अंतरिक्ष ऋणों को हटाने के लिए इलेक्ट्रिक प्रॉपल्सन में उभरते रुझान

ऑर्बिटल डेबरिस की बढ़ती चुनौती

अंतरिक्ष युग के दिन से हजारों उपग्रहों, रॉकेट निकायों और खंडों को पृथ्वी कक्षा में जमा किया गया है। यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी के अनुसार, 10 सेमी से अधिक वस्तुओं को वर्तमान में ट्रैक किया गया है, और लाखों छोटे टुकड़े अंतरिक्ष यान के लिए टकराव जोखिम को pose करते हैं। बाएं अचेक किए गए, यह मलबे उन टकरावों के एक झंडा को ट्रिगर कर सकता है जिन्हें केस्लर सिंड्रोम के रूप में जाना जाता है, जिससे पूरे कक्षीय बैंड को अनुपयुक्त बनाया जा सकता है। सक्रिय मलबे हटाने (ADR) मिशन अंतरिक्ष तक पहुंच को बनाए रखने के लिए आवश्यक हैं, और विद्युत प्रणोदन इन प्रयासों के एक प्रमुख समर्थक के रूप में उभर रहा है।

डेब्रिस हटाने के लिए इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन के लाभ

इलेक्ट्रिक प्रणोदन प्रणाली मलबे हटाने मिशन के लिए पारंपरिक रासायनिक थ्रस्टरों पर कई मूलभूत लाभ प्रदान करती है। सबसे महत्वपूर्ण है विशिष्ट आवेग - इलेक्ट्रिक थ्रस्टर्स आम तौर पर रासायनिक इंजनों के लिए 200-450 s की तुलना में 1,500-3,000 s या उच्च के Isp मानों को प्राप्त करते हैं। यह एक मलबे को हटाने वाली वाहन को वेग में समान कुल परिवर्तन के लिए कम प्रणोदक ले जाने की अनुमति देता है, जो कैप्चर तंत्र, सेंसर, या प्रति मिशन के लिए एकाधिक मलबे लक्ष्य को मुक्त करता है।

एक अन्य प्रमुख लाभ है precise जोर नियंत्रण. इलेक्ट्रिक थ्रस्टर्स एक विस्तृत श्रृंखला पर थ्रॉटल कर सकते हैं और छोटी दालों में काम कर सकते हैं, जिससे ठीक मैन्युवर्स को टम्बलिंग मलबे के साथ और स्थिरीकरण के लिए आवश्यक सक्षम बनाया गया है। उनके लंबे परिचालन जीवनकाल - हजारों घंटे के दस - एक एकल अंतरिक्ष यान को महीनों या वर्षों में कई दुर्गम जलता करने की अनुमति देते हैं, बल्कि एक ही उच्च-थ्रस्ट बर्न पर भरोसा करने के बजाय।

व्यापार-बंद और सिस्टम-स्तर निहितार्थ

जबकि विद्युत प्रणोदन उच्च दक्षता का दावा करता है, इसके कम जोर (आमतौर पर मिलिनवेटन में न्यूटन रेंज में) का मतलब है कि आमतौर पर रासायनिक प्रणोदन की तुलना में अधिक समय लगता है। इसके लिए सावधानीपूर्वक मिशन योजना की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से समय-संवेदनशील मलबे के मुठभेड़ों के लिए। हालांकि, कम प्रणोदक द्रव्यमान लॉन्च की लागत को कम कर सकता है या एक छोटी, हल्का अंतरिक्ष यान बस की अनुमति दे सकता है। इलेक्ट्रिक प्रणोदन मजबूत बिजली कंडीशनिंग और थर्मल प्रबंधन प्रणालियों की मांग करता है, लेकिन सौर सरणी प्रौद्योगिकी और बैटरी भंडारण में प्रगति इन आवश्यकताओं को तेजी से प्रबंधनीय बना रही है।

ADR के लिए इलेक्ट्रिक प्रोपुल्सन टेक्नोलॉजीज के प्रकार

हॉल इफेक्ट थ्रस्टर्स

हॉल प्रभाव थ्रस्टर्स (HETs) एक चुंबकीय क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों को फँसाने और बिजली की क्षमता में आयनों को तेज करने से जोर देते हैं। वे जोर घनत्व और दक्षता के बीच एक अच्छा संतुलन प्रदान करते हैं, आम तौर पर 1,500-2,500 के आसपास Isp के साथ जोर के 10-500 mN का उत्पादन करते हैं। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध HETs जैसे SPT-100 में कई भू-स्थिर उपग्रहों पर उड़ान विरासत होती है, और स्केल किए गए संस्करण को मलबे हटाने के लिए अनुकूलित किया जा रहा है। उनकी मजबूती और मध्यम शक्ति आवश्यकताओं (1-5 किलोवाट) उन्हें निकट अवधि के ADR मिशनों के लिए आकर्षक बनाते हैं।

