விண்ணில் ஒரு நண்பன்-05
இஸ்ரோ விஞ்ஞானி முனைவர் பெ.சசிக்குமார்
பொதுவாகக் குப்பைகள் என்பவை பயன்படுத்தப்பட்ட பொருட்களின் உபரியாக இருக்கலாம் அல்லது பயன்படாத பொருட்களாக இருக்கலாம். எல்லோருடைய வீட்டிலும் இதுபோன்ற தேவையில்லாத பயன்படுத்தாத பொருட்களைக் குப்பைகள் என்ற வரையறையின் கீழ் கொண்டு வரலாம். இதே போல் எப்படி ஆகாயத்தில் குப்பை வருகிறது. இன்றைய தேதிக்கு அதன் அளவு என்ன என்பதைத் தெளிவாக அலசுவோம்.
விண்வெளிக் குப்பைகள் எப்படி உருவாகின்றன?
ஒரு ஏவுவாகனம் (launch vehicle) என்பது புவியில் வடிவமைக்கப்பட்ட செயற்கைக்கோள், மனிதர்கள் பயணப்படும் விண்கலம், சர்வதேச விண்வெளி நிலையத்திற்குத் தேவையான உணவுப் பொருட்கள் மற்றும் ஆராய்ச்சிப் பொருட்கள் எனப் பலவற்றைக் கொண்டு செல்ல உதவும் வாகனம். புவியிலிருந்து ஒரு குறிப்பிட்ட உயரத்தில் நிலைநிறுத்தப்பட வேண்டும் என்றால், எந்த உயரத்தில் நிலை நிறுத்துகிறார்கள் என்பதைப் பொறுத்து செயற்கைக்கோள் சுற்ற வேண்டிய வேகம் மாறுபடும்.
எளிதாகப் புரிந்து கொள்ள வேண்டும் என்றால் புவிக்கு அருகில் இருக்கும் பொழுது அதிகமான வேகத்திலும், புவியில் இருந்து தொலைதூரத்தில் செல்லும் பொழுது குறைந்த வேகத்திலும் சுற்றினால் போதுமானதாக இருக்கும். உதாரணத்திற்கு, 500 கிலோ மீட்டர் வட்டப்பாதையில் நிலை நிறுத்த வினாடிக்கு 7.61 கிலோமீட்டர் வேகத்தில் நகர வேண்டும். இதுவே, இந்தத் தொலைவு ஆயிரம் கிலோமீட்டர் உயரம் எனும் பொழுது வினாடிக்கு 7.35 கிலோமீட்டர் எனவும், 36,000 கிலோமீட்டர் உயரத்தில் நிலைநிறுத்த வினாடிக்கு 3.06 கிலோமீட்டர் எனவும் குறையும்.
இப்படிச் செயற்கைக்கோள்களை விண்ணுக்குக் கொண்டு செல்லும் ஏவுவாகனங்கள் பெரும்பாலும் ஒருமுறை மட்டும்தான் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. உலகில் உள்ள ஏவுவாகனங்கள் இரண்டு அடுக்குகள் முதல் ஐந்து அடுக்குகள் வரை வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. ஏவுவாகனத்தின் இந்த அடுக்குகள் எரிந்து முடிந்தவுடன் மேலே சென்று கொண்டிருக்கும் மீதமுள்ள ஏவுவாகனத்தின் பாகங்களில் இருந்து பிரிக்கப்படும். எந்த உயரத்தில் பிரிக்கப்படுகிறது என்பதைப் பொறுத்து அவை விண்வெளி குப்பைகளாக மாறுமா? இல்லையா? என்பது முடிவு செய்யப்படும்.
