एक सौर सेल एक तारे द्वारा उत्सर्जित प्रकाश और उच्च-वेग गैसों (जिसे सौर प्रकाश दबाव भी कहा जाता है) के दबाव का उपयोग करके एक अंतरिक्ष यान को आगे बढ़ाने का एक तरीका है। आइए इसके डिवाइस पर करीब से नज़र डालें।
नौका का उपयोग करने का अर्थ है कम लागत वाली अंतरिक्ष यात्रा जो विस्तारित जीवनकाल के साथ संयुक्त है। कई चलती भागों की कमी के साथ-साथ प्रणोदक का उपयोग करने की आवश्यकता के कारण, ऐसा जहाज संभावित रूप से पेलोड के वितरण के लिए पुन: प्रयोज्य है। नाम प्रकाश या फोटॉन सेल भी कभी-कभी उपयोग किए जाते हैं।
कॉन्सेप्ट स्टोरी
जोहान्स केप्लर ने एक बार देखा कि धूमकेतु की पूंछ सूर्य से दूर दिखती है, और सुझाव दिया कि यह तारा ही है जो इस प्रभाव को पैदा करता है। 1610 में गैलीलियो को लिखे एक पत्र में, उन्होंने लिखा: "जहाज को सौर हवा के अनुकूल एक पाल प्रदान करें, और ऐसे लोग होंगे जो इस शून्य का पता लगाने की हिम्मत करेंगे।" शायद, इन शब्दों के साथ, उन्होंने "धूमकेतु पूंछ" की घटना को ठीक से संदर्भित किया, हालांकि इस विषय पर प्रकाशन कई साल बाद दिखाई दिए।
XIX सदी के 60 के दशक में जेम्स के। मैक्सवेल ने विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के सिद्धांत को प्रकाशित किया औरविकिरण, जिसमें उन्होंने दिखाया कि प्रकाश में संवेग होता है और इस प्रकार वह वस्तुओं पर दबाव डाल सकता है। मैक्सवेल के समीकरण हल्के दबाव की गति के लिए सैद्धांतिक आधार प्रदान करते हैं। इसलिए, 1864 की शुरुआत में, भौतिकी समुदाय के भीतर और बाहर यह ज्ञात था कि सूर्य के प्रकाश में एक आवेग होता है जो वस्तुओं पर दबाव डालता है।
पहले, प्योत्र लेबेदेव ने 1899 में प्रयोगात्मक रूप से प्रकाश के दबाव का प्रदर्शन किया, और फिर अर्नेस्ट निकोल्स और गॉर्डन हल ने 1901 में निकोल्स रेडियोमीटर का उपयोग करके एक समान स्वतंत्र प्रयोग किया।
अल्बर्ट आइंस्टीन ने द्रव्यमान और ऊर्जा की तुल्यता को पहचानते हुए एक अलग सूत्रीकरण पेश किया। अब हम केवल p=E/c को संवेग, ऊर्जा और प्रकाश की गति के अनुपात के रूप में लिख सकते हैं।
Svante Arrhenius ने 1908 में भविष्यवाणी की थी कि सौर विकिरण से दबाव की संभावना अंतरतारकीय दूरी पर जीवित बीजाणुओं को ले जाती है, और, परिणामस्वरूप, पैनस्पर्मिया की अवधारणा। वे पहले वैज्ञानिक थे जिन्होंने यह दावा किया कि प्रकाश तारों के बीच वस्तुओं को स्थानांतरित कर सकता है।
Fredrich Zander ने सोलर सेल के तकनीकी विश्लेषण सहित एक पेपर प्रकाशित किया। उन्होंने "दर्पणों की विशाल और बहुत पतली चादरों के उपयोग" और "ब्रह्मांडीय गति प्राप्त करने के लिए सूर्य के प्रकाश के दबाव" के बारे में लिखा।