आयन थ्रस्टर्स

आयन थ्रस्टर्स इलेक्ट्रोस्टैटिक ग्रिड का उपयोग करके आयनों को तेज करते हैं, जो किसी भी परिपक्व इलेक्ट्रिक प्रणोदन प्रकार के उच्चतम विशिष्ट आवेग को प्राप्त करते हैं - अक्सर 3,000 से अधिक। जबकि जोर हॉल थ्रस्टर्स से समान शक्ति स्तर (जैसे, 20-100 mN) से कम है, बड़े पैमाने पर बचत पर्याप्त हो सकती है। नासा विकासवादी ज़ेनॉन थ्रस्टर (NEXT) और यूरोपीय T6 थ्रस्टर ने 50,000 h या अधिक के जीवनकाल को प्रदर्शित किया है, जिससे उन्हें लंबे समय तक गिरावट वाले मलबे हटाने वाले अभियानों के लिए उपयुक्त बनाया गया है। आयन थ्रस्टर्स भी एक बहुत ही संकीर्ण, अच्छी तरह से संयोजित बीम का उत्पादन करते हैं, जिससे संवेदनशील कैप्चर सेंसरों के लिए प्लम संदूषण जोखिम कम हो जाता है।

Electrospray Thrusters

इलेक्ट्रोस्प्रे या आयन-आयन थ्रस्टर्स एक आयनिक तरल या पिघला हुआ धातु प्रणोदक से चार्ज बूंदों या आयनों को निकालने के लिए उत्सर्जक की सरणी का उपयोग करते हैं। उन्हें छोटे मलबे हटाने वाले उपग्रहों या कैप्चर ऑपरेशन के दौरान दृष्टिकोण नियंत्रण के लिए कॉम्पैक्ट, स्केलेबल मॉड्यूल (इलेक्ट्रिक माइक्रोप्रोप्युलेशन) आदर्श में बनाया जा सकता है। उप-मिललाइनवॉटन स्तरों पर पल्स थ्रस्ट की उनकी क्षमता एक बहुत ही छोटे पैकेज में अति सुंदर स्थिति सटीकता की आवश्यकता को सक्षम बनाती है। हालांकि अभी भी प्रयोगशाला और प्रारंभिक उड़ान प्रदर्शन (जैसे, LISA पथफेंडर मिशन पर), इलेक्ट्रोस्प्रे थ्रस्टर्स बहुत छोटे पैकेज में उच्च दक्षता (3,000 से अधिक) का वादा करते हैं।

डेब्रिस हटाने के लिए इलेक्ट्रिक प्रॉपल्सन में उभरते रुझान

हाइब्रिड प्रोपल्शन सिस्टम

कोई एकल प्रणोदन प्रौद्योगिकी एक मलबे हटाने मिशन के सभी चरणों को संतुष्ट नहीं है। हाइब्रिड आर्किटेक्चर जो विद्युत और रासायनिक थ्रस्टर्स को जोड़ती है, वे कर्षण प्राप्त कर रहे हैं: एक रासायनिक थ्रस्टर कक्षा बढ़ाने और तेजी से विमान परिवर्तनों के लिए आवश्यक उच्च जोर प्रदान करता है, जबकि इलेक्ट्रिक थ्रस्टर्स लंबे, ईंधन कुशल हस्तांतरण, पुन: पेशे से और deorbit जल को संभालती हैं। उदाहरण के लिए, ELSA-D मिशन (Astroscale) प्रारंभिक कक्षा सम्मिलन के लिए एक रासायनिक प्रणाली का उपयोग करता है और स्टेशन-कीपिंग और निकटता संचालन के लिए एक विद्युत प्रणाली का उपयोग करता है। यह दोहरी मोड दृष्टिकोण प्रणोत्तोलक अर्थव्यवस्था को समझौता किए बिना लचीलापन को अधिकतम करता है।

