GSLV = भूस्थिर उपग्रह प्रक्षेपक; PSLV = ध्रुवीय उपग्रह प्रक्षेपक. EDUSAT विशेषतः शिक्षणासाठी वापरतात.

• सोपे : EDUSAT दुर्गम वर्गखोल्यांपर्यंत धडे पोहोचवतो.
• मध्यम : PSLV दिशादर्शन आणि पृथ्वी निरीक्षण उपग्रह प्रक्षेपित करतो; GSLV जास्त वजनाचे संदेशवहन उपग्रह प्रक्षेपित करतो.
• परीक्षेसाठी : IRS आणि IRNSS चे पूर्ण रूप लिहा.

फरक ओळखा

नियम 1 : क्रांतिक वेग — उपग्रहाला प्रक्षेपकाने आवश्यक उंचीवर नेतात आणि मग विशिष्ट स्पर्शरेषीय वेग देतात, तो क्रांतिक वेग v_c = √(GM/(R+h)). अभिकेंद्र बल पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणातून मिळते. v_c उपग्रहाच्या वस्तुमानावर अवलंबून नसतो आणि कक्षेची उंची वाढल्यावर कमी होतो.

• सोपे : समान उंचीवरील 500 kg आणि 1500 kg च्या उपग्रहांना क्रांतिक वेग सारखाच लागतो, कारण v_c वस्तुमानावर अवलंबून नसतो.
• मध्यम : जास्त उंचीवरील उपग्रह कमी उंचीवरील उपग्रहापेक्षा हळू फिरतो, कारण उंची वाढल्यावर v_c कमी होतो.
• परीक्षेसाठी : गुरुत्वाकर्षण अभिकेंद्र बल देते ज्यामुळे उपग्रह कक्षेत राहतो; ते नसते तर उपग्रह सरळ रेषेत उडून गेला असता.

नियम 2 : उपग्रहांच्या कक्षा — उच्च पृथ्वी कक्षा (35,780 किमी किंवा जास्त) : उपग्रहाला एक फेरी 24 तासांत पूर्ण होते, म्हणून तो स्थिर (भूस्थिर) दिसतो; हवामानशास्त्र, दूरध्वनी, दूरदर्शन आणि रेडिओसाठी. मध्यम पृथ्वी कक्षा (2000–35,780 किमी) : ध्रुवीय कक्षा लंबवर्तुळाकार असून 2 ते 24 तास लागतात; जागतिक दिशादर्शन उपग्रह सुमारे 20,200 किमी वर. निम्न पृथ्वी कक्षा (180–2000 किमी) : सुमारे 90 मिनिटांत एक फेरी; वैज्ञानिक प्रयोग, वातावरण अभ्यास, आंतरराष्ट्रीय अंतराळ स्थानक आणि हबल दुर्बिणीसाठी. Students of COEP, Pune made the 1 kg satellite 'Swayam' (2016), orbiting at 515 किमी. ~~ COEP, पुणे येथील विद्यार्थ्यांनी 1 kg चा 'स्वयम्' उपग्रह (2016) बनवला, जो 515 किमी वर फिरतो.

आकृतीत : आकृतीत वेगवेगळ्या उंचीवरील उपग्रह कक्षा.

• सोपे : निम्न कक्षेतील उपग्रहाला एका फेरीला 90 मिनिटे लागतात, म्हणून तो दिवसात 24 × 60 ÷ 90 = 16 फेऱ्या मारतो.
• मध्यम : 515 किमी वरचा उपग्रह (स्वयम्) 180–2000 किमी च्या निम्न पृथ्वी कक्षेत येतो.
• परीक्षेसाठी : भूस्थिर उपग्रह स्थिर का दिसतो? त्याचा आवर्तकाल (24 तास) पृथ्वीच्या फिरण्याच्या काळाइतका असतो, म्हणून तो एकाच ठिकाणावर राहतो.

फरक ओळखा

नियम 1 : प्रक्षेपक कसे कार्य करतात — प्रक्षेपक न्यूटनच्या तिसऱ्या नियमावर चालतात : नोझलमधून मागे फेकला जाणारा तप्त वायू पुढे ढकलणारे बल (प्रणोद) निर्माण करतो. वजनाचा मोठा भाग इंधनाचा असतो, म्हणून दोन किंवा अधिक टप्प्यांचे प्रक्षेपक वापरतात; रिकामा पहिला टप्पा वेगळा होऊन समुद्रात किंवा निर्मनुष्य जमिनीवर पडतो आणि वजन कमी होते. रचना आणि इंधन उपग्रहाच्या वजनावर आणि कक्षेच्या प्रकारावर अवलंबून.

आकृतीत : आकृतीत वायू मागे ढकलला जातो म्हणून रॉकेट पुढे जाते.

