नासा ने परमाणु इंजन (1960) के साथ एक जहाज पर मंगल पर उड़ान भरने की संभावना पर पहला अध्ययन किया

नवंबर 1957 में, उसी महीने जब सोवियत संघ ने 508-पाउंड सैटेलाइट 2 में कुत्ते लाइका को अंतरिक्ष में लॉन्च किया था, लुईस रिसर्च सेंटर के लगभग 20 इंजीनियरों ने इंटरप्लेनेटरी उड़ानों के लिए परमाणु, आयन और रॉकेट इंजन का उपयोग करने की संभावना पर शोध करना शुरू किया। 1 अक्टूबर, 1958 को, नासा के गठन के तुरंत बाद, लुईस सेंटर एजेंसी के तत्वावधान में गिर गया, और अप्रैल 1959 में इसके विशेषज्ञों ने कांग्रेस को अपने काम की रिपोर्ट दी, जिसमें मंगल ग्रह के लिए उड़ानों की संभावना का अध्ययन करने के लिए धन की मांग की। कांग्रेस ने मानवरहित परमाणु चालित मंगल की उड़ान के पहले अमेरिकी अध्ययन के लिए आगे बढ़ने पर सहमति व्यक्त की।

जनवरी 1961 की एक रिपोर्ट में, जो उनके काम का एक संक्षिप्त विवरण देने वाली थी, शोधकर्ताओं ने संकेत दिया कि उड़ान पृथ्वी के निकट कक्षा से शुरू होने वाली थी। 7 चालक दल के सदस्यों के लिए डिज़ाइन किए गए अंतरिक्ष यान को पृथ्वी से या तो इकट्ठे रूप में लॉन्च किया जा सकता है, या अंतरिक्ष में भागों में रखा जा सकता है, कक्षा में इकट्ठा किया जा सकता है, और फिर अपनी यात्रा पर भेजा जा सकता है।


^{एक मानवयुक्त अंतरिक्ष यान का सामान्य दृश्य। A एक परमाणु रॉकेट इंजन है। बी - केंद्रीय टैंक, सी, डी - तरल हाइड्रोजन टैंक के क्लस्टर, ई - चालक दल के डिब्बे, एफ - मार्टियन लैंडिंग मॉड्यूल, जी - पृथ्वी लैंडिंग मॉड्यूल। नासा की छवि।}

लक्ष्य पर पहुंचने के बाद, इंजन का उपयोग करने वाला जहाज, एक गति को धीमा करने वाला था, जिस पर मंगल ग्रह का गुरुत्वाकर्षण लाल ग्रह के एक कृत्रिम उपग्रह में थोड़ी देर के लिए मुड़कर उसे पकड़ सकता था। फिर, अगले लॉन्च विंडो की प्रत्याशा में, पृथ्वी पर वापस लॉन्च करने के लिए उपयुक्त, अंतरिक्ष यात्रियों को मंगल ग्रह के कॉकपिट में मंगल ग्रह के क्रिमसन सतह पर उतरना पड़ा, लॉन्च और लैंडिंग के लिए रासायनिक रॉकेट इंजन का उपयोग करना। ग्रह की सतह की खोज में कुछ समय बिताने के बाद, वे फिर से कक्षा में शेष अंतरिक्ष यान को पूरा करने के लिए फिर से उतारने के लिए थे, जो एक बार फिर परमाणु इंजन को लॉन्च करने के बाद चालक दल को पृथ्वी पर लाएगा। हमारे ग्रह पर लौटने के बाद, पृथ्वी का लैंडिंग मॉड्यूल जहाज से अलग हो जाएगा, जो वायुमंडल में एक ब्रेकिंग पैंतरेबाज़ी करके, चालक दल को पृथ्वी की सतह पर पहुंचाएगा, जबकि इंटरप्लेनेटरी स्पेसक्राफ्ट स्वयं आगे उड़ जाएगा, जो सूर्य के चारों ओर एक सुरक्षित "कचरा" कक्षा की ओर बढ़ेगा।

अपनी रिपोर्ट में, शोधकर्ताओं ने पृथ्वी की कक्षा से प्रस्थान के समय डिवाइस के अंतिम द्रव्यमान पर तीन परस्पर संबंधित कारकों (जैसे, मिशन की अवधि, वायुमंडल के बारे में ब्रेक लगाना, और चालक दल के लिए विकिरण जोखिम स्वीकार्य स्तर) के अध्ययन पर ध्यान केंद्रित किया।