उन्नत शक्ति स्रोत और सौर इलेक्ट्रिक प्रणोदन

इलेक्ट्रिक प्रणोदन केवल अपनी बिजली आपूर्ति के रूप में सक्षम है। उभरते रुझानों में अल्ट्रा-लाइटवेट सौर सरणी (जैसे रोल-आउट फ्लेक्सिबल कंबल) शामिल हैं जो अंतरिक्ष यान में 10-30 किलोवाट प्रदान करते हैं, जिससे उच्च-थ्रस्ट हॉल थ्रस्टर्स या एकाधिक आयन थ्रस्टर्स को एक साथ काम करने में सक्षम बनाया गया है। 35% (मल्टी-जेंक्शन III-V कोशिकाओं) से ऊपर की क्षमता वाले अगली पीढ़ी के सौर कोशिकाओं में द्रव्यमान-विशिष्ट शक्ति में सुधार होता है। उच्च ऊर्जा-घनता लिथियम आयन बैटरी का उपयोग करके ऑनबोर्ड ऊर्जा भंडारण पावर-लंगरी कैप्चर ऑपरेशन को इष्टतम सौर रोशनी के साथ समयबद्ध करने की अनुमति देता है, जिससे बिजली की गति को अधिक गति मिलती है।

स्वायत्त नेविगेशन और एआई-ड्राइविंग मैन्युवर प्लानिंग

हटाने मलबे को उन वस्तुओं के साथ पुन: प्रयास करने की आवश्यकता होती है जो अक्सर अप्रत्याशित रूप से परेशान होते हैं और सहकारी बीकन की कमी होती है। इलेक्ट्रिक प्रणोदन की लंबी अवधियां अव्यवहारिक होगी यदि प्रत्येक जल को जमीन से पूर्व-संयोजित किया जाना था। इसके बजाय, हाल के मिशनों को एम्बेड किया गया है स्वायत्त मार्गदर्शन, नेविगेशन, और नियंत्रण (GNC) सिस्टम जो कैमरों, LiDAR, और AI का उपयोग करके वास्तविक समय में मलबे की गति का अनुमान लगाया जा सकता है और कम-थ्रस्ट ट्रांसफर की योजना बना सकता है।

प्लम-डेब्रिस इंटरेक्शन शमन

निकटता संचालन में विद्युत प्रणोदन के साथ लगातार चिंता यह है कि थ्रस्टर से उच्च-वैलोसी आयन लक्ष्य मलबे पर लगा सकते हैं, इसके दृष्टिकोण को बदल सकते हैं या इसे दूर कर सकते हैं। कम ऊर्जा आयन बीम और विविधता को कम करने वाले चुंबकीय ढाल वादा दिखा रहा है। उदाहरण के लिए, एक उच्च-निष्ठा डिजाइन के साथ ग्रिड आयन थ्रस्टर को <5° विचलन, पास की सतहों के लिए गति हस्तांतरण के साथ बीम का उत्पादन कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त, बहु-मोड थ्रस्टर्स जो उच्च दक्षता (व्यापक प्लमाइन) और कम-अपक्षमता के बीच स्विच कर सकते हैं।

In-Orbit Refueling and Life Extension

एक विद्युत प्रणोदन अंतरिक्ष टग को ईंधन देने की क्षमता प्रति ऑब्जेक्ट को हटा दिया गया लागत को नाटकीय रूप से कम कर सकती है। विचार एक एकल सर्विसिंग प्लेटफॉर्म लॉन्च करना है जो मलबे को इकट्ठा करता है, एक टैंकर द्वारा ईंधन भर जाता है, और संचालन जारी रखता है। नासा के OSAM-1 (पूर्व में पुनर्स्थापना-L) और स्पेसलॉगिस्ट मिशन एक्सटेंशन पॉड (एमईपी) कक्षा में रहने वाले ईंधन भरने की ओर प्रारंभिक कदम हैं। विद्युत प्रणोदन के लिए, प्रणोदक (आम तौर पर xenon या krypton) को स्थानांतरित करने से रिसाव-तंग युग्मन और दबाव में चुनौतियों का परिचय होता है, लेकिन निष्क्रिय और कम रिसाव वाल्व डिजाइनों को लगातार हटाने में सक्षम बनाता है।

