ડાયરેક્ટ ફ્યુઝન ડ્રાઇવ: પ્રયોગશાળાની બહાર નીકળી કમાલ કરશે !

ભવિષ્યનાં સ્પેસ ક્રાફ્ટ માટે આધુનિક પ્રપલ્ઝન સિસ્ટમનાં વિકલ્પ વિશે વિચારવાનો સમય આવી ગયો છે

બ્રહ્માંડ માત્ર બે સ્વરૂપે જોવા મળે છે. એક તેમાં રહેલ પદાર્થ એટલે કે મેટર અને બીજું સ્વરૂપ એટલે ઉર્જા એનર્જી. ઉર્જા એ સજીવ અને નિર્જીવ બંને વસ્તુને ચલાવવા માટે જરૂર પડે છે. આજથી લગભગ ૧૬ વર્ષ પહેલાં પ્રિન્સ્ટન પ્લાઝમા ફિજીકલ લેબોરેટરીનાં સેમ્યુઅલ એ. કોહેને નવો કોન્સેપ્ટ આપ્યો હતો. જેનું નામ હતું ડાયરેક્ટ ફ્યુઝન ડ્રાઇવ. આ ટેકનોલોજી એક નવતર પ્રયોગ હતો. જેમ પદાર્થનાં પરમાણુનું વિભાજન એટલે કે 'ફિશન' કરવાથી પુષ્કળ ઉર્જા મળે.

એવી જ રીતે બે પરમાણુનું જોડાણ કરવામાં આવે તો, એમાંથી પણ ઉર્જા મેળવી શકાય. આ પાયાનો સિધ્ધાંત, પ્રિન્સ્ટન પ્લાઝમા ફિજીક્સ લેબોરેટરીએ આપેલ ડાયરેક્ટ ફ્યુઝન ડ્રાઇવનો પાયો નાખતો હતો. સંશોધન યોગ્ય દિશામાં આગળ વધી રહ્યું છે. તાજેતરમાં આ લેબોરેટરીએ જાહેર કર્યું છે કે 'જો સ્પેસ ક્રાફ્ટમાં આધુનિક ટેકનોલોજી એટલે કે ડાયરેક્ટ ફયુઝન ડ્રાઇવ સિસ્ટમ વાપરવામાં આવેને ક્રાફ્ટની ઝડપ બમણી કરી શકાય અને મુસાફરીનો સમય ઘટાડી શકાય. હાલમાં મનુષ્યને પ્લુટો ગ્રહ પર સ્પેસ ક્રાફ્ટ પહોંચાડતા, નવ વર્ષ લાગે છે. તેના  માટે માત્ર પાંચ વર્ષ જ લાગે.

પ્રસ્તાવના: પ્રપલ્ઝન પ્રણાલી...

આયન ડ્રાઇવ, સોલાર સેઇલ, ન્યુક્લીઅર ફ્યુઝન અને ફિશન એ સાયન્સ ફિકશનમાં આવતાં સ્પેસ ક્રાફ્ટમાં વપરાતાં જોવા મળે છે. અત્યાર સુધી સ્પેસ ક્રાફ્ટની પ્રયલ્ઝન સિસ્ટમ તરીકે તેને બહુ સીરીયસલી 'ન્યુ ટેકનોલોજી' તરીકે લેવામાં આવી નથી. જોકે હવે નાસાને રહી રહીને 'બ્રહ્મજ્ઞાાન' પ્રાપ્ત થયું છે. 'સ્પેસ પ્રપલ્ઝન' સિસ્ટમને નવો 'અવતાર' આપવા તેણે નાણા કોથળી ઢીલી મૂકી છે. આપણા સમાનવ અંતરીક્ષ યાનને હવે, ચંદ્રથી દૂર અને મંગળ ગ્રહ સુધી પહોંચાડવાના છે.

માનવ રહીત સ્પેસ ક્રાફ્ટને સુર્યમાળા વટાવીને અતિદૂરના અંતરીક્ષમાં ધકેલવાનાં છે. જો આ કાર્યમાં એટલે કે સ્પેસ ક્રાફ્ટ ધીમી, મંથર ગતિએ અંતરીક્ષમાં વહેતું હોય તો કામ ચાલે નહીં. હાલની વર્તમાન પ્રણાલીમાં હવે વધારે નવા સુધારા-વધારા કરવાનો અવકાશ બચ્યો નથી. આ કારણે વૈજ્ઞાાનિકો હવે પરંપરાગત પ્રણાલીથી ફરીને ખરેખર એકવિસમી સદીની કહેવાય તેવી આધુનિક ટેકનોલોજી વિકસાવવા માંગે છે.

