स्वदेशी झेप

डॉ. सुरेश नाईक
रविवार, 11 जून 2017

भारताच्या अवकाश संशोधनाच्या इतिहासात पाच जून २०१७ हा दिवस सुवर्णाक्षरांनी लिहावा लागेल.

भारताच्या अवकाश संशोधनाच्या इतिहासात पाच जून २०१७ हा दिवस सुवर्णाक्षरांनी लिहावा लागेल. या दिवशी भारतीय अवकाश संस्थेनं (इस्रो) तयार केलेल्या ‘जीएसएलव्ही मार्क-३’ या आतापर्यंतच्या सर्वांत मोठ्या उपग्रह प्रक्षेपकाचं (सॅटेलाईट लाँच व्हेईकल) श्रीहरिकोटा इथल्या सतीश धवन अंतराळ केंद्रातून यशस्वी प्रक्षेपण झालं. यापूर्वी ‘इस्रो’कडं २.२ टन वजनाच्या उपग्रहांचं ‘जिओसिन्क्रोनस ट्रान्स्फर ऑर्बिट’ (जीटीओ) या कक्षेमध्ये प्रक्षेपण करण्याची क्षमता होती.

‘जीएसएलव्ही मार्क-२’ हा ‘इस्रो’चा उपग्रह प्रक्षेपक (रॉकेट) जास्तीत जास्त २.२ टन वजनाचे उपग्रह ३६,००० किलोमीटर x १८० किलोमीटर या लंबवर्तुळाकार कक्षेत (जीटीओ) सोडू शकतो. मात्र, आता ‘जीएसएलव्ही मार्क-३’ या रॉकेटद्वारे जादा वजनाचे म्हणजेच तब्बल चार टन वजनाचे उपग्रह जीटीओ कक्षेत किंवा आठ टन वजनाचे उपग्रह पृथ्वीजवळच्या (आठशे किलोमीटरपर्यंतच्या) कक्षेत सोडणं शक्‍य होईल. दोन दशकांपूर्वी रशियानं भारताला क्रायोजेनिक तंत्रज्ञान हस्तांतर करायला नाकारलं होतं. त्यावर मात करून ‘स्वदेशी’ झेप घेण्याचा हा सगळा प्रवास अतिशय प्रेरणादायी आणि कौतुकास्पद आहे. भारताच्या शिरपेचात त्यामुळं मानाचा तुरा खोवला गेला आहेच; शिवाय हा ‘मार्क-३’ अनेक अर्थांनी ‘गेम चेंजर’ ठरणार आहे. 

‘मार्क-१’ व ‘मार्क-२’ची खडतर वाट
रशियानं १९९१मध्ये सात क्रायोजेनिक इंजिनचा पुरवठा आणि त्याच्या तंत्रज्ञानाच्या हस्तांतराचा भारताशी करार केला; परंतु नंतर १९९२मध्ये अमेरिकेच्या दबावामुळं रशियाने तंत्रज्ञान हस्तांतर करण्याचं नाकारलं. त्यामुळं १९९४पासून रशियाचं क्रायोजेनिक वापरून ‘जीएसएलव्ही’चा विकास करण्याच्या कामाला भारतानं सुरवात केली. त्याचबरोबर समांतरपणे स्वदेशी बनावटीच्या इंजिनचं डिझाइन करण्याच्या कामालाही गती देण्यात आली.

रशियाचं इंजिन वापरून तयार केलेल्या पहिल्या भारतीय रॉकेटचं विकसनशील उड्डाण (जीएसएलव्ही मार्क-१-डी-१) १८ एप्रिल २००१ रोजी झालं; परंतु ते यशस्वी झालं नाही. त्यानंतरचं ‘जीएसएलव्ही मार्क-१’चं २००३मधलं दुसरं उड्डाण मात्र यशस्वी झालं.
एप्रिल २०१०मध्ये स्वदेशी बनावटीचं क्रायोजेनिक इंजिन वापरून तयार केलेल्या (जीएसएलव्ही मार्क-२) पहिल्या रॉकेटचं उड्डाण झालं; परंतु ते अयशस्वी झालं. या इंजिनची ‘थ्रस्ट’ पुरवण्याची क्षमता ७५ ‘किलो न्यूटन’एवढी होती आणि त्याला नाव दिलं गेलं ‘सीई ७.५’

