விண்வெளி பயணத்திற்கான எதிர்கால விண்கலங்கள்

பல்லாயிரக்கணக்கான ஆண்டுகளுக்கு முன் நம் முன்னோர்கள் ஆப்பிரிக்காவில் இருந்து வெளியேறி பூமி முழுவதும் பரவினார்கள். அண்மையில் இஸ்ரேலில் கண்டெடுக்கப்பட்ட மனித படிமம் 177,000 முதல் 194,000 ஆண்டுகள் வரை பழமையானது என்று கணித்துள்ளார்கள். இதன் மூலம் வரலாற்றின் தொடக்கத்தில் இருந்தே மனிதர்கள் பூமியில் சாகசப் பயணங்களை மேற்கொண்டிருந்திருக்கிறார்கள் என்று புரிந்து கொள்ளலாம். அதே போல் தற்போதைய மனித சமூதாயமும் பூமியை விட்டு வேறு கிரகங்களுக்கும், வேறு விண்மீன் பேரடைகளுக்கும் (galaxies)  செல்லும் மன நிலையில் இருக்கிறது. முன் எப்போதையும் விட தற்போது விண்வெளி பயணத்திற்கான ஆர்வம் மக்களிடையே அதிகரித்துள்ளது. 

(அபிள் தொலைநோக்கி எடுத்த Orion Nebulaவின் புகைப்படம். புகைப்பட உதவி: NASA/ESA)

வேறு கிரகங்களுக்கும், நம் சூரிய குடும்பத்திற்கு அப்பால் செல்லவும் அதிவேக விண்கலங்கள் தேவைப்படும். வியாழன் கிரகத்திற்கு அனுப்ப பட்ட நாசாவின் ஜூனோ விண்கலம் தான் மனிதர்கள் இதுவரை உருவாக்கியதிலேயே அதிவேக விண்கலம். இவ்விண்கலம் வியாழன் கிரகத்தின் ஈர்ப்பு விசையின் துணையுடன் மணிக்கு 265,000கிமி வேகம் வரை பறந்தது. இந்த விண்கலம் LEROS 1b என்ற வேதியல் இயந்திரத்தை பயன்படுத்தியது. இந்த இயந்திரம் எரிபொருளாக ஹைட்ரஜன், ஹைட்ராசைன் (hydrazine) மற்றும் நைட்ரோஜன் டெட்ராஆக்சைடுகளை பயன்படுத்தியது. 

(ஜூனோ விண்கலத்தின் வேகம் - ஒரு ஒப்பீடு. பட உதவி: NASA)

இதற்கு முன்னால் New Horizons என்ற விண்கலம் மணிக்கு 58,536 கிமி வேகத்தில் பூமியில் இருந்து ஏவப்பட்டது. இது ஒரு சாதனை வேகமாகும். அப்போலோ 10 திட்டத்தில் Saturn V SA-505 என்ற ராக்கெட் மணிக்கு 39,897 கிமி வேகத்தில் 1969ஆம் ஆண்டு பறந்ததும் ஒரு சாதனையாகும். Saturn Vராக்கெட் மண்ணெண்ணெய், திரவ ஆக்சிஜன் மற்றும் திரவ ஹைட்ரஜனையும் எரி பொருளாக பயன்படுத்தியது. 

