कक्षीय उड़ान

1. कक्षीय उड़ान

कक्षीय उड़ान, अंतरिक्ष उड़ान का एक महत्वपूर्ण पहलू है, जिसमें कोई वस्तु पृथ्वी या किसी अन्य खगोलीय पिंड के चारों ओर एक निश्चित मार्ग पर घूमती है। यह गुरुत्वाकर्षण बल और वस्तु की गति के बीच संतुलन का परिणाम है। कक्षीय उड़ान की अवधारणा अंतरिक्ष अन्वेषण, संचार उपग्रह, मौसम पूर्वानुमान और कई अन्य क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। इस लेख में, हम कक्षीय उड़ान के मूल सिद्धांतों, विभिन्न प्रकार की कक्षाओं, कक्षीय यांत्रिकी, कक्षीय परिवर्तन, और इस क्षेत्र में भविष्य की संभावनाओं का विस्तार से अध्ययन करेंगे।

कक्षीय उड़ान का इतिहास

कक्षीय उड़ान का इतिहास अंतरिक्ष युग की शुरुआत के साथ ही शुरू हो जाता है। 1957 में सोवियत संघ ने स्पुतनिक 1 को सफलतापूर्वक प्रक्षेपित करके दुनिया में पहला कृत्रिम उपग्रह कक्षा में स्थापित किया। इसके बाद, 1961 में यूएसएसआर के यूरी गागरिन ने पहली मानव अंतरिक्ष उड़ान पूरी की। इसके बाद से, संयुक्त राज्य अमेरिका, यूरोपियन स्पेस एजेंसी, चीन, भारत और अन्य देशों ने भी कक्षीय उड़ान में महत्वपूर्ण योगदान दिया है। अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (ISS) कक्षीय उड़ान के क्षेत्र में अंतर्राष्ट्रीय सहयोग का एक उत्कृष्ट उदाहरण है।

कक्षीय यांत्रिकी के मूल सिद्धांत

कक्षीय उड़ान को समझने के लिए, कक्षीय यांत्रिकी के कुछ मूल सिद्धांतों को जानना आवश्यक है:

**गुरुत्वाकर्षण का नियम:** आइज़ैक न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के नियम के अनुसार, दो वस्तुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण बल उनके द्रव्यमान के गुणनफल के समानुपाती होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। यह नियम कक्षीय गति को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
**केप्लर के नियम:** जोहान्स केप्लर ने ग्रहों की गति के तीन नियम दिए हैं, जो कक्षीय गति का वर्णन करते हैं:

   *   पहला नियम: ग्रहों की कक्षाएँ दीर्घवृत्त होती हैं, जिनमें सूर्य एक फोकस पर स्थित होता है।
   *   दूसरा नियम: ग्रह सूर्य के चारों ओर समान समय अंतराल में समान क्षेत्रफल तय करते हैं।
   *   तीसरा नियम: ग्रह की परिक्रमा अवधि का वर्ग उसकी कक्षा के अर्ध-प्रमुख अक्ष के घन के समानुपाती होता है।

**ऊर्जा संरक्षण:** कक्षीय उड़ान में, कुल ऊर्जा (गतिज ऊर्जा + स्थितिज ऊर्जा) संरक्षित रहती है।
**कोणीय गति संरक्षण:** कक्षीय उड़ान में, कोणीय गति भी संरक्षित रहती है।

विभिन्न प्रकार की कक्षाएँ

विभिन्न उद्देश्यों के लिए विभिन्न प्रकार की कक्षाएँ उपयोग की जाती हैं। कुछ प्रमुख कक्षाएँ निम्नलिखित हैं:

