कक्षीय मलबे का पुनर्मूल्यांकन: सांख्यिकीय दृष्टिकोण से खुराक दृष्टिकोण तक

संयुक्त राज्य अमेरिका - इख़बारी समाचार एजेंसी

कक्षीय मलबे का पुनर्मूल्यांकन: सांख्यिकीय दृष्टिकोण से खुराक दृष्टिकोण तक

हर उपग्रह के प्रक्षेपण के साथ मानवता अंतरिक्ष के वातावरण में काम करने के बारे में अमूल्य अंतर्दृष्टि प्राप्त करती है। हालाँकि, वास्तविक शिक्षा व्यावहारिक अनुभव से आती है; अन्यथा, हम गलत प्रश्न पूछने से उत्पन्न होने वाले प्रयोगशाला-जनित पूर्वाग्रहों में फंसने का जोखिम उठाते हैं। यह एक सीमा है जिसका सामना अंतरिक्ष क्षेत्र को माइक्रोमीटियोरोइड और कक्षीय मलबे (MMOD) की टक्कर के संबंध में करना पड़ रहा है। भविष्य के मिशनों के लिए MMOD जोखिमों पर कैसे विचार किया जाता है और उन्हें कैसे कम किया जाता है, इसमें उद्योग-व्यापी महत्वपूर्ण बदलाव क्षितिज पर है।

यदि प्राकृतिक अंतरिक्ष वातावरण समान रूप से और निषेधात्मक रूप से खतरनाक होता, तो यह अपने खतरों को बहुत पहले ही प्रकट कर देता। स्पुतनिक जैसे शुरुआती उपग्रह प्राकृतिक उल्कापिंडों, धूमकेतु की पूंछों और क्षुद्रग्रहों के टुकड़ों से नष्ट हो जाते। इसके बजाय, हमने पाया कि अंतरिक्ष अपेक्षाकृत स्थिर है, जिससे तापमान, निर्वात और विद्युत आवेश जैसी चरम विशेषताओं को कम करने पर केंद्रित इंजीनियरिंग मानकों का विकास हुआ। 1960 के दशक के बाद से मौलिक रूप से क्या बदला है, वह यातायात में घातीय वृद्धि और लाखों कक्षीय मलबे के टुकड़ों द्वारा अंतरिक्ष का धीमा लेकिन निरंतर "प्रदूषण" है, जिसने आधुनिक MMOD वातावरण बनाया है।

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वर्तमान में, अधिकांश छोटे उपग्रह (smallsats) विशेष मलबा संरक्षण प्रणालियों को शामिल नहीं करते हैं। स्थापित कक्षीय मलबे मूल्यांकन रिपोर्ट (ODAR) विश्लेषण, वाणिज्यिक ऑपरेटरों की देखी गई सफलता और पिछली सफलताओं को दोहराने की प्राकृतिक प्रवृत्ति के साथ मिलकर, मामूली परिणाम देता है। उपग्रह कक्षीय आयतन की विशालता की तुलना में बहुत छोटे होते हैं, और ऑन-बोर्ड प्रणोदन प्रणाली संभावित संयोगों की पहचान होने पर बचाव युद्धाभ्यास की अनुमति देती है। उच्च-प्रभाव वाली घटनाओं और उपग्रह-से-उपग्रह टकरावों को प्रबंधनीय माना जाता है क्योंकि उन्हें ट्रैक किया जा सकता है और देखा जा सकता है। यह दृश्यता महत्वपूर्ण है, न केवल विश्वास के लिए, बल्कि ज्ञान के लिए भी, चिंता की आवृत्ति और विभिन्न शमन रणनीतियों की प्रभावशीलता के बारे में विश्वसनीय अंतर्दृष्टि को बढ़ावा देती है।

हालांकि, माइक्रो-MMOD एक अलग चुनौती प्रस्तुत करता है, जो संभावित रूप से उद्योग के सबसे बड़े रहस्यों की कुंजी रखता है। माइक्रो-MMOD 3 मिलीमीटर से छोटे कणों की गैर-ट्रैक की गई आबादी को संदर्भित करता है। यह श्रेणी निम्न पृथ्वी कक्षा (LEO) में वस्तुओं के विशाल बहुमत का संख्या के हिसाब से गठन करती है। महत्वपूर्ण प्रश्न उठता है: यदि हम इन कणों को ट्रैक नहीं कर सकते हैं, तो हम उनकी उपस्थिति और प्रभाव का सटीक आकलन कैसे कर सकते हैं?

