अवकाशातून पृथ्वीवर परतताना सॅटेलाईट जळून खाक का झाला नाही? : PSLV-C62 च्या 'KID' मिशनची थरारक कथा

अवकाशातून पृथ्वीवर परतताना सॅटेलाईट जळून खाक का झाला नाही?

PSLV-C62 आणि 'KID' मिशनची थरारक वैज्ञानिक कथा

दिनांक: १९ जानेवारी २०२६

१२ जानेवारी २०२६ ची ती सकाळ. श्रीहरिकोटाच्या सतीश धवन अंतराळ केंद्रावर (SDSC-SHAR) नेहमीसारखीच लगबग होती. काऊंटडाऊन सुरू झाले आणि १०... ९... ८... करत भारताच्या बाहुबली रॉकेटने, म्हणजेच PSLV-C62 ने आकाशात झेप घेतली. टीव्हीवर आणि युट्यूबवर कोट्यवधी लोक हा सोहळा पाहत होते. मुख्य चर्चा होती ती 'अन्वेषा' (EOS-N1) या मोठ्या उपग्रहाची, जो भारताचा नवीन 'डोळा' म्हणून ओळखला जातो.

पण, या जल्लोषाच्या वेळी एका कोपऱ्यात शास्त्रज्ञांचा एक छोटा गट एका वेगळ्याच आणि अत्यंत तणावपूर्ण मिशनवर लक्ष ठेवून होता. या रॉकेटमध्ये एक छोटा 'पाहुणा' बसला होता – 'KID' (Kestrel Initial Demonstrator). स्पॅनिश स्टार्टअप 'Orbital Paradigm' ने बनवलेला हा प्रायोगिक उपग्रह होता. त्याचे मिशन 'वर' जाणे नव्हते, तर 'वर जाऊन सुखरूप खाली येणे' हे होते.

तुम्ही कदाचित विचार कराल, "यात काय मोठे? आपण तर रोज विमाने उतरताना पाहतो." पण, मित्रांनो, विमानाचे लँडिंग आणि अंतराळातून होणारे 'Re-entry' यात जमीन-अस्मानाचा फरक आहे. हे मिशन म्हणजे साक्षात मृत्यूच्या दारातून परत येण्यासारखे होते.

ISRO PSLV-C62 rocket launching into the sky from Sriharikota, with a plume of fire and smoke below it.

Image Credit: ISRO

थोडक्यात विज्ञान:

जेव्हा एखादी वस्तू ताशी २७,००० किमी वेगाने पृथ्वीच्या वातावरणात घुसते, तेव्हा तिचे तापमान १६००°C ते २०००°C पर्यंत जाते. या तापमानात टायटॅनियमसारखे मजबूत धातूही मेणासारखे वितळतात. तरीही हा 'KID' जिवंत परत आला. कसे? चला, विज्ञानाच्या चष्म्यातून पाहूया.

१. २७,००० किमी/तास: वेगाचे जीवघेणे गणित

अंतराळात टिकून राहण्यासाठी प्रत्येक सॅटेलाईटला प्रचंड वेगाने फिरावे लागते. याला 'Orbital Velocity' म्हणतात. 'KID' जेव्हा पृथ्वीच्या कक्षेत (Low Earth Orbit) होता, तेव्हा तो एका सेकंदाला ७.८ किलोमीटर (म्हणजेच ताशी २८,००० किमी) अंतर कापत होता. विचार करा, मुंबई ते दिल्ली हे अंतर हा उपग्रह फक्त २ मिनिटांत पार करू शकतो!

पण परतीच्या प्रवासात हाच वेग त्याचा शत्रू बनतो. जेव्हा रॉकेट इंजिन वापरून या उपग्रहाची दिशा पृथ्वीकडे वळवली जाते (De-orbit Burn), तेव्हा तो वेगाने वातावरणात शिरतो. येथे हवा त्याला अडवायला सुरुवात करते.

गैरसमज आणि सत्य: घर्षण की दाब?

शाळेत आपण शिकलोय की दोन गोष्टी एकमेकांवर घासल्या की उष्णता निर्माण होते (Friction). त्यामुळे ९०% लोकांना वाटते की सॅटेलाईट हवेला घासल्यामुळे गरम होतो. हे पूर्णपणे चुकीचे आहे.