இவ்வளவு வேகத்தில் ராக்கெட்டுகள் பறந்தாலும், அருகே உள்ள கிரகங்களுக்கு பயணிக்க இவ்வகை வேதியல் ராக்கெட்டுகளின் வேகம் குறைவேயாகும். நாசாவின் Mariner விண்கலம் செவ்வாய் கிரகத்திற்கு செல்ல எடுத்துக்கொண்ட காலம் 128 நாட்கள். விண்வெளி பயணத்திற்கு முக்கிய தேவைகளில் ஒன்று அதிவேக விண்கலங்கள். விண்கலங்களின் வேகத்தை அதிகப்படுத்தினால் கிரகங்களை வேகமாக அடைந்துவிடலாம். அது மட்டுமில்லாமல் நமது சூரிய குடும்பத்திற்கு அப்பாலும் எளிதாக பயணிக்கலாம். செவ்வாய் கிரகத்திற்கு செல்வதற்காகவே நாசா Space Launch System (SLS) என்ற ராக்கெட்டையும்   SpaceX நிறுவனம் BFR என்ற ராக்கெட்டையும் உருவாக்கி வருகின்றன. அது மட்டுமில்லாமல் நாசாவும் பிற விண்வெளி நிலையங்களும் அதிக வேக விண்கலங்களை உருவாக்குவதில் மும்முரமாக இயங்கி கொண்டிருக்கின்றன. அதி வேக விண்கலங்களை பயன்படுத்துவதன் மூலம் பயண நேரத்தை குறைப்பதே இவர்களின் முதல் குறிக்கோள். அத்தகைய விண்கலங்களுக்காக ion (அயனி) மற்றும் plasma (பிளாஸ்மா அல்லது மின்மக் கலவை) thrusters (உந்தூக்கி) இயந்திரங்கள் உருவாக்கப்பட்டு வருகின்றன. 

அயனி உந்தூக்கி 

விஞ்ஞானிகள் மின்சாரத்தை அடிப்படையாக கொண்டு இயங்கும் உந்துதல் அமைப்பை (propulsion system) உருவாக்கி வருகிறார்கள். இதன் மூலம் செவ்வாய் கிரகத்திற்கு சில வாரங்களிலேயே சென்று விடலாம். தற்போதைய வேதியல் சார்ந்த இயந்திரங்களின் மூலம் செய்வாய் கிரகத்திற்கு போக நான்கு முதல் ஆறு மாதங்களாகும். அயனி உந்தூக்கியும் உந்துதல் அமைப்பைச் சார்ந்த தொழில்நுட்பமாகும். இதில் எதிர்மின்னியை (electron) செனான் (xenon) என்னும் தனிமத்தோடு மோதவிடுவார்கள். அதன் விளைவாக அயனிகள் உருவாகி ஒரு உந்தும் ஆற்றல் (thrust) கிடைக்கும். செனான் தான் இங்கு எரிபொருளாக பயன்படுத்தப்படுகிறது. கீழே உள்ள வீடியோ அயனி உந்தூக்கியைப் பற்றி எளிமையாக விளக்குகிறது. 

அயனி உந்தூக்கி பற்றிய அறிமுகம்

அயனி உந்தூக்கியின் சிறப்பே எரிபொருள் பயன்பாடுதான். இவ்வகை இயந்திரங்கள் 90 சதவிகித எரிபொருளையும் உந்தும் ஆற்றாலாக மாற்றிவிடும். ஆனால் வேதியல் ராக்கெட்டுகள் 35 சதவிகித எரிபொருளை மட்டும் தான் உந்தும் ஆற்றலாக பயன்படுத்துகின்றன. ஆகையால் வேதியல் ராக்கெட்டுகளைவிட அயனி உந்தூக்கிகளுக்கு மிக குறைவான எரிபொருளே போதுமானது. அயனி உந்தூக்கியில் உள்ள ஒரு குறை என்னவென்றால் அயனிகள் இயந்திர உலோகங்களில் ஏற்படுத்தும் அரிப்பாகும். இதனால் இயந்திரத்தை பயன்படுத்தும் காலத்தின் அளவு குறையும். நாசா போன்ற விண்வெளி கழகங்கள் இத்தகைய அரிப்பை குறைத்து இயந்திரங்களின் வாழ் நாட்களை கூட்ட ஆராய்ச்சி செய்துகொண்டிருக்கின்றன. 

Hall thruster என்ற அயனி உந்தூக்கி 1971ஆம் ஆண்டில் இருந்தே செயற்கைகோள்களிலும் வெண்வெளி கலங்களிலும் பயன்படுத்தப்பட்டு வருகிறது. சில பிரெஞ்ச் இயற்பியலாளர்கள் ஹால் உந்தூக்கியை மணிக்கு 72,420கிமி வேகத்திற்கு பயணிக்கும் அளவிற்கு மேன்படுத்தி வருகிறார்கள். இந்த ஹால் உந்தூக்கி வேதியல் ராக்கெட்டுகளை விட 10 கோடி மடங்கு குறைவான எரிபொருளை பயன்படுத்தும் என்று கூறுகிறார்கள்.  ஹால் உந்தூக்கிகள் 10,000 மணி நேரம் (1.1 ஆண்டு) வரை தான் வேலை செய்யும். அதனால் இதை வெகு தூர பயணங்களுக்கு பயன்படுத்த முடியாது. 