உதாரணத்திற்கு, ஏவுவாகனத்தின் கீழ்நிலை அடுக்குகள் (Lower stages) புவியின் வளிமண்டலத்திலேயே (Earth atmosphere) அல்லது அதைவிடச் சற்று உயரத்திலேயே சென்று கொண்டிருக்கும் ஏவுவாகனத்தில் இருந்து பிரிக்கப்படும். அதனால் அவை பிரிக்கப்பட்ட சில நிமிடங்களில் புவி ஈர்ப்பு விசையால் ஈர்க்கப்பட்டுப் புவியின் வளிமண்டலத்திற்குள் இறங்கி தரையிலோ அல்லது கடலிலோ விழுந்து விடும். இவை விண்வெளிக் குப்பைகளாக மாறுவது இல்லை.
ஏவுவாகனத்தின் கடைசி அடுக்கில் தான் விண்கலங்களும் (crew module/space ship) செயற்கைக்கோளும் (Spacecraft) இணைக்கப்பட்டு இருக்கும். ஏவுவாகனத்தின் ஒவ்வொரு அடுக்கும் ஒரு குறிப்பிட்ட வேகத்தைக் கொடுத்துக் கொண்டு வரும். இறுதியாகச் செயற்கைக்கோளுக்குத் தேவையான வேகத்தைத் துல்லியமாகக் கணக்கிட்டு மீதமுள்ள வேகத்தை அளிப்பது இந்தக் கடைசி அடுக்கு தான். அதாவது ஒரு செயற்கைக்கோளுக்கு எந்த வேகம் கொடுக்கப்பட்டால் அது குறிப்பிட்ட சுற்று வட்டப்பாதையினால் (orbit) சுற்ற முடியுமோ அதே வேகத்தில் ஏவுவாகனத்தின் கடைசி அடுக்கும் இருக்கும் என்பதை இங்கு புரிந்து கொள்ளலாம்.
இப்படியாக ஏவுவாகனத்தின் இறுதி நிலைகள் விண்வெளிக் குப்பைகளாக மாறுகின்றன. அவையும் புவியைச் சில காலம் சுற்றி வருகின்றன. புவியின் ஈர்ப்பு விசையின் (Earth’s gravity) காரணமாகத்தான் இருக்கும் இடத்திலிருந்து மெல்ல மெல்ல புவியை நோக்கி கிழே இறங்க ஆரம்பிக்கும். புவியின் வளிமண்டலத்திற்குள் உள்ளே நுழையும் பொழுது அதன் வேகம் மணிக்கு 20000 கிலோமீட்டருக்கு அதிகமாக இருக்கும். அந்த அதீத வேகத்தில் வளிமண்டலத்தில் இறங்கும் போது வளிமண்டலக் காற்றினால் ஏற்படும் உராய்வின் காரணமாகப் பெரும்பாலான பாகங்கள் எரிந்து விடும். இதில் மிஞ்சிய பாகங்கள் புவியில் வந்து விழும்.
இந்த ஏவுவாகனத்தின் பாகங்கள் விண்வெளிக் குப்பையில் மிகக் குறைந்த அளவு தான் இருக்கும். இன்றைய கணக்கீட்டின்படி இது 20 விழுக்காட்டுக்கும் குறைவு. ஏவுவாகனத்தின் இறுதி அடுக்கின் பாகங்கள் குறைந்த விண்வெளிக் குப்பையை உருவாக்கும் வகையில் உருவாக்கப்படுகின்றன.
விண்வெளிக் குப்பையில் பெரும்பாலான பங்கு செயற்கைக்கோளினால் உருவாவது தான். அதற்கு முன்பு செயற்கைக்கோளின் வாழ்நாள் என்ன என்பதை முதலில் அறிந்து கொள்வோம். குறிப்பிட்ட ஒரு சுற்று வட்ட பாதையில் செயற்கைக்கோள் நிலைநிறுத்தப்படும் பொழுது அதற்குத் தேவையான வேகம் கொடுக்கப்படுகிறது. ஆனால் புவி, சூரியன் மேலும் மற்ற நட்சத்திரங்களினால் ஏற்படும் ஈர்ப்பு விசையின் காரணமாகச் செயற்கைக்கோள் அது விடப்பட்ட இடத்திலிருந்து நகர ஆரம்பிக்கும்.
