सोलर सेल कैसे काम करते हैं

पिछले चंद्र मिशन के बाद से सैकड़ों अंतरिक्ष मिशन शुरू किए गए हैं, जिनमें कई गहरे अंतरिक्ष जांच शामिल हैं जिन्हें हमारे सौर मंडल के किनारों पर भेजा गया है। हालांकि, अंतरिक्ष में हमारी यात्रा रासायनिक रॉकेट इंजन की शक्ति और एक अंतरिक्ष यान ले जाने वाले रॉकेट ईंधन की मात्रा से सीमित रही है । आज, प्रक्षेपण के समय एक अंतरिक्ष यान का वजन लगभग 95 प्रतिशत ईंधन है। यदि हम इतने अधिक ईंधन और इसे रखने वाले टैंकों की आवश्यकता को कम कर दें तो हम क्या हासिल कर सकते हैं?

अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष एजेंसियों और कुछ निजी निगमों ने परिवहन के कई तरीकों का प्रस्ताव दिया है जो हमें और आगे जाने की अनुमति देगा, लेकिन एक मानवयुक्त अंतरिक्ष मिशन को अभी तक चंद्रमा से आगे नहीं जाना है। इन अंतरिक्ष परिवहन विकल्पों में से सबसे यथार्थवादी रॉकेट ईंधन और रॉकेट इंजन दोनों को खत्म करने के लिए कहता है - उन्हें पाल के साथ बदलना। हाँ, यह सही है, पाल।

नासा उन संगठनों में से एक है जो सौर सेल नामक इस अद्भुत तकनीक का अध्ययन कर रहा है जो हमें गहरे अंतरिक्ष में भेजने के लिए सूर्य की शक्ति का उपयोग करेगा। इस लेख में, आपको दिखाता है कि सौर नौकायन का विचार कैसे विकसित हुआ, जहां नासा और अन्य इस तकनीक का परीक्षण कर रहे हैं और ब्रह्मांड में कितनी दूर और तेज सौर पाल हमें ले जा सकते हैं।

1. सौर सेल अवधारणा
2. सौर सेल सामग्री
3. सौर सेल लॉन्च
4. भविष्य की अंतरिक्ष यात्रा

लगभग 400 साल पहले, यूरोप का अधिकांश हिस्सा अभी भी दुनिया के नौसैनिक अन्वेषण में शामिल था, जोहान्स केप्लर ने पाल का उपयोग करके आकाशगंगा की खोज करने का विचार प्रस्तावित किया। अपने अवलोकन के माध्यम से कि धूमकेतु की पूंछ किसी प्रकार की सौर हवा से उड़ा दी गई थी, उनका मानना ​​​​था कि जिस तरह से हवाएं समुद्र में जहाजों को स्थानांतरित करती हैं, वैसे ही अंतरिक्ष यान को आगे बढ़ाने के लिए पाल उस हवा को पकड़ सकते हैं। जबकि केप्लर के सौर हवा के विचार को अस्वीकार कर दिया गया है, वैज्ञानिकों ने तब से पता लगाया है कि सूर्य का प्रकाश वस्तुओं को स्थानांतरित करने के लिए पर्याप्त बल लगाता है। इस बल का लाभ उठाने के लिए, नासा विशाल सौर पालों के साथ प्रयोग कर रहा है जिन्हें प्रकाश द्वारा ब्रह्मांड के माध्यम से धकेला जा सकता है।

सौर सेल संचालित अंतरिक्ष यान के तीन घटक हैं:

एक सौर सेल-संचालित अंतरिक्ष यान को शक्ति के लिए पारंपरिक प्रणोदक की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि इसका प्रणोदक सूर्य का प्रकाश है और सूर्य इसका इंजन है। प्रकाश विद्युत चुम्बकीय विकिरण से बना होता है जो अपने संपर्क में आने वाली वस्तुओं पर बल लगाता है। नासा के शोधकर्ताओं ने पाया है कि 1 खगोलीय इकाई (एयू) पर, जो सूर्य से पृथ्वी की दूरी है, 93 मिलियन मील (150 मिलियन किमी) के बराबर, सूर्य का प्रकाश लगभग 1.4 किलोवाट (किलोवाट) बिजली पैदा कर सकता है। यदि आप 1.4 kw लेते हैं और इसे प्रकाश की गति से विभाजित करते हैं, तो आप पाएंगे कि सूर्य द्वारा लगाया गया बल लगभग 9 न्यूटन (N)/वर्ग मील (यानी, 2 lb/km ² या .78 lb/mi ^{2 है)}) इसकी तुलना में, एक अंतरिक्ष यान मुख्य इंजन लिफ्टऑफ़ के दौरान 1.67 मिलियन N बल और निर्वात में 2.1 मिलियन N बल उत्पन्न कर सकता है। आखिरकार, हालांकि, सौर सेल पर सूरज की रोशनी की निरंतर शक्ति एक अंतरिक्ष यान को पारंपरिक रॉकेट की तुलना में पांच गुना तेज गति के लिए प्रेरित कर सकती है।

