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Volatile-Rich Bodies पर नमूना संग्रह के लिए अंतरिक्ष यान की इंजीनियरिंग
अस्थिर समृद्ध celestial शरीर - कोमेट, बर्फीले चंद्रमा, और आदिम क्षुद्रग्रहों - पानी बर्फ, जमे हुए कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन, अमोनिया और जटिल कार्बनिक यौगिकों को शामिल किया गया। ये पदार्थ सौर प्रणाली के गठन से प्राचीन अवशेष हैं, जो पृथ्वी पर पानी और जैविक रसायन के मूल के बारे में झूठ बोलते हैं। इन वस्तुओं से नमूनों को इकट्ठा करने के लिए अंतरिक्ष यान इंजीनियरिंग की आवश्यकता होती है जो थर्मल प्रबंधन, कम-ग्रेविटी संचालन, संदूषण नियंत्रण और नमूना संरक्षण की सीमाओं को धक्का देती है। नासा के स्टारडस्ट, ईएसए के रोज़ा जैसे मिशन, और आगामी परियोजनाओं जैसे कि इन हार्डवेयर रिटर्न [FLT: 1]
वैलाटाइल-रिच एन्वायरमेंट्स की अनोखी चुनौतियां
अस्थिर समृद्ध शरीर चरम स्थितियों का एक संयोजन प्रस्तुत करते हैं जो शायद ही कभी कहीं कहीं और मिलते हैं: माइक्रोग्राविटी, गंभीर ठंड, टेढ़े वातावरण या एक्सोस्फीयर, और सतह जो भंगुर, शराबी या बर्फ को उखाड़ने में ढके हुए हो सकती हैं। इंजीनियर्स को अंतरिक्ष यान डिजाइन करना चाहिए जो न केवल जीवित रहने और संचालित करने के लिए बल्कि अपने अस्थिर सामग्री को बदलने के बिना प्रिस्टिन नमूने भी एकत्र करते हैं।
कम-ग्रेविटी संचालन और एंकरिंग
धूमकेतु और छोटे बर्फीले चंद्रमा बहुत कम सतह गुरुत्वाकर्षण है - पृथ्वी के कुछ प्रतिशत के बाद। बड़े शरीर के लिए डिज़ाइन किए गए मानक लैंडिंग पैर या रोबोट हथियार काम नहीं कर सकते हैं; एक अंतरिक्ष यान को उछाल या बहाने से बाहर निकाल सकता है। समाधान में हर्पून जैसी एंकर, बर्फ के स्क्रू और सक्रिय जोरदारों के साथ नरम लैंडर्स शामिल हैं, जो संपर्क बनाए रखने के लिए। ESA के फिला लैंडर को 67P / Cuuryumov-Gerasimenko ने उछाल का मुकाबला करने के लिए एक लैंडिंग गियर सिस्टम का इस्तेमाल किया, हालांकि खराबी ने कठिनाई को उजागर किया। भविष्य नमूना-संग्रह मिशनों का पता चला है [[FLT: 0]
तापमान चरम और थर्मल नियंत्रण
अस्थिर समृद्ध शरीर छायांकित क्षेत्रों में या बड़े हेलीओसेंटिक दूरी पर 200 °C (73 K) के रूप में ठंडी हो सकता है। उसी समय, कुछ धूमकेतुओं को सूर्य से संपर्क करने के रूप में तेजी से वार्मिंग का अनुभव होता है। थर्मल कंट्रोल सबसिस्टम्स को संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स और उपकरणों को ढालना चाहिए, जबकि एकत्र नमूनों की अस्थिर सामग्री को संरक्षित करना भी। बहु परत इन्सुलेशन, रेडियोइसोटोप हीटर इकाइयों (RHUs) और चरण परिवर्तन सामग्री आम हैं। नमूना संग्रह के लिए, अधिग्रहण उपकरण को स्वयं को पहले से ठंडा या गरम किया जाना चाहिए ताकि पिघलने या बर्फ की संघनननननन को रोका जा सके। [[FLT: 0]Rosettabiter के साथ एक दशक की चिंतनशील तापमान स्थिरता बनाए रखने के लिए एक स्थिर है।
