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हीलियम का उपयोग रॉकेटों में क्यों किया जाता है?

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हीलियम का उपयोग रॉकेटों में क्यों किया जाता है?

चर्चा में क्यों हैं?

  • बोइंग के स्टारलाइनर पर सवार नासा के दो अंतरिक्ष यात्री दोषपूर्ण प्रणोदन प्रणाली के कारण महीनों तक अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर रहेंगे, जिसमें हीलियम रिसाव भी शामिल है।
  • वहीं पृथ्वी पर, स्पेसएक्स के पोलारिस डॉन मिशन में जमीनी उपकरणों पर हीलियम की समस्याओं के कारण देरी हो गई है।
  • पिछले अंतरिक्ष मिशन जो कि हीलियम रिसाव से प्रभावित हुए हैं, उनमें इसरो का चंद्रयान 2 और यूरोपीय एजेंसी का एरियन 5 शामिल हैं।
  • ऐसे में प्रश्न यह है कि अंतरिक्ष यान और रॉकेट हीलियम का उपयोग क्यों करते हैं, और इसमें इतनी पेचीदा बात क्या होती है?

अंतरिक्ष यान और रॉकेट हीलियम का उपयोग क्यों करते हैं? 

  • हीलियम निष्क्रिय गैस है – यह अन्य पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है या जलता नहीं है – और इसकी परमाणु संख्या 2 है, जो इसे हाइड्रोजन के बाद दूसरा सबसे हल्का तत्व बनाती है।
  • उल्लेखनीय है कि रॉकेट को कक्षा तक पहुँचाने और उसे बनाए रखने के लिए विशिष्ट गति और ऊँचाई प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। एक भारी रॉकेट को अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिससे न केवल ईंधन की खपत बढ़ती है, बल्कि अधिक शक्तिशाली इंजन की भी आवश्यकता होती है, जिन्हें विकसित करना, परीक्षण करना और बनाए रखना अधिक महंगा होता है।
  • साथ ही हीलियम का क्वथनांक भी बहुत कम होता है (-268.9 डिग्री सेल्सियस या -452 डिग्री फ़ारेनहाइट), जिससे यह अत्यधिक ठंडे वातावरण में भी गैस बना रहता है, यह एक महत्वपूर्ण विशेषता है क्योंकि कई रॉकेट ईंधन उस तापमान सीमा में कार्य करते हैं।

इसका उपयोग रॉकेट में कैसे किया जाता है?

  • हीलियम का उपयोग ईंधन टैंकों पर दबाव डालने के लिए, जिससे रॉकेट के इंजन में बिना किसी रुकावट के ईंधन का प्रवाह सुनिश्चित होता रहे; और शीतलन प्रणालियों के लिए भी, किया जाता है।
  • जैसे ही रॉकेट के इंजन में ईंधन और ऑक्सिडाइजर जलाए जाते हैं, हीलियम टैंकों में खाली जगह को भर देता है, जिससे अंदर का समग्र दबाव बना रहता है। क्योंकि यह गैर-प्रतिक्रियाशील है, इसलिए यह टैंकों की अवशिष्ट सामग्री के साथ सुरक्षित रूप से मिल भी सकती है।

क्या हीलियम में रिसाव की संभावना होती है?

  • हीलियम के छोटे परमाणु आकार और कम आणविक भार का मतलब है कि इसके परमाणु भंडारण टैंकों और ईंधन प्रणालियों में छोटे अंतराल या सील के माध्यम से निकल सकते हैं।
  • लेकिन क्योंकि पृथ्वी के वायुमंडल में बहुत कम हीलियम है, इसलिए रिसाव का आसानी से पता लगाया जा सकता है – जिससे रॉकेट या अंतरिक्ष यान की ईंधन प्रणालियों में संभावित दोषों को खोजने के लिए गैस महत्वपूर्ण हो जाती है।
  • उल्लेखनीय है कि मई में, बोइंग के स्टारलाइनर अंतरिक्ष यान द्वारा अपने पहले अंतरिक्ष यात्री दल को लॉन्च करने के शुरुआती प्रयास से कुछ घंटे पहले, अंतरिक्ष यान के अंदर छोटे सेंसर ने स्टारलाइनर के थ्रस्टर्स में से एक पर एक छोटे हीलियम रिसाव का पता लगाया, जिसका नासा ने कई दिनों तक विश्लेषण किया और फिर इसे कम जोखिम वाला माना। लेकिन जून में स्टारलाइनर के लॉन्च होने के बाद अंतरिक्ष में अतिरिक्त रिसाव का पता चला, जिसके कारण नासा ने स्टारलाइनर को बिना चालक दल के पृथ्वी पर वापस लाने का निर्णय लिया।
  • कुछ इंजीनियरों का कहना है कि अंतरिक्ष से संबंधित प्रणालियों में हीलियम रिसाव की आवृत्ति ने वाल्व डिज़ाइन और अधिक सटीक वाल्व-कसने वाले तंत्र में नवाचार की उद्योग-व्यापी आवश्यकता को उजागर किया है।

क्या कोई विकल्प है?

  • कुछ रॉकेट लॉन्च में आर्गन और नाइट्रोजन जैसी गैसों के साथ प्रयोग किया गया है, जो निष्क्रिय भी हैं और कभी-कभी सस्ती भी हो सकती हैं। हालांकि, हीलियम अंतरिक्ष उद्योग में बहुत अधिक प्रचलित है।
  • यूरोप के नए एरियन 6 रॉकेट में हीलियम के स्थान पर एक नए दबाव प्रणाली को अपनाया गया है जो इसके प्राथमिक तरल ऑक्सीजन और हाइड्रोजन प्रणोदकों के एक छोटे हिस्से को गैस में परिवर्तित करता है, जो फिर रॉकेट इंजन के लिए उन तरल पदार्थों को दबाव देता है।
  • जुलाई में एरियन 6 सफल डेब्यू लॉन्च के अंतिम चरण के दौरान वह प्रणाली अंतरिक्ष में विफल हो गई, जिससे वैश्विक रॉकेट उद्योग की दबाव चुनौतियों की लंबी सूची जुड़ गई।

 

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