நாசா NASA’s Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) என்ற திறன் வாய்ந்த அயனி உந்தூக்கியை பரிசோதனை செய்திருக்கிறது. இது மணிக்கு 90,000 மைல் வேகத்தில் பறக்க கூடியது. நாசாவின் பரிசோதனையில் 48,000 மணி நேரங்கள் (5.5 ஆண்டுகள்) வரை இயங்கியது இந்த இயந்திரம். NEXT அயனி உந்தூக்கி 860 கிலோ செனானை மட்டுமே பயன்படுத்தியது. இதே செயல் திறனை வெளிப்படுத்த வேதியல் ராக்கெட்டுகளுக்கு 10,000கிலோ எரிபொருள் தேவைப்படும். நாசாவின் அயனி உந்தூக்கியைப்பற்றி தெரிந்து கொள்ள கீழே உள்ள வீடியோவை பார்க்கவும்.

Gridded Iron Thruster

நாசாவின் முன்னாள் விண்வெளி வீரரான ஜாங் டியாசு (Chang Diaz)1973ஆம் ஆண்டில் இருந்து பிளாஸ்மா (மின்மக் கலவை) உந்தூக்கியில் ஆராய்ச்சி செய்து கொண்டிருக்கிறார். இந்த ஆராய்ச்சிகளுக்காக Ad Astra Rocket Company என்ற நிறுவனத்தை ஹூஸ்டன் நகரில் நிறுவியுள்ளார். அங்கு VASIMR / Variable Specific Impulse Magnetoplasma rocketஎன்ற மின்மக் கலவை உந்தூக்கியின் அடிப்படையில் இயக்கும் ராக்கெட் இயந்திரத்தை உருவாக்கியிருக்கிறார். இவரின் VASIMR இயந்திரம் ஹைட்ரஜன், செனான் மற்றும் ஆர்கான் எரிவாயுகளை பயன்படுத்தும். ரேடியோ அலைகளின் மூலம் எரிவாயுகள் அயனிகளாக மாற்றப்பட்டு மின்மக் கலவை உருவாக்கப்படும். இந்த மின்மக் கலவை காந்த புலம் (magnetic field) மூலம் வேகப்படுத்தப்பட்டு உந்தும் ஆற்றல் உருவாக்கப்படும். VASIMR இயந்திரத்தில் மின்முனை (electrode) கிடையாது; இயந்திரமும் காந்த புலத்தால் பாதுகாக்கப்படுவதால் இதன் வாழ் நாட்கள் அயனி உந்தூக்கியை விட அதிகமாக இருக்கும். ஆனால் VASIMR இயந்திரத்திற்கு அதிக மின்சாரம் தேவைப்படும். நமது பூமிக்கு அருகேயான பயணமாக இருந்தால் சூரிய தகடுகள் (solar panels) மூலம் VASIMR விண்கலம் மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்து கொள்ளும். வேறு கிரங்களுக்கு செல்லும் பயணம் என்றால் மின்சார உற்பத்திக்கு அணு உலைகள் தேவைப்படும். ஜாங் டியாசின் திட்டத்தின் படி இவ்வகை விண்கலங்கள் மணிக்கு 180,000 கிமி வேகத்தில் பயணிக்கும். இதன் மூலம் செவ்வாய் கிரகத்திற்கு 39 நாட்களில் சென்றுவிடலாம் என்று கூறியுள்ளார் ஜாங். 

