उपग्रह (अच्युत गोडबोले)

कुठल्याही ग्रहाभोवती वक्र तऱ्हेनं फेऱ्या मारणाऱ्या वस्तूला आपण उपग्रह किंवा "सॅटेलाईट' असं म्हणू शकतो. या व्याख्येनुसार, चंद्र हाही एक सॅटेलाईटच आहे. फक्त तो नैसर्गिक आहे इतकंच. आपण सोडतो ते कृत्रिम सॅटेलाईट्‌स असतात. तंत्रज्ञानात सॅटेलाईट्‌स इतकी महत्त्वाची कामगिरी बजावतात, की त्यांच्याशिवाय आज आपण आधुनिक जगाची कल्पनाही करू शकत नाही.

यापुढच्या काही लेखात आपण उपग्रह किंवा सॅटेलाईट्‌स, रिमोट सेन्सिंग, जिओग्राफिक इन्फर्मेशन सिस्टिम्स (जीआयएस) आणि गुगल अर्थ यांच्याविषयी बोलणार आहोत. हे विषय एकमेकांत गुंतलेले आहेत. उदाहरणार्थ, रिमोट सेन्सिंगसाठी सॅटेलाईट्‌स खूप महत्त्वाचे आहेत आणि जीआयएससाठी रिमोट सेन्सिंग म्हत्त्वाचं आहे असं बरंच काही.

कुठल्याही ग्रहाभोवती वक्र तऱ्हेनं फेऱ्या मारणाऱ्या वस्तूला आपण "सॅटेलाईट' असं म्हणू शकतो. या व्याख्येनुसार, चंद्र हाही एक सॅटेलाईटच आहे. फक्त तो नैसर्गिक आहे इतकंच. आपण सोडतो ते कृत्रिम सॅटेलाईट्‌स असतात. ""माणसानं पृथ्वीच्या वातावरणापलीकडे जाऊन बघितलं पाहिजे. तरच त्याला आपण जगतो त्या जगाविषयी ज्ञान मिळेल,'' असं प्रसिद्ध तत्ववेता सॉक्रिटिस म्हणाला होता. गंमत म्हणजे आधुनिक सॅटेलाईट्‌स चक्क हेच काम आपल्यासाठी करतात. एकूणच तंत्रज्ञानात सॅटेलाईट्‌स इतकी महत्त्वाची कामगिरी बजावतात, की त्यांच्याशिवाय आज आपण आधुनिक जगाची कल्पनाही करू शकत नाही.

सॅटेलाईट्‌सच्या कल्पनेमागचं विज्ञान सर्वप्रथम न्यूटननं सन 1729मध्ये आपल्या तोफगोळ्याच्या प्रसिद्ध काल्पनिक प्रयोगामध्ये मांडलं. त्याचे विचार भन्नाटच होते. त्यानुसार, समजा आपण एका पर्वतावर एक तोफ नेली आणि तिच्यात दारुगोळा भरून तो तोफगोळा उडवला. आता तो तोफेचा गोळा काही काळ पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरून जाईल; पण काही काळातच गुरुत्वाकर्षणामुळं खाली वाकतवाकत शेवटी जमिनीवर पडेल. आता समजा आपण त्या तोफेत जास्त दारुगोळा आणि स्फोटकं भरली आणि त्यातला तोफगोळा जास्त वेगानं उडावला तर काय होईल? तर तोफेचा तो गोळा थोडं जास्त अंतर पुढं जाईल; पण तरीही शेवटी गुरुत्वाकर्षणामुळं खाली पडेलच. इथपर्यंत सगळं ठीक होतं; पण यापुढची न्यूटनच्या कल्पनाशक्तीची झेप खूपच ग्रेट होती! त्यानं विचार केला, की असं करतकरत आपण योग्य तेवढा दारुगोळा आणि स्फोटकं त्या तोफेत भरली आणि त्या तोफेच्या गोळ्याला योग्य तो मोठा वेग दिला, तर तो तोफेचा गोळा परतही येणार नाही. ज्या वेगापेक्षा जास्त वेगानं तो गोळा तोफेतून सोडला, तर तो पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या बाहेर पडतो आणि तो पृथ्वीकडं परत येत नाही त्या वेगाला "एस्केप व्हेलॉसिटी (मुक्तिवेग)' असं म्हणतात. सॅटेलाईट्‌स याच तत्त्वावर अंतराळात उडवले जातात.

