अलौकिक ऊर्जा: हम मंगल ग्रह पर बिजली कैसे पैदा करेंगे

मंगल ग्रह पर मानव उपस्थिति स्थापित करने के लिए कई प्रकार की चुनौतियाँ आएंगी, जिनमें से कई एक आवश्यक आवश्यकता से जुड़ी हैं: शक्ति। चाहे वह के लिए हो ऑक्सीजन बनाना, रोवर चलाना, गर्मी और प्रकाश, या संचार प्रदान करना, भविष्य के मंगल निवासियों को उन्हें सुरक्षित रखने और मिशन को चालू रखने के लिए बिजली की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होगी।

हालाँकि मंगल ग्रह पर कोई पावर ग्रिड नहीं है, और वर्तमान समाधान हमें केवल इतनी ही दूर तक ले जा सकते हैं। तो पहला ऑफ-प्लैनेट पावर प्लांट कैसा दिखेगा? हमने यह पता लगाने के लिए दो अलग-अलग एजेंसियों में अंतरिक्ष ऊर्जा प्रणालियों के अत्याधुनिक काम पर काम करने वाले दो लोगों से संपर्क किया।

यह लेख का हिस्सा है मंगल पर जीवन - एक 10-भाग की श्रृंखला जो अत्याधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी की खोज करती है जो मनुष्यों को मंगल ग्रह पर कब्जा करने की अनुमति देगी

अंतरिक्ष में परमाणु रिएक्टर

बिजली उत्पादन के भविष्य के लिए नासा की योजनाओं में परमाणु विखंडन प्रणाली शामिल है, जिसमें गर्मी उत्पन्न करने के लिए एक रिएक्टर के अंदर यूरेनियम परमाणुओं को विभाजित किया जाता है। रेडियोआइसोटोप सिस्टम (आरटीजी) की तुलना में, जो पर्सिवरेंस जैसे पावर रोवर्स, विखंडन सिस्टम कर सकते हैं

अधिक बिजली पैदा करें जबकि अभी भी छोटे आकार में है।

मार्च 2018 में, एजेंसी की किलोपावर परियोजना ने 1 किलोवाट बिजली का उत्पादन करने में सक्षम विखंडन प्रयोग का प्रदर्शन किया, जिसका उपयोग भविष्य के अंतरिक्ष रिएक्टरों के आधार के रूप में किया जा सकता है। स्टर्लिंग प्रौद्योगिकी का उपयोग करने वाले किलोपावर रिएक्टर के नाम पर इस प्रयोग को क्रस्टी नाम दिया गया, जो यूरेनियम-235 के कोर द्वारा संचालित था। नासा ने बताया "कागज़ के तौलिये के रोल के आकार के बारे में।" इससे ऊष्मा उत्पन्न हुई, जिसे स्टर्लिंग इंजन नामक तंत्र के माध्यम से बिजली में परिवर्तित किया गया।

भविष्य की विखंडन सतह विद्युत प्रणाली छोटी और हल्की होगी और कम से कम 10 वर्षों तक चल सकती है। यह इस अवधारणा को भविष्य में चंद्रमा और अंततः मंगल ग्रह पर भेजे जाने वाले मिशनों के लिए आदर्श बनाता है।

पिछले साल, नासा ने ऊर्जा विभाग के साथ मिलकर 10 किलोवाट प्रणाली के लिए उद्योग जगत से विचार आमंत्रित किए थे। ऐसी चार या पाँच इकाइयाँ मंगल ग्रह के निवास स्थान को ऊर्जा प्रदान कर सकती हैं - जैसे रॉकेट के लिए ऑक्सीजन का उत्पादन प्रणोदक के साथ-साथ तीन से चार अंतरिक्ष यात्रियों की जरूरतों को पूरा करने के लिए, जिसके लिए कुल मिलाकर अनुमान लगाया गया है 40 किलोवाट.