(VASIMER இயந்திரம்)

வேதியல் ராக்கெட்டுகள் மற்றும் மின்சாரத்தை அடிப்படையாக கொண்ட உந்தூக்கிகளைத் தவிர சில இயற்பியலாளர்கள் எதிர்கால விண்கல தொழில்நுட்பங்களைப் பற்றிய சில கருதுகோள்களை (hypothesis) வெளியிட்டிருக்கிறார்கள். ஒளியின் வேகத்தில் சிறிதளவு வரை செல்லும் விண்கலங்களைப் பற்றிய திட்டங்களை முன்மொழிந்திருக்கிறார்கள். அவற்றில் சில விண்கலங்கள் அணு உலையைக் கொண்டு இயங்கும். பாதுகாப்பை கருதி அத்தகைய அணு உலை விண்கலங்களை அனைத்துலக விண்வெளி நிலையம் (ISS) போல் விண்வெளியிலேயே கட்டமைப்பது என்று திட்டம் தீட்டியுள்ளனர். விண்வெளியில் விண்கலங்களை கட்டமைக்க பல்லாயிர கோடிகள் செலவாகும் என்று குறிப்பிடத்தேவையில்லை. இவ்வாறு முன்மொழியப்பற்றிருக்கும் விண்கலங்களில் சிலவற்றைப் பற்றி இங்கு காண்போம். 

Project Daedalus

1970களில் British Interplanetary Societyயை சார்ந்தவர்கள் மனிதர்கள் இல்லாமல் பயணிக்க கூடிய விண்கலனான Daedalus பற்றிய திட்டத்தை வெளியிட்டார்கள். இந்த விண்கலம் அணுக்கரு இணைவு (nuclear fusion) ராக்கெட்டின் மூலம் இயக்கப்படும் என்றும் இதன் மூலம் நமது பூமிக்கு 5.9 ஒளி ஆண்டுகள் தூரத்தில் இருக்கும் Barnard என்ற நட்சத்திரத்திற்கு பயனப்படும் என்று திட்டமிட்டிருக்கிறார்கள். இந்த விண்கலத்தின் எடை 54,000 டன்கள் இருக்கும். ஒளியின் வேகத்தில் 12% வரை இது பயணிக்கும் என்றும் திட்டமிட்டிருக்கிறார்கள். Daedalus விண்கலம் பர்னார்ட் நட்சத்திரத்தை அடைய ஐம்பது ஆண்டுகளாகும். 

Project Icarus

2009 ஆம் ஆண்டு Project Daedalus திட்டம் தந்த ஊக்கத்தில் British Interplanetary Society மற்றும் Tau Zero Foundationசேர்ந்து வடிவமைத்த திட்டம் தான் Project Icarus. இதை Icarus Interstellar Incநிறுவனம் இப்போது நிறுவகித்து கொண்டிருக்கிறது. இந்த விண்கலமும் அணுக்கரு இணைவு மூலம் இயங்கும். இது பூமியில் இருந்து 22 ஒளியாண்டுகள் வரை பயணிக்க கூடியவகையில் திட்டம் இடப்பட்டிருக்கிறது.

எதிர்ப் பொருள் (Antimatter) ராக்கெட்டுகள்

Positron Dynamicsசின் முனைவர் ராயன் வீட் (Dr. Ryan Weed) என்பவர் எதிர்ப் பொருளை எரிபொருளாக கொண்டு இயங்கும் ராக்கெட்டுகளைப் பற்றி ஆராய்ந்து கொண்டிருக்கிறார். இத்தகைய ராக்கெட்டுகள் மணிக்கு 7.2 கோடி மைல் வேகத்தில் பயணிக்கும் என்றும், இதன் மூலம் செவ்வாய் கிரகத்திற்கு சில வாரங்களிலும் நமது சூரிய குடும்பத்திற்கு அருகே இருக்கும் விண்மீன் குழுமமான ஆல்பா செண்டாரிக்கு (Alpha Centuari) நாற்பது வருசங்களில் சென்றுவிடலாம் என்றும் கூறியுள்ளார். 

