अंतरिक्ष स्टेशन पृथ्वी पर गिरे बिना कक्षा में कैसे रहता है?
जवाब
अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पृथ्वी की निचली कक्षा में है। तकनीकी रूप से यह पृथ्वी पर गिर रहा है , वास्तव में, यह मुक्त रूप से गिर रहा है, लेकिन पार्श्व में इतनी तेजी से यात्रा कर रहा है कि यह वास्तव में पृथ्वी के करीब नहीं पहुंच पाता है।
कक्षा में होने का यही मतलब है।
यह शून्य-जी में नहीं है. यह निश्चित रूप से पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण प्रभाव के अंतर्गत है। यह इतनी तेजी से बग़ल में घूम रहा है कि पृथ्वी की ओर नहीं गिरता
यहां तक कि अगर वे खुद को आईएसएस से दूर और उसके नीचे पृथ्वी की ओर जितना संभव हो सके फेंकना चाहते थे ... यह इस पर निर्भर करता है कि उन्होंने खुद को कितना सटीक निशाना बनाया, संभावना यह है कि वे फिर से स्टेशन को ऊपर से (पृथ्वी से दूर की तरफ) प्रभावित करेंगे ) ठीक एक कक्षा बाद में।
आप और स्टेशन यूं ही अंतरिक्ष में स्थिर होकर नहीं लटके हुए हैं, क्योंकि पृथ्वी आपके नीचे घूम रही है। आप दोनों पृथ्वी के चारों ओर लगभग 17,500 मील प्रति घंटे की गति से घूम रहे हैं। वह घेरा गुरुत्वाकर्षण द्वारा पकड़कर आपको नीचे खींच रहा है, जैसा कि यह पृथ्वी पर आपके लिए करता है। अन्यथा आप और स्टेशन दोनों पृथ्वी से एक सीधी रेखा में उड़ जायेंगे। उस वृत्त को कक्षा कहते हैं।
जब आप स्टेशन से दूर हटते हैं (या अपने आप को दूर जाने देते हैं), तो आपने अपनी कक्षा को स्टेशन से थोड़ा ही अलग करने के लिए बमुश्किल ही बदलाव किया है। आप अभी भी लगभग उसी कक्षा में हैं। आपने शुरू में स्टेशन के सापेक्ष अपने वेक्टर को किस दिशा में बदला, यह इस बात पर निर्भर करता है कि क्या होता है और स्टेशन के सापेक्ष आपका आंदोलन कैसे आगे बढ़ता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि विभिन्न कक्षीय अक्षों पर लगने वाले दबावों का कक्षा बदलने पर अलग-अलग प्रभाव पड़ता है। सभी मामलों में सामान्य प्रवृत्ति यह होगी कि वे लगभग एक ही कक्षा में दूर चले जाएंगे और समय के साथ फैल जाएंगे और अंततः स्टेशन से फिर से टकराने की संभावना के साथ वापस आ जाएंगे।
आइए देखें कि यदि आप स्टेशन को अपने नीचे पृथ्वी की ओर धकेल दें तो क्या होगा।
अब पृथ्वी पर आपके अनुभवों पर आधारित रोजमर्रा का सामान्य ज्ञान आपको बताएगा कि आप तब तक स्टेशन से पृथ्वी की ओर दूर बहते रहेंगे जब तक कि आप वायुमंडल से नहीं टकराते और उल्का की तरह जल नहीं जाते। सही?
गलत!
कक्षीय पैंतरेबाज़ी (प्रोग्रेड/रेट्रोग्रेड, सामान्य/एंटी-सामान्य, रेडियल इन/आउट) से जुड़े तीन अक्षों और 6 दिशाओं में से, आप रेडियल दिशा में (अपनी कक्षा के केंद्र की ओर, की ओर) एक छोटा आवेग थ्रस्ट वेक्टर बना रहे हैं धरती)।
जब आप रेडियल रूप से जोर लगाते हैं, तो आप अपनी गोलाकार कक्षा (लाल) को उच्च और निम्न बिंदु (नीली और हरी कक्षा) के साथ अण्डाकार कक्षा में बदल देते हैं।
जोर लगाने से आपकी कक्षा आपके आगे कम हो जाती है और आपके पीछे ऊपर उठ जाती है। जोर लगाने से विपरीत होता है। (ध्यान दें: उपरोक्त छवि या तो गलत लेबल वाली है, या प्रतिगामी दक्षिणावर्त कक्षा दिखा रही है। अधिकांश कक्षाएँ प्रगति और वामावर्त हैं और उस स्थिति के लिए लेबल गलत हैं) गलतफहमी से बचने के लिए, मान लें कि लेबल सही हैं और कक्षा दक्षिणावर्त घूम रही है, पूर्व से पश्चिम तक.