डायोन हर्नांडेज़-लूगो किलोपावर के प्रोजेक्ट मैनेजर थे और अब नासा की विखंडन सतह ऊर्जा के लिए डिप्टी प्रोजेक्ट मैनेजर हैं। चंद्र प्रौद्योगिकी प्रदर्शन, और उन्होंने डिजिटल ट्रेंड्स को बताया कि वे अगले के भीतर चंद्रमा पर पहली इकाई का परीक्षण करने का इरादा रखते हैं दशक।

उन्होंने कहा, "आर्टेमिस कार्यक्रम के हिस्से के रूप में इस प्रणाली को सबसे पहले चंद्रमा पर प्रदर्शित करने का विचार है।" “हमारा प्रोजेक्ट 10 किलोवाट प्रणाली विकसित करने और चंद्रमा पर पहला प्रदर्शन करने पर विचार कर रहा है। इससे हमें सिस्टम को समझने में मदद मिलेगी।” इसके बाद, कोई भी आवश्यक डिज़ाइन संशोधन किया जा सकता है, और इसका उपयोग भविष्य में मंगल ग्रह के मिशनों में किया जा सकता है।

चंद्रमा पर पहले परीक्षण की योजना चंद्र लैंडर के भीतर बिजली इकाई के रहने की है। यूनिट को लैंडर में छोड़ने से "अतिरिक्त द्रव्यमान को हटाने के बजाय सिस्टम के आसान संचालन में मदद मिलती है जो हटाने की अनुमति देगा," उसने समझाया। उनकी टीम इसी पर काम कर रही है। लेकिन वे उद्योग जगत से इस बारे में विचार जानने की भी उम्मीद कर रहे हैं कि एक हटाने योग्य प्रणाली भी कैसे काम कर सकती है। “अभी, हमारे समूह के भीतर, सिस्टम को लैंडर के भीतर छोड़ने का विचार है,” उसने कहा। "लेकिन वहाँ बहुत सारे नवाचार हैं, और इस समय हम अन्य विकल्पों को देखने के लिए उद्योग से उन नवाचारों की तलाश कर रहे हैं जो उनके पास होंगे।"

नासा के एक आंतरिक अध्ययन में अनुमान लगाया गया है कि प्रत्येक 10-किलोवाट इकाई लगभग छह मीटर (19.6 फीट) लंबी और दो मीटर (6.5 फीट) से अधिक चौड़ी होगी, हालांकि सटीक विवरण अंतिम डिजाइन पर निर्भर करेगा। नासा द्वारा निर्मित एक अवधारणा छवि (ऊपर) मंगल की सतह पर चार ऐसी इकाइयों को एक साथ जुड़ी हुई दिखाती है जो वहां एक आधार के लिए बिजली प्रदान करती हैं, इसलिए आप कल्पना कर सकते हैं कि एक मंगल ग्रह का बिजली संयंत्र कैसा दिख सकता है।

परमाणु ऊर्जा की सुरक्षा

जब पृथ्वी पर परमाणु ऊर्जा का उपयोग करने की बात आती है तो लोग जिस कारक को लेकर चिंतित रहते हैं वह है सुरक्षा, और यह बात अंतरिक्ष अभियानों पर भी लागू होती है। परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों में प्रयुक्त रेडियोधर्मी तत्व, जैसे किलोपावर प्रदर्शन में प्रयुक्त यूरेनियम, ऐसे विकिरण छोड़ें जो मनुष्यों के लिए खतरनाक हैं और जो आस-पास के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में भी समस्याएँ पैदा कर सकते हैं उपकरण।

लोगों और इलेक्ट्रॉनिक्स दोनों को सुरक्षित रखने के लिए, विखंडन विद्युत प्रणालियाँ मोटे धातु के आवरण से घिरी होती हैं जिसमें विकिरण होता है। मंगल मिशन के लिए किसी भी नई बिजली प्रणाली को सुनिश्चित करने के लिए पृथ्वी पर व्यापक परीक्षण किया जाएगा परिचालन परीक्षण, वैक्यूम परीक्षण और कंपन जैसी चरम स्थितियों में भी सुरक्षित था परिक्षण।

हर्नांडेज़-लुगो ने बताया कि नासा ने पहले ही 20 से अधिक मिशन लॉन्च किए हैं जिनमें विभिन्न प्रकार के प्रयोग किए गए हैं। परमाणु ऊर्जा प्रणालियाँ, “इसलिए नासा के पास चंद्रमा और चंद्रमा दोनों पर परमाणु ऊर्जा प्रणालियाँ लॉन्च करने में विशेषज्ञता और पृष्ठभूमि है मंगल।”