எதிர்ப் பொருட்களை துகள் முடுக்கிகள் (particle accelerators) மற்றும் கதிரியக்க சிதைவு (radioactive decay) மூலம் உருவாக்கலாம்.ஆனால் அவற்றை உருவாக்குவதற்கு அதிக செலவாகும்.ஒரு கிராம் பாசிட்ரானை (positron) உருவாக்க $25 billionனும் ஒரு கிராம் எதிர் ஹைட்ரஜனை (antihydrogen) உருவாக்க$62.5 trillionனும் தேவைப்படும் என்று கூறப்படுகிறது. ஆனால் எதிர்ப் பொருட்கள் மற்ற எரிபொருட்களை விட திறன் மிகுந்ததாக இருக்கும் என்றும் வேதி எரிபொருட்கள் டன் கணக்கில் தேவைப்படும் இடத்தில் எதிர்ப் பொருள் எரிபொருள் சில மில்லிகிராம் மட்டுமே தேவைப்படும் என்றும் கணிக்கப்பட்டிருக்கிறது.

Warp Drive

அனைத்து எதிர்கால விண்கல திட்டங்களிலும் அதிகம் கவர்வது வார்ப் டிரைவ் திட்டமாகும். பல அறிவியல் புனைவு புதினங்களிலும் ஸ்டார் டிரக் போன்ற திரைப்படங்களிலும் வார்ப் டிரைவ் பற்றி சித்தரித்திருப்பார்கள். Miguel Alcubierreஎன்னும் மெக்சிகோ நாட்டு தத்துவார்த்த இயற்பியலாளர் Alcubierreவார்ப் டிரைவ் என்னும் திட்டத்தை முன்வைத்துள்ளார். இவரின் திட்டத்தின் படி விண்கலங்கள் ஒளியைவிட வேகமாக பயணிக்கும். விண்கலம் தன் முன்னிருக்கும் விண்வெளியை சுருக்கி, தன் பின் இருக்கும் விண்வெளியை விரிவுபடுத்துவதன் மூலம் ஒளியைவிட வேகமாக பயணிக்கும் என்று கருதப்படுகிறது. இந்த வகை விண்கலங்கள் செயல்பட ‘exotic matter’ என்று கூறப்படும் பருப்பொருள்கள் தேவைப்படும் என்றும் கூறப்படுகிறது. கீழே உள்ள வீடியோ வார்ப் டிரைவ் பற்றி எளிமையாக விளக்குகிறது. 

Science of warp drive 

EM Drive

பிரிட்டிஷ் கண்டுபிடிப்பாளர் Roger Shawyerநுண்ணலை (microwave) தொழில்நுட்பத்தை அடிப்படையாக கொண்டு இயங்கும் மின்காந்த உந்தூக்கியான EMDrive பற்றிய திட்டத்தை முன்மொழிந்தார். இயந்திர அறையினுள் (chamber) நுண்ணலைகள் முன்னும் பின்னும் நகருவதால் உந்தும் ஆற்றல் உருவாகும் என்று முன்மொழிந்தார். இது எதனுடனும் எதிர்வினையாற்றாத இயந்திரம். இதில் மற்ற ராக்கெட்டுகளைப் போன்று எரிபொருளும் வெளியாகாது. அதனால் இந்த EMDrive இயந்திரம் நியுட்டனின் மூன்றாம் விதியையும் conservation of momentumயையும் மீறுவதாகவும் கூறப்படுகிறது. ஆனால் நாசா இத்தகைய இயந்திரம் ஒன்றை பரிசோதனை செய்து, ஆராய்ச்சியின் முடிவுகளையும் வெளியிட்டுள்ளது. சீனாவின் விண்வெளி கழகமான China Academy of Space Technologyயும் முன்மாதிரி EMDrive இயந்திரத்தை வெற்றிகரமாக உருவாக்கியிருப்பதாக போன ஆண்டு செய்தி வெளியிட்டிருந்தது. அயனி உந்தூக்கிகளுக்கு அடுத்து பல இயற்பியலாளர்கள் ஆர்வத்தோடு EMDrive இயந்திரங்களைப் பற்றி ஆராய்ந்துகொண்டிருக்கிறார்கள். 

இவையே மனிதர்கள் விண்வெளியை ஆராய உதவப் போகும் சில எதிர்கால விண்கல தொழில்நுட்பங்களாகும்.