तो छवि के निचले भाग में, आप हरे तीर की दिशा में स्टेशन से आगे बढ़ें। स्टेशन लाल कक्षा में जारी है, अब आप हरी कक्षा में हैं।
चूँकि आप और स्टेशन दोनों छवि के नीचे से दाएँ से बाएँ बढ़ते रहते हैं, पहले तो आप स्टेशन से दूर पृथ्वी की ओर बढ़ते हुए प्रतीत होते हैं। अच्छा रहा अब तक। लेकिन केवल 90° के आसपास, कुछ अलग है। पृथ्वी की ओर वह प्रारंभिक जोर वेक्टर... उस प्रारंभिक आवेग की दिशा सिर्फ इसलिए नहीं बदलती क्योंकि आप एक वृत्त के चारों ओर 90° घूम गए। छवि के निचले भाग में, वह हरा तीर पृथ्वी की ओर है। लेकिन 90° चारों ओर, वह तीर 90° नहीं घूमता था। यह अब भी उसी दिशा की ओर इशारा कर रहा है. छवि के शीर्ष की ओर और पृथ्वी के समानांतर है और परिक्रमा स्टेशन अभी भी लाल घेरे में है। 180° चारों ओर और वेक्टर अभी भी उसी ओर इंगित कर रहा है लेकिन वह अब पृथ्वी से दूर है। 270° चारों ओर और वेक्टर अब फिर से पृथ्वी के समानांतर है लेकिन आपकी गति की दिशा के विपरीत इंगित कर रहा है। अंत में, पूरे 360° घूमने और एक पूरी कक्षा के बाद, आपका वेक्टर फिर से पृथ्वी की ओर इंगित करता है।
निचली गोलाकार कक्षाएँ उच्च गोलाकार कक्षाओं की तुलना में तेज़ होती हैं। अण्डाकार कक्षा में कोई वस्तु अपनी कक्षा की उच्च और निम्न ऊंचाई के बीच आगे और पीछे चलते समय लगातार वेग बदलती रहती है।
तो समस्या पर वापस आते हैं। आप आईएसएस के समान स्थिर कक्षीय वेग के साथ शुरुआत करते हैं, लेकिन फिर आप अपने नीचे पृथ्वी की ओर बढ़ते हैं। आपका कक्षीय वेग व्यावहारिक रूप से अपरिवर्तित है और आपका प्रारंभिक वेक्टर पृथ्वी की ओर है। लेकिन जैसे-जैसे आप अपनी कक्षा के चारों ओर घूमते हैं, आप पृथ्वी की ओर कम कक्षीय ऊंचाई तक गिरने की गति बढ़ा रहे हैं। जब तक आप अपनी कक्षा के सबसे निचले बिंदु पर पहुँचते हैं, आप अपने सबसे तेज़ कक्षीय वेग से आगे बढ़ रहे होते हैं और आपका वेक्टर अब पृथ्वी की ओर नहीं होता है, बल्कि उसी दिशा में उसके समानांतर होता है जिस दिशा में आप परिक्रमा कर रहे होते हैं। इस बिंदु पर, 90° चारों ओर (छवि के बाईं ओर) आप अब पृथ्वी की ओर नहीं बढ़ रहे हैं। स्टेशन ऊंचाई में आपसे ऊपर है, लेकिन आपसे काफी पीछे है और और भी पीछे है क्योंकि आप अपनी कक्षा में आईएसएस की तुलना में बहुत तेजी से यात्रा कर रहे हैं।
90° बाद में, आपकी कक्षा के चारों ओर 180 डिग्री और छवि के शीर्ष पर... आपका वेक्टर अब पृथ्वी से दूर है, आप कक्षीय वेग में धीमे हो रहे हैं क्योंकि आप गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध अधिक ऊंचाई पर चढ़ रहे हैं, और आप उसी कक्षीय वेग तक पहुंच गए हैं जैसा कि आपने आईएसएस से शुरुआत की थी। आप अब आईएसएस पर दूरी नहीं बढ़ा रहे हैं और आप आईएसएस कक्षा के समान ऊंचाई पर थे, लेकिन आप वहां नहीं रुक रहे हैं, आप अभी भी अधिक ऊंचाई पर जा रहे हैं और और धीमी गति से आगे बढ़ रहे हैं।
कक्षा के चारों ओर 270° का तीन-चौथाई रास्ता और छवि के दाईं ओर... अब आप अपनी उच्चतम ऊंचाई पर हैं, अपनी सबसे धीमी कक्षीय वेग पर हैं, और आपका प्रारंभिक वेक्टर आपके कक्षीय पथ के साथ पीछे की ओर इशारा कर रहा है। अब आईएसएस आपको वापस पकड़ रहा है क्योंकि यह नीचे है और आपसे कहीं अधिक तेजी से यात्रा कर रहा है।
और अंततः आपने एक पूर्ण परिक्रमा पूरी कर ली। आपने आईएसएस के समान ही अपनी मूल ऊंचाई की ओर लौटने की गति पकड़ ली है, और आईएसएस ने कक्षा में उस विशेष बिंदु पर आपको वापस पकड़ लिया है। आपका प्रारंभिक वेक्टर फिर से पृथ्वी की ओर इशारा कर रहा है, और अब आप पृथ्वी से विपरीत दिशा में ऊपर से आने वाले स्टेशन से टकराने का जोखिम उठाते हैं।
अब ऐसा वास्तव में होने के लिए कई चीज़ों का वास्तव में सच होना ज़रूरी है। सबसे पहले, स्टेशन से बाहर धकेलने वाला आपका प्रारंभिक वेक्टर किसी भी प्रोग्रेड/रेट्रोग्रेड घटक या सामान्य/एंटी-सामान्य घटक के अंदर पूरी तरह से रेडियल होना चाहिए... इससे परिणाम खराब हो जाएंगे और आप स्टेशन के पास से गुजर जाएंगे, लेकिन उस पर प्रभाव पड़ने की संभावना नहीं है। यह अन्य बाहरी कारकों को भी नजरअंदाज करता है जो आपकी कक्षा को प्रभावित करेंगे जैसे कि वायुमंडलीय खिंचाव, सौर विकिरण दबाव, और इसी तरह, ये सभी परिणाम को प्रभावित करेंगे।