‘जीएसएलव्ही मार्क-२’चं पहिलं यशस्वी उड्डाण ५ जानेवारी २०१४ रोजी झालं. त्यानंतरही ८ सप्टेंबर २०१६मध्ये झालेलं ‘मार्क-२’चं उड्डाण यशस्वी ठरलं. ५ मे २०१७ रोजी ‘जीएसएलव्ही मार्क-२’नं अत्यंत प्रतिष्ठेच्या ‘सार्क सॅटेलाईट’चं अवकाशात यशस्वीपणे प्रक्षेपण केलं.

अशा प्रकारे मे २०१७पर्यंत ‘जीएसएलव्ही’ या रॉकेटची एकूण ११ उड्डाणं (‘मार्क-१’ची सहा आणि ‘मार्क-२’ची पाच) झालेली आहेत. यांपैकी सहा उड्डाणं (‘मार्क-१’ची दोन आणि ‘मार्क-२’ची चार) यशस्वी झाली, चार उड्डाणं

अपयशाची ‘प्रथा’ मोडीत
‘इस्रो’नं आतापर्यंत ज्या वेगवेगळ्या क्षमतेच्या प्रक्षेपकांचं विकसन केलं आहे, त्यामध्ये ‘एसएलव्ही-३’, ‘एएसएलव्ही’, ‘पीएसएलव्ही’, ‘जीएसएलव्ही-मार्क १’, ‘मार्क-२’ यांचा समावेश होतो. यांपैकी प्रत्येक प्रकारच्या प्रक्षेपकाचं पहिले उड्डाण अयशस्वी झालं आहे. त्यामुळं ‘जीएसएलव्ही मार्क-३’ च्या पहिल्या उड्डाणाआधी हे दुश्‍चिन्ह मनाच्या कोपऱ्यातून सतावत होतं; परंतु ‘मार्क-३’नं ही ‘प्रथा’ मोडीत काढून पहिल्याच उड्डाणामध्ये दिमाखात अवकाशात उड्डाण केलं.

मोहिमेची वैशिष्ट्यं

  • आतापर्यंत २.२ टनांपेक्षा अधिक वजनाच्या उपग्रहांचे प्रक्षेपण करण्यासाठी विदेशी प्रक्षेपकाची मदत घ्यावी लागत असे. आता ४ टनांपर्यंतच्या उपग्रहांच्या प्रक्षेपणात भारत स्वयंपूर्ण
  • मानवी मोहिमेच्या दिशेनं भारताचं आणखी एक महत्त्वाचं पाऊल
  • ‘जीसॅट-१९’ या उपग्रहात अत्याधुनिक पन्नास नवीन तंत्रज्ञानांचे विकसन. त्यामुळं हाय स्पीड इंटरनेट युगामध्ये भारताचा प्रवेश
  • ‘मार्क ३’द्वारे आंतरराष्ट्रीय उपग्रह प्रक्षेपण क्षेत्राच्या कोट्यवधी बाजारपेठेत भारताला महत्त्वाची भूमिका बजावण्याची संधी
  • (‘मार्क-१’ची तीन आणि ‘मार्क-२’चं एक) अयशस्वी झाली आणि एक (‘मार्क-१’) अंशत: अयशस्वी झालं.