संदूषण और ग्रह संरक्षण
अस्थिर नमूने अंतरिक्ष यान आउटगासिंग, माइक्रोबियल स्पोर या अवशिष्ट रसायनों से प्रदूषण के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं। स्ट्रिंगेंट ग्रह सुरक्षा प्रोटोकॉल लागू होते हैं, विशेष रूप से उन निकायों के लिए जो अतीत या वर्तमान जीवन के संकेतों को परेशान कर सकते हैं, जैसे कि एनेस्लाडस या यूरोपा। अंतरिक्ष यान को साफ कमरे में इकट्ठा किया जाता है, जो हाइड्रोकार्बन को कम करने के लिए पकाया जाता है, और यदि आवश्यक हो तो इसे निष्फल किया जाता है। नमूना कंटेनरों को पृथ्वी के प्रदूषण को रोकने के लिए कई परतों में सील किया जाता है और प्रक्षेपण और पुनर्वित्त के दौरान अस्थिरता से volatiles रखने के लिए।
सैम्पलिंग टेक्नोलॉजीज: टच-एंड-गो से डीप ड्रिलिंग तक
नमूना विधि का विकल्प शरीर की सतह के गुणों और विज्ञान उद्देश्यों पर निर्भर करता है। ढीले रेगॉलिथ का भूतल संग्रह अपेक्षाकृत सीधा है, लेकिन उप-सतह बर्फ या कार्बनिक समृद्ध सामग्रियों को प्राप्त करने के लिए अधिक आक्रामक उपकरण की आवश्यकता होती है।
स्कूप और आर्म्स के साथ सतही सैम्पलिंग
धूल या दानेदार सतहों के साथ शरीर के लिए, रोबोटिक स्कूप और ग्रिपर सीधे सामग्री इकट्ठा कर सकते हैं। स्टारडस्ट अंतरिक्ष यान ने 6.1 किमी / एस पर फ्लाईबी के दौरान धूल को फंसाने के लिए एयरगेल के पैडल-जैसे कलेक्टर का इस्तेमाल किया। जबकि छोटे कणों के लिए प्रभावी, ऐसे तरीके बिना अपघटन के अस्थिर बर्फ को इकट्ठा करने के लिए कम अनुकूल हैं। आधुनिक डिजाइनों में शामिल हैं OSIRIS-REx]-शैली के स्पर्श-और-go नमूना अधिग्रहण तंत्र (TAGSAM) जो एक संग्रह कक्ष में कणों को उड़ाने के लिए दबाव वाले नाइट्रोजन गैस का उपयोग करते हैं, हालांकि इस मिशन ने एक अस्थिर शरीर के बजाय एक क्षुद्रुद्रुद्रुत को लक्षित किया।
ड्रिल और कोर्स के लिए सब्सफेस एक्सेस
सतह के नीचे, अस्थिर समृद्ध शरीर अक्सर अंतरिक्ष मौसम और सौर विकिरण से संरक्षित अव्यक्त सामग्री को संरक्षित करते हैं। ड्रिल, कोरियर, या क्रायोजेनिक ऑगर्स को बर्फ के क्रस्ट में प्रवेश करने की आवश्यकता होती है। Philae lander ने 23 सेमी तक की सतह से कोर निकालने के लिए डिज़ाइन किया गया एक ड्रिल किया, लेकिन यह बिजली की कमी के कारण काम करने में विफल रहा। बाद के अध्ययनों ने गर्म अभ्यास या घूर्णन कोर्स प्रस्तावित किया है जो अल्ट्रा-cold वैक्यूम में काम कर सकते हैं। योजनाबद्ध ] एक साथ काम करने वाले कॉमेट सर्फेसविज़न सैंपल रिटर्न [FLT] को पिघलाया।
टच-एंड-गो वॉलैटाइल सैम्पलिंग
