Starships

 

વર્ષ 1903 માં પ્રખ્યાત અખબાર ન્યૂયોર્ક ટાઇમ્સે ભવિષ્યવાણી કરી હતી કે, હવાથી ભારે હવાઇજહાજોનું નિર્માણ કરવામાં મનુષ્યોને ઓછામાં ઓછા દસ લાખ વર્ષ લાગશે. ફક્ત કેટલાક અઠવાડિયા બાદ તે જ વર્ષની 17 ડિસેમ્બરે રાઇટ બંધુઓએ કિટીહોકમાં માનવતાના ઇતિહાસની પ્રથમ ઉડાન ભરી. આ ઘટના બાદ 1908 માં એવી ભવિષ્યવાણી કરવામાં આવી કે, ન્યૂયોર્કથી પેરિસ સુધીનું અંતર સળંગ કાપી શકે તેવા હવાઇજહાજનું નિર્માણ કરવું માનવો માટે અસંભવ છે. આ મૂર્ખતાપૂર્ણ ભવિષ્યવાણી કરનાર કોણ હતું? ખુદ ગબ્બર...એટલેકે રાઇટ બંધુ પોતે!! આ ભવિષ્યવાણીની શું દશા થઇ, એ કહેવાની જરૂર જ નથી. વર્ષ 1920 માં એકવખત ફરી ન્યૂયોર્ક ટાઇમ્સે ભવિષ્યવાણી કરી કે, પૃથ્વીની ગ્રેવિટિની સીમાને તોડીને અંતરિક્ષમાં મશીનો મોકલવા એ સદાય માટે આપણં દિવાસ્વપ્ન જ રહેશે. બરોબર 49 વર્ષ બાદ 1969 માં, માનવીએ ચંદ્ર ઉપર પગ મૂકી દીધો.

-

હવે માનવી અંતરિક્ષમાં અન્ય તારાઓ સુધીની સફર ખેડવા માંગે છે પરંતુ માર્ગમાં અમુક અડચણો છે. જેમા મુખ્ય અડચણ છે.....પૈસા!! પરંતુ આપણે તેની વાત નથી કરવી. બીજી અડચણ ઇંધણ સાથે જોડાયેલ છે. સઘળા પરંપરાગત રોકેટ, કેમિકલ ઇંધણને ઓક્સિજન સાથે બાળે છે અને તેના વડે ઉત્પન્ન થયેલ ગેસોને તીવ્ર ગતિથી રોકેટની નીચેના ભાગેથી બહાર કાઢે છે. આ ક્રિયાના ફળસ્વરૂપ પ્રતિક્રિયારૂપે ઉત્પન્ન ધક્કો, રોકેટને ઉપર તરફ ધકેલી વેગ પ્રદાન કરે છે(ન્યૂટનની ગતિનો ત્રીજો નિયમ). રોકેટમાં ઘણા પ્રકારના ઇંધણ વપરાય છે જેમાં હાઇડ્રોજન અથવા કેરોસિન પ્રમુખ છે.

-

કેમિકલ રોકેટની સીમાઓને સમજવા માટે એક ગણતરી કરીએ. માની લો આપણે એક 15000 કિ.ગ્રા વજનના લ્યૂનર મોડ્યૂલને 4.37 પ્રકાશવર્ષ દૂર આપણી સૌથી નજીકના તારા આલ્ફા સેન્ચુરી ઉપર મોકલવા માંગીએ છીએ. આ યાત્રા 100 વર્ષોમાં પૂર્ણ કરવા માટે આપણે પ્રતિ સેકન્ડ 26200 કિલોમીટરનો વેગ પ્રાપ્ત કરવો પડશે. એક સામાન્ય કેમિકલ રોકેટ અધિકતમ 5 કિ.મી/સેકન્ડનો વેગ ઉત્પન્ન કરી શકે છે. આ આંકડાઓને Tsiolkovsky ના રોકેટ સમીકરણમાં નાંખતા જ્ઞાત થાય છે કે, આ યાત્રા માટે આપણને 5X10^2273(અર્થાત પાંચની પાછળ 2273 મીંડા) ગ્રામ ઇંધણની જરૂર પડશે. આ ઇંધણની માત્રા કેટલી વધુ છે તેનો અંદાજો એ વાત ઉપરથી લગાવો કે...આ ઇંધણ આપણી જેવા 10^2200 બ્રહ્માંડના દળ બરાબર છે. જી હાં, એકની પાછળ 2200 મીંડા જેટલા બ્રહ્માંડ!!