आइए अब उन पालों पर करीब से नज़र डालते हैं।

परिनियोजन और लॉन्च

नासा की सौर सेल प्रणोदन टीम और उद्योग भागीदार, एबल इंजीनियरिंग ने अप्रैल से मई 2004 तक परीक्षण की पांच सप्ताह की अवधि के दौरान लैंगली रिसर्च सेंटर में अपने सौर सेल सिस्टम को सफलतापूर्वक तैनात किया। फिर, जुलाई 2004 में, नासा की सौर सेल प्रणोदन टीम और उद्योग भागीदार, L'Garde, Inc. ने भी ग्लेन रिसर्च सेंटर में अपने सौर सेल सिस्टम की सफलतापूर्वक तैनाती देखी।

2004 के अगस्त में, जापानी एयरोस्पेस एक्सप्लोरेशन एजेंसी द्वारा दो बड़े सौर सेल लॉन्च किए गए और अंतरिक्ष में तैनात किए गए।

जबकि सौर पाल पहले डिजाइन किए गए हैं (नासा के पास 1 9 70 के दशक में सौर सेल कार्यक्रम था), पिछले दशक तक उपलब्ध सामग्री या व्यावहारिक सौर नौकायन वाहन को डिजाइन करने के लिए बहुत भारी थी। हल्के होने के अलावा, सामग्री अत्यधिक परावर्तक होनी चाहिए और अत्यधिक तापमान को सहन करने में सक्षम होनी चाहिए। आज नासा द्वारा परीक्षण किए जा रहे विशाल पाल बहुत हल्के, परावर्तक सामग्री से बने होते हैं जो स्टेशनरी की औसत शीट की तुलना में 100 गुना पतले होते हैं। इस "एल्यूमिनाइज्ड, तापमान प्रतिरोधी सामग्री" को CP-1 कहा जाता है । एक अन्य संगठन जो सौर सेल प्रौद्योगिकी विकसित कर रहा है, प्लैनेटरी सोसाइटी (पासाडेना, कैलिफ़ोर्निया में स्थित एक निजी, गैर-लाभकारी समूह), कॉसमॉस 1 का समर्थन करता है।, जो सौर पाल समेटे हुए है जो एल्यूमीनियम-प्रबलित माइलर से बने हैं और एक-प्लाई प्लास्टिक कचरा बैग की मोटाई का लगभग एक चौथाई है।

पाल की चिंतनशील प्रकृति प्रमुख है। जैसे ही फोटॉन (हल्के कण) परावर्तक सामग्री से उछलते हैं, वे धीरे से पाल को गति को स्थानांतरित करके पाल को धक्का देते हैं। क्योंकि सूर्य के प्रकाश से बहुत सारे फोटॉन हैं, और क्योंकि वे लगातार पाल से टकरा रहे हैं, पाल पर एक निरंतर दबाव (बल प्रति इकाई क्षेत्र) है जो अंतरिक्ष यान के निरंतर त्वरण का उत्पादन करता है। हालांकि सौर-सेल अंतरिक्ष यान पर बल एक पारंपरिक रासायनिक रॉकेट से कम है , जैसे कि अंतरिक्ष यान , सौर-सेल अंतरिक्ष यान लगातार समय के साथ तेज होता है और अधिक वेग प्राप्त करता है।

आप सोच रहे होंगे कि क्या होता है जब अंतरिक्ष यान खुद को सूरज की रोशनी से दूर पाता है। एक जहाज पर लेज़र पाल को आवश्यक प्रणोदन प्रदान करने का कार्यभार संभाल सकता है।

सौर ऊर्जा - जाँच करें। सौर पाल - जाँच करें। लेकिन हम अंतरिक्ष में पाल और उनके अंतरिक्ष यान को कैसे प्राप्त करते हैं? चलो एक नज़र डालते हैं।

आप पाल में छेद चाहते हैं?

मार्शल स्पेस फ़्लाइट सेंटर के लेस जॉनसन के पास एक कठोर, हल्का कार्बन फाइबर सामग्री है जिसने कई सौर-पाल-वैज्ञानिकों को विचार के लिए विराम दिया। यह फाइबर मानक सौर सेल सामग्री से प्रस्थान था क्योंकि यह लगभग 200 गुना मोटा है। लेकिन, हजारों छोटे छेद इसे परीक्षण किए जा रहे सबसे पतले सौर सेल सामग्री के समान वजन करने की अनुमति देते हैं।