इस तकनीक को विकसित करने वाली पहली औपचारिक परियोजना 1976 में जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी में हैली कॉमेट के साथ एक प्रस्तावित मिलन स्थल मिशन के लिए शुरू हुई थी।
सौर सेल कैसे काम करता है
प्रकाश ग्रह की कक्षा में या अंदर के सभी वाहनों को प्रभावित करता हैअंतरग्रहीय स्थान। उदाहरण के लिए, मंगल के लिए बाध्य एक पारंपरिक अंतरिक्ष यान सूर्य से 1,000 किमी से अधिक दूर होगा। इन प्रभावों को 1960 के दशक में पहले अंतरग्रहीय अंतरिक्ष यान के बाद से अंतरिक्ष यात्रा प्रक्षेपवक्र योजना में शामिल किया गया है। विकिरण वाहन की स्थिति को भी प्रभावित करता है, और इस कारक को जहाज के डिजाइन में ध्यान में रखा जाना चाहिए। सौर सेल पर बल 1 न्यूटन या उससे कम है।
इस तकनीक का उपयोग इंटरस्टेलर कक्षाओं में सुविधाजनक है, जहां कोई भी क्रिया कम गति से की जाती है। प्रकाश पाल का बल वेक्टर सूर्य की रेखा के साथ उन्मुख होता है, जो कक्षा की ऊर्जा और कोणीय गति को बढ़ाता है, जिससे जहाज सूर्य से दूर आगे बढ़ता है। कक्षा के झुकाव को बदलने के लिए, बल सदिश वेग सदिश के तल से बाहर होता है।
स्थिति नियंत्रण
ब्रह्मांड के माध्यम से यात्रा करते समय वांछित स्थिति तक पहुंचने और बदलने के लिए एक अंतरिक्ष यान के एटिट्यूड कंट्रोल सिस्टम (ACS) की आवश्यकता होती है। इंटरप्लानेटरी स्पेस में उपकरण की निर्धारित स्थिति बहुत धीरे-धीरे बदलती है, अक्सर प्रति दिन एक डिग्री से भी कम। यह प्रक्रिया ग्रहों की कक्षाओं में बहुत तेजी से होती है। सौर सेल का उपयोग करने वाले वाहन के लिए नियंत्रण प्रणाली को सभी अभिविन्यास आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए।
नियंत्रण पोत के दबाव के केंद्र और उसके द्रव्यमान के केंद्र के बीच एक सापेक्ष बदलाव द्वारा प्राप्त किया जाता है। यह नियंत्रण वैन के साथ प्राप्त किया जा सकता है, अलग-अलग पालों को स्थानांतरित करना, एक नियंत्रण द्रव्यमान को स्थानांतरित करना, या परावर्तक को बदलनाक्षमताएं।
स्थायी स्थिति में शून्य पर शुद्ध टोक़ बनाए रखने के लिए एसीएस की आवश्यकता होती है। प्रक्षेपवक्र के साथ पाल के बल का क्षण स्थिर नहीं होता है। सूर्य और कोण से दूरी के साथ परिवर्तन, जो पाल के शाफ्ट को सही करता है और सहायक संरचना के कुछ तत्वों को विक्षेपित करता है, जिसके परिणामस्वरूप बल और टोक़ में परिवर्तन होता है।
प्रतिबंध
सौर सेल पृथ्वी से 800 किमी से कम ऊंचाई पर काम नहीं कर पाएगा, क्योंकि इस दूरी तक वायु प्रतिरोध बल प्रकाश दबाव बल से अधिक है। यही है, सौर दबाव का प्रभाव कमजोर रूप से ध्यान देने योग्य है, और यह बस काम नहीं करेगा। नौकायन पोत की बारी की दर कक्षा के साथ संगत होनी चाहिए, जो आमतौर पर डिस्क विन्यास को स्पिन करने के लिए केवल एक समस्या है।