-

સમસ્યા એ છે કે કેમિકલ રોકેટની ઇંધણને વેગમાં પરિવર્તિત કરવાની ક્ષમતા બેહદ ઓછી છે. આને સમજવા ફરી એક ઉદાહરણ જોઇએ....જો તમે 15000 કિલોગ્રામ ઇંધણ લઇને મુસાફરી કરશો તો એપોલો રોકેટ દ્વારા તમે અધિકતમ 3.4 કિ.મી/સેકન્ડનો વેગ પ્રાપ્ત કરી શકો છો. જો તમે ઇંધણની માત્રા દસ ગણી વધારી દો તો 150000 કિલોગ્રામ ઇંધણ સાથે અધિકતમ 11.9 કિ.મી/સેકન્ડનો વેગ પ્રાપ્ત કરી શકો છો. અહીં ધ્યાન રાખવા જેવી વાત છે કે, તમે ઇંધણ દસ ગણું વધાર્યુ પરંતુ તમારી ઝડપ ફક્ત ત્રણ ગણી જ વધી. આજ પ્રમાણે તમે જો સમગ્ર પૃથ્વીને તોડીને તેનું 10^24 કિલોગ્રામ દળનો ઇંધણરૂપે વપરાશ કરી પણ લ્યો છતાં તમે અધિકતમ 237 કિ.મી/સેકન્ડના વેગને જ સ્પર્શી શકશો કે જે પ્રકાશવેગના 0.1% પણ નથી.

-

કહેવાનું તાત્પર્ય કે કેમિકલ રોકેટનો "thrust to weight ratio" સીમિત છે. જો આ ટેકનિક વડે તમે આપણી સૌથી નજીકના તારાની મુલાકાત લેવાનું વિચારો, તો આ યાત્રામાં ઓછામાં ઓછા 80000 વર્ષોનો સમય લાગશે. ટૂંકમાં મતલબ સાફ છે કે કેમિકલ રોકેટ વડે તમે પૃથ્વીની આસપાસ તો ફરીને આવી શકો છો પરંતુ આ રોકેટ તમને તારાઓની દુનિયામાં સુરક્ષિત લઇ જઇને પાછા લાવવામાં અસમર્થ છે. જો આપણે દૂરના તારાઓ તથા તેમના ગ્રહોની મુલાકાત કરવી હોય તો, અંતરિક્ષયાનોની નવી પેઢી વિશે વિચારવું પડશે. જેનું વિવરણ આગળ જોઇશું.

-

વીસમી સદીમાં જ્યારે માનવતા પરમાણુ બોમ્બના ઘાતક પરિણામો ભોગવી રહી હતી, ત્યારે કેટલાક વૈજ્ઞાનિક માનવતાની ભલાઇ હેતુ પરમાણુ ઉર્જાના સદુપયોગ વિષે પણ વિચારી રહ્યાં હતા. તેમાંથી એક નામ હતું પોલેન્ડના વૈજ્ઞાનિક સ્ટાનીસ્લાવ યલામ(Stanislaw Ulam). જેમણે પરમાણુ ઉર્જાના ઉપયોગ વડે અંતરિક્ષયાનોને ચલાવવાનો વિચાર પ્રસ્તુત કર્યો. જેના આધાર ઉપર ફ્રીમેન ડાયસન અને ટેડ ટેલરે 1958 માં "પ્રોજેક્ટ ઓરિયન" ની સ્થાપના કરી હતી. ઓરિયન 80 લાખ ટન વજન અને 400 મીટર વ્યાસ ધરાવતુ એક એવું પ્રસ્તાવિત અંતરિક્ષયાન હતું, જેને પરમાણુ વિસ્ફોટો વડે વેગ પ્રદાન કરવાની યોજના બનાવવામાં આવી હતી. લગભગ 1080 નાભિકીય વિખંડન આધારિત પરમાણુ બોમ્બના વિસ્ફોટ આ યાનની નીચે કરવાના હતા અને પ્રત્યેક વિસ્ફોટ થકી ઉત્પન્ન પ્રચંડ આઘાત તરંગો આ યાનને વેગ પ્રદાન કરનાર હતા. એવું અનુમાન હતું કે આ યાન પ્રકાશવેગનો દસ પ્રતિશત વેગ હાસિલ કરી આપણને લગભગ 45 વર્ષોમાં સૌથી નજીકના તારા સુધી પહોંચાડી દેશે.