सध्याची ‘जीएसएलव्ही’ मालिकेतल्या रॉकेटची स्थिती अशी आहे :

  •  ‘जीएसएलव्ही मार्क-१’ (रशियन बनावटीचं क्रायोजेनिक इंजिन) : निवृत्त. 
  •  ‘मार्क-२’ (पूर्ण स्वदेशी. क्रायोजनिक इंजिन सीई- ७.५. थ्रस्ट क्षमता : ७५ किलो न्यूटन) : कार्यरत.
  •  ‘मार्क-३’ (पूर्ण स्वदेशी. क्रायोजनिक इंजिन : सीई २०; थ्रस्ट क्षमता : २०० किलो टन) : विकसनशील. आणखी एका यशस्वी उड्डाणानंतर पूर्णपणे कार्यरत.

शक्तिशाली ‘मार्क-३’
तब्बल ४३ मीटर (१२ मजली इमारतीएवढ्या) उंचीचं आणि ६४० टन वजनाचं (२०० मोठ्या हत्तींपेक्षा जास्त किंवा पाच जंबो जेट विमानांपेक्षा अधिक) हे रॉकेट ‘फॅट बॉय’ या टोपणनावानं ओळखलं जातं. याच्या पहिल्या चरणात ‘एस २००’ या नावाने ओळखल्या जाणाऱ्या दोन अग्निबाणांचा (बूस्टर्स : सबंध रॉकेटचं पूर्ण वजन जमिनीपासून वर उचलण्यासाठी लागणारा जोर पुरवणारे अग्निबाण) समावेश होतो. हे दोन्ही अग्निबाण घन इंधनाचे असतात. दुसरा चरण ‘एल-११०’ या नावानं ओळखला जातो. त्यामध्ये द्रवरूपी इंधनाचा वापर करण्यात आला आहे. तिसरा ‘सी-२५’ नावाचा चरण क्रायोजेनिक इंजिनाचा बनलेला आहे. कमी इंधनाचा वापर करून जास्तीत जास्त जोर (थ्रस्ट) क्रायोजेनिक इंजिनचा उपयोग होतो. या प्रक्षेपकाचा विकास करायला ‘इस्रो’ला १५ वर्षे लागली. त्याच्यासाठी तीनशे कोटी रुपये खर्च आला आहे. या इंजिनमध्ये द्रवरूपी हायड्रोजनचा इंधन म्हणून (तापमान उणे २५३ अंश सेल्सिअस), तर द्रवरूपी ऑक्‍सिजनचा (उणे १८३ अंश सेल्सिअस) ऑक्‍सिडायजर म्हणून (इंधनाच्या ज्वलनासाठी प्राणवायू पुरवणारं रसायन) वापर करण्यात येतो.