ऑपरेटिंग तापमान सौर दूरी, कोण, परावर्तन और आगे और पीछे के रेडिएटर पर निर्भर करता है। पाल का उपयोग केवल वहीं किया जा सकता है जहां तापमान अपनी भौतिक सीमा के भीतर रखा जाता है। यह आमतौर पर सूर्य के काफी करीब 0.25 एयू के आसपास इस्तेमाल किया जा सकता है, अगर जहाज को उन स्थितियों के लिए सावधानी से डिजाइन किया गया है।
कॉन्फ़िगरेशन
एरिक ड्रेक्सलर ने एक विशेष सामग्री से सौर सेल का प्रोटोटाइप बनाया। यह 30 से 100 नैनोमीटर की मोटाई के साथ पतली एल्यूमीनियम फिल्म के पैनल वाला एक फ्रेम है। पाल घूमता है और लगातार दबाव में रहना चाहिए। इस प्रकार की संरचना का क्षेत्रफल प्रति इकाई द्रव्यमान अधिक होता है और इसलिएतैनाती योग्य प्लास्टिक फिल्मों के आधार पर त्वरण "पचास गुना तेज"। यह पाल के अंधेरे पक्ष पर मस्तूलों और जुड़वां रेखाओं के साथ एक वर्गाकार पाल है। तारों को पकड़ने के लिए चार प्रतिच्छेदन मस्तूल और एक लंबवत केंद्र में।
इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन
पेक्का जनहुनेन ने बिजली की पाल का आविष्कार किया। यंत्रवत्, यह पारंपरिक प्रकाश डिजाइन के साथ बहुत कम है। पाल को जहाज के चारों ओर रेडियल रूप से व्यवस्थित सीधे प्रवाहकीय केबल (तारों) से बदल दिया जाता है। वे एक विद्युत क्षेत्र बनाते हैं। यह आसपास की सौर हवा के प्लाज्मा में कई दसियों मीटर तक फैली हुई है। सौर इलेक्ट्रॉन विद्युत क्षेत्र द्वारा परावर्तित होते हैं (जैसे पारंपरिक सौर सेल पर फोटॉन)। तारों के विद्युत आवेश को नियंत्रित करके जहाज को चलाया जा सकता है। बिजली की पाल में 50-100 सीधे तार होते हैं, जो लगभग 20 किमी लंबे होते हैं।
यह किससे बना है?
ड्रेक्सलर के सोलर सेल के लिए विकसित की गई सामग्री एक पतली एल्युमिनियम फिल्म है जो 0.1 माइक्रोमीटर मोटी है। जैसा कि अपेक्षित था, इसने अंतरिक्ष में उपयोग के लिए पर्याप्त ताकत और विश्वसनीयता का प्रदर्शन किया है, लेकिन फोल्डिंग, लॉन्चिंग और तैनाती के लिए नहीं।
आधुनिक डिजाइन में सबसे आम सामग्री एल्यूमीनियम फिल्म "कैप्टन" आकार में 2 माइक्रोन है। यह सूर्य के निकट उच्च तापमान का प्रतिरोध करता है और काफी मजबूत होता है।
कुछ सैद्धांतिक थेनैनोट्यूब फैब्रिक ग्रिड पर आधारित एक उन्नत, मजबूत, अल्ट्रा-लाइट सेल बनाने के लिए आणविक निर्माण तकनीकों को लागू करने के बारे में अटकलें जहां बुने हुए "अंतराल" प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से आधे से भी कम हैं। ऐसी सामग्री केवल प्रयोगशाला में बनाई गई थी, और औद्योगिक पैमाने पर निर्माण के साधन अभी तक उपलब्ध नहीं हैं।
प्रकाश पाल अंतरतारकीय यात्रा के लिए महान संभावनाएं खोलता है। बेशक, अभी भी ऐसे कई प्रश्न और समस्याएं हैं जिनका सामना करना पड़ेगा इससे पहले कि ऐसे अंतरिक्ष यान डिजाइन के साथ ब्रह्मांड में यात्रा करना मानव जाति के लिए एक सामान्य बात बन जाए।
