Ground-Based Imaging and Data Analysis for the MISSE-22 Spaceflight Experiment

अंतरिक्ष केवल खाली कालापन नहीं है; यह एक कठोर, सक्रिय वातावरण है जो धीरे-धीरे उन मशीनों को नष्ट कर देता है जिन्हें हम वहां भेजते हैं। पृथ्वी की निचली कक्षा में, अंतरिक्ष यान की सामग्रियां अदृश्य खतरों के घेरे का सामना करती हैं: तीव्र पराबैंगनी विकिरण, अत्यधिक तापमान परिवर्तन, और परमाणु ऑक्सीजन की निरंतर बमबारी। यह परमाणु ऑक्सीजन तत्व का एक अत्यधिक प्रतिक्रियाशील रूप है जो सतह की परतों को हटा देता है, जिससे क्षरण होता है और सामग्रियां भंगुर हो जाती हैं। जबकि पृथ्वी पर वैज्ञानिक प्रयोगशालाओं में इन स्थितियों को सिम्युलेट करने की कोशिश करते हैं, वास्तविक वातावरण इतना जटिल है कि इसे पूरी तरह से कॉपी नहीं किया जा सकता। सामग्रियों के पुराने होने (एजिंग) की प्रक्रिया को वास्तव में समझने के लिए, उनका परीक्षण अंतरिक्ष में ही किया जाना चाहिए। अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन इस उद्देश्य के लिए एक अनूठा बाहरी प्रयोगशाला के रूप में कार्य करता है, जो उन प्रयोगों की मेजबानी करता है जो सामग्रियों को सीधे कक्षा के निर्वात और विकिरण के संपर्क में लाते हैं। लक्ष्य यह देखना है कि ये सामग्रियां समय के साथ कैसे बदलती हैं, ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि भविष्य के अंतरिक्ष यान इस यात्रा में जीवित रह सकें।

जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, यूनाइटेड स्टेट्स एयर फोर्स और नासा के शोधकर्ताओं की एक टीम ठीक यही करने के लिए MISSE-22 नामक एक नया प्रयोग लॉन्च करने की तैयारी कर रही है। पिछले मिशनों के विपरीत, जो मुख्य रूप से इस बात पर ध्यान केंद्रित करते थे कि पृथ्वी पर वापस लाने के बाद सामग्रियों का रंग कैसे बदला या वे कितनी भंगुर हुईं, यह प्रयोग सामग्रियों को अंतरिक्ष में रहते हुए बदलते हुए देखने का लक्ष्य रखता है। टीम पतली प्लास्टिक फिल्मों के भीतर बनने वाले अदृश्य तनाव को देखने के लिए 'फोटोइलास्टिसिटी' नामक एक चतुर ऑप्टिकल तकनीक का उपयोग कर रही है। जब एक पारदर्शी सामग्री को मोड़ा या खींचा जाता है, तो इसकी आंतरिक संरचना इस तरह बदल जाती है जो प्रकाश के गुजरने के तरीके को प्रभावित करती है। यदि आप तनावग्रस्त प्लास्टिक के टुकड़े के माध्यम से ध्रुवीकृत (पोलराइज्ड) प्रकाश डालते हैं, तो प्रकाश विभाजित हो जाता है और रंगीन पट्टियों का एक पैटर्न बनाता है, बिल्कुल वैसा ही जैसा साबुन के बुलबुले या पानी पर तेल की परत में दिखने वाली इंद्रधनुषी चमक में देखा जाता है। ये रंग केवल सजावट नहीं हैं; वे सामग्री के भीतर भौतिक तनाव का एक सीधा मानचित्र हैं। इन रंगों के बदलने को देखकर, शोधकर्ता यह बता सकते हैं कि सामग्री बिना उसे छुए कमजोर या अधिक भंगुर हो रही है या नहीं।

यह प्रयोग 'मटेरियल्स इंटरनेशनल स्पेस स्टेशन एक्सपेरिमेंट' सुविधा के सामने वाले हिस्से पर बैठने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो एक ऐसा स्थान है जहाँ परमाणु ऑक्सीजन का प्रभाव सबसे अधिक होता है। हार्डवेयर के अंदर, उन्नत प्लास्टिक फिल्मों के ग्यारह अलग-अलग नमूनों को थोड़े मुड़े हुए स्थान पर रखा गया है। यह मोड़ प्रत्येक नमूने पर एक निरंतर, हल्का तनाव डालता है, जिससे मिशन शुरू होने से पहले ही रंगीन फ्रिंज (धारियों) का एक आधारभूत पैटर्न बन जाता है। नमूनों में अंतरिक्ष के वातावरण का विरोध करने के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन की गई नई पॉलिमर फिल्में, और दो प्रसिद्ध सामग्रियां, 'कैप्टन' (Kapton) और 'मेलिनेक्स' (Melinex), शामिल हैं, जो विश्वसनीय बेंचमार्क के रूप में कार्य करती हैं। नई सामग्रियों में सिलिकॉन-आधारित यौगिकों से बनी फिल्में और अन्य फिल्में भी शामिल हैं जिन्हें छोटे पिंजरे जैसे अणुओं के साथ सुदृढ़ किया गया है, जो कक्षा की कठोर परिस्थितियों का सामना करने के लिए विकसित की गई हैं।