बिजली प्रणालियों में अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम के उपयोग के बारे में भी चिंता है, जिसका उपयोग किलोपावर प्रदर्शन में किया गया था। इस सामग्री का उपयोग परमाणु हथियार बनाने के लिए भी किया जा सकता है कुछ राजनीतिक नेता चिंतित हैं अंतरिक्ष परियोजनाओं में इसका उपयोग करने से पृथ्वी पर इसके प्रसार को बढ़ावा मिल सकता है।

इन चिंताओं को दूर करने के लिए, भविष्य की सतह विखंडन प्रणालियाँ इसके बजाय कम समृद्ध यूरेनियम का उपयोग कर सकती हैं, जो आमतौर पर पृथ्वी पर बिजली रिएक्टरों में उपयोग किया जाता है और हथियार-ग्रेड नहीं है। “कम संवर्धित यूरेनियम डिज़ाइन कम विनियमन के दृष्टिकोण से बहुत आकर्षक हैं हाल के राष्ट्रीय अंतरिक्ष परमाणु नीति निर्देशों का अनुपालन, “हर्नांडेज़-लुगो ने एक अनुवर्ती में लिखा ईमेल। "यदि मिशन की मौजूदा आवश्यकता है तो अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम का उपयोग अभी भी संभव है।"

नवीनतम अंतरिक्ष नीति निर्देशपिछले साल दिसंबर में व्हाइट हाउस द्वारा जारी, केवल अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम के उपयोग की अनुमति देता है यदि इसे विभिन्न सरकारी निकायों द्वारा अनुमोदित किया गया है और इसे पूरा करने का एकमात्र तरीका दिखाया जा सकता है उद्देश्य।

सूर्य से ऊर्जा

हालाँकि, बिजली उत्पादन के लिए परमाणु ऊर्जा ही एकमात्र विकल्प नहीं है: अभी अंतरिक्ष अभियानों के लिए उपयोग किए जाने वाले सबसे आम बिजली विकल्पों में से एक सौर ऊर्जा है। यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ईएसए) व्यावहारिक रूप से अपने सभी मिशनों के लिए सौर ऊर्जा का उपयोग करती है, और इसका आगामी मंगल रोवर, जिसे रोज़ालिंड फ्रैंकलिन कहा जाता है, भी सौर ऊर्जा से संचालित होगा।

ईएसए में एडवांस्ड कॉन्सेप्ट टीम के प्रमुख लियोपोल्ड समरर ने अंतरिक्ष मिशनों के लिए उभरती प्रौद्योगिकियों के शोधकर्ताओं को बताया डिजिटल ट्रेंड्स ने एक ईमेल में कहा है कि परमाणु ऊर्जा की तुलना में सौर ऊर्जा का लाभ यह है कि इसे अतिरिक्त सुरक्षा की आवश्यकता नहीं है पैमाने। उन्होंने यह भी बताया कि पृथ्वी पर सौर ऊर्जा प्रौद्योगिकी के व्यापक उपयोग का मतलब निरंतर विकास है जिसे अंतरिक्ष में लागू किया जा सकता है मिशन: "सौर ऊर्जा एक तेजी से विकसित होने वाली तकनीक है जो पूरी तरह से नवीकरणीय होने के अलावा आसान उपयोग, पहुंच और उच्च परिपक्वता प्रदान करती है," उन्होंने कहा। कहा।

विकास की इस तेज़ दर का मतलब है कि इंजीनियर ऐसे पैनल डिज़ाइन कर रहे हैं जिनसे और भी अधिक बिजली का उत्पादन किया जा सकता है उतनी ही मात्रा में सूरज की रोशनी, और समरर को उम्मीद है कि भविष्य के सौर प्रणालियों को और अधिक रोशनी मिलती रहेगी कुशल।