बिजली के रूप में सिर्फ सूरज की रोशनी के साथ, एक सौर सेल सीधे जमीन से लॉन्च नहीं किया जाएगा। सौर सेल को लॉन्च करने के लिए एक दूसरे अंतरिक्ष यान की जरूरत है, जिसे बाद में अंतरिक्ष में तैनात किया जाएगा। सौर सेल लॉन्च करने का एक अन्य संभावित तरीका एक उपग्रह या अन्य अंतरिक्ष यान द्वारा प्रदान किए गए माइक्रोवेव या लेजर बीम के साथ होगा । इन ऊर्जा पुंजों को अंतरिक्ष में प्रक्षेपित करने और अपनी यात्रा के दौरान एक द्वितीयक शक्ति स्रोत प्रदान करने के लिए पाल पर निर्देशित किया जा सकता है। नासा के जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी (जेपीएल) में एक प्रयोग में , सेल को माइक्रोवेव बीम का उपयोग करके उठाने के लिए प्रेरित किया गया था, जबकि लेजर बीम का इस्तेमाल सेल को आगे बढ़ाने के लिए किया गया था।

एक बार लॉन्च होने के बाद, पाल को एक inflatable बूम सिस्टम का उपयोग करके तैनात किया जाता है जो एक अंतर्निहित परिनियोजन तंत्र द्वारा ट्रिगर किया जाता है।

ब्रह्मांड १

प्लैनेटरी सोसाइटी के सौर-पाल संचालित अंतरिक्ष यान कॉस्मॉस 1, को बार्ट्स सागर में एक जलमग्न रूसी उप से लॉन्च किया जाएगा। एक बार लॉन्च होने के बाद, 220.5-पाउंड (100 किग्रा) कॉसमॉस 1 को "किक मोटर" से बढ़ावा मिलेगा - इसे पृथ्वी से लगभग 550 मील (885 किमी) ऊपर कक्षा में रखा जाएगा।

सौर सेल प्रौद्योगिकी अंततः लंबी दूरी के नासा मिशनों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगी । लेकिन ये सौर पाल हमें कितनी दूर तक ले जा सकेंगे और कितनी तेजी से वे हमें वहां पहुंचाएंगे?

जैसा कि हमने पिछले खंड में पाया, सौर पाल शुरू में अंतरिक्ष यान को लॉन्च करने के लिए उपयोग किए जाने वाले बल की मात्रा से प्रेरित नहीं होंगे। नासा का मानना ​​​​है कि अंतरिक्ष की खोज "कछुआ और खरगोश" की कहानी के समान है, जिसमें रॉकेट से चलने वाले अंतरिक्ष यान खरगोश हैं। इस दौड़ में, रॉकेट से चलने वाला अंतरिक्ष यान तेजी से अपने गंतव्य की ओर बढ़ते हुए तेजी से कूद जाएगा। दूसरी ओर, सौर पाल द्वारा संचालित एक रॉकेट रहित अंतरिक्ष यान धीमी लेकिन स्थिर गति से अपनी यात्रा शुरू करेगा, धीरे-धीरे गति पकड़ेगा क्योंकि सूर्य उस पर बल लगाना जारी रखता है। जल्दी या बाद में, कोई फर्क नहीं पड़ता कि यह कितनी तेजी से जाता है, रॉकेट जहाज शक्ति से बाहर हो जाएगा। इसके विपरीत, सौर पाल शिल्प में सूर्य से बिजली की अंतहीन आपूर्ति होती है। इसके अतिरिक्त, सौर पाल संभावित रूप से पृथ्वी पर लौट सकता है , जबकि रॉकेट चालित वाहन में इसे वापस लाने के लिए कोई प्रणोदक नहीं होगा।

चूंकि इसे सूर्य के प्रकाश द्वारा धकेला जाना जारी है, सौर सेल-चालित वाहन ऐसी गति का निर्माण करेगा जो रॉकेट से चलने वाले वाहन कभी हासिल नहीं कर पाएंगे। ऐसा वाहन अंततः लगभग ५६ मील/सेकंड (९० किमी/सेकंड) की यात्रा करेगा, जो २००,००० मील प्रति घंटे (३२४,००० किलोमीटर प्रति घंटे) से अधिक होगा। यह गति अंतरिक्ष यान की 5 मील/सेकंड (8 किमी/सेकंड) की कक्षीय गति से लगभग 10 गुना तेज है। आपको यह अंदाजा लगाने के लिए कि यह कितना तेज़ है, आप एक मिनट से भी कम समय में न्यूयॉर्क से लॉस एंजिल्स की यात्रा कर सकते हैं, जिसमें शीर्ष गति से यात्रा करने वाले सौर सेल वाहन हैं।

यदि नासा सौर पाल द्वारा संचालित एक इंटरस्टेलर जांच शुरू करता है, तो उसे वायेजर 1 अंतरिक्ष यान (पृथ्वी से सबसे दूर का अंतरिक्ष यान) को पकड़ने में केवल आठ साल लगेंगे, जो 20 से अधिक वर्षों से यात्रा कर रहा है। एक लेजर या चुंबकीय बीम ट्रांसमीटर जोड़कर, नासा ने कहा कि यह गति को 18,600 मील/सेकंड (30,000 किमी/सेकंड) तक बढ़ा सकता है, जो प्रकाश की गति का दसवां हिस्सा है । उन गति पर, तारे के बीच की यात्रा लगभग निश्चित होगी।

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