अत्यंत आव्हानात्मक तंत्रज्ञान :
क्रायोजेनिक सर्वांत जास्त कार्यक्षम असलं, तरी त्याचा वापर करणं अत्यंत जोखमीचं काम असतं. हायड्रोजन अतिशय हलक्‍या वजनाचा असल्यानं दोन धातूंच्या सांध्यात (जॉइंट) अत्यंत सूक्ष्म छिद्र राहून गेलं असेल, तर त्यातूनसुद्धा हायड्रोजनची गळती होऊ शकते. गळती झालेल्या हायड्रोजनचा हवेतल्या ऑक्‍सिजनशी (किंवा टाकीतून गळती झालेल्या ऑक्‍सिजनशी) संपर्क आला, तर ज्वलन होऊन स्फोट घडू शकतो. शिवाय हायड्रोजनला लागलेली आग दिसत नाही. द्रवरूपी ऑक्‍सिजनच्या तापमानात थोडीशी वाढ झाली, तरी त्याचं परिवर्तन वायूमध्ये होतं आणि लागलीच द्रव-ऑक्‍सिजनची टाकी पेट घेऊ शकते. त्यामुळं द्रव हायड्रोजन व द्रव ऑक्‍सिजन टाक्‍यांचं तापमान निम्नतम राखणं अत्यंत आवश्‍यक असतं. यासाठी अत्याधुनिक तापमानविरोधक (इन्सुलेटर) प्रणाली; तसंच सातत्यानं टाक्‍यांमध्ये द्रव भरणं आणि त्या रिकाम्या करणं अशी क्रिया आळीपाळीनं चालू ठेवणं आवश्‍यक असतं. ऑक्‍सिजन, हायड्रोजन आणि इंधनाचं मिश्रण यांचं पंपिंग करण्यासाठी तीन टर्बो पंप अविश्‍वसनीय अशा चाळीस हजार आरपीएम वेगानं कार्यरत असतात. यांपैकी एखादा पंपही नादुरुस्त झाला, तर त्याचा घातक परिणाम निश्‍चित असतो. आणखी एक आव्हान असतं : तांबे (कॉपर) या धातूनं बनवलेल्या नोझल्सना (Nozzles) थंड अवस्थेत ठेवण्याचं. या नोझलमधून बाहेर पडणाऱ्या अतितप्त वायूंचं तापमान असतं तब्बल तीन हजार अंश सेल्सिअसच्या आसपास! १०८५ अंश सेल्सिअसला ‘कॉपर’ वितळतं. या नोझल्सना थंड अवस्थेत ठेवण्यासाठी त्याच्यामध्ये विणलेल्या बारीक वाहिन्यांमधून अतिथंड असा द्रवरूप हायड्रोजन फिरवत ठेवला जातो. ही क्रिया म्हणजे मानवाच्या मेंदूमधल्या रक्तवाहिन्यांमधून होणाऱ्या रक्तप्रवाहासारखी असते. या वाहिन्यांमधला बारीकसा अडथळाही घातक ठरतो. जे इंधन ज्वलनासाठी वापरायचं त्याचाच शीतलक (कूलंट) म्हणूनही उपयोग करण्यात येतो!

क्रायोजेनिक इंजिनचं डिझाइन आणि फॅब्रिकेशन अशा रीतीनं अत्यंत गुंतागुंतीचं आणि आव्हानात्मक असतं. कुठंही बारीकशी कसूरही अपयशाला कारणीभूत होऊ शकते. तिला प्रतिबंध करण्यासाठी कठोर शिस्तीचं गुणवत्ता नियंत्रण आणि अनेक स्तरांवरच्या चाचण्या यांची आवश्‍यकता असते. 

‘गेम चेंजर’ प्रक्षेपक
आतापर्यंत २.२ टनांपेक्षा अधिक वजनाचे उपग्रह अवकाशात सोडण्यासाठी भारताला फ्रान्सच्या ‘एरियान’ या प्रक्षेपकाचा उपयोग करावा लागत असे. आता चार टन वजनापर्यंतचे आपले उपग्रह ‘जीएसएलव्ही मार्क-३’ प्रक्षेपित करू शकेल आणि भारत तीनशे कोटी रुपयांपेक्षा जास्त चलन प्रत्येक प्रक्षेपणामागं वाचवू शकेल. सध्या जगभरातून प्रक्षेपित होणाऱ्या कम्युनिकेशन उपग्रहांपैकी निम्म्या उपग्रहांचं प्रत्येकी वजन चार टनांच्या आत असतं. त्यामुळं उपग्रह प्रक्षेपणाच्या तीनशे अब्ज डॉलरच्या वार्षिक बाजारपेठेत ‘जीएसएलव्ही मार्क-३’ प्रक्षेपक लक्षणीय भूमिका बजावू शकतो. याचं कारण म्हणजे उपग्रह प्रक्षेपणासाठी भारत जी किंमत आकारतो, ती इतर स्पर्धकांच्या तुलनेत खूपच कमी असते. या भारताच्या नवीन शक्तिशाली प्रक्षेपणामुळं ‘चांद्रयान-२’ हा प्रकल्प २०१८च्या सुरवातीच्या काळात अंमलात आणणं शक्‍य होणार आहे. 