இந்த மாற்றத்தைச் சரி செய்து மீண்டும் சரியான இடத்தில் செயற்கைக்கோளை நிலை நிறுத்துவது அவசியம். இந்தப் பணியைச் செவ்வனே செய்வதற்காக உந்துவிசையை உருவாக்கக்கூடிய சிறிய திரவ இயந்திரங்கள் (small thrusters)செயற்கைக்கோளில்பொருத்தப்பட்டு இருக்கும். செயற்கைக்கோளின் அளவைப் பொறுத்து சில நியூட்டன்கள் முதல் பல கிலோ கிராம் உந்துவிசையை உருவாக்கக் கூடிய வகையில் அந்த இயந்திரங்கள் இருக்கும். இந்தத் திரவ இயந்திரங்களை இயக்குவதற்கு எரிபொருள் தேவைப்படும். அந்த எரிபொருட்கள் செயற்கைக்கோளில் நிரப்பப்பட்டிருக்கும்.
பலகாலம் விண்வெளியில் இயங்கிக் கொண்டிருக்கும் செயற்கைக்கோளுக்கு அதில் இருக்கும் எரிபொருள் குறைந்து கொண்டே வரும். ஒரு குறிப்பிட்ட தருணத்தில் இனிமேல் செயற்கைக்கோளை நகர்த்துவதற்குத் தேவையான எரிபொருள் இல்லை என்ற நிலை வரும். அப்பொழுது நமக்குப் பயன் பெறாத பொருளாக இயங்கிக் கொண்டிருந்த செயற்கைக்கோள் மாறும். அது ஒரு விண்வெளிக் குப்பையாக மாறுகிறது. சரியாகப் பாகங்கள் வேலை செய்யாமல் போகும் செயற்கைக்கோளும் விண்வெளி குப்பையாகிவிடும். விண்வெளியில் தொடர்பு கொள்ள இயலாத பொருட்களும் குப்பைகளாக மாறுகின்றன. =
விண்வெளி குப்பைகள் புவியின் ஈர்ப்பு விசையால் ஈர்க்கப்படுமா?
இந்தக் குப்பைகள் புவியின் ஈர்ப்பு விசையால் புவிக்குள் வந்து விடாதா? என்றால் வந்துவிடும் என்று கூறலாம். ஆனால் எந்த உயரத்தில் இருக்கிறது என்பதைப் பொறுத்து அதன் காலம் மாறுபடும். உதாரணத்திற்கு 300 கிலோ மீட்டர் உயரத்திற்குக் கீழ் இருக்கும் செயற்கைக்கோள்கள் தோராயமாகப் பத்து ஆண்டுகளில் புவியின் ஈர்ப்பு விசை காரணமாகப் புவியில் வந்து விழும். புவியின் கீழ்வட்ட பாதையில் அதாவது ஆயிரம் கிலோ மீட்டர் உயரத்திற்குக் கீழே சுற்றிக் கொண்டிருக்கும் செயற்கைக்கோள்கள் விண்வெளி குப்பைகளாக மாறுவதைக் குறைப்பதற்கு அவை 300 கிலோ மீட்டர் உயரத்தில் கொண்டு வந்து விடப்படுகின்றன.
