আর্থ এস্কেপ প্ল্যান: কক্ষপথের বাইরের জন্য একটি সংক্ষিপ্ত নির্দেশিকা

2024 লেখক: Seth Attwood | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2023-12-16 15:59

সম্প্রতি হ্যাব্রেতে একটি মহাকাশ লিফটের পরিকল্পিত নির্মাণের খবর ছিল। অনেকের কাছে, এটিকে চমত্কার এবং অবিশ্বাস্য কিছু বলে মনে হয়েছিল, যেমন হ্যালো বা ডাইসন গোলকের বিশাল আংটি। কিন্তু ভবিষ্যত যতটা মনে হয় তার থেকেও কাছাকাছি, স্বর্গে যাওয়ার সিঁড়ি বেশ সম্ভব, এবং হয়তো আমরা আমাদের জীবদ্দশায়ও তা দেখতে পাব।

এখন আমি দেখানোর চেষ্টা করব কেন আমরা যেতে পারি না এবং মস্কো-পিটার টিকিটের দামে পৃথিবী-চাঁদের টিকিট কিনতে পারি না, কীভাবে লিফট আমাদের সাহায্য করবে এবং এটি কী ধরে রাখবে যাতে মাটিতে পড়ে না যায়।

রকেটের বিকাশের প্রথম থেকেই, প্রকৌশলীদের জন্য জ্বালানী ছিল মাথাব্যথা। এমনকি সবচেয়ে উন্নত রকেটে, জ্বালানি জাহাজের ভরের প্রায় 98% দখল করে।

আমরা যদি ISS-এ নভোচারীদের 1 কিলোগ্রাম ওজনের জিঞ্জারব্রেডের একটি ব্যাগ দিতে চাই, তাহলে মোটামুটিভাবে বলতে গেলে, 100 কিলোগ্রাম রকেট জ্বালানীর প্রয়োজন হবে। লঞ্চ যানটি নিষ্পত্তিযোগ্য এবং শুধুমাত্র পোড়া ধ্বংসাবশেষের আকারে পৃথিবীতে ফিরে আসবে। দামী জিঞ্জারব্রেড পাওয়া যায়। জাহাজের ভর সীমিত, যার মানে হল একটি লঞ্চের জন্য পেলোড কঠোরভাবে সীমিত। এবং প্রতিটি লঞ্চ একটি খরচে আসে।

আমরা যদি পৃথিবীর কাছাকাছি কক্ষপথের বাইরে কোথাও উড়তে চাই?

সারা বিশ্বের প্রকৌশলীরা বসে বসে ভাবতে লাগলেন: একটি মহাকাশযান কেমন হওয়া উচিত যাতে এটিতে আরও বেশি কিছু নেওয়া যায় এবং আরও উড়তে পারে?

কোথায় উড়বে রকেট?

প্রকৌশলীরা যখন চিন্তা করছিলেন, তাদের বাচ্চারা কোথাও সল্টপিটার এবং কার্ডবোর্ড খুঁজে পেয়ে খেলনা রকেট তৈরি করতে শুরু করে। এই ধরনের ক্ষেপণাস্ত্র উচ্চ-বৃদ্ধি ভবনের ছাদে পৌঁছায়নি, তবে শিশুরা খুশি হয়েছিল। তারপর সবচেয়ে বুদ্ধিমান চিন্তা মাথায় এল: "আসুন রকেটে আরও সল্টপিটার ঠেলে দেওয়া যাক, এবং এটি আরও উপরে উড়বে।"

কিন্তু রকেটটি খুব বেশি ভারী হয়ে যাওয়ায় উপরে উড়ে যায়নি। সে বাতাসে উঠতেও পারেনি। কিছু পরীক্ষা-নিরীক্ষার পরে, শিশুরা সর্বোত্তম পরিমাণে সল্টপিটার খুঁজে পেয়েছিল যেখানে রকেটটি সবচেয়ে বেশি উড়ে যায়। আপনি যদি আরও জ্বালানী যোগ করেন, রকেটের ভর এটিকে টেনে নামিয়ে দেয়। কম হলে - জ্বালানি আগে শেষ হয়।

প্রকৌশলীরাও দ্রুত বুঝতে পেরেছিলেন যে আমরা যদি আরও জ্বালানী যোগ করতে চাই তবে ট্র্যাকশন শক্তিও বেশি হতে হবে। ফ্লাইট পরিসীমা বাড়ানোর জন্য কয়েকটি বিকল্প রয়েছে:

• ইঞ্জিনের কার্যকারিতা বাড়ান যাতে জ্বালানীর ক্ষতি কম হয় (লাভাল অগ্রভাগ)
• জ্বালানির নির্দিষ্ট প্রবণতা বাড়ান যাতে একই জ্বালানির ভরের জন্য থ্রাস্ট বল বেশি হয়