-

સ્વાભાવિક છે કે, આ યાન દ્વારા કરાયેલ પરમાણુ વિસ્ફોટો વડે ઘણો રેડિયોએક્ટિવ કચરો ઉત્પન્ન થાત જેના વિકિરણો હવામાં ચક્કર લગાવતા સેટેલાઇટ્સને ગંભીર નુકસાન પહોંચાડે એમ હતા. આ બધી બાબતોને ધ્યાનમાં રાખી દુનિયાના પ્રમુખ રાષ્ટ્રો દ્વારા 1963 માં સંધિ કરી અંતરિક્ષમાં પરમાણુ વિસ્ફોટોને ગેરકાયદેસર ઠેરવવામાં આવ્યા. આ રીતે અંતરિક્ષયુગમાં ઉત્પન્ન થયેલ ઉમ્મીદની આશાઓ હંમેશા માટે વિલુપ્ત થઇ ગઇ. જો કે હાલમાં મળેલ nuclear fusion વડે પ્રાપ્ત ઉર્જાએ ઉમ્મીદની આશા ઉભી કરી છે.

-

*****Ion & Plasma Engines*****

આયન એન્જીનમાં ઇંધણ તરીકે ચાર્જ પાર્ટિકલને શૂટ કરવામાં આવે છે. કેમિકલ રોકેટની શરૂઆતી રફતાર ઘણી વધુ હોય છે પરંતુ થોડા સમય બાદ રફતાર પર બ્રેક લાગવા માંડે છે, જ્યારે આયન એન્જીનની શરૂઆતી રફતાર બેહદ સુસ્ત હોય છે પરંતુ વર્ષો સુધી લગાતાર, થોડી-થોડી ગતિ વધારી અંતે કેમિકલ રોકેટની તુલનાએ પાંચ થી દસ ગણી વધુ ગતિ પ્રાપ્ત કરી શકે છે. આયન એન્જીનની સમસ્યા એ છે કે મુક્ત પરમાણુઓને ઇંધણ તરીકે વાપરવાના કારણે તેની ક્ષમતા એટલી નથી હોતી કે તે કોઇ યાનને પૃથ્વીની ગ્રેવિટિ વિરૂધ્ધ અંતરિક્ષમાં પહોંચાડી શકે. હાં, જો એકવખત તમે અંતરિક્ષમાં પહોંચી ગયા અને સમયની કોઇ ઉતાવળ ન હો તો તમને આયન એન્જીન ખુબ ઉપયોગી સાબિત થઇ શકે.

-

આયન એન્જીનના જ એક અન્ય સ્વરૂપનું નામ પ્લાઝમા એન્જીન છે. જેમાં પરમાણુઓને ખુબજ ગરમ કરીને ઉત્પન્ન થયેલ પ્લાઝમાને ઇંધણ તરીકે વાપરવામાં આવે છે. વૈજ્ઞાનિકોનું અનુમાન છે કે પ્લાઝમા એન્જીન આધારિત યાનની મદદથી આપણે 40 દિવસની અંદર મંગળ ગ્રહ સુધી પહોંચી શકીએ છીએ(યાદરહે કેમિકલ રોકેટ વડે આ મુસાફરીને ઓછામાં ઓછો નવ મહિનાનો સમય લાગશે).