न्यूटनचा हा प्रयोग फक्त कल्पनेतलाच होता. आर्थर सी. क्‍लार्क या प्रसिद्ध विज्ञानलेखकानं सन 1945 मध्ये याच कल्पनेवर आधारलेली त्याची "जिओस्टेशनरी सॅटेलाईट्‌स'ची कल्पना मांडली. पृथ्वी ज्या वेगानं आणि जशी फिरते, तसाच हा सॅटेलाईट फिरायला लागला, तर पृथ्वीवरच्या कोणालाही तो स्थिर असल्यासारखा वाटेल, असं त्यानं मांडलं. म्हणूनच त्याला "जिओस्टेशनरी' म्हणतात. अशा जिओस्टेशनरी किंवा जिओसिन्क्रोनस सॅटेलाईटचा उपयोग कम्युनिकेशनसाठी करता येईल, अशीही कल्पना क्‍लार्कनं त्यावेळी मांडली होती. पृथ्वीवरच्या एके ठिकाणाहून सोडलेल्या रेडिओ लहरी अशा सॅटेलाईटवरून परतावून पृथ्वीवरच्या दुसऱ्या ठिकाणी पाठवता येतील आणि त्यामुळं त्या दोन ठिकाणांमध्ये कम्युनिकेशन शक्‍य होईल, अशी क्‍लार्कची कल्पना होती.

यानंतर सन 1957 च्या ऑक्‍टोबर महिन्यात सोव्हिएत युनियननं स्पुटनिक-1 हा पहिला कृत्रिम उपग्रह सोडून एका तऱ्हेनं न्यूटनच्या थिएरीवर शिक्कामोर्तबच केलं. स्पुटनिक- 1हा 58 सेंटिमीटरचा आणि 83 किलोग्रॅम वजनाचा धातूचा गोळा होता. त्याला बाहेरून चार अँटेनाज बसवलेले होते. त्यांनी पाठवलेले सिग्नल्स जमिनीवरच्या ट्रॅकिंग स्टेशन्सनी बरोबर ओळखले. यामुळं सॅटेलाईट यशस्वीपणे अवकाशात उडून जमिनीवर संदेश पाठवू शकतात हे सर्वप्रथम सिद्ध झालं. एका महिन्यानंतर म्हणजे 3 नोव्हेंबर, 1957 रोजी सोव्हिएत युनियननं स्पुटनिक-2 अवकाशात सोडलं. यावेळी मात्र त्यांनी या उपग्रहात लायका नावाचा मॉस्कोच्या रस्त्यावर सापडलेला एक कुत्राही पाठवला; पण उष्णता सहन न होऊन लायका काही तासातच मृत्युमुखी पडला.
स्पुटनिक-1 आणि त्याची बॅटरी फक्त तीन आठवड्यातच निकामी झाले; पण त्याचे पडसाद मात्र अनेक दशकं सगळ्या पाश्‍चिमात्य जगावर आणि विशेषतः अमेरिकेवर पडणार होते. सोव्हिएत युनियनला अमेरिका "मागासलेलं राष्ट्र' म्हणून तोपर्यंत हिणवायचं; पण मग हे राष्ट्र इतकं पुढं कसं गेलं होतं? संपूर्ण अमेरिकेत याविषयी चर्चा सुरू झाल्या, आणि तिथं अनेक शाळा-कॉलेजेसची पाठ्यपुस्तकं आणि अभ्यासक्रम यामुळं बदलले गेले आणि विज्ञानाला आणि अंतराळ-तंत्रज्ञानाला खूप प्राधान्य द्यायला सुरवात झाली. थोडक्‍यात स्पुटनिक अवकाशात झेपावलं आणि अमेरिका खडबडून जागी झाली, आणि "कोल्ड वॉर'बरोबरच "स्पेस वॉर'ही सुरू झालं. अमेरिकेच्या नासानं मग सॅटेलाईट्‌सवर प्रचंड वेगानं संशोधन सुरू केलं.
सन 1957 च्या डिसेंबर महिन्यात अमेरिकेनं डेस्परेट होऊन व्हॅनगार्ड रॉकेट वापरून एक सॅटेलाईट लॉंच करायचा प्रयत्न केला; पण दुर्दैवानं ते रॉकेट क्रॅश झालं आणि त्या लॉंचपॅडवरच जळून खाक झालं; पण नासानं पुन्हा लगेच कंबर कसली, आणि 31 जानेवारी 1958 रोजी एक्‍सप्लोरर-1 नावाचा सॅटेलाईट अवकाशात यशस्वीपणे सोडला. व्हर्नर फॉन ब्रॉन यानं याचं नियोजन केलं होतं.