समरर ने कहा, "अंतरिक्ष में, दक्षता जमीन से भी अधिक महत्वपूर्ण है और हम तकनीकी रूप से जो संभव है उसे लगातार आगे बढ़ा रहे हैं।" सौर कोशिकाओं की दक्षता और द्रव्यमान में अपेक्षाकृत छोटी वृद्धि सौर प्रणालियों की कुल लागत में बड़ा अंतर ला सकती है, खासकर उपग्रहों जैसे छोटे यान के लिए।

लेकिन सभी तकनीकों की तरह, सौर ऊर्जा के उपयोग पर भी सीमाएँ हैं। समरर ने कहा, "बाहरी स्रोत, सूर्य और इसके साथ आने वाली सभी कमियों पर निर्भर होने का नुकसान है।" कई स्थितियों में, सूर्य से ऊर्जा केवल रुक-रुक कर आती है। दिन और रात के चक्र वाले ग्रह पर, बैटरियों का उपयोग दिन के दौरान अतिरिक्त बिजली संग्रहीत करने और रात में इसकी आपूर्ति जारी रखने के लिए किया जा सकता है। लेकिन यह बिजली व्यवस्था में एक और भारी तत्व के साथ-साथ जटिलता की एक अतिरिक्त परत भी जोड़ता है।

इस समस्या का एक भविष्योन्मुखी समाधान जिस पर विचार किया जा रहा है वह है का विकास सौर ऊर्जा संयंत्रों की परिक्रमा, जो सतह पर सौर ऊर्जा पैनलों के साथ मिलकर सूर्य से ऊर्जा एकत्र करने और इसे वायरलेस तरीके से सतह तक पहुंचाने का काम कर सकता है। ईएसए वर्तमान में है अवधारणाओं की तलाश इस विचार को हकीकत में बदलने के लिए.

मंगल ग्रह पर सूर्य का प्रकाश

हालाँकि, जब विशेष रूप से मंगल ग्रह की बात आती है, तो सौर ऊर्जा के उपयोग में कुछ चुनौतियाँ हैं। चूँकि यह पृथ्वी की तुलना में सूर्य से अधिक दूर है, सूर्य की रोशनी ग्रह की सतह तक कम पहुँचती है। इसका मतलब है कि मंगल ग्रह पर खोजकर्ताओं को पृथ्वी की तुलना में लगभग आधे सौर विकिरण तक पहुंच प्राप्त होगी।

इसका मतलब यह नहीं है कि मंगल ग्रह पर सौर ऊर्जा का उपयोग असंभव है, बस मिशनों को अपनी ऊर्जा के उपयोग में बहुत सावधानी बरतनी होगी। नासा की पिछली पीढ़ी के मार्स रोवर्स, स्पिरिट और अपॉर्चुनिटी, सौर ऊर्जा का उपयोग करते थे, और मार्स एक्सप्रेस और मार्स ऑर्बिटर मिशन जैसे वर्तमान ऑर्बिटर भी सौर ऊर्जा से संचालित हैं।

हालाँकि, मंगल पर एक और समस्या है: तूफानी धूल. मंगल ग्रह पर एक जटिल मौसम प्रणाली है जिसके परिणामस्वरूप कभी-कभी बड़े पैमाने पर वैश्विक धूल भरी आंधियां आती हैं, जो अस्थायी रूप से अवरुद्ध हो जाती हैं सूर्य का अधिकांश प्रकाश और ग्रह पर व्यावहारिक रूप से सभी चीज़ों को धूल की एक परत में ढक देता है - जिसमें सौर भी शामिल है पैनल. यही कारण है कि अविश्वसनीय रूप से लंबे समय तक जीवित रहने वाला ऑपर्च्युनिटी रोवर अंततः अंधेरे में चला गया, जब 2018 में पूरे ग्रह पर एक विशाल धूल भरी आंधी चली।