விண்வெளியில் பல்வேறு ஈர்ப்பு விசையால் இடம் மாறும் செயற்கைக்கோளை சரியான இடத்தில் வைக்கப் பயன்படும் சிறிய திரவ இயந்திரங்களைப் பயன்படுத்திதான் செயற்கைக்கோள்கள் 300 கிலோ மீட்டர் உயரத்திற்குக் கொண்டுவரப்படுகின்றன. செயற்கைக்கோளில் இருக்கும் திரவ எரிபொருளின் அளவு அவ்வப்போது கண்காணிக்கப்படுகிறது. எரிபொருள் முழுவதுமாகக் காலியாவதற்கு முன்பாக அதன் கடைசிச் சிறிதளவு எரிபொருள் இதற்காகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
2011 ஆம் ஆண்டு 870 கிலோ மீட்டர் உயரத்தில் நிலை நிறுத்தப்பட்ட இந்தியாவின் மெகா டிராபிக்ஸ் (Megha – Tropiques) எனப்படும் செயற்கைக்கோள் ஏப்ரல்-2022 இல் அதன் இயக்கம் முடிவுக்கு வந்தது. அதன் பிறகு, அதுவிண்வெளிக் குப்பையாக மாறுவதைத் தவிர்ப்பதற்காக, மார்ச் 2023 – ல் இந்தச் செயற்கைக்கோள் 300 கிலோ மீட்டர் உயரத்திற்குக் கொண்டுவரப்பட்டது. இதுபோல் பல செயற்கைக்கோள்கள் புவியின் மீது விழுமாறு கொண்டு வரப்படுகின்றன.
600 கிலோ மீட்டர் உயரத்தில் சுற்றிக் கொண்டிருக்கும் விண்வெளி குப்பைகள் புவியை வந்தடையப் பல ஆண்டுகள் ஆகும். 800 கிலோமீட்டர் உயரத்தில் இருக்கும் செயற்கைக்கோள் நூறு ஆண்டுகளில் புவியின் வளிமண்டலத்தை அடையும். 800 கிலோ மீட்டருக்கு மேல் நிலைநிறுத்தப்பட்ட செயற்கைக்கோள்கள் புவியின் வளிமண்டலத்தை வந்தடைய ஆயிரக்கணக்கான ஆண்டுகள் ஆகும். 300 கிலோ மீட்டர் உயரத்திலிருந்து 36,000 கிலோ மீட்டர் உயரம் வரை வேறு வேறு உயரத்தில் பல்வேறு பயன்பாடுகளுக்காகச் செயற்கைக்கோள்கள் நிலைநிறுத்தப்பட்டுள்ளன.
24 – மணி நேரத்தில் புவி தன்னைத்தானே ஒரு முறை சுற்றி வருகிறது. அதே வேகத்தில் செயற்கைக்கோள் சுற்றி வந்தால் புவியின் ஒரு பாகத்தை எப்பொழுதும் பார்த்துக் கொண்டே இருக்கலாம். இந்தத் தேவைக்காக அனுப்பப்படும் செயற்கைக்கோள்களைத் தொலைத்தொடர்பு செயற்கைக்கோள்கள் (Communication satellites) என்கிறோம். இவை 35,786 கிலோமீட்டர் உயரத்தில் நிலை நிறுத்தப்படுகின்றன (GEO: Geostationary orbit). அங்கு வினாடிக்கு மூன்று கிலோமீட்டர் என்ற வேகத்தில் இவை புவியை வலம் வருகிறது.
புவியைக் கண்காணிக்க அனுப்பப்படும் தொலை உணர்வு செயற்கைக்கோள்கள் (Remote Sensing Satellites) ஆயிரம் கிலோ மீட்டர் உயரத்திற்குக் கீழே உள்ள சுற்றுவட்ட பாதையில் நிலை நிறுத்தப்படுகின்றன (LEO: Lower earth orbit). வானிலை தொடர்பான பல்வேறு காரணங்களுக்காக இந்தச் செயற்கைக்கோள்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அதனால் புவியின் மேற்பரப்பைத் துல்லியமாகப் படம் பிடிக்க வேண்டிய கட்டாயம் இருக்கிறது.
புவியின் மேற்பரப்பிற்கு அருகில் இருக்கும் பொழுது தெளிவான படங்களை எடுக்க முடியும். அதுபோல விண்வெளி வீரர்கள் புவியிலிருந்து குறைந்த தூரத்தில் விண்வெளிக்குச் சென்று ஆராய்ச்சிகளைச் செய்து திரும்பப் புவிக்கு வருவதற்காகச் சர்வதேச விண்வெளி நிலையம் (ISS: International space station) புவியிலிருந்து 420 (413 x 422) கிலோமீட்டர் தொலைவில் வலம் வந்து கொண்டிருக்கிறது. புவிக்கு அருகில் சர்வதேச விண்வெளி நிலையம் சுற்றி வருவதால் 90 நிமிடங்களில் புவியை ஒருமுறை சுற்றி வந்துவிடும். அதாவது ஒரு நாளைக்கு 16 முறை பூமியைச் சுற்றி வரும் என்பதை இங்கு தெரிந்து கொள்ள வேண்டும்.