અત્યાર સુધીમાં રોકેટ એન્જીનમાં પરંપરાગત રીતે રસાયણો વપરાય છે. જે મુખ્યત્વે ઘન સ્વરૂપે અથવા વાયુ સ્વરૂપે રહેલાં હોય છે. તેમાંથી ઉત્પન્ન થતી ઉર્જા એટલે કે કેમિકલ એનર્જી, બીજી વિશ્વયુધ્ધ દરમ્યાન પાવરફુલ રોકેટ બનાવવા માટે વૉનર વૉન બ્રાઉને પ્રયોગો દ્વારા નવિન ડિઝાઇનવાળા ફ-૨ રોકેટ તૈયાર કર્યા હતાં. ત્યારથી માંડીને અત્યાર સુધી રોકેટ-મિસાઇલ કેમિકલ એનર્જી આધારીત રહ્યાં છે. તેમાં હવે એક સિમારેખા આવી ગઇ છે. રોકેટ એન્જીન કે સ્પેસક્રાફ્ટ - સેટેલાઇટ પ્રપલ્ઝન સિસ્ટમમાં હવે મોડીફીકેશન કરી વધારે ઝડપી એન્જીન બની શકે તેમ નથી એટલે સ્પેસક્રાફ્ટ માટે નવી ટેકનોલોજી વિકસાવવાનો સોનેરી સમય આવી ગયો છે.

માત્ર નાસા નહીં વિશ્વની સૌથી પાવરફુલ સત્તાઓ જેવાં કે રશિયા, ચીન, ભારત, યુરોપ વગેરે પણ નવી સ્પેસ પ્રપલઝન સિસ્ટમ વિકસાવવા પ્રયત્નો કરી રહ્યાં છે. આવનારાં સમયમાં સુપર-હિટેડ પ્લાઝમાં વાપરીને વૈજ્ઞાાનિકો ઈલેક્ટ્રો-થર્મલ એનર્જી આધારીત પ્રપલઝન વિકસાવશે. અમેરિકાની પ્રિન્સ્ટન પ્લાઝમા ફિજીકસ લેબોરેટરી આ માર્ગે ચાલવા લાગી છે.

ડાયરેક્ટ ફ્યુઝન ડ્રાઇવ: કમાલની કરામત...

તાજેતરમાં ડાયરેક્ટ ફયુઝન ડ્રાઇવનાં સંશોધકોએ તેમનાં સંશોધનને મિડીયા સમક્ષ રજુ કર્યું છે. જ્યાં શનિ ગ્રહ સુધી જતાં સાત વર્ષ લાગે છે અને પ્લુટો તરફ જતાં નવ વર્ષ લાગે છે. આ મુસાફરી અનુક્રમે માત્ર બે વર્ષ અને પાંચ વર્ષમાં પુરી કરી શકાય. પ્રિન્સ્ટન પ્લાઝમા ફિજીક્સ લેબોરેટરીએ સ્પેસ ક્રાફ્ટ એક નવું એન્જીન વિકસાવી રહ્યાં છે. જેમાં હિલીયમ અને હાઇડ્રોજન તત્વનાં સમસ્થાનિકોને ભેગા કરીને ઉર્જા ઉત્પન્ન કરશે. આ ઉર્જા સ્પેસ ક્રાફ્ટની પ્રપલ્ઝન સિસ્ટમમાં વાપરવામાં આવશે.

સ્પેસ ક્રાફ્ટનો વેગ વધારવા જે પ્રણાલી વપરાય છે તેને 'પ્રપલ્ઝન સિસ્ટમ' કહે છે. અત્યાર સુધી દસ જેટલી પ્રપલ્ઝન સિસ્ટમ વિશે વૈજ્ઞાાનિકો વિચારી ચુક્યાં છે. જેમાંની કેટલીક પ્રણાલી વાસ્તવિકતા બની ચુકી છે. પ્રિન્સ્ટન પ્લાઝમા ફીજીક્સ લેબોરેટરીની ''ડાયરેક્ટ ફ્યુઝન ડ્રાઇવ'' છે. અવનવા સોનેરી ભવિષ્યની આશા છે. ૨૦૨૮ સુધીમાં આ ટેકનોલોજીવાળું એન્જીન તૈયાર થઇને સ્પેસ ક્રાફ્ટમાં વપરાવા લાગશે. જેનાં કારણે સ્પેસ ક્રાફ્ટની મુસાફરી સમય ઘટાડીને સામાન્ય કરતાં અડધો કરી શકાશે. આખરે ડાયરેક્ટ ફ્યુઝન ડ્રાઇવ  (DFD) શું છે ?