जाहिर है, मंगल ग्रह के लिए एक छोटी उड़ान की आवश्यकता होगी, सामान्य तौर पर, ईंधन की एक बड़ी मात्रा (शोधकर्ताओं की योजना के अनुसार, इसे तरल हाइड्रोजन होना चाहिए) एक लंबे समय तक (उदाहरण के लिए, तेजी लाने के लिए अन्य खगोलीय पिंडों के गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करके - लगभग) । दूसरी ओर, एक धीमी उड़ान की स्थिति में, चालक दल द्वारा आवश्यक कार्गो - हवा, पानी और भोजन की एक बड़ी मात्रा को अपने साथ ले जाना होगा। अंततः, शोधकर्ताओं ने 420 दिनों तक चलने वाले मिशन पर समझौता किया, जिसमें मंगल की कक्षा में 40 दिनों की "प्रतीक्षा अवधि" भी शामिल है। विशुद्ध रूप से विश्लेषणात्मक उद्देश्यों के लिए, उन्होंने एक लॉन्च की तारीख भी चुनी - 1971 - लेकिन इस बात पर जोर दिया कि "इसका मतलब यह नहीं है कि इस समय के लिए किसी भी वास्तविक उड़ानों की योजना बनाई जाएगी।" एक प्रारंभिक बिंदु के रूप में, पृथ्वी के चारों ओर 480 किलोमीटर की कक्षा को चुना गया था।

इष्टतम लॉन्च की तारीख 19 मई, 1971 को चुनी गई थी - जब पृथ्वी से मंगल की उड़ान के लिए डेल्टा-वी की आवश्यकता 19.78 किलोमीटर प्रति सेकंड होगी - यह ध्यान में रखते हुए कि परमाणु इंजन के जोर के कारण त्वरण और ब्रेकिंग पूरी तरह से पारित हो जाएगा। ^[१] इस परिदृश्य में, रिएक्टर से इंजन के काम के तरल पदार्थ को गर्म करके और रॉकेट नोजल से बाहर फेंककर आवश्यक डेल्टा-वी मूल्य प्राप्त किया जाएगा। जाहिर है, इस तरह, जितना अधिक डेल्टा-वी प्राप्त करने की आवश्यकता होती है, काम करने वाले तरल पदार्थ (तरल तरल पदार्थ) की आवश्यक मात्रा उतनी ही अधिक होती है। तुलना के लिए, 300-दिवसीय मिशन के लिए, आवश्यक डेल्टा-वी 26.55 किलोमीटर प्रति सेकंड होगा, और 950-दिवसीय उड़ान के लिए, केवल 12.39 किलोमीटर प्रति सेकंड।

[१] [डेल्टा-वी का मतलब गति में अंतर को समझा जाता है जो एक सफल युद्धाभ्यास के लिए हासिल किया जाना चाहिए। इसी समय, वेग वेक्टर की दिशा को ध्यान में नहीं रखा जाता है, अर्थात, यदि अंतरिक्ष यान को 0 से 1 किमी / सेकंड तक तेजी लाने की आवश्यकता होती है, और फिर फिर से 0 पर धीमा हो जाता है, तो डेल्टा-वी 2 किमी / सेकंड होगा, लगभग।

लेखकों ने दिखाया कि वाहन की उड़ान की गति को कम करने के लिए, वायुमंडल के खिलाफ एक ब्रेकिंग पैंतरेबाज़ी पूरी तरह से उपयुक्त है, जो जहाज के द्रव्यमान को कम करने में मदद करेगा [कार्यशील द्रव्यमान द्रव्यमान की मात्रा से, जो अन्यथा इंजन ब्रेकिंग, लगभग के लिए आवश्यक होगा।] यदि मंगल पर पहुंचने और पृथ्वी पर लौटने पर दोनों को लागू किया जाता है, तो डेल्टा-वी का मूल्य, जिसे एक इंजन की मदद से प्राप्त करना होगा, को आधा किया जा सकता है।