যদিও প্রকৌশলীরা ক্রমাগত এগিয়ে চলেছেন, জাহাজের প্রায় পুরো ভর জ্বালানি দ্বারা নেওয়া হয়। যেহেতু জ্বালানি ছাড়াও, আপনি মহাকাশে দরকারী কিছু পাঠাতে চান, রকেটের পুরো পথটি সাবধানে গণনা করা হয় এবং রকেটে ন্যূনতমটি রাখা হয়। একই সময়ে, তারা সক্রিয়ভাবে মহাকাশীয় বস্তু এবং কেন্দ্রাতিগ শক্তির মহাকর্ষীয় সাহায্য ব্যবহার করে। মিশন শেষ করার পরে, মহাকাশচারীরা বলে না: "বন্ধুরা, ট্যাঙ্কে এখনও সামান্য জ্বালানী আছে, আসুন শুক্রে উড়ে যাই।"

কিন্তু কীভাবে রকেটটি খালি ট্যাঙ্ক নিয়ে সমুদ্রে না পড়ে, মঙ্গলে উড়ে যাওয়ার জন্য কতটা জ্বালানি প্রয়োজন তা কীভাবে নির্ধারণ করবেন?

দ্বিতীয় স্থান গতি।

শিশুরাও রকেটটিকে আরও উঁচুতে ওড়ানোর চেষ্টা করেছিল। এমনকি তারা অ্যারোডাইনামিক্সের একটি পাঠ্যপুস্তকও ধরেছিল, নেভিয়ার-স্টোকস সমীকরণ সম্পর্কে পড়েছিল, কিন্তু কিছুই বুঝতে পারেনি এবং কেবল রকেটের সাথে একটি ধারালো নাক সংযুক্ত করেছিল।

তাদের পরিচিত বৃদ্ধ হটাবিচ পাশ দিয়ে গেল এবং জিজ্ঞেস করল ছেলেরা কিসের জন্য দুঃখিত।

- ওহ, দাদা, যদি আমাদের কাছে অসীম জ্বালানী এবং কম ভরের একটি রকেট থাকত, তবে এটি সম্ভবত একটি আকাশচুম্বী অট্টালিকায় বা এমনকি পাহাড়ের একেবারে শীর্ষে উড়ে যেত।

- এটা কোন ব্যাপার না, কোস্ট্যা-ইবন-এডুয়ার্ড, - শেষ চুল টেনে হটাবিচ উত্তর দিয়েছিলেন, - এই রকেটের জ্বালানী শেষ না হতে দিন।

আনন্দিত শিশুরা একটি রকেট চালু করেছিল এবং পৃথিবীতে ফিরে আসার জন্য অপেক্ষা করেছিল। রকেটটি আকাশচুম্বী এবং পাহাড়ের চূড়া উভয়ই উড়েছিল, কিন্তু থামেনি এবং আরও উড়েছিল যতক্ষণ না এটি দৃশ্য থেকে অদৃশ্য হয়ে যায়।আপনি যদি ভবিষ্যতের দিকে তাকান, তবে এই রকেটটি পৃথিবী ছেড়ে চলে গেছে, সৌরজগত থেকে, আমাদের গ্যালাক্সি থেকে উড়ে গেছে এবং মহাবিশ্বের বিশালতা জয় করতে সাবলাইট গতিতে উড়ে গেছে।

শিশুরা ভাবছিল কিভাবে তাদের ছোট্ট রকেট এতদূর উড়তে পারে। সর্বোপরি, স্কুলে তারা বলেছিল যে পৃথিবীতে ফিরে না আসার জন্য, গতি দ্বিতীয় মহাজাগতিক গতির (11, 2 কিমি / সেকেন্ড) চেয়ে কম হওয়া উচিত নয়। তাদের ছোট রকেট কি সেই গতিতে পৌঁছতে পারে?

কিন্তু তাদের প্রকৌশলী পিতামাতারা ব্যাখ্যা করেছিলেন যে যদি একটি রকেটে জ্বালানীর অসীম সরবরাহ থাকে, তবে তা যেকোন জায়গায় উড়তে পারে যদি থ্রাস্ট মহাকর্ষীয় শক্তি এবং ঘর্ষণ শক্তির চেয়ে বেশি হয়। যেহেতু রকেটটি টেক অফ করতে সক্ষম, তাই থ্রাস্ট ফোর্স যথেষ্ট এবং খোলা জায়গায় এটি আরও সহজ।