येथे 'Adiabatic Compression' (रुद्धोष्म संकोचन) हे थर्मोडायनॅमिक्सचे तत्व काम करते. हे थोडे क्लिष्ट वाटू शकते, पण आपण एका घरगुती उदाहरणाने समजून घेऊ:

सायकलच्या पंपाचे उदाहरण:

जेव्हा तुम्ही सायकलच्या टायरमध्ये वेगाने हवा भरता, तेव्हा पंपाची नळी (Nozzle) गरम होते. तुम्ही कधी हात लावून पाहिले आहे का? तिथे पंपाचा दांडा आणि नळी यांच्यात घर्षण होत नाही. मग ती गरम का होते?

कारण, तुम्ही हवेला खूप वेगाने आणि जोरात दाबले (Compressed) असते. विज्ञानाचा नियम सांगतो: "जेव्हा तुम्ही एखाद्या वायूचा (Gas) दाब प्रचंड वाढवता, तेव्हा त्याचे तापमान आपोआप वाढते."

अगदी हेच 'KID' उपग्रहाच्या बाबतीत घडते. हा उपग्रह आवाजाच्या वेगापेक्षा २५ पट जास्त वेगाने (Hypersonic Speed) खाली येत असतो. त्याच्या समोरची हवा बाजूला हटायला वेळच मिळत नाही. त्यामुळे उपग्रहाच्या अगदी समोर हवेची एक 'शॉक वेव्ह' (Shock Wave) तयार होते आणि त्यातील हवा प्रचंड दाबली जाते. या दाबलेल्या हवेचे तापमान १६००°C ते २०००°C पर्यंत पोहोचते. म्हणजे उपग्रह स्वतः गरम होत नाही, तर तो एका अतिशय तप्त हवेच्या फुग्यातून प्रवास करत असतो.

Diagram illustrating the trajectory of a spacecraft's atmospheric re-entry, showing the initial entry, pull-up maneuver, controlled climb, ballistic coast, final entry, and re-entry glide phases above the Earth's atmosphere.

Image Credit: Wikimedia Commons

अंतराळातून येणाऱ्या वस्तूंचा हा वेग आणि धोका समजून घेणे महत्त्वाचे आहे, कारण फक्त सॅटेलाईटच नाही, तर मानवनिर्मित 'कचरा' (Space Debris) सुद्धा याच वेगाने फिरत असतो. त्याबद्दल अधिक माहितीसाठी हा लेख वाचा:

वाचा: अंतराळातील 'टाईम बॉम्ब': स्पेस डेब्रिस म्हणजे काय? (तुमचा मोबाईल, GPS आणि भविष्य धोक्यात?)

२. 'जादुई कवच' (Heat Shield): जळणारे संरक्षक

आता प्रश्न उरतो की, १६००°C तापमानात हा उपग्रह वितळत का नाही? याचे उत्तर आहे त्याच्या तळाशी बसवलेली 'Heat Shield' (उष्णता रोधक कवच).

हे कवच बनवण्यासाठी जे मटेरिअल वापरले जाते, त्याला 'Ablative Material' म्हणतात. हे साधेसुधे मटेरिअल नाही. हे विशेष प्रकारचे 'पॉलिमर रेझिन' (Polymer Resin), कार्बन फायबर्स आणि काही वेळा चक्क 'कॉर्क' (झाडाची साल) वापरून बनवले जाते. होय, तेच कॉर्क जे बाटलीचे झाकण म्हणून वापरतात!

बलिदानाचे तंत्रज्ञान (The Principle of Sacrifice)

या हिट शील्डचे काम उष्णता 'रोखणे' नाही, तर उष्णता 'घेऊन जाणे' आहे. या प्रक्रियेला 'Ablation' म्हणतात. हे कसे काम करते?

जेव्हा तापमान वाढते, तेव्हा हिट शील्डचा वरचा थर जळायला लागतो (Charring).
जळताना त्याचे रूपांतर गरम वायूत (Gas) होते.
हा वायू उष्णता शोषून घेतो आणि उपग्रहापासून दूर फेकला जातो.
जसा घाम अंगावरून उडून गेल्यावर आपल्याला थंड वाटते, तसेच ही हिट शील्ड जळून गेल्यावर उपग्रहाला थंड ठेवते.

A close-up view of a heat shield model glowing bright orange and yellow while undergoing testing in a high-speed plasma wind tunnel to simulate atmospheric re-entry heating.