-

****Ramjet Fusion Engines****

આ એન્જીનને તારાઓની સફર કરવા માટેનો સૌથી ભરોસાપાત્ર પ્રકાર માનવામાં આવે છે. દેખાવે આઇસ્ક્રીમ કોન સમાન આ યાન અંતરિક્ષમાં મૌજૂદ હાઇડ્રોજન ગેસને પોતાની આગળ મૌજૂદ શંકુ આકારની કુપ્પી(flask) માં એકઠો કરશે(જુઓ નીચેની ઇમેજ). આ હાઇડ્રોજનને કરોડો ડિગ્રી સુધી ગરમ કરવામાં આવશે જેથી પરમાણુઓને જોડાવાની પ્રક્રિયા શરૂ થઇ શકે અને તેના વડે ઉત્પન્ન ઉર્જા થકી યાનને વેગ પ્રદાન કરવામાં આવશે. યાદરહે બ્રહ્માંડમાં હાઇડ્રોજનની માત્રા 75% થી વધુ છે માટે આ યાનને ઇંધણ સાથે લઇ ચાલવાની આવશ્યકતા જ નહીં રહે. વર્ષ 1960 માં આ એન્જીનની રૂપરેખા આપનાર વૈજ્ઞાનિક રોબર્ટ બસ્સર્ડે ગણતરી કરીને કહ્યું કે, 1000 ટન વજનના રેમજેટ યાન એક વર્ષ સુધીમાં 9.8 m/s^2 ના gravitational acceleration થી પ્રકાશની 77% જેટલી ઝડપ પ્રાપ્ત કરી શકશે.

-

આપણે જાણીએ છીએ કે બ્રહ્માંડમાં હાઇડ્રોજનની સરેરાશ ઘનતા કેટલી છે અને એક વર્ષ સુધી gravitational acceleration જાળવી રાખવા માટે આપણને કેટલો હાઇડ્રોજન જોઇએ. આ બંન્ને આંકડાઓના આધારે આપણે કહી શકીએ કે આ યાનની આગળ લાગેલ હાઇડ્રોજન એકત્રિત કરનાર શંકુ ઓછામાં ઓછો 160 કિ.મીનો વ્યાસ ધરાવતો હોવો જોઇએ. આટલા મોટા યાનને પૃથ્વી ઉપર બનાવી અંતરિક્ષમાં મોકલવું એક મોટી સમસ્યા છે. બીજી સમસ્યા એ છે કે પૃથ્વી પર આપણે ડ્યુટેરિયમ અને ટ્રિટિયમ વડે ફ્યુઝન પ્રક્રિયા સંપન્ન કરીએ છીએ જ્યારે અંતરિક્ષમાં ફેલાયેલ હાઇડ્રોજન મુખ્યત્વે એક પ્રોટોન-એક ઇલેક્ટ્રોન વડે બન્યો હોય છે. જેનો ઉપયોગ કરવા માટે આપણે "પ્રોટોન-પ્રોટોન ફ્યુઝન" ટેકનિકમાં મહારથ હાંસિલ કરવી પડશે, કે જે મુશ્કેલ છે પરંતુ અસંભવ નથી.

-

****Light Sails Engines****

શું તમે ક્યારેય વિચાર્યુ છે કે, એક ધૂમકેતુની પૂંછડી હંમેશા સૂર્યની વિપરીત દિશામાં જ શા માટે હોય છે? આ પ્રશ્નનો સાચો ઉત્તર સૌપ્રથમ 17 મી સદીમાં જોહાનેસ કેપલરે આપ્યો. કેપલરનું માનવું હતું કે સૂર્યના કિરણોનો દબાવ ધૂમકેતુમાં મૌજૂદ બરફના કણોને દૂર ધકેલે છે. જેના કારણે ધૂમકેતુની પૂંછડી બને છે.