એક નળાકારમાં હિલીયમ-૩ અને ડયુરેટીઅમ એટલે કે હાઇડ્રોજનનો એક સમસ્થાનિક વાયુ સ્વરૂપે વપરાયા છે. તેને પુષ્કળ ગરમી આપવામાં આવે છે ત્યારે હિલીયમ-૩ અને ડયુરેટીયમ હોટ પ્લાઝમા સ્વરૂપે ફેરવાય છે. પરમાણુ હવે 'આયન'માં ફેરવાઇ ચુક્યાં હોય છે. આ પ્રક્રીયામાં અતિ લો લેવલનું રેડિયેશન પેદા થાય છે. જે આ પ્રણાલીની ખાસીયત છે. છેવટે વાયુનાં એકબીજા સાથે જોડાય ત્યાં અણુઓનું સર્જન કરે છે. પ્રક્રીયાની બાય પ્રોડક્ટ તરીકે ઉર્જા ઉત્પન્ન થાય છે.

આયન ડ્રાઇવ અને સોલાર સેઇલ...

1970નાં દાયકામાં લોકહીડ માર્ટીને ઈલેક્ટ્રો-થર્મલ એનર્જીનો રોકેટ પાવર તરીકે વાપરવાનો પ્રયોગ કર્યો હતો. તેણે A૨૧૦૦  સેટેલાઇટમાં હાઇડ્રાઝીન ફ્યુઅલ વાપર્યું હતું. આ પ્રકારનું બળતણ કાર્યક્ષમ છે પરંતુ તેનાંથી પેદા થતો ધક્કો થ્રસ્ટ, ખૂબ જ ઓછો હોય છે. જેનાં કારણે તેનો ઉપયોગ માત્ર સેટેલાઇટ તેના સ્થાનેથી ખસી જાય તો, પાછા મુળ સ્થાને લાવવા પુરતો જ થાય છે. હવે આ પ્રકારનાં એન્જીનમાં સુધારા વધારા કરીને વધારે પાવરફુલ એન્જીન બનાવવા વૈજ્ઞાાનિકો આગળ વધી રહ્યાં છે.

હવે આયન ડ્રાઇવ ભવિષ્યની ટેકનોલોજી ગણાય છે પરંતુ તેનાં પ્રયોગો ચાલુ જ છે. ઝેનોન જેવા વાયુ વાપરીને થ્રસ્ટ પેદા કરવાનો નવતર આઇડીયા છે જ્યારે રોકેટ એન્જીનમાં ઘન અથવા ઋણ ચાર્જ (વિજભાર) પેદા થાય છે ત્યારે એક વિજ ચુંબકીય ક્ષેત્રની રચના થાય છે. વિજ ચુંબકીય ક્ષેત્ર, અને આયન પાર્ટીકલને ખુલ્લા માર્ગ તરફ ધકેલે છે જેનાં કારણે થ્રસ્ટ પેદા થાય છે. ફરીવાર કહીએ તો, આયન ડ્રાઇવથી પેદા થતો થ્રસ્ટ પણ ખુબ જ ઓછો ધક્કો પેદા કરે છે.

તમારી હથોટી પર કાગળ મુકવાથી જે થ્રસ્ટ મળે એટલો મામુલી થ્રસ્ટ આ ડ્રાઇવ આપે છે. શરૂઆતમાં ઝડપ પકડવા માટે થ્રસ્ટ ઓછો ગણાય પરંતુ, લોંગ રેન્જ મિશન માટે દર કિલોગ્રામે, આ બળતણ રાસાયણીક બળતણ કરતાં દસ ગણો થ્રસ્ટ પેદા કરી આપે છે. આ કારણે સુર્યમાળા બહાર આવા સ્પેસ ક્રાફ્ટ વાપરવા સસ્તા અને યોગ્ય ગણાય. ક્રવાર્ક પ્લેનેટ સેરેસ તરફ થનારૂ ડૉન સ્પેસ પ્રોબ આયન ડ્રાઇવ વાપરનારૂં વિશ્વનું પહેલું સ્પેસ ક્રાફ્ટ છે. તે એક કરતાં વધારે અવકાશી પીંડની પ્રદક્ષીણા કરશે અને તેની ભ્રમણકક્ષા છોડી આગળ વધશે.

સોલાર સેઈલ નામની ટેકનોલોજી પણ ભવિષ્યમાં મોટા પાયે વપરાશે. પ્રકાશનાં કણોને ફોટોન કહે છે. પીંગપોંગ બોલ માફક તેઓ સપાટી સાથે અથડાઇ બાઉન્સ બેક થયે રાખે છે. જ્યારે કોઇપણ પ્રકારનું બળતણ વાપરવું ન હોય ત્યારે સુર્યમાળા સ્પેસ ક્રાફ્ટ થ્રસ્ટ પેદા કરવા સોલાર સેઇલ વાપરી શકાય. વધારે મહત્વાકાંક્ષી યોજનામાં લેસર બીમ વાપરીને આંતરતારાકીય મુસાફરી (ઈન્ટરસ્ટીલર ટ્રાવેલ) કરી શકે તેવું સ્પેસ ક્રાફ્ટ વિકસાવી શકાય.