மேற்கூறிய இரண்டு சுற்றுவட்டப் பாதைகளுக்கு இடையில் நிலைநிறுத்தப்படும் செயற்கைக்கோள்களை நடுத்தரப் புவி சுற்றுவட்ட பாதை (MEO: Medium Earth orbit) என்று கூறுகிறோம். நாம் எங்கே இருக்கிறோம் என்பதைக் கண்டறிய அனுப்பப்படும் செயற்கைக்கோள்களின் கூட்டமைப்பு (GPS: Global Positioning System, Galileo system, IRNSS etc.,) இந்த வட்டப்பாதைகள் தான் புவியைச் சுற்றி வருகிறது.
முன்பே கூறியபடி அதிக உயரத்தில் விடப்படும் விண்வெளிக் குப்பைகள், புவி ஈர்ப்பு விசையால் அவை புவியின் வளிமண்டலத்தை வந்து அடைவதற்குப் பல காலங்கள் ஆகும்.
அதனால் வாழ்நாள் முடிவடையும் தொலைத்தொடர்பு செயற்கைக்கோள்களை அது இருக்கும் உயரத்திலிருந்து மேலும் சில கிலோமீட்டர் உயரத்திற்குக் கொண்டு சென்று விடப்படுகின்றன. இவற்றுக்கு கல்லறைச் சுற்றுப்பாதை (graveyard orbit) என்று பெயரிட்டுள்ளார்கள். அங்கிருந்து திரும்ப வருவதற்குப் பல்லாயிரம் ஆண்டுகளாகும் என்பதால் அவை அங்கேயே சுற்றிக் கொண்டிருக்கும்.
1957 – ஆம் ஆண்டு அக்டோபர் 4ஆம் தேதி ஸ்புட்னிக் – 1 (Sputnik-1) என்ற செயற்கைக்கோளை ரஷ்யா முதன் முதலில் ஏவியது. இதுதான் மனிதனால் நிலை நிறுத்தப்பட்ட முதல் செயற்கைக்கோள். அதன் பிறகு கடந்த 66 ஆண்டுக் காலத்தில் எண்ணற்ற செயற்கைக்கோள்கள் புவியின் சுற்றுவட்ட பாதையில் நிலை நிறுத்தப்பட்டுள்ளன. அதன் விளைவாகப் பத்தாயிரத்திற்கும் அதிகமான செயற்கைக்கோள்கள் புவியை வலம் வந்து கொண்டிருக்கின்றன. அதில் நான்காயிரத்திற்கும் அதிகமான செயற்கைக்கோள்கள் இன்று பயன்பாட்டில் இருக்கின்றன.
விண்வெளியின் அளவை ஒப்பிடும் பொழுது இந்த அளவு குறைவு என்றாலும், மோதல்களினால் இந்த எண்ணிக்கை அதிகரித்துக் கொண்டே செல்கிறது. சுற்றிக்கொண்டிருக்கும் செயற்கைக்கோளிலிருந்து பிரிக்கப்படும் பாகம் ஒரு விண்வெளிக் குப்பையாக மாறுகிறது. அந்த விண்வெளிக் குப்பை வேறு ஏதாவது ஒரு பொருளுடன் மோதும் பொழுது அந்த மோதலின் காரணமாகப் பல குப்பைகளை உருவாக்குகின்றன. இப்படித் தான் குப்பைகளின் எண்ணிக்கை அதிகரித்துக் கொண்டே வருகிறது.
அடுத்த இதழில் தொடரும்…