मानवी मोहिमेची पायाभरणी 
‘जीएसएलव्ही मार्क-३’ प्रक्षेपकाच्या आणखी सहा-सात उड्डाणांनंतर येत्या दशकात भारताला मानवी अवकाश मोहीम अंमलात आणता येईल. दोन भारतीय अंतराळवीरांना पृथ्वीजवळच्या कक्षेत सात दिवस फिरतं ठेवायचं आणि त्यांना सुरक्षितपणे पृथ्वीवर परत आणायचं हा या मोहिमेचा मुख्य उद्देश राहील. बंगळूरच्या केंपेगौडा आंतरराष्ट्रीय विमानतळाजवळ १४० एकर जागेवर अंतराळवीरांच्या प्रशिक्षण केंद्राची उभारणी केली जात आहे. स्पेस सूटचं डिझाइन प्रगतावस्थेत आहे. दोन ते तीन अंतराळवीरांसाठीच्या क्रू मोड्यूलची ८ डिसेंबर २०१४ रोजी अवकाश चाचणी यशस्वीपणे पार पडली.

दूरसंचार क्रांतीचा अग्रदूत
‘जीएसएलव्ही- मार्क ३ डी १/ जीसॅट-१९’ या मोहिमेचं वेगळेपण म्हणजे तिच्यामुळं दोन्ही क्षेत्रांत (प्रक्षेपण आणि उपग्रहीय दूरसंचार सेवा) क्रांतीची सुरवात होणार आहे. ‘जीसॅट-१९’ हा दूरसंचार (कम्युनिकेशन) उपग्रह असून, त्याचं वजन ३,१३६ किलोग्रॅम आहे. तो भारतानं अवकाशात सोडलेला आतापर्यंतचा सर्वांत जास्त वजनाचा उपग्रह आहे. तो उच्च माहिती प्रसारण क्षमतेचा (हाय थ्रू पुट सॅटेलाईट- एचटीएस) उपग्रह आहे. याचा अर्थ असा, की पारंपरिक दूरसंचार उपग्रह जेवढ्या माहितीची देवाणघेवाण करू शकतात, त्याच्या अनेक पटींनी अधिक एचटीएसची क्षमता असते. यासाठी या उपग्रहावर केयू बॅंड (१२ ते १८ गिगाहर्टझ) आणि का बॅंड (२६.५ ते ४० गिगाहर्टझ) या फ्रिक्वेन्सी वर्णपट्ट्यातले प्रेषानुकर (ट्रान्स्पॉन्डर्स : माहितीचं ग्रहण आणि प्रक्षेपण करणारं उपकरण) बसवलेले आहेत. याशिवाय यावर बसवलेली लीथिअम- आयन बॅटरी, इलेक्‍ट्रिक प्रॉपल्जन प्रणाली इत्यादी त्याची वैशिष्ट्यं आहेत.

चार पारंपरिक उपग्रहांइतकी क्षमता 
‘जीसॅट-१९’ हा एचटीएस प्रकारातील आहे. यामध्ये ‘मल्टिपल स्पॉट बीम’ तंत्रज्ञान वापरलं जातं. ‘हाय गेन’ अँटेनाद्वारे हे तंत्रज्ञान साध्य होतं. देशाच्या ज्या ठराविक भागाला दूरसंचार सेवा पुरवायची आहे, त्या भागावर हा ठिपक्‍यासारखा झोत उपग्रहाद्वारे फेकण्यात येऊ शकतो. जेवढा बीमचा (झोताचा) आवाका कमी, तेवढी त्याची कनेक्‍टिव्हिटी क्षमता अधिक असते. फ्रिक्वेन्सी जेवढी जास्त तेवढा झोताचा आवाका कमी आणि माहिती प्रसारणाचा वेग अधिक असतो. जुन्या तंत्रज्ञानात कमी फ्रिक्वेन्सीचा मोठ्या आवाक्‍याचा झोत एकदाच वापरला जायचा. ‘जीसॅट’च्या एचटीएस प्रकारात जास्त फ्रिक्वेन्सीचा कमी आवाक्‍याचा बीम पुन:पुन्हा (री-युज) वापरण्यात येतो; यामुळंही माहितीच्या प्रसारणाचा वेग वाढतो. 