Image Credit: NASA

तुम्ही जर 'KID' उपग्रहाचे लँडिंगनंतरचे फोटो पाहिले, तर तो काळाकुट्ट आणि जळालेला दिसेल. त्याचा हा 'जळालेला लूक' हेच त्याच्या यशाचे लक्षण आहे. जर त्याने स्वतःचा बळी दिला नसता, तर आतील सेन्सर्स आणि कॉम्प्युटर्स कधीच वितळून गेले असते.

भारतातील खासगी कंपन्या सुद्धा आता अशाच प्रगत तंत्रज्ञानावर काम करत आहेत. 'अग्निकुल कॉसमॉस' सारख्या कंपनीने तर ३डी प्रिंटेड इंजिन बनवून जगाला थक्क केले आहे. त्याबद्दल सविस्तर वाचा:

हे सुद्धा वाचा: भारताचा 'SpaceX'? चेन्नईच्या 'अग्निकुल कॉसमॉस'ला मिळाले १५० कोटी! काय आहे त्यांची '3D प्रिंटेड' रॉकेट टेक्नॉलॉजी?

३. 'ब्लॅकआउट' (Blackout): जेव्हा जगाशी संपर्क तुटतो

मिशनमधील सर्वात भीतीदायक क्षण कोणता असतो? जेव्हा उपग्रह वातावरणाच्या मधल्या थरात असतो. अचानक मिशन कंट्रोल रूममधील स्क्रीन्सवरची आकडेवारी हलू लागते आणि मग... सन्नाटा! उपग्रहाकडून कोणताही सिग्नल येत नाही. याला 'Ionization Blackout' म्हणतात.

हे तांत्रिक बिघाडामुळे होत नाही. याचे कारण पुन्हा तीच 'गरम हवा' आहे. आपण पाहिले की हवेचे तापमान खूप वाढते. या तापमानामुळे हवेच्या अणूंमधील इलेक्ट्रॉन्स बाहेर पडतात आणि तिथे 'प्लाझ्मा' (Plasma) तयार होतो. प्लाझ्मा म्हणजे विद्युत भारित वायू (Electrically Charged Gas).

एक सोपे उदाहरण: तुम्ही कधी अनुभवले आहे की लिफ्टमध्ये (Elevator) गेल्यावर मोबाईलची रेंज जाते? कारण लिफ्ट ही धातूची (Metal) पेटी असते आणि धातू रेडिओ लहरींना अडवतो. उपग्रहाभोवती तयार झालेला प्लाझ्मा हा एका 'धातूच्या कवचासारखा' वागतो.

रेडिओ लहरी (Radio Waves) या प्लाझ्माच्या थरातून आरपार जाऊ शकत नाहीत. त्यामुळे ३ ते ५ मिनिटे उपग्रह कोणाच्याही संपर्कात नसतो. तो पूर्णपणे एकटा असतो. जर या काळात हिट शील्ड फेल झाली किंवा उपग्रहाची दिशा बदलली, तर पृथ्वीवर कोणालाही कळणार नाही. जेव्हा उपग्रहाचा वेग कमी होतो आणि प्लाझ्मा विरून जातो, तेव्हाच पुन्हा "बीप" ऐकू येते आणि शास्त्रज्ञांचा जीव भांड्यात पडतो.

Digital illustration of a space capsule surrounded by a glowing purple and orange plasma sheath during re-entry. Symbols of broken radio signals and the text 'NO SIGNAL' depict the communication blackout phase.

Image created with AI

४. पॅराशूट्स आणि 'स्प्लॅशडाऊन': शेवटचा टप्पा

ब्लॅकआउट संपल्यावर उपग्रह जमिनीपासून २०-३० किमी उंचीवर असतो. आता त्याचे काम असते 'ब्रेक' लावणे. यासाठी पॅराशूट्स वापरले जातात. पण इथे एक मोठी समस्या असते.

जर एवढ्या प्रचंड वेगात मुख्य पॅराशूट उघडले, तर ते कागदासारखे फाटून जाईल. म्हणून इथे 'Staged Deployment' (टप्प्याटप्प्याने उघडणे) पद्धत वापरली जाते.