हालांकि, ये आंकड़े केवल तभी सच होते हैं जब हम मान लेते हैं कि थर्मल शील्ड, जो कि वायुमंडल से गुजरते समय चालक दल को जहाज को गर्म करने से बचाने के लिए थी, में द्रव्यमान नहीं होगा। व्यवहार में, ब्रेकिंग पैंतरेबाज़ी भी इस तथ्य से बाधित थी कि, जहाज के द्रव्यमान के अलावा, पृथ्वी पर लौटने के लिए आवश्यक अपने टैंक में हाइड्रोजन का द्रव्यमान, ब्रेक लगाना होगा। उसी समय, तरल हाइड्रोजन का घनत्व बहुत कम होता है, इसलिए इसके भंडारण के लिए बड़े टैंक की आवश्यकता होगी। इसे देखते हुए, थर्मल शील्ड का अनुमानित वजन, जो चालक दल के डिब्बे और ईंधन टैंक दोनों की रक्षा कर सकता है, इतना बड़ा था कि मार्टियन वातावरण के बारे में ब्रेकिंग पैंतरेबाज़ी पहले से ही 25% द्रव्यमान को बचाएगी, लेकिन केवल लगभग 3%।

इन कठिनाइयों के कारण, शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि पृथ्वी पर लौटने के दौरान ही वायुमंडल के बारे में ब्रेक लगाना अधिक उचित होगा। उनके 15-टन, 7-मीटर पृथ्वी डिसेंट मॉड्यूल में एक हीट शील्ड होना चाहिए था जो वायुमंडल में प्रवेश करते ही जल जाएगा, इस प्रकार अतिरिक्त गर्मी को दूर कर लेता है (शील्ड के इस डिज़ाइन का उपयोग वोस्तोक, वोसखोद, मिथुन और अपोलो जहाजों पर किया गया था, और अब तक इसका उपयोग जारी है यूनियनों और शेनझोउ में)। उसी समय, ब्रेकिंग के दौरान, ढाल अपने स्वयं के वजन का 10% तक खो देगा, और चालक दल 8 जी तक ओवरलोड का अनुभव करेगा। गणना से पता चला है कि इस मामले में इंजन के साथ समान ब्रेक लगाने के लिए आवश्यक तरल पदार्थ के वजन के मुकाबले हीट शील्ड का वजन 6 गुना कम होगा।

विकिरण के मुद्दे की ओर मुड़ते हुए, शोधकर्ताओं ने चेतावनी दी कि "उस समय [उपलब्ध] विकिरण के हानिकारक प्रभावों के क्षेत्र में ज्ञान को संपूर्ण नहीं माना जा सकता है" [इसे हल्के ढंग से, - लगभग] । उन्होंने निम्नलिखित कारकों को सूचीबद्ध किया जिनके प्रभाव पर विचार किया जाना चाहिए: वैन एलेन पृथ्वी और मंगल के चारों ओर बेल्ट (वास्तव में, मंगल पर कोई विकिरण बेल्ट नहीं है, लेकिन तब इसके बारे में नहीं पता था), ब्रह्मांडीय विकिरण, सौर flares और जहाज की अपनी रेडियोधर्मिता।

हाइड्रोजन का निकास 67 मीटर के जहाज को न केवल मंगल की ओर धकेलने वाला था, बल्कि एक तरह के विकिरण कवच के रूप में भी काम करता था। पृथ्वी की कक्षा में एक परमाणु इंजन शुरू करने के बाद, यह जहाज के टैंकों से तरल हाइड्रोजन लेना शुरू कर देगा। शोधकर्ताओं के अनुसार, प्रत्येक 6 टैंकों के दो समूहों को एक केंद्रीय टैंक के आसपास रखा जाना था, जिसके माध्यम से तरल हाइड्रोजन को इंजन में प्रवेश करना था। इस मामले में, चूंकि केंद्रीय टैंक खाली था, इसलिए इसे एक क्लस्टर से हाइड्रोजन के साथ फिर से भरना पड़ा। यह व्यवस्था सुनिश्चित करती है कि इंजन और चालक दल के डिब्बे के बीच हमेशा हाइड्रोजन की एक बड़ी मात्रा होगी। पृथ्वी की कक्षा से जाने के बाद, क्लस्टर में मौजूद आधे टैंक काट दिए जाएंगे। दूसरा आधा मंगल से प्रस्थान के दौरान केंद्रीय टैंक को भर देगा, और लाल ग्रह से प्रस्थान करने से ठीक पहले भी डिस्कनेक्ट हो जाएगा।


^{चालक दल के डिब्बे की छवि। ए - एक अत्यधिक विकिरण-संरक्षित कमरा, बी - एक जीवित डिब्बे, सी - एक कार्गो डिब्बे। नासा की छवि।}