समरर का मानना ​​है कि सतह और कक्षीय सौर ऊर्जा संयंत्रों के संयोजन से, आप संभवतः मानव आवास के लिए पर्याप्त बिजली उत्पन्न कर सकते हैं। लेकिन उन्होंने यह भी स्वीकार किया कि परमाणु ऊर्जा जैसे अन्य ऊर्जा स्रोतों के साथ सौर ऊर्जा के संयोजन का महत्व है। "सतह पर सौर ऊर्जा और अंततः कक्षा से पूरक मंगल ग्रह पर मानव आवास के लिए पर्याप्त शक्ति प्रदान कर सकती है, लेकिन जैसा कि नवीनतम रोवर्स द्वारा प्रदर्शित किया गया है, जैसे दृढ़ता के रूप में जो अभी-अभी उतरी है, कभी-कभी छोटे परमाणु ऊर्जा स्रोत इतना बड़ा प्रतिस्पर्धी लाभ प्रदान करते हैं कि मुझे उम्मीद है कि ये भी एक भूमिका निभाएंगे," उन्होंने कहा लिखा।

मिशन के लिए सही शक्ति स्रोत चुनना

हर्नान्डेज़-लुगो ने सहमति व्यक्त की कि मंगल मिशन के लिए सौर, बैटरी और परमाणु सहित सभी प्रकार की बिजली प्रणालियों में संभावित मूल्य है। उन्होंने कहा, "बिजली व्यवस्था विशिष्ट मिशन पर निर्भर करेगी।" नासा का ग्लेन रिसर्च सेंटर, जहां वह काम करती है, नासा के लिए बिजली विकास केंद्र है और व्यापक स्तर पर शोध करता है बैटरी, सौर सेल, रेडियो आइसोटोप सिस्टम, विखंडन पावर सिस्टम और पुनर्योजी ईंधन सहित विभिन्न प्रकार के बिजली विकल्प कोशिकाएं. उपलब्ध संसाधनों के आधार पर मिशन की जरूरतों के लिए सही ऊर्जा स्रोत चुनना महत्वपूर्ण है।

मानव बस्ती मिशनों के लिए परमाणु प्रणाली के विशिष्ट लाभ हैं। सबसे पहले, जब आप चंद्रमा और मंगल ग्रह दोनों पर उपयोग के लिए एक बिजली प्रणाली डिजाइन करना चाहते हैं, जैसा कि नासा करता है, तो आपको चंद्रमा पर दो सप्ताह की लंबी अवधि के अंधेरे से निपटने की आवश्यकता है।

"जब आप यह सोचना शुरू करते हैं कि आप एक मिशन आर्किटेक्चर कैसे डिज़ाइन करते हैं जो आपको निरंतर शक्ति प्रदान करने की अनुमति देता है, तब परमाणु खेल में आता है," उसने कहा। "क्योंकि आपको एक विश्वसनीय प्रणाली की आवश्यकता है जो आपको उन रात के संचालन के दौरान निरंतर बिजली देगी।"

मंगल ग्रह के लिए, बिजली का निरंतर उत्पादन भी महत्वपूर्ण है, खासकर वहां रहने वाले अंतरिक्ष यात्रियों की सुरक्षा के लिए। आप निश्चित रूप से एक ऐसी बिजली प्रणाली चाहते हैं जो किसी भी मौसम की स्थिति में, यहां तक ​​कि धूल प्रणाली के दौरान भी काम करती रहे, और परमाणु ऊर्जा वह प्रदान कर सकती है।

हर्नान्डेज़-लुगो ने यह भी बताया कि मंगल ग्रह पर नासा के वर्तमान मिशन, जैसे कि मंगल 2020, सौर ऊर्जा दोनों के संयोजन का उपयोग करते हैं। की विशेष आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए इनजेनिटी हेलीकॉप्टर के लिए शक्ति और दृढ़ता रोवर के लिए परमाणु ऊर्जा उद्देश्य।

"इस समय, एजेंसी के भीतर, वे चंद्रमा और मंगल जैसे मिशनों पर उन्हें उपलब्ध कराने के लिए सभी विभिन्न बिजली प्रणालियों को आगे बढ़ाने पर विचार कर रहे हैं," उन्होंने कहा। "तो वहाँ सभी बिजली प्रणालियों के लिए एक जगह है।"

यह लेख का हिस्सा है मंगल पर जीवन - एक 10-भाग की श्रृंखला जो अत्याधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी की खोज करती है जो मनुष्यों को मंगल ग्रह पर कब्जा करने की अनुमति देगी

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