१. ड्रोग पॅराशूट (Drogue Chute): सुरुवातीला एक छोटे आणि अत्यंत मजबूत पॅराशूट उघडले जाते. याचा उद्देश वेग कमी करणे नसून उपग्रहाला 'स्थिर' (Stable) करणे असतो, जेणेकरून तो कोलांट्या उड्या मारणार नाही.
२. मुख्य पॅराशूट (Main Chute): जेव्हा वेग आटोक्यात येतो, तेव्हा प्रचंड आकाराचे मुख्य पॅराशूट उघडले जाते. यामुळे उपग्रहाचा वेग ताशी ३०-४० किमी पर्यंत कमी होतो.

A space capsule descending towards the blue ocean, supported by three large orange and white striped parachutes just before splashing down.

Image Credit: NASA

पाणी मऊ की सिमेंट?

'KID' ला दक्षिण पॅसिफिक महासागरात उतरवण्यात आले (Splashdown). पण तुम्हाला माहित आहे का? जर पॅराशूट उघडले नसते आणि उपग्रह थेट पाण्यात पडला असता, तर त्याचे तुकडे झाले असते. विज्ञानाच्या नियमानुसार, "जास्त वेगात पाण्याचा पृष्ठभाग सिमेंटसारखा कडक लागतो." (Surface Tension and Incompressibility).

पॅराशूटने वेग कमी केल्यामुळेच पाणी त्याला गादीसारखे मऊ लागले. पाण्यात पडल्याबरोबर उपग्रहावरचा 'GPS बीकन' चालू झाला आणि रिकव्हरी टीमने त्याला बोटीने जाऊन बाहेर काढले.

अशा प्रकारे वस्तू अंतराळात पाठवणे आणि परत आणणे (Reusable Rockets), या शर्यतीत सध्या जगातील दोन अब्जाधीश, एलन मस्क आणि जेफ बेझोस यांच्यात मोठी स्पर्धा आहे. त्यांचे तंत्रज्ञान आणि ध्येय कसे वेगळे आहे, हे वाचण्यासाठी खाली क्लिक करा:

संबंधित लेख: स्पेसएक्स विरुद्ध ब्लू ओरिजिन: फक्त रॉकेटची शर्यत नाही, तंत्रज्ञान आणि ध्येय पूर्णपणे वेगळे आहे!

निष्कर्ष: भारताच्या 'गगनयान'साठी शुभसंकेत

मित्रांनो, PSLV-C62 मधील 'KID' उपग्रहाचे यश हे फक्त एका स्पॅनिश कंपनीचे यश नाही, तर ते संपूर्ण अंतराळ क्षेत्राचे यश आहे. विशेषतः भारतासाठी हे खूप महत्त्वाचे आहे.

भारत लवकरच 'गगनयान' (Gaganyaan) मोहिमेद्वारे आपल्या अंतराळवीरांना (Gaganauts) अवकाशात पाठवणार आहे. त्यांना पृथ्वीवर परत आणताना याच अग्निपरीक्षेतून जावे लागणार आहे. अशा छोट्या मोहिमांमधून मिळालेला डेटा (Data) आपल्या शास्त्रज्ञांना हिट शील्ड आणि लँडिंग सिस्टीम अधिक सुरक्षित बनवण्यासाठी मदत करतो.

भविष्यात, अंतराळात तयार केलेली औषधे किंवा मौल्यवान खनिजे पृथ्वीवर आणण्यासाठी अशा 'Re-entry Capsules' चा वापर एखाद्या ट्रकसारखा होईल. अंतराळ प्रवास आता 'One Way Ticket' राहणार नाही, तर तो एक सुरक्षित 'Round Trip' प्रवास बनेल.

विज्ञानाची ही प्रगती पाहून एकच म्हणावेसे वाटते - "आकाशाला गवसणी घालणे आता स्वप्न राहिले नाही, ती आता एक सवय झाली आहे!"

तुमचे मत काय?
जर तुम्हाला संधी मिळाली, तर अशा कॅप्सूलमध्ये बसून १६००°C च्या आगीतून पृथ्वीवर यायची तुमची हिंमत होईल का? की तुम्ही फक्त जमिनीवरून बघणे पसंत कराल? खाली Comments मध्ये नक्की सांगा!

(हा लेख आवडला असेल तर तो तुमच्या व्हॉट्सॲप ग्रुप्सवर आणि मित्रांसोबत नक्की शेअर करा. अशाच रंजक विज्ञान माहितीसाठी 'मराठीतून विज्ञान' ब्लॉगला बुकमार्क करा.)

मराठीतून विज्ञान

हा ब्लॉग शोधा