चालक दल के डिब्बे में एक प्रकाश-संरक्षित डबल-डेक "ड्रम" है, जिसकी कुल मात्रा 118 घन मीटर है, जो प्रत्येक चालक दल के सदस्य के लिए लगभग 4,645 वर्ग मीटर जगह प्रदान करने वाली थी ("कुछ उस क्षेत्र के बीच है जहां बड़ों और अधिकारियों को पनडुब्बी पर है," रिपोर्ट में कहा गया है) )। डिब्बे के केंद्र में लगभग 17 घन मीटर की मात्रा के साथ एक अत्यधिक संरक्षित "सुरक्षित" है। इस आश्रय कक्ष के अपवाद के साथ, पूरे चालक दल के डिब्बे (5 मीटर ऊँचे, 10 मीटर व्यास के [संख्या सहमत नहीं हैं, लेकिन इसे मूल लेखकों के विवेक पर छोड़ दें, लगभग।] ) का वजन केवल 15 टन होगा। चालक दल के सदस्यों को वैन एलेन बेल्ट, परमाणु इंजन के साथ संचालन के साथ-साथ बड़े सौर फ्लेयर्स के केंद्रीय सुरक्षित डिब्बे में स्थित किया जाएगा। जितना संभव हो सके ब्रह्मांडीय विकिरण के प्रभाव को कम करने के लिए, चालक दल भी वहां सो रहा होगा। शोधकर्ताओं ने यह भी ध्यान में रखा कि केंद्रीय डिब्बे के आसपास रखी गई 15 टन आपूर्ति अतिरिक्त सुरक्षा प्रदान करेगी [जाहिर तौर पर उन्हें लगा कि भोजन को संरक्षित नहीं किया जाना चाहिए, - प्रति] ।

जाहिर है, यह है कि केंद्रीय डिब्बे के लिए आवश्यक "ढाल" का कुल द्रव्यमान चालक दल के लिए अनुमत अधिकतम विकिरण पर निर्भर है। बड़े सौर फ्लेयर्स से बचने और 100 बेयर के स्वीकार्य विकिरण स्तर को देखते हुए, 23.5 टन वजन का एक कवच पर्याप्त होना चाहिए था। 50 रेम की अधिकतम अनुमेय विकिरण खुराक और एक बड़े सौर भड़क की स्वीकार्यता के साथ, ढाल द्रव्यमान पहले से ही 140 टन तक पहुंच जाना चाहिए था। "ये डेटा," रिपोर्ट कहती है, "मनुष्यों पर ब्रह्मांडीय विकिरण के प्रभावों और खतरों के अध्ययन के महत्व पर जोर दें।"

[यह ध्यान देने योग्य है कि इस मामले में, शोधकर्ता आशावादी नहीं थे। अंग्रेजी विकिपीडिया का कहना है कि अपेक्षाकृत कम समय में 100 बेयर प्राप्त हुए (हालांकि यह निर्दिष्ट किए बिना कि इसका मतलब "छोटा पर्याप्त" है) कुछ हफ्तों के भीतर तीव्र विकिरण बीमारी और मृत्यु का कारण होगा। रूसी विकिपीडिया के अनुसार, चेरनोबिल दुर्घटना के परिसमापक को लगभग 100 मिलीसवर्ट की विकिरण खुराक प्राप्त हुई (इस तथ्य के बावजूद कि "पृथ्वी के कुछ क्षेत्रों के निवासियों में वृद्धि हुई प्राकृतिक पृष्ठभूमि के साथ 20 वर्षों में लगभग 100-200 mSv के बराबर विकिरण खुराक प्राप्त होती है")। 1 sievert (10 गुना अधिक) बिल्कुल वही 100 BeR है। बेशक, 60 के दशक में, मानव विकिरण का प्रभाव व्यावहारिक रूप से अस्थिर था। यदि किसी के पास इस विषय पर अधिक सटीक जानकारी है, तो कृपया टिप्पणियों में लिखें - लगभग।]

अंत में, शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि "छोटी उड़ानें लंबे अभियानों की तुलना में (वजन के मामले में) अधिक समीचीन होंगी", हालांकि ऐसी उड़ानों के लिए अधिक ईंधन की आवश्यकता होगी, क्योंकि लंबी उड़ानों के लिए अधिक से अधिक विकिरण सुरक्षा की आवश्यकता होगी चालक दल।

शोधकर्ताओं का अनुमान है कि 420 दिन की उड़ान के लिए जहाज का द्रव्यमान, 100 बेयर की विकिरण खुराक को ध्यान में रखते हुए, लगभग 675 टन होगा, जब यह 1971 में पृथ्वी की कक्षा से लॉन्च किया जाना था।