नासा की लॉन्ग ड्यूरेशन एक्सपोज़र फैसिलिटी (LDEF), जो 1984-1990 तक पृथ्वी की परिक्रमा करती थी, विशेष रूप से ऐसे सवालों को संबोधित करने के लिए डिज़ाइन की गई थी। इसका मिशन मानक सामग्री और उप-प्रणालियों को विस्तारित अवधि के लिए LEO वातावरण में उजागर करना था, फिर परिणामी "निशानों" के विस्तृत विश्लेषण के लिए उन्हें पृथ्वी पर वापस लाना था। निष्कर्ष चौंकाने वाले थे: एक जटिल, दिशात्मक, उच्च-प्रवाह वातावरण। नासा के सारांश से LDEF के बाहरी हिस्से पर 30,000 से अधिक अवलोकन योग्य MMOD प्रभाव सामने आए। पृथ्वी की ओर सामना करने वाली ओर की तुलना में सामने की ओर लगभग 20 गुना अधिक प्रभाव थे, और पृथ्वी की ओर सामना करने वाली ओर की तुलना में सामने की ओर 200 गुना अधिक थे। डेटा ने 5.75 साल के मिशन पर लगभग 450 किमी की ऊंचाई पर प्रति वर्ष लगभग 5,217 प्रभाव का संकेत दिया। LDEF के लगभग 151.975 वर्ग मीटर के बाहरी क्षेत्र को ध्यान में रखते हुए, यह 1990 के दशक के मलबे के स्तर पर प्रति वर्ग मीटर प्रति वर्ष लगभग 34 प्रभाव के बराबर है। चूंकि वर्तमान मलबा आबादी 1990 की तुलना में लगभग तीन गुना बड़ी है, इसलिए यह मोटे तौर पर व्यस्त LEO में प्रति वर्ग मीटर प्रति वर्ष 100 प्रभाव के चिंताजनक दायरे में आता है।

यह एक महत्वपूर्ण प्रश्न उठाता है: क्या आधुनिक ESPA-श्रेणी के उपग्रह प्रतिदिन एक या दो प्रभाव का अनुभव कर रहे हैं? जब यह संभावना उठाई जाती है, तो नक्षत्र ऑपरेटर अक्सर अविश्वास व्यक्त करते हैं, फिर भी एक ही सांस में दावा करते हैं कि MMOD एक महत्वपूर्ण मिशन चालक नहीं है और उनकी आवश्यकताएं ODAR से आगे नहीं जाती हैं। यह एक महत्वपूर्ण विरोधाभास प्रस्तुत करता है जिसे सुलझाने की आवश्यकता है।

स्पष्टीकरण का एक हिस्सा इस तथ्य में निहित है कि सभी प्रभाव समान नहीं होते हैं। हालांकि अति-वेग वाले प्रभाव वीडियो अक्सर एल्यूमीनियम को कन्फेटी में बदलने वाले नाटकीय परिदृश्यों को चित्रित करते हैं, ये औसत अनुभव नहीं बल्कि चरम मामलों का प्रतिनिधित्व करते हैं। LDEF के अधिकांश प्रभाव छेद छोटे, उप-मिलीमीटर पंचर थे। MMOD प्रभाव विभिन्न तरीकों से प्रकट होते हैं; कुछ विनाशकारी होते हैं, जो "Gravity" (2014) फिल्म में चित्रित श्रृंखला प्रतिक्रियाओं के समान होते हैं, जबकि कई अन्य संरचनाओं, कपड़ों या टैंकों के माध्यम से माइक्रो-छिद्र होते हैं। ये माइक्रो-छिद्र तत्काल उपग्रह विफलता का कारण बने बिना द्वितीयक मलबा उत्पन्न कर सकते हैं। इसके अलावा, इन घटनाओं का दुर्लभ इन-सीटू अवलोकन विफलताओं के गलत श्रेय की ओर ले जाता है। यह सवाल बना हुआ है: MMOD के कारण कितने उपग्रह चुपचाप विफल हो गए हैं, और MMOD के कितने हस्ताक्षर प्रोटॉन हिट या अन्य विकिरण घटनाओं के समान दिखते हैं? ऐसी भ्रम की उम्मीद की जानी चाहिए।