वेगवान इंटरनेटच्या युगात प्रवेश 
भारतातल्या एकूण १.३ अब्ज लोकसंख्येपैकी फक्त ३५ कोटी नागरिक सध्या इंटरनेट वापरतात. यांच्यापैकी ९३ टक्के लोकांना मोबाईल फोनद्वारे इंटरनेट उपलब्ध होतं. बहुतेकांना ‘टू-जी’चीच कनेक्‍टिविटी मिळू शकते. येत्या १८ महिन्यांत आणखी दोन एचटीएस प्रकारांतले उपग्रह सोडायचे, असा इस्रोचा महत्त्वाकांक्षी प्रयत्न आहे. त्याच्यामुळं देशामध्ये इंटरनेटच्या वेगामध्ये लक्षणीय सुधारणा होईल. जुन्या उपग्रहांची डेटा ट्रान्स्फर क्षमता १ जीबीपीएस (१ गिगाबाइट पर सेकंद) होती. ‘जीसॅट-१९’ची क्षमता ४ जीबीपीएस असून, तो उपग्रह ८ बीम्सद्वारे सेवा देईल. यापुढील काळात सोडण्यात येणाऱ्या ‘जीसॅट-११’ची क्षमता अनुक्रमे १३ जीबीपीएस आणि १६ बीम्स अशी असेल, तर डिसेंबर २०१८पर्यंत सोडण्यात येणाऱ्या ‘जीसॅट-२०’ची क्षमता अनुक्रमे ७० जीबीपीएस आणि ८० बीम्स अशी असेल. या तिन्ही उपग्रहांचं आयुर्मान प्रत्येकी १० वर्षांचं असेल. आशियाई देशांत हाय स्पीड इंटरनेट सेवेत भारत मागं आहे. मात्र, येत्या १८ महिन्यांत ही स्थिती पूर्णपणे बदलणार आहे. या तीन उपग्रहांच्या ‘मल्टिपल स्पॉट बीम’च्या कवेत संपूर्ण देश येईल.

तिन्ही उपग्रह अंतराळातून कार्यान्वित होताच हाय स्पीड इंटरनेटबरोबरच इंटरनेट फोन आणि इंटरनेट व्हिडिओ सेवाही देतील. प्रगत देशांमध्ये एचटीएस उपग्रहीय सेवांमुळं कनेक्‍टिविटीच्या क्षेत्रात क्रांती झाली आहे. ‘जीसॅट-१९’द्वारे भारत त्या नवीन युगात प्रवेश करत आहे. ‘जीसॅट-११’मुळं (प्रक्षेपण जानेवारी २०१८) हाय स्पीड इंटरनेट देशातली गावं आणि खेड्यांमध्ये उपलब्ध होईल आणि खरं ‘डिजिटल इंडिया’चं युग सुरू होईल. लोकांना दूरचित्रवाणीवरही ब्राऊझिंग करता येईल. ठिकठिकाणचे वायरलेस टॉवर थेट उपग्रहामार्फत डेटा ग्रहण करतील आणि तिथून तो डेटा घरामधील टेलिव्हिजनपर्यंत पोचेल.

‘जीएसएलव्ही मार्क-/ जीसॅट-१९’च्या यशस्वी मोहिमेमुळं दूरसंचार आणि संपर्क क्षेत्रात मोठ्या बदलांची सुरवात झाली आहेच, शिवाय वजनदार उपग्रह प्रक्षेपण करण्याची क्षमता असणाऱ्या जगातल्या मोजक्‍या देशांच्या पंक्तीत भारत पोचला आहे. ‘इस्रो’च्या शिरपेचात आणखी एक मानाचा तुरा खोवला गेला आहे. यासोबतच भारत अंतराळ क्षेत्रात पूर्णपणे स्वयंपूर्ण होण्याच्या गंतव्याच्या जवळ पोचला आहे.

'सप्तरंग'मधील सर्व लेख वाचण्यासाठी क्लिक करा