দ্বিতীয় মহাজাগতিক গতি একটি রকেটের যে গতি থাকা উচিত তা নয়। এই গতিতে বলটিকে মাটির পৃষ্ঠ থেকে ছুঁড়তে হবে যাতে এটি ফিরে না আসে। একটি রকেট, একটি বলের বিপরীতে, ইঞ্জিন আছে। তার জন্য, গতি গুরুত্বপূর্ণ নয়, তবে মোট আবেগ।

একটি রকেটের জন্য সবচেয়ে কঠিন জিনিস হল পথের প্রাথমিক অংশটি অতিক্রম করা। প্রথমত, পৃষ্ঠের মাধ্যাকর্ষণ শক্তিশালী। দ্বিতীয়ত, পৃথিবীর একটি ঘন বায়ুমণ্ডল রয়েছে যেখানে এটি এত গতিতে উড়তে খুব গরম। এবং জেট রকেট ইঞ্জিনগুলি ভ্যাকুয়ামের চেয়ে এতে আরও খারাপ কাজ করে। অতএব, তারা এখন মাল্টিস্টেজ রকেটে উড়ে: প্রথম পর্যায়ে দ্রুত তার জ্বালানী খরচ করে এবং আলাদা হয়ে যায় এবং হালকা ওজনের জাহাজটি অন্যান্য ইঞ্জিনে উড়ে।

কনস্ট্যান্টিন সিওলকোভস্কি এই সমস্যাটি নিয়ে দীর্ঘদিন ধরে চিন্তা করেছিলেন এবং স্পেস এলিভেটর আবিষ্কার করেছিলেন (1895 সালে)। তারপর, অবশ্যই, তারা তাকে নিয়ে হেসেছিল। যাইহোক, রকেট, স্যাটেলাইট এবং অরবিটাল স্টেশনগুলির কারণে তারা তাকে নিয়ে হেসেছিল এবং সাধারণভাবে তাকে এই বিশ্বের বাইরে বলে মনে করেছিল: "আমরা এখনও এখানে সম্পূর্ণভাবে গাড়ি আবিষ্কার করিনি, তবে তিনি মহাকাশে যাচ্ছেন।"

তারপরে বিজ্ঞানীরা এটি সম্পর্কে চিন্তা করেছিলেন এবং এতে প্রবেশ করেছিলেন, একটি রকেট উড়েছিল, একটি উপগ্রহ উৎক্ষেপণ করেছিল, অরবিটাল স্টেশন তৈরি করেছিল, যেখানে মানুষ জনবহুল ছিল। কেউ আর সিওলকোভস্কিকে হাসে না; বিপরীতে, তিনি অত্যন্ত সম্মানিত। এবং যখন তারা সুপার-স্ট্রং গ্রাফিন ন্যানোটিউব আবিষ্কার করেছিল, তখন তারা "স্বর্গে যাওয়ার সিঁড়ি" সম্পর্কে গুরুত্ব সহকারে চিন্তা করেছিল।

কেন স্যাটেলাইট নিচে পড়ে না?

কেন্দ্রাতিগ শক্তি সম্পর্কে সবাই জানেন। যদি আপনি দ্রুত বলটিকে স্ট্রিংয়ের উপর মোচড় দেন তবে এটি মাটিতে পড়ে না। আসুন দ্রুত বলটি ঘোরানোর চেষ্টা করি এবং তারপরে ধীরে ধীরে ঘূর্ণনের গতি কমিয়ে দেই। এক পর্যায়ে, এটি ঘূর্ণায়মান এবং পড়ে যাবে। এটিই হবে সর্বনিম্ন গতি যেখানে কেন্দ্রাতিগ শক্তি পৃথিবীর মাধ্যাকর্ষণকে ভারসাম্যহীন করবে। আপনি যদি বলটি দ্রুত ঘোরান তবে দড়িটি আরও প্রসারিত হবে (এবং এক পর্যায়ে এটি ভেঙে যাবে)।

পৃথিবী এবং উপগ্রহের মধ্যে একটি "দড়ি" রয়েছে - মাধ্যাকর্ষণ। তবে নিয়মিত দড়ির মতো এটি টানা যায় না। আপনি যদি প্রয়োজনের চেয়ে দ্রুত স্যাটেলাইটটিকে "স্পিন" করেন, তবে এটি "চলে যাবে" (এবং উপবৃত্তাকার কক্ষপথে চলে যাবে, এমনকি উড়ে যাবে)। স্যাটেলাইটটি পৃথিবীর পৃষ্ঠের যত কাছে, তত দ্রুত এটিকে "বাঁকানো" প্রয়োজন। একটি ছোট দড়িতে থাকা বলটিও লম্বা দড়ির চেয়ে দ্রুত ঘোরে।