પ્લાઝમા એન્જીન: સમસ્યાઓ નડી રહી છે

સ્પેસ ક્રાફ્ટનાં પ્રપલ્ઝન સિસ્ટમ માટે ભવિષ્યમાં વધારે ઉપયોગમાં લેવાય તેવી ટેકનોલોજી તરીકે પ્લાઝમા પ્રપલ્ઝન એન્જીન વપરાય તો નવાઇ લાગશે નહીં. આયન ડ્રાઇવનું હાઇ-ઓકટેન વર્ઝન એટલે પ્લાઝમા પ્રપલ્ઝન સીસ્ટમ.આ પ્રણાલી તેનો થ્રસ્ટ કવાસી ન્યુટ્રલ પ્લાઝમા દ્વારા પેદા કરે છે. પ્લાઝમા સોર્સ દ્વારા આયન એટલે કે ચાર્જડ કણોનો પ્રવાહ મેળવી શકાય છે. પ્રવાહને ગ્રીડ અથવા એનોડ દ્વારા પ્રવાહમાં પ્રવેશ મળવી શકાય. જેના કારણે સ્પેસ ક્રાફ્ટ વધારે વેગથી મુસાફરી કરી શકે છે. ૨૦૧૧માં નાસાએ ટેકસેટ-૨ સેટેલાઇટ માટે આ પ્રકારનું એન્જીન / પ્રપલ્ઝન  પ્રણાલી વાપરી હતી.

આઇડીયા જોકે અડધી સદી જેટલો જુનો છે પરંતુ સ્પેસ ક્રાફ્ટ માટે હજી વાપરવામાં આવ્યો નથી. દુનિયાનું સૌથી પાવરફુલ પ્લાઝમા રોકેટનું નામ વેરીએબલ સ્પેસીફીક કમ્પલ્સ મેગ્નેટો પ્લાઝમા રોકેટ છે. જે  VASIMR તરીકે ઓળખાય છે. ટેક્સાસની એડ એસ્ટ્રા રોકેટ કંપનીએ આ રોકેટ એન્જીન વિકસાવ્યું છે. કંપનીનો દાવો છે કે પ્લાઝમા એન્જીન વાપરવામાં આવે તો 'મંગળ' ગ્રહની મુસાફરી માત્ર ૩૯ દિવસમાં કરી શકાય. હાલમાં વપરાતાં રોકેટ દ્વારા આ મુસાફરી માટે લગભગ ૨૦૦ જેટલાં દિવસ થાય.

પ્લાઝમા એન્જીન અડધો ડઝન પ્રકારનાં છે. જે હજી લેબોરેટરીની બહાર નિકળ્યા નથી. એન્જીન એક પ્રકારનું ઈલેક્ટ્રીક એન્જીન જ છે. જેમાં ઈલેક્ટ્રીક ફિલ્ડ, મેગ્નેટીક ફિલ્ડ, લોરેન્ઝ ફોર્સ, જેવા બળ વાપરીને થ્રસ્ટ પેદા કરે છે. પ્લાઝમા એન્જીનની મોટી મર્યાદા છે. જેને વાસ્તવિકતા બનવા દેતી નથી. ખુબ જ પ્રમાણમાં વિદ્યુત પેદા કરી શકાય ત્યારે જ તેનાં ઉપયોગથી વાયુનાં પરમાણુને 'પ્લાઝમા' તરીકે ફેરવી શકાય. સ્પેસ ક્રાફ્ટમાં વિશાળ માત્રામાં વિદ્યુત ઉત્પાદન કરવું મુશ્કેલ કામ છે.

વૈજ્ઞાાનિકો માને છે કે પ્લાઝમા સીસ્ટમ વાળુ રોકેટ સ્વયંમ નુકસાન પામીને નાશ પામી શકે છે. રોકેટ એન્જીનનું 'પ્લાઝમા' રોકેટની દિવાલોને નબળી પાડે તેને તોડી નાખવાની શક્યતા રહેલી છે. જો 'માર્સ' મિશન માટે આવું એન્જીન વાપરવામાં આવે તો 'માર્સ' સુધી પહોંચતા પહેલાં જ રોકેટ ખતમ થઇ જાય. સ્પેસ પ્રપલ્ઝનની અનેક પ્રણાલી છે. ભવિષ્યમાં તેની મર્યાદા દૂર થશે અને  સોનેરી સવાર થશે.