बड़े पैमाने पर डेबरी हटाने के लिए भविष्य आउटलुक

नियामक और नीति चालक

संयुक्त राष्ट्र अंतरिक्ष ऋण के रूप में अंतर्राष्ट्रीय दिशानिर्देशों की सिफारिश की जाती है कि उपग्रहों को जीवन के अंत के 25 वर्षों के भीतर निपटान किया जाता है। हालांकि, अनुपालन स्वैच्छिक रहता है, और विरासत मलबे का संचय जारी रहता है। राष्ट्रीय विनियमों का उभरना - उदाहरण के लिए, अमेरिकी संघीय संचार आयोग का पांच वर्षीय नियम - सक्रिय हटाने सेवाओं के लिए एक बाजार बना रहे हैं। ESA जैसी एजेंसियों ने क्लियरस्पेस -1 मिशन के लिए प्रतिबद्ध किया है, जो 100 किलो पेलोड एडाप्टर को कैप्चर करने और रोकने के लिए हॉल प्रभाव थ्रस्टर का उपयोग करेगा। नियामक दबाव बढ़ जाता है, विश्वसनीय इलेक्ट्रिक प्रणोदन एडीआर सिस्टम के लिए मांग बढ़ जाती है।

वितरित आर्किटेक्चर के माध्यम से स्केलिंग

कई बड़ी वस्तुओं को हटाने के लिए एक बड़े अंतरिक्ष यान भेजने के बजाय, एक सम्मोहक प्रवृत्ति का उपयोग है वितरित छोटे उपग्रहों . छोटे मलबे से हटाने वाले उपग्रहों की नक्षत्रों प्रत्येक कॉम्पैक्ट इलेक्ट्रोस्प्रे थ्रस्टर से लैस एकाधिक मध्यम आकार की वस्तुओं को लक्षित कर सकता है। आईबीओएसएस (ऑन-ऑर्बिट सर्विसिंग) अवधारणा के लिए बुद्धिमान भवन ब्लॉक और डीईओएस (जर्मन) मिशन मॉड्यूलर दृष्टिकोणों की खोज कर रहे हैं जहां बिजली के प्रणोदन मानकीकृत इंटरफेस के साथ डॉकिंग के लिए आवश्यक ठीक नियंत्रण प्रदान करता है। यह स्केलेबिलिटी प्रति-मिशन लागत को कम कर सकती है और स्वच्छ-अप समय को तेज कर सकती है।

In-Space विनिर्माण और विधानसभा के साथ Synergies

लंबे समय तक गिरावट इलेक्ट्रिक प्रणोदन न केवल मलबे को हटाने के लिए है - यह बड़े संरचनाओं की कक्षीय असेंबली को भी सक्षम बनाता है। पुन: प्रयोज्य रॉकेट कम लॉन्च लागत के रूप में, कुशल सौर विद्युत प्रणोदन के साथ इमारत के ब्लॉकों को स्थानांतरित करने की क्षमता आकर्षक हो जाती है। वही जोरदार तकनीक जो कि बड़े दूरबीनों या ईंधन भरने वाले डिपो के निर्माण के लिए grapples और deorbits मलबे को बाद में फिर से इस्तेमाल किया जा सकता है। यह दोहरे उपयोग योग्यता उच्च शक्ति वाले बिजली के प्रणोदन प्रणालियों में निवेश को तेज कर सकती है, जिससे मलबे को सीधे हटाने का लाभ मिल सकता है।

सारांश में, विद्युत प्रणोदन एक आला प्रौद्योगिकी से सक्रिय मलबे हटाने के कोने पत्थर में संक्रमण कर रहा है। हॉल, आयन और इलेक्ट्रोस्प्रे थ्रस्टर्स में निरंतर प्रगति के साथ; स्वायत्त GNC; और बिजली प्रणालियों, आने वाले दशक में परिचालन मिशन की पहली लहर देखने की संभावना है जो सक्रिय रूप से खतरनाक मलबे को हटा देती है। ये सिस्टम न केवल मौजूदा अंतरिक्ष संपत्ति की रक्षा करेंगे बल्कि एक सतत कक्षीय वातावरण के लिए मंच भी सेट करेंगे - जहां इलेक्ट्रिक प्रणोदन भविष्य की पीढ़ियों के लिए अंतरिक्ष को सुरक्षित रखने की आवश्यकता है।

]External Links:
]]] EsA - स्पेस डेब्रिस के बारे में ]
]]
]]NASA - OSAM-1 मिशन अवलोकन
]] [[FLT:]]Astroscale - EELSA-D Mission
] [[FLT:]]]]] [[FLT:]]]SpaceNews - ADRAS-J डेबरी