এটা মনে রাখা গুরুত্বপূর্ণ যে একটি উপগ্রহের কক্ষপথ (রৈখিক) গতি পৃথিবীর পৃষ্ঠের সাথে আপেক্ষিক গতি নয়। যদি লেখা হয় যে একটি স্যাটেলাইটের কক্ষপথের গতি 3.07 কিমি/সেকেন্ড, তার মানে এই নয় যে এটি পাগলের মতো পৃষ্ঠের উপর ঘোরাফেরা করছে। পৃথিবীর নিরক্ষরেখার বিন্দুগুলির কক্ষপথের গতি, যাইহোক, 465 মি / সেকেন্ড (পৃথিবী ঘোরে, যেমন জেদী গ্যালিলিও দাবি করেছিলেন)।

প্রকৃতপক্ষে, একটি স্ট্রিং এবং একটি উপগ্রহের জন্য একটি বলের জন্য, রৈখিক বেগ গণনা করা হয় না, তবে কৌণিক বেগ (প্রতি সেকেন্ডে শরীর কতগুলি ঘূর্ণন করে)।

দেখা যাচ্ছে যে আপনি যদি এমন একটি কক্ষপথ খুঁজে পান যাতে উপগ্রহ এবং পৃথিবীর পৃষ্ঠের কৌণিক বেগ মিলে যায়, তাহলে উপগ্রহটি পৃষ্ঠের এক বিন্দুতে ঝুলবে। এই ধরনের একটি কক্ষপথ পাওয়া গেছে, এবং এটি জিওস্টেশনারি অরবিট (GSO) বলা হয়। উপগ্রহগুলি বিষুবরেখার উপর গতিহীন ঝুলে থাকে এবং মানুষকে তাদের প্লেট ঘুরিয়ে "সংকেত ধরতে" হয় না।

শিমের কান্ড।

কিন্তু আপনি যদি এমন একটি উপগ্রহ থেকে একটি দড়িকে একেবারে মাটিতে নামিয়ে দেন, কারণ এটি এক বিন্দুর উপরে ঝুলে থাকে? স্যাটেলাইটের অন্য প্রান্তে একটি লোড সংযুক্ত করুন, কেন্দ্রাতিগ শক্তি বৃদ্ধি পাবে এবং উপগ্রহ এবং দড়ি উভয়কেই ধরে রাখবে। সর্বোপরি, ভালভাবে স্পিন করলে বল পড়ে না।তারপরে এই দড়ি বরাবর লোডগুলি সরাসরি কক্ষপথে তোলা সম্ভব হবে, এবং একটি দুঃস্বপ্নের মতো ভুলে যাওয়া, মাল্টিস্টেজ রকেট, কম বহন ক্ষমতায় কিলোটনে জ্বালানী গ্রাস করে।

কার্গোর বায়ুমণ্ডলে চলাচলের গতি ছোট হবে, যার মানে এটি রকেটের বিপরীতে উত্তপ্ত হবে না। এবং আরোহণের জন্য কম শক্তি প্রয়োজন, যেহেতু একটি ফুলক্রাম রয়েছে।

মূল সমস্যা দড়ির ওজন। পৃথিবীর জিওস্টেশনারি কক্ষপথ 35 হাজার কিলোমিটার দূরে। আপনি যদি জিওস্টেশনারি কক্ষপথে 1 মিমি ব্যাস সহ একটি ইস্পাত লাইন প্রসারিত করেন তবে এর ভর হবে 212 টন (এবং কেন্দ্রাতিগ বলের সাথে উত্তোলনের ভারসাম্য বজায় রাখতে এটিকে আরও অনেক বেশি টানতে হবে)। একই সময়ে, এটি অবশ্যই তার নিজের ওজন এবং লোডের ওজন সহ্য করতে হবে।

সৌভাগ্যবশত, এই ক্ষেত্রে, কিছু একটু সাহায্য করে, যার জন্য পদার্থবিদ্যার শিক্ষকরা প্রায়ই ছাত্রদের তিরস্কার করেন: ওজন এবং ওজন দুটি ভিন্ন জিনিস। পৃথিবীর পৃষ্ঠ থেকে তারটি যত বেশি প্রসারিত হয়, ততই এটির ওজন হ্রাস পায়। যদিও দড়ির শক্তি-থেকে-ওজন অনুপাত এখনও প্রচুর হওয়া উচিত।

কার্বন ন্যানোটিউব দিয়ে, ইঞ্জিনিয়ারদের আশা আছে। এখন এটি একটি নতুন প্রযুক্তি, এবং আমরা এখনও এই টিউবগুলিকে একটি দীর্ঘ দড়িতে মোচড় দিতে পারি না। এবং তাদের সর্বাধিক নকশা শক্তি অর্জন করা সম্ভব নয়। কিন্তু এরপর কি হবে কে জানে?