**निम्न पृथ्वी कक्षा (LEO):** यह कक्षा पृथ्वी की सतह से 200 से 2000 किलोमीटर की ऊँचाई पर स्थित है। LEO का उपयोग जासूसी उपग्रह, पृथ्वी अवलोकन उपग्रह, और अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन जैसे अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। LEO में व्यापारिक अवसर भी बढ़ रहे हैं।
**भूस्थिर कक्षा (GEO):** यह कक्षा पृथ्वी के भूमध्य रेखा के ऊपर लगभग 35,786 किलोमीटर की ऊँचाई पर स्थित है। GEO में उपग्रह पृथ्वी के साथ-साथ घूमते हैं, जिससे वे पृथ्वी पर एक निश्चित बिंदु पर स्थिर दिखाई देते हैं। GEO का उपयोग संचार उपग्रह, मौसम उपग्रह, और नेविगेशन उपग्रह जैसे अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। GEO उपग्रहों की चुनौतियां भी हैं।
**मध्यम पृथ्वी कक्षा (MEO):** यह कक्षा LEO और GEO के बीच स्थित है। MEO का उपयोग नेविगेशन उपग्रह (जैसे GPS, Galileo, ग्लोनास) के लिए किया जाता है।
**ध्रुवीय कक्षा:** यह कक्षा पृथ्वी के ध्रुवों के ऊपर से गुजरती है। ध्रुवीय कक्षाओं का उपयोग पृथ्वी अवलोकन उपग्रह, मौसम उपग्रह, और जासूसी उपग्रह के लिए किया जाता है।
**सूर्य-समकालिक कक्षा (SSO):** यह एक विशेष प्रकार की ध्रुवीय कक्षा है जिसमें उपग्रह हर दिन एक ही समय पर पृथ्वी के एक निश्चित क्षेत्र से गुजरता है। SSO का उपयोग पृथ्वी अवलोकन उपग्रह के लिए बहुत उपयोगी है।

विभिन्न प्रकार की कक्षाएँ
कक्षा का प्रकार	ऊँचाई	उपयोग		निम्न पृथ्वी कक्षा (LEO)	200-2000 किमी	जासूसी उपग्रह, पृथ्वी अवलोकन उपग्रह, ISS		भूस्थिर कक्षा (GEO)	35,786 किमी	संचार उपग्रह, मौसम उपग्रह, नेविगेशन उपग्रह		मध्यम पृथ्वी कक्षा (MEO)	LEO और GEO के बीच	नेविगेशन उपग्रह (GPS, Galileo, ग्लोनास)		ध्रुवीय कक्षा	पृथ्वी के ध्रुवों के ऊपर से गुजरती है	पृथ्वी अवलोकन उपग्रह, मौसम उपग्रह, जासूसी उपग्रह		सूर्य-समकालिक कक्षा (SSO)	ध्रुवीय कक्षा का एक प्रकार	पृथ्वी अवलोकन उपग्रह

कक्षीय परिवर्तन

उपग्रहों की कक्षा को बदलने के लिए विभिन्न प्रकार के कक्षीय युद्धाभ्यास का उपयोग किया जाता है। कुछ प्रमुख कक्षीय युद्धाभ्यास निम्नलिखित हैं:

**हॉहमैन स्थानांतरण:** यह एक ऊर्जा-कुशल कक्षीय युद्धाभ्यास है जिसका उपयोग एक वृत्ताकार कक्षा से दूसरी वृत्ताकार कक्षा में जाने के लिए किया जाता है।
**बाय-एलिप्टिक स्थानांतरण:** यह एक अन्य ऊर्जा-कुशल कक्षीय युद्धाभ्यास है जिसका उपयोग उन मामलों में किया जाता है जहाँ हॉहमैन स्थानांतरण संभव नहीं होता है।
**कक्षा झुकाव परिवर्तन:** यह कक्षीय युद्धाभ्यास कक्षा के झुकाव को बदलने के लिए उपयोग किया जाता है।
**नोडल प्रीसेशन:** यह कक्षीय युद्धाभ्यास कक्षा के नोड्स को घुमाने के लिए उपयोग किया जाता है।

कक्षीय युद्धाभ्यास को पूरा करने के लिए, उपग्रहों पर लगे थ्रस्टर्स का उपयोग किया जाता है। थ्रस्टर्स का उपयोग करके, उपग्रह अपनी गति और दिशा बदल सकते हैं, जिससे वे अपनी कक्षा को बदल सकते हैं। कक्षीय युद्धाभ्यास की चुनौतियां और भविष्य की कक्षीय युद्धाभ्यास तकनीकें भी महत्वपूर्ण हैं।

कक्षीय मलबा

कक्षीय मलबा, अंतरिक्ष में मौजूद निष्क्रिय मानव-निर्मित वस्तुओं का संग्रह है, जिसमें पुराने उपग्रह, रॉकेट के चरण, और उपग्रहों से निकले टुकड़े शामिल हैं। कक्षीय मलबा अंतरिक्ष यान और उपग्रहों के लिए एक गंभीर खतरा है, क्योंकि वे उच्च गति से टकरा सकते हैं और उन्हें नष्ट कर सकते हैं। कक्षीय मलबे का खतरा और कक्षीय मलबे को कम करने के उपाय महत्वपूर्ण विषय हैं। अंतरिक्ष की स्थिरता के लिए कक्षीय मलबे का प्रबंधन आवश्यक है।