अस्थिर समृद्ध शरीर के लिए एक आशाजनक दृष्टिकोण स्पर्श-एंड-गो (टीएजी) है जो क्रायोजेनिक संग्रह के साथ संयुक्त नमूना है। अंतरिक्ष यान सतह पर पहुंचता है, एक नमूना सींग या हाथ का विस्तार करता है, और एक प्रोजेक्टाइल को आग लगाता है या एक वायवीय प्रणाली का उपयोग करता है जो कुछ ही सेकंड तक रहता है। यह थर्मल अशांति को कम करता है और अंतरिक्ष यान संदूषण के जोखिम को कम करता है। जेएएक्सए के हयाबुसा 2 ने क्षुद्रग्रह के लिए एक भिन्नता का उपयोग किया, और इसी तरह के सिद्धांतों को एक में धूमकेतु के लिए अनुकूलित किया जा रहा है।
नमूना संरक्षण और वापसी
एक बार एकत्र होने के बाद, अस्थिर समृद्ध नमूनों को तब तक ठंडा रहना चाहिए जब तक वे पृथ्वी प्रयोगशालाओं तक पहुंचें। अंतरिक्ष यान गर्मी या पृथ्वी के वायुमंडल के लिए भी संक्षिप्त संपर्क उच्च बनाने, रासायनिक परिवर्तन या संदूषण का कारण बन जाएगा।
क्रायोजेनिक कंटेनर
विशिष्ट नमूना वापसी कनस्तरों को निष्क्रिय क्रायोकुलर, वाष्प-ठंडा ढाल, या यहां तक कि छोटे सक्रिय क्रायोकुलर का उपयोग करके -180 °C से नीचे तापमान बनाए रखने के लिए विकसित किया जा रहा है। एक अवधारणा एक ] क्रायो- शीशी का उपयोग वैक्यूम-इन्सुलेट हाउसिंग के भीतर किया जा सकता है जिसे अंतरिक्ष यान से अलग किया जा सकता है और एक पृथ्वी पुनर्केंद्रित कैप्सूल के अंदर रखा जा सकता है। संभावित इंसलाडस प्लम नमूना वापसी जैसे मिशनों के लिए, कंटेनर को पूरे क्रूज चरण के लिए 200 °C से नीचे रहने की आवश्यकता होगी, संभवतः कम-संचार समर्थन और बहु परत इन्सुलेशन के संयोजन का उपयोग कर सकते हैं।
कैप्सूल में गर्भनिरोधक नियंत्रण
नमूना कैप्सूल को गैसों या कणों के किसी भी आदान-प्रदान को रोकने के लिए हर्मेटिक रूप से सील किया जाना चाहिए। कैप्सूल के पुनरावर्तन के बाद, इसे जल्दी से क्रायोजेनिक दस्तानेबॉक्स के साथ एक साफ कमरे में स्थानांतरित किया जाता है। Stardust नमूना वापसी कैप्सूल ने काल्पनिक धूल की सफल सील प्रदर्शित की, हालांकि एयरगेल कलेक्टर को अस्थिर बर्फ के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया था। अस्थिर समृद्ध शरीर के लिए भविष्य के मिशन धातु सील और डबल दीवार वाले कैंस्टरों का उपयोग फट डिस्क के साथ करेगा ताकि नमूना अखंडता को समझौता किए बिना अवशिष्ट गैस से किसी भी दबाव निर्माण को रोकने के लिए।
एक पूरक के रूप में इन-सिटू विश्लेषण
चूंकि नमूना वापसी महंगी और तकनीकी रूप से मांग है, कई मिशनों में बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रोमीटर, गैस क्रोमैटोग्राफ और अन्य उपकरणों को सीटू में अस्थिरता का विश्लेषण करने के लिए भी शामिल है। यह तत्काल डेटा प्रदान करता है और नमूना संग्रह प्रक्रियाओं को मान्य करने में मदद करता है। Rosetta orbiter's ROSINA उपकरण ने सीधे धूमकेतु की अस्थिर संरचना को मापा, जबकि फिला लैंडर के Ptolemy और COSAC उपकरणों ने गैस विश्लेषण किया। इस तरह के डेटा नमूना अध्ययन को समृद्ध करता है और भविष्य के संग्रह की योजना बनाने में मदद करता है।
