21 फरवरी को, भारतीय अंतरिक्ष अनुसंधान संगठन (इसरो) ने बताया कि उसने एक भारतीय अंतरिक्ष यात्री को अंतरिक्ष में भेजने के देश के मिशन के इस वर्ष के अंत में एक महत्वपूर्ण परीक्षण उड़ान में इसके उपयोग से पहले सीई -20 रॉकेट इंजन का मानव-रेटिंग सफलतापूर्वक पूरा कर लिया है। एक भारतीय रॉकेट. CE-20 एक स्वदेशी क्रायोजेनिक इंजन है जिसे इसरो ने GSLV Mk III, जिसे अब LVM-3, लॉन्च वाहन कहा जाता है, के साथ उपयोग करने के लिए विकसित किया है। यह CE-7.5 क्रायोजेनिक इंजन में सुधार का प्रतिनिधित्व करता है और इसरो के मानव अंतरिक्ष उड़ान, उर्फ गगनयान, मिशन को सफलतापूर्वक साकार करने में सहायक है।
इंजीनियर रॉकेट मोटर्स के लिए तरल ईंधन का उपयोग करना पसंद करते हैं क्योंकि वे कम भारी होते हैं और ठोस ईंधन की तुलना में बेहतर प्रवाहित होते हैं। ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग इसलिए भी वांछनीय है क्योंकि जब इसका दहन किया जाता है, तो यह उच्चतम निकास वेग उत्पन्न करता है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीडाइज़र के रूप में ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन का दहन करने पर निकास वेग 4.5 किमी/सेकेंड होता है, जबकि असममित डाइमिथाइलहाइड्रेज़िन और नाइट्रोजन टेट्रोक्साइड द्वारा उत्पादित – पीएसएलवी रॉकेट के दूसरे चरण द्वारा उपयोग किया जाने वाला संयोजन, उदाहरण के लिए – लगभग 3.4 किमी/सेकेंड होता है। . यही कारण है कि रॉकेट मोटर्स के लिए हाइड्रोजन एक वांछनीय ईंधन है।
तीन इंजनों की कहानी
हालाँकि, तरल रूप में हाइड्रोजन अच्छा व्यवहार नहीं करता है: इसे -253 डिग्री सेल्सियस (और तरल ऑक्सीजन -184 डिग्री सेल्सियस) पर बनाए रखने की आवश्यकता होती है और यह बहुत आसानी से लीक हो जाता है। इंजीनियरों को तरल हाइड्रोजन के भंडारण और परिवहन के लिए विशेष उपकरणों और विशेष इंजनों की आवश्यकता होती है जो इसका उपयोग रॉकेट को बिजली देने के लिए कर सकें। ये क्रायोजेनिक इंजन हैं.
इसरो ने पिछले कुछ वर्षों में तीन क्रायोजेनिक इंजनों का उपयोग किया है: KVD-1, CE-7.5, और CE-20। अंतिम दो भारत निर्मित हैं, हालाँकि CE-7.5 का डिज़ाइन KVD-1 पर आधारित है, जिसे रूस (सोवियत संघ के रूप में) ने 1980 के दशक की शुरुआत में भारत को आपूर्ति की थी। जीएसएलवी एमके II प्रक्षेपण यान अपने आरोहण के तीसरे चरण को शक्ति प्रदान करने के लिए CE-7.5 इंजन का उपयोग करता है।
क्रायोजेनिक इंजन के संचालन के लिए क्रायोपंप की आवश्यकता होती है, जो हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को तरल रूप में फंसाने और ठंडा करने के लिए एक उपकरण है; विशेष भंडारण टैंक; और ठंडे ईंधन और ऑक्सीडाइज़र को इंजन में ले जाने के लिए टर्बोपंप। CE-7.5 इंजन चरणबद्ध-दहन चक्र का उपयोग करता है। यहां, प्री-बर्नर में ईंधन की थोड़ी मात्रा का दहन किया जाता है। परिणामी ऊष्मा का उपयोग टरबाइन को चलाने के लिए किया जाता है जो टर्बोपंप को शक्ति प्रदान करता है। एक बार जब टर्बोपंप शेष ईंधन और ऑक्सीडाइज़र को दहन कक्ष में ले आता है, तो मुख्य इंजन और दो वर्नियर थ्रस्टर्स को शक्ति देने के लिए हाइड्रोजन का दहन किया जाता है – छोटे इंजन जो रॉकेट के उड़ान भरने के बाद उसकी गति और अभिविन्यास को बदल देते हैं। प्री-बर्नर से निकलने वाले निकास को भी दहन कक्ष में भेजा जाता है।