• सोपे : रॉकेटचा वायू मागे जातो (क्रिया) आणि रॉकेट पुढे जाते (प्रतिक्रिया).
• मध्यम : पहिला टप्पा टाकल्यावर रॉकेट हलके होते, म्हणून उरलेले इंधन ते अधिक पुढे ढकलू शकते.
• परीक्षेसाठी : तोंड उघडे असलेला फुगा हवा मागे ढकलली गेल्याने पुढे उडतो – न्यूटनच्या तिसऱ्या नियमाचे उदाहरण.

आकृतीत : आकृतीत रिकामे टप्पे टाकल्याने वजन वाचते.

नियम 2 : खर्च आणि मुक्तिवेग — प्रक्षेपक एकदाच वापरले जातात म्हणून महाग असतात; अमेरिकेने पुनर्वापरायोग्य स्पेस शटल (इंधन टाकी वगळता) बनवले. दिवाळीचा रॉकेट किंवा सोडलेला फुगा याच नियमावर चालतात. पृथ्वी सोडण्यासाठी यानाचा सुरुवातीचा वेग मुक्तिवेगापेक्षा जास्त हवा : v_esc = √(2GM/R) = 11.2 किमी/s. चंद्रावर पोहोचण्यास आतापर्यंतचा सर्वात कमी लागलेला काळ 8 तास 36 मिनिटे.

• सोपे : 11.2 किमी/s = 11.2 × 1000 = 11,200 m/s.
• मध्यम : 11.2 किमी/s वेगाने यान दर मिनिटाला 11.2 × 60 = 672 किमी अंतर कापते.
• परीक्षेसाठी : 8 तास 36 मिनिटे = 8 × 60 + 36 = 516 मिनिटे.

फरक ओळखा

नियम 1 : चंद्र आणि मंगळाकडील मोहिमा — चंद्र : लूना 2 (सोव्हिएत संघ, 1959) हे चंद्राजवळ पोहोचलेले पहिले यान; अमेरिकेच्या मोहिमा 1962 ते 1972 चालल्या; भारताच्या चांद्रयान-1 (2008) ने सुमारे एक वर्ष चंद्राभोवती फिरून चंद्रपृष्ठावर पाण्याचा शोध लावला. मंगळ : जवळजवळ निम्म्या मोहिमा अयशस्वी झाल्या, पण ISRO चे कमी खर्चाचे मंगळयान नोव्हेंबर 2013 मध्ये सोडले गेले आणि सप्टेंबर 2014 मध्ये मंगळाच्या कक्षेत पोहोचले. यानांनी इतर ग्रह, लघुग्रह आणि धूमकेतूंचाही अभ्यास केला आहे.

आकृतीत : आकृतीत चंद्र आणि मंगळाकडील भारतीय मोहिमा.

• सोपे : मंगळयान 2013 मध्ये सोडले आणि 2014 मध्ये मंगळ कक्षेत पोहोचले, सुमारे 10 महिन्यांत.
• मध्यम : चांद्रयान-1 (2008) ने चंद्रपृष्ठावर पाणी शोधले, हा महत्त्वाचा शोध.
• परीक्षेसाठी : मंगळयान विशेष का? ते कमी खर्चाचे असून पहिल्याच प्रयत्नात मंगळ कक्षेत पोहोचले.

नियम 2 : भारतीय अंतराळ कार्यक्रम आणि अंतराळ कचरा — PSLV आणि GSLV 2500 kg पर्यंतचे उपग्रह सर्व कक्षांत ठेवू शकतात. INSAT/GSAT दूरसंचार, दूरदर्शन आणि हवामान सेवा देतात; IRS नैसर्गिक संसाधने आणि आपत्तींचे व्यवस्थापन करतो; IRNSS स्थान सांगतो. प्रक्षेपण केंद्रे : थुंबा, श्रीहरिकोटा आणि चांदीपूर (ओडिशा). डॉ. विक्रम साराभाई हे भारतीय अंतराळ कार्यक्रमाचे जनक आणि भारताचा पहिला उपग्रह आर्यभट्ट. अंतराळ कचरा वाढत आहे; 2016 मध्ये 1 सेमी पेक्षा मोठे सुमारे 2 कोटी तुकडे असल्याचा अंदाज होता. तो यानांना हानी करू शकतो, म्हणून त्याचे व्यवस्थापन आवश्यक.

• सोपे : भारताचा पहिला उपग्रह आर्यभट्ट आणि भारतीय अंतराळ कार्यक्रमाचे जनक डॉ. विक्रम साराभाई.
• मध्यम : 2 कोटी कचऱ्याचे तुकडे = 2 × 1,00,00,000 = 2,00,00,000 तुकडे.
• परीक्षेसाठी : अंतराळ कचरा धोकादायक कारण अतिशय वेगाने फिरणारा लहान तुकडाही चालू उपग्रहाचे नुकसान करू शकतो.

फरक ओळखा