एक्‍सप्लोरर-1 च्या यशानंतर सन 1960 च्या दशकात अनेक कंपन्या या शर्यतीत उतरल्या. ह्युजेस एअरक्राफ्ट ही अशीच एक कंपनी होती. त्यात हॅरॉल्ड रोझेन नावाचा एक स्टार इंजिनियर काम करायचा. रोझेननं क्‍लार्कच्याच कल्पनेवर काम करायचं ठरवलं आणि त्यासाठीचं डिझाईनही तयार केलं. सन 1961मध्ये नासानं ह्युजेस एअरक्राफ्ट कंपनीला सिनकॉम (सिन्क्रोनस कम्युनिकेशन) या मालिकेतले सॅटेलाईट्‌स बनवायचं कंत्राट दिलं. सन 1963च्या जुलै महिन्यात रोझेन आपल्या सहकाऱ्यांबरोबर सिनकॉम-2 अंतराळात झेपावताना आणि पृथ्वीभोवती फिरायला लागताना ऐटीत बघत होता! राष्ट्राध्यक्ष केनेडी यांनी या सॅटेलाईटद्वारे नायजेरियाच्या पंतप्रधानाबरोबर संवाद साधला. यानंतर सिनकॉम-3 अवकाशात सोडण्यात आला आणि त्याचा उपयोग टेलिव्हिजनच्या प्रक्षेपणासाठी करण्यात आला.
अमेरिकेच्या पाठोपाठ अनेक देश सॅटेलाईट्‌स अंतराळात पाठवण्याच्या शर्यतीत उतरले. त्यात रशिया आणि चीन हे प्रमुख देश होते.

सॅटेलाईटस्‌चे आकार वेगवेगळे असतात. पूर्वी ते खूपच मोठे असायचे. कित्येक सॅटेलाईट्‌स ट्रकच्या आकाराचेही असायचे; पण गेल्या दोन दशकांत इतर गोष्टींप्रमाणं त्यांचा आकारही कमीकमी होत गेला. तसंच ते स्वस्त, हलके आणि जास्त मजबूतही होत गेले. सन 1999मध्ये बॉब ट्विग्ज या अमेरिकेतल्या स्टॅंनफर्ड विद्यापीठातल्या प्राध्यापकानं दहा सेंटिमीटर आकाराच्या क्‍यूब्जपासून बनवलेल्या "क्‍यूबसॅट'ची कल्पना मांडली आणि मग हे सत्र सुरू झालं. त्यानंतर शंभर ग्रॅमपर्यंत वजनाचे फेमटोसॅट्‌स, एक किलोग्रॅमपर्यंत वजनाचे पिकोसॅट्‌स, दहा किलोग्रॅमपर्यंत वजनाचे नॅनोसेट्‌स , शंभर किलोग्रॅमपर्यंत वजनाचे मायक्रोसॅट्‌