सीई-20 इंजन गैस-जनरेटर चक्र का उपयोग करता है, जो निकास को दहन कक्ष में भेजने के बजाय प्री-बर्नर से हटा देता है। इससे ईंधन दक्षता कम हो जाती है लेकिन, इसरो के लिए महत्वपूर्ण बात यह है कि सीई-20 इंजन का निर्माण और परीक्षण करना आसान हो जाता है। इसरो ने रॉकेट के उड़ान पथ को समायोजित करने के लिए इंजन के नोजल को छोटे घुमाव – या जिम्बल – की अनुमति देने के पक्ष में अपने वर्नियर थ्रस्टर्स को भी हटा दिया है। परिणामस्वरूप, जबकि CE-7.5 इंजन हल्का है और उच्च ईंधन-उपयोग दक्षता को स्पोर्ट करता है, CE-20 इंजन कम जलने की अवधि के साथ उच्च अधिकतम थ्रस्ट (~ 200 किलोन्यूटन बनाम 73.5 किलोन्यूटन) प्राप्त करता है।
न्यूनतम विश्वसनीयता को अधिकतम करना
ये विशेषताएं LVM-3 लॉन्च वाहन की क्षमताओं का समर्थन करती हैं: कम-पृथ्वी की कक्षा में आठ टन वजन उठाने में सक्षम होने से लेकर पहले गगनयान मिशन के लिए पसंदीदा वाहन होने तक, साथ ही भारत की आत्मनिर्भरता में सुधार भी करती हैं। लॉन्च क्षमताओं को देखना और लॉन्च लागत को कम रखना।
इसमें कहा गया है, मनुष्य उपग्रहों के समान नहीं हैं, और रॉकेट (और इंजन) जो मनुष्यों को अंतरिक्ष में ले जाते हैं, उनका अधिक गहनता से परीक्षण करने की आवश्यकता है – एक अभ्यास जिसे ‘मानव-रेटिंग’ कहा जाता है। मोटे तौर पर कहें तो, मानव-रेटिंग में विशेष त्रुटियों को सत्यापित करने की प्रक्रियाएं शामिल होती हैं, जैसे किसी विशेष घटक की विफलता, एक विशेष दर से कम पर होती है। मान लें कि एक विशेष वाल्व हर 1,000 बार प्रयास करने पर अपेक्षानुसार काम नहीं करेगा। इसलिए विफलता दर प्रति 1,000 पर एक बार होने की पुष्टि करने के लिए और यदि आवश्यक हो, तो इसे और अधिक विश्वसनीय बनाने के लिए वाल्व को कम से कम 1,000 बार परीक्षण करने की आवश्यकता होगी।
2011 से, नासा के वाणिज्यिक क्रू कार्यक्रम के अनुसार जब प्रक्षेपण यान ऊपर या नीचे आ रहा हो तो मिशन हानि की संभावना 1/500 (या 0.2%) से कम होनी चाहिए। स्पष्ट रूप से एजेंसी लॉन्च से पहले इतनी सारी परीक्षण उड़ानें आयोजित नहीं कर सकती है, लेकिन यह समग्र विफलता दर में विभिन्न मिशन घटकों के योगदान को निर्धारित कर सकती है और यह सुनिश्चित करने के लिए उन घटकों का परीक्षण कर सकती है कि उनकी न्यूनतम विश्वसनीयता संबंधित सीमा से ऊपर है। इंजन परीक्षण ऐसे योग्यता अभ्यास का एक उदाहरण है।
इसरो ने अपनी 21 फरवरी की प्रेस विज्ञप्ति में कहा कि चार सीई-20 इंजनों का “न्यूनतम मानव रेटिंग योग्यता मानक आवश्यकता 6,350 सेकंड के मुकाबले 8,810 सेकंड” के लिए हॉट-फायर परीक्षण किया गया था। (ठंड-प्रवाह परीक्षण में, तरल पदार्थ इंजन के माध्यम से बहते हैं लेकिन कोई दहन या निकास नहीं होता है, जबकि गर्म-अग्नि परीक्षण में होता है।) इस अवधि के गर्म-अग्नि परीक्षण यह सुनिश्चित करेंगे कि इंजन का प्रदर्शन अनुकरणीय स्थितियों में स्वीकार्य सीमा के भीतर है जो वास्तविक मिशन के दौरान घटित होंगे।
दुर्जेय विरासत
CE-20 इंजन एक दुर्जेय विरासत अर्जित कर रहा है। अत्यधिक प्रदर्शनकारी होने के अलावा, यह 1980 के दशक में भारत के खिलाफ अमेरिकी प्रतिबंधों के बाद इसरो की उपलब्धियों का भी प्रमाण है। इसरो के पूर्व अध्यक्ष यूआर राव ने अपनी पुस्तक ‘इंडियाज़ राइज़ ऐज़ ए स्पेस पावर’ में लिखा है कि जब नासा अपने सैटर्न रॉकेटों के लिए क्रायोजेनिक इंजन विकसित कर रहा था, तो उसने 58 प्रकार की विफलताओं की पहचान की, और जापान को पहले अर्हता प्राप्त करने के लिए 500 से अधिक परीक्षण करने पड़े। इसका LE-7 इंजन.
तीसरे चरण में CE-20 का उपयोग करने वाले LVM-3 रॉकेट – जहां पहले चरण में दो ठोस-ईंधन बूस्टर और दूसरे चरण में, दो तरल-ईंधन वाले विकास 2 इंजन शामिल हैं – पहले ही चंद्रयान-2 और -3 मिशन लॉन्च कर चुके हैं। 2022 में वाणिज्यिक वनवेब मिशन का 5.8-टन पेलोड। अगला पड़ाव: पहली मानव रहित गगनयान परीक्षण उड़ान, जिसे G1 नामित किया गया है, जिसे इसरो ने अस्थायी रूप से 2024 के मध्य के लिए निर्धारित किया है।