यह लेखक के बार-बार किए गए दावे को रेखांकित करता है कि वीडियो प्रलेखन और नमूना वापसी मिशन ईमानदार MMOD जोखिम मूल्यांकन के लिए पूर्वापेक्षाएँ हैं। परिप्रेक्ष्य को एक महामारी विज्ञानी के दृष्टिकोण की ओर स्थानांतरित किया जाना चाहिए, जो केवल अलग-अलग संयोग घटनाओं पर ध्यान केंद्रित करने के बजाय कण आबादी और संचयी जोखिम का विश्लेषण करता है। "खुराक" की अवधारणा सर्वोपरि हो जाती है। यह पुन: फ्रेमिंग MMOD जोखिम को अल्फा और बीटा विकिरण जोखिमों के समान रखती है - दोनों में कणों की आबादी शामिल होती है जिनसे संवेदनशील प्रणालियों को बचना सबसे अच्छा होता है। यदि खुराक सही लेंस है, तो इष्टतम सुरक्षा रणनीति स्पष्ट हो जाती है: महत्वपूर्ण, अपूरणीय प्रणालियों के आसपास परिरक्षण बढ़ाएं और सुरक्षा को अधिकतम करने के लिए इन प्रणालियों को केंद्रीकृत करें।

अंतरिक्ष उद्योग के स्थायी रहस्यों में से एक अंतरिक्ष यान की विफलताओं का सटीक कारण है। अंतरिक्ष वातावरण की अंतर्निहित अस्पष्टता का मतलब है कि प्रत्यक्ष निरीक्षण असंभव है; हम टेलीमेट्री डेटा पर भरोसा करते हैं, जो अक्सर सैकड़ों किलोमीटर दूर से मिनटों की देरी से प्राप्त होता है। लेखक का तर्क है कि ऑन-ऑर्बिट विफलताएं लगातार गलत श्रेयित होती हैं। वर्तमान में विकिरण, सॉफ्टवेयर या कारीगरी के मुद्दों के रूप में वर्गीकृत विफलताओं का एक हिस्सा वास्तव में माइक्रो-MMOD और इसके द्वितीयक प्रभावों के कारण हो सकता है। कारीगरी की खामियां और MMOD दोनों मिलीमीटर पैमाने पर हार्डवेयर को इष्टतम से दूर कर सकते हैं, जिससे जमीन से विश्लेषण किए जाने पर वस्तुतः समान दिखने वाली विफलताएं हो सकती हैं। यह गलत श्रेय विशेष रूप से परिनियोजन चरण के दौरान महत्वपूर्ण है, जहां माइक्रो-MMOD या सीमा कारीगरी से मिलीमीटर-स्केल का व्यवधान भी टेलीमेट्री डेटा में अप्रभेद्य लेकिन विनाशकारी परिणाम वाली विफलता का कारण बन सकता है।

सटीक विफलता श्रेय Atomic-6 जैसे घटकों के निर्माताओं के लिए महत्वपूर्ण है, जिनका व्यवसाय ग्राहक के विश्वास पर निर्भर करता है कि उनके उत्पाद मिशन की विफलता का कारण नहीं बनेंगे। यह स्वीकार करते हुए कि प्रत्येक घटक कारीगरी या अनिश्चितता के कारण विफलता का एक संभावित बिंदु प्रस्तुत करता है, Atomic-6 ने अपने प्रमुख लाइट विंग सौर सरणी उत्पाद में भागों की संख्या को कम करने पर ध्यान केंद्रित किया है। यह कमी ऐसे कैस्केडिंग विफलताओं की संभावना को कम करने का लक्ष्य रखती है।

द्वितीयक प्रभावों की अवधारणा विशेष रूप से प्रति-सहज है। धातु के अंतरिक्ष यान केवल तब विघटित होने पर ही नहीं, बल्कि हर बार टकराने पर भी मलबे का उत्पादन करते हैं। भले ही एक MMOD कण धातु की त्वचा में प्रवेश न करे, परिणामी स्पैल और डेलैमिनेशन मूल प्रोजेक्टाइल से बड़े और अधिक हानिकारक टुकड़े बना सकते हैं। कुछ अध्ययन बताते हैं कि यह द्वितीयक विखंडन, मूल प्रभाव की तुलना में अंतरिक्ष यान पर कई गुना अधिक प्रभाव निशान का कारण बनता है। यदि कोई ऑपरेटर ऐसे विखंडन उत्पन्न करने से बचना चाहता है, तो उसे धातु-आधारित MMOD समाधानों के विकल्प पर विचार करना पड़ सकता है, और ऐसे समग्र-आधारित सामग्री का चयन करना पड़ सकता है जो प्रभाव ऊर्जा को अवशोषित करती हैं और कठोर माइक्रो-MMOD टुकड़ों को बाहर निकाले बिना स्वयं को संरक्षित करती हैं।

कक्षीय मलबे का पुनर्मूल्यांकन: सांख्यिकीय दृष्टिकोण से खुराक दृष्टिकोण तक

माइक्रो-कण खतरों के उभरने के साथ अंतरिक्ष मलबे के जोखिम की स