इन नमूनों की निगरानी के लिए, प्रयोग में अपने स्वयं के प्रकाश और फिल्टर से लैस एक विशेष कैमरा सिस्टम ले जाया जाता है। स्टेशन पर हार्डवेयर स्थापित होने के बाद, सिस्टम महीने में एक बार नमूनों की तस्वीरें लेगा। जैसे-जैसे परमाणु ऑक्सीजन और अन्य अंतरिक्ष कारक सामग्रियों को घिसते हैं, आंतरिक तनाव बदल जाएगा। यह परिवर्तन रंगीन फ्रिंज पैटर्न को स्थानांतरित करेगा, बढ़ाएगा या फीका कर देगा। कैमरा इन छवियों को कैप्चर करता है और उन्हें पृथ्वी पर भेजता है, जहाँ शोधकर्ता पैटर्न का विश्लेषण करने के लिए कंप्यूटर एल्गोरिदम का उपयोग करते हैं। केवल फोटो देखने के बजाय, सॉफ्टवेयर पिक्सेल को रंग के आधार पर समूहित करता है ताकि यह ट्रैक किया जा सके कि तनाव कहाँ स्थित है और कितना तीव्र है। यह टीम को सामग्री के स्वास्थ्य का टाइमलाइन बनाने की अनुमति देता है, जिससे वे प्रयोग के वापस आने का इंतजार करने के बजाय वास्तविक समय में क्षरण को देख सकते हैं।

लॉन्च से पहले, टीम ने जमीन पर व्यापक परीक्षण किया ताकि यह स्थापित किया जा सके कि सामग्रियां ताजी होने पर तनाव पैटर्न कैसा दिखना चाहिए। उन्होंने प्रत्येक फिल्म की मोटाई मापी और दृश्य फ्रिंज पैटर्न के आधार पर प्रारंभिक तनाव स्तर की गणना की। परिणामों ने दिखाया कि विभिन्न सामग्रियों की प्रारंभिक आंतरिक तनाव अलग-अलग थी। उदाहरण के लिए, एक पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट फिल्म ने पॉलीइमाइड फिल्मों की तुलना में बहुत अधिक प्रारंभिक तनाव दिखाया, जो इसके निर्माण के तरीके के कारण था। ये प्री-फ्लाइट माप एक महत्वपूर्ण "ग्राउंड ट्रुथ" बेसलाइन प्रदान करते हैं। जब अंतरिक्ष डेटा प्राप्त होगा, तो शोधकर्ता यह देखने के लिए नए चित्रों की तुलना इन प्रारंभिक मूल्यों से करेंगे कि तनाव वास्तव में कितना विकसित हुआ है।

इस कार्य का महत्व निरंतर, 'इन-सीटू' (स्व-स्थानिक) डेटा प्रदान करने की इसकी क्षमता में निहित है। ऐतिहासिक रूप से, वैज्ञानिकों को विश्लेषण करने के लिए किसी प्रयोग के अंतरिक्ष से वापस आने के लिए वर्षों तक इंतजार करना पड़ता था। MISSE-22 इसे बदलकर प्रक्रिया के दौरान ही एक खिड़की प्रदान करता है। परमाणु ऑक्सीजन के संचयी एक्सपोजर के साथ बदलते फ्रिंज पैटर्न को जोड़कर, टीम उम्मीद करती है कि वे यह भविष्यवाणी करने के लिए बेहतर मॉडल बना सकेंगी कि सामग्रियां कब विफल होंगी। यह ज्ञान अगले पीढ़ी के अंतरिक्ष यान डिजाइन करने के लिए आवश्यक है, विशेष रूप से उन लंबी अवधि के मिशनों के लिए जो पृथ्वी की कक्षा से परे चंद्रमा या मंगल की यात्रा करेंगे। एकत्र किया गया डेटा इंजीनियरों को सही सामग्रियां चुनने में मदद करेगा ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि भविष्य के खोजकर्ताओं के पास अंतरिक्ष के निरंतर वातावरण के खिलाफ विश्वसनीय सुरक्षा हो।