Propellantless space exploration

सदियों से, सितारों तक की यात्रा का सपना एक सरल, भारी वास्तविकता द्वारा रोका गया है: रॉकेटों को ईंधन की आवश्यकता होती है। तेज़ चलने के लिए, एक यान को अधिक ईंधन ले जाना चाहिए, लेकिन वह अतिरिक्त ईंधन वजन बढ़ा देता है, जिसे उठाने के लिए और भी अधिक ईंधन की आवश्यकता होती है। यह एक ऐसा चक्र बनाता है जो दूर के संसारों तक पहुँचना अविश्वसनीय रूप से कठिन, यदि असंभव नहीं, बना देता है, जैसा कि आज हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले रासायनिक इंजनों के साथ है। वैज्ञानिक इस चक्र को तोड़ने के लिए ऐसे इंजन खोजने के तरीकों की तलाश में लंबे समय से लगे हुए हैं जिन्हें अपने साथ ईंधन ले जाने की आवश्यकता न हो। संग्रहीत रसायनों को जलाने के बजाय, ये नए विचार उन बलों का उपयोग करने का प्रस्ताव देते हैं जो अंतरिक्ष में पहले से ही मौजूद हैं, जैसे कि ग्रहों का गुरुत्वाकर्षण, सूर्य के प्रकाश का दबाव, या सूर्य से बहने वाले कणों की धारा। लक्ष्य स्वयं के परिवेश का उपयोग करके अंतरिक्ष यान को आगे धकेलना है, जिससे वह बिना कभी शक्ति समाप्त हुए वर्षों या दशकों तक यात्रा कर सके।

रोमन या. केज़रशविली (Roman Ya. Kezerashvili) द्वारा की गई एक हालिया समीक्षा विभिन्न तरीकों को एक साथ लाती है जो वैज्ञानिकों ने 'प्रोपेलेंटलेस' (बिना प्रणोदक के) यात्रा प्राप्त करने के लिए प्रस्तावित किए हैं। यह कार्य इस बात की जांच करता है कि हम दूसरे सितारों तक जहाजों को भेजने के लिए हमारे सौर मंडल के प्राकृतिक बलों का उपयोग कैसे कर सकते हैं, और प्रत्येक विचार के वादे को उसकी व्यावहारिक कठिनाइयों के विरुद्ध तौलता है। इनमें से सबसे स्थापित तरीकों में से एक 'ग्रेविटी असिस्ट' (गुरुत्वाकर्षण सहायता) है, एक ऐसी तकनीक जिसने हमारे रोबोटिक खोजकर्ताओं को सौर मंडल के बाहरी किनारों तक पहुँचाया है। चलते हुए ग्रह के करीब उड़कर, एक अंतरिक्ष यान ग्रह की कक्षीय ऊर्जा का एक छोटा सा हिस्सा चुरा सकता है, जिससे वह बिना एक बूंद ईंधन खर्च किए उच्च गति की ओर बढ़ जाता है। हालांकि इस पद्धति का उपयोग वोयाजर (Voyager) और कैसिनी (Cassini) जैसे प्रसिद्ध मिशनों द्वारा सफलतापूर्वक किया गया है, लेकिन इसकी एक सख्त सीमा है: यह केवल तभी काम करता है जब ग्रह बिल्कुल सही तरीके से संरेखित हों, और यह दूसरे तारे की यात्रा के लिए आवश्यक निरंतर धक्का प्रदान नहीं कर सकता।

सौर मंडल से परे जाने के लिए, यह समीक्षा उन पाल (sails) की ओर मुड़ती है जो सूर्य की हवा को पकड़ते हैं। एक प्रकार का 'सोलर सेल' (सौर पाल), सूर्य के प्रकाश के दबाव को पकड़ने के लिए एक विशाल, अत्यंत पतली परावर्तक सामग्री की शीट का उपयोग करता है। ठीक वैसे ही जैसे हवा नाव के पाल को भर देती है, प्रकाश के फोटॉन पाल से टकराते हैं और उनका संवेग (momentum) स्थानांतरित करते हैं, जिससे जहाज को एक कोमल लेकिन निरंतर धक्का मिलता है। यह बल छोटा है, लेकिन क्योंकि यह कभी नहीं रुकता, जहाज समय के साथ अविश्वसनीय गति तक धीरे-धीरे त्वरित हो सकता है। शोध पत्र नोट करता है कि हालांकि इस तकनीक का परीक्षण अंतरिक्ष में किया गया है, जैसे कि इकारोस (IKAROS) मिशन के साथ, लेकिन इन पालों को विशाल होना चाहिए और ऐसी सामग्रियों से बना होना चाहिए जो बिना फटे या खराब हुए अंतरिक्ष के कठोर वातावरण में जीवित रह सकें। इस विचार का एक अधिक उन्नत संस्करण पृथ्वी से शक्तिशाली लेजर या माइक्रोवेव का उपयोग करके पाल को धकेलना शामिल है, जो सैद्धांतिक रूप से एक जहाज को प्रकाश की गति के एक महत्वपूर्ण अंश तक त्वरित कर सकता है, हालांकि आवश्यक उपकरण बनाना एक विशाल इंजीनियरिंग चुनौती बनी हुई है।

अन्य अवधारणाएं सौर पवन (solar wind) पर निर्भर करती हैं, जो सूर्य से बाहर की ओर लगातार बहने वाली आवेशित कणों की धारा है। 'मैग्नेटिक सेल' (चुंबकीय पाल) एक विशाल तार के लूप का उपयोग करके एक चुंबकीय क्षेत्र बनाने का प्रस्ताव देते हैं जो इन कणों को विक्षेपित करता है, जिससे एक ऐसा धक्का पैदा होता है जैसा कि एक पाल हवा को पकड़ता है। 'इलेक्ट्रिक सेल' (विद्युत पाल) एक अलग दृष्टिकोण अपनाते हैं, जिसमें बिजली से चार्ज किए गए लंबे, पतले तारों का उपयोग सौर पवन के धनात्मक रूप से आवेशित कणों को प्रतिकर्षित करने के लिए किया जाता है। समीक्षा इस बात पर प्रकाश डालती है कि इलेक्ट्रिक सेल, सोलर सेल की तुलना में अधिक मजबूत त्वरण प्रदान कर सकते हैं और सूर्य से अधिक दूरी पर काम कर सकते हैं, लेकिन उन्हें अपनी बाधाओं का सामना करना पड़ता है, जैसे कि अंतरिक्ष में हजारों मील लंबे नाजुक तार को तैनात करने की कठिनाई और तारों को चार्ज रखने के लिए एक विश्वसनीय शक्ति स्रोत की आवश्यकता।

अंत में, शोध पत्र सबसे काल्पनिक विचारों को देखता है, जो स्वयं अंतरिक्ष के ताने-बाने का उपयोग करने का प्रयास करते हैं। क्वांटम भौतिकी बताती है कि खाली स्थान वास्तव में खाली नहीं है बल्कि उतार-चढ़ाव वाली ऊर्जा से भरा है। कुछ सिद्धांत प्रस्तावित करते हैं कि इस निर्वात ऊर्जा (vacuum energy) को नियंत्रित करके, शायद दर्पणों को तेजी से हिलाकर या विशेष सामग्रियों का उपयोग करके, एक अंतरिक्ष यान बिना किसी ईंधन के थोड़ा सा थ्रस्ट (धक्का) उत्पन्न कर सकता है। हालांकि, समीक्षा स्पष्ट है कि ये विचार वर्तमान में वास्तविकता से बहुत दूर हैं। जबकि प्रयोगशाला सेटिंग्स में सूक्ष्म स्तर पर इनके प्रभाव देखे गए हैं, वे जो बल उत्पन्न करते हैं वे अंतरिक्ष यान को चलाने के लिए बहुत कमजोर हैं, और यात्रा के लिए उन्हें नियंत्रित करने की तकनीक अभी मौजूद नहीं है। शोध पत्र इस विचार को भी जांचता है और प्रभावी रूप से खारिज करता है कि केवल एक उच्च-वोल्टेज कैपेसिटर को चार्ज करने से जहाज को चलाने के लिए गुरुत्वाकर्षण खिंचाव पैदा किया जा सकता है, क्योंकि प्रयोगों ने दिखाया है कि ऐसा कोई बल मौजूद नहीं है।

अंततः, यह समीक्षा एक ऐसे भविष्य की तस्वीर पेश करती है जहाँ अंतरिक्ष यात्रा रासायनिक रॉकेटों की सीमाओं से परे चली जाएगी। जबकि ग्रेविटी असिस्ट ने हमारे सौर मंडल की खोज को बदल दिया है, अंतरतारकीय यात्रा की वास्तविक क्षमता उन पालों और क्षेत्रों में निहित है जो अंतरिक्ष की प्राकृतिक धाराओं पर सवारी कर सकते हैं। आगे का रास्ता बाधाओं से रहित नहीं है, विशाल पालों की नाजुकता से लेकर चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने की जटिलता तक, लेकिन इन विचारों के पीछे का भौतिक विज्ञान सुदृढ़ है। सूर्य के प्रकाश, सौर पवन और ग्रहों के गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करना सीखकर, मानवता एक दिन सितारों के बीच बिना कभी अपना ईंधन ले जाए तैरने का रास्ता खोज सकती है।