-

પ્રકાશની એક અજીબ ખાસિયત એ છે કે, તે દળરહિત કણો વડે બન્યો હોવા છતાં મોમેન્ટમ ધરાવે છે. ફળસ્વરૂપ જ્યારે પ્રકાશકણ કોઇક વસ્તુ સાથે ટકરાય છે તો ટ્રાન્સફર થયેલ મોમેન્ટમના કારણે વસ્તુ એક "ધક્કા" નો અનુભવ કરે છે. પ્રકાશના દબાણનો ઇંધણ તરીકે ઉપયોગ કરનાર યાનને Lightsail Spacecraft કહે છે. મે, 2010માં જાપાની અંતરિક્ષ એજન્સી દ્વારા પ્રક્ષેપિત IKAROS યાન કેવળ સૂર્યકિરણોના દબાણનો ઇંધણ તરીકે ઉપયોગ કરી છ મહિનાની અંદર શુક્ર ગ્રહ સુધી પહોંચી ગયુ હતું. જેનાથી એવું સાબિત થાય કે આ ટેકનિક વડે અંતરિક્ષમાં લાંબી મુસાફરી કરવી સંભવ છે. જો આ ટેકનિકની તકલીફ વિશે વાત કરીએ તો, સારી એવી ઝડપ પ્રાપ્ત કરવા માટે રેડિયેશન પ્રેશર ગ્રહણ કરવામાં સક્ષમ યાનના પંખાને કેટલાક સેંકડો માઇલ લાંબા-પહોળા રાખવા પડે. આટલા મોટા યાનને પૃથ્વી ઉપર બનાવી અંતરિક્ષમાં મોકલવુ એક ચેલેન્જ છે.   

****Antimatter Engines****

આ એન્જીન સાયન્સ ફિક્શન લેખકો અને હોલીવુડ ફિલ્મકારોનું મનપસંદ એન્જીન છે. જો આપણે ડ્યુટેરિયમ(1876MEV) અને ટ્રિટિયમ(2809MEV) ના કણોને નાભિકીય સંલયન દ્વારા જોડીએ તો આ પ્રક્રિયા વડે આપણને હીલિયમ આઇસોટોપનો એક કણ સાથે કુલ 17.59MEV(મેગા ઇલેક્ટ્રોન-વોલ્ટ) ઉર્જા પ્રાપ્ત થશે. એજ પ્રમાણે જો નાભિકીય વિખંડનની વાત કરીએ તો, યુરેનિયમ 235(218943MEV) નું વિખંડન કરતા બેરિયમ તથા ક્રિપ્ટોનના આઇસોટોપ સાથે કુલ 200 MEV ઉર્જા પ્રાપ્ત થશે.

-

બંન્ને ઉદાહરણો દ્વારા સ્પષ્ટ સમજાય છે કે નાભિકીય સંલયન તથા વિખંડન વડે પ્રાપ્ત ઉર્જા, કણોના મૂળભૂત દળની એક ટકા પણ નથી હોતી. પરંતુ!! જો આપણે એક એન્ટિમેટર બોમ્બનું નિર્માણ કરીએ તો તેના વિસ્ફોટ થકી દળનો 50% હિસ્સો શુધ્ધ ઉર્જામાં તથા શેષ રહેલ હિસ્સો ન્યુટ્રિનોમાં પરિવર્તિત થઇ જાય છે. આ કારણે એન્ટિમેટરનો ઇંધણ તરીકે ઉપયોગ કરવાથી અંતરિક્ષયાનોની ક્ષમતા કેમિકલ અને ન્યૂક્લિયર રોકેટની તુલનાએ લાખો-કરોડો ગણી વધુ થઇ જાય છે.

-

વૈજ્ઞાનિકોનું અનુમાન છે કે, કેવળ 17 ગ્રામ એન્ટીમેટર ઇંધણ આપણને સૌથી નજીકના તારા સુધી પહોંચાડવા સક્ષમ છે. તથા ફક્ત 30 મિલિગ્રામ એન્ટીમેટરની સહાય વડે એક અંતરિક્ષયાન પ્લૂટો ગ્રહ સુધી જઇને પરત ફરી શકે છે. જો કે એન્ટીમેટરને પ્રયોગશાળામાં બનાવવું એ ફિલહાલ કોયડા સમાન છે.

(મિત્ર વિજય દ્વારા)