Volatile-Rich नमूना संग्रह में भविष्य की दिशा
कई आगामी मिशनों का लक्ष्य इन इंजीनियरिंग सिद्धांतों को लागू करना और आगे बढ़ाना है।
धूमकेतु इंटरसेप्टर
ESA के धूमकेतु इंटरसेप्टर (2029) में लक्षित रों लॉन्च एक गतिशील रूप से नए धूमकेतु को ओर्ट क्लाउड से आने का दौरा करेंगे। यह धूमकेतु को उड़ान भरने और प्रभाव आधारित कलेक्टरों का उपयोग करके धूल और गैस नमूनों को इकट्ठा करने के लिए दो उप-स्पेसक्राफ्ट को तैनात करेगा। हालांकि यह पृथ्वी पर नमूनों को वापस नहीं करता है, यह भविष्य के नमूने वापसी के लिए प्रासंगिक तेजी से फ्लाईबाय संग्रह और संरक्षण तकनीकों का परीक्षण करेगा।
Enceladus और Europa प्लम Sampling
शनि के चंद्रमा Enceladus cryovolcanic प्लम के माध्यम से पानी वाष्प और कार्बनिक कणों को बाहर निकालता है। NASA के Enceladus Orbilander अवधारणा चंद्रमा को कक्षाबद्ध करने का प्रस्ताव करती है और फिर प्लम सामग्री एकत्र करने के लिए उतरती है। इस तरह के एक मिशन को अस्थिर कार्बनिक और अमीनो एसिड को ठंडी या उर्जा देने के बिना पकड़ने के लिए अत्यंत संवेदनशील नमूना हैंडलिंग की आवश्यकता होगी। विद्युत क्षेत्रों या चिपचिपा सतहों का उपयोग करके सक्रिय संग्रह प्रस्तावित किया गया है, साथ ही क्रायो लॉकर में तत्काल सील के साथ।
उप-आइस महासागर का उपयोग
लंबे समय तक अवधारणाएं यूरोपा पर बर्फ क्रस्ट्स-किलोग्राम-थिक के माध्यम से ड्रिलिंग को संशोधित करती हैं - तरल जल महासागर तक पहुंचने के लिए। वर्तमान क्षमताओं से परे, गर्म-टिप ड्रिल में अनुसंधान, परमाणु संचालित पिघल जांच और स्वायत्त नमूना पुनर्प्राप्ति जारी है। कॉमेडी नमूना संग्रह से सीखे गए सबक सीधे इन महत्वाकांक्षी प्रयासों को सूचित करेंगे।
निष्कर्ष
ज्वालामुखी समृद्ध शरीर पर नमूना संग्रह के लिए अंतरिक्ष यान इंजीनियरिंग थर्मल विज्ञान, यांत्रिक डिजाइन, संदूषण नियंत्रण और मिशन वास्तुकला का एक जटिल अंतर-कार्य है। प्रत्येक मिशन - स्टारडस्ट और रोज़ा से भविष्य में धूमकेतु इंटरसेप्टर और एनेस्लाडस नमूना वापसी तक - क्या संभव है की सीमाओं को खींचता है। वे जिन नमूनों को पुनः प्राप्त करते हैं वे सिर्फ चट्टानों और बर्फ नहीं हैं; वे सौर प्रणाली के डॉन से समय कैप्सूल हैं। चूंकि ये तकनीक परिपक्व होती हैं, हम पृथ्वी पर पानी और कार्बनिक अणुओं को कैसे पृथ्वी पर पहुंचाने के बारे में मौलिक सवालों के जवाब देने के करीब हैं, उनके पास बीज जीवन हो सकता है। गहरी जगह में वाष्पशील और संरक्षित करने के लिए आवश्यक इंजीनियरिंग नवाचारों को चुनौती देने और सभी को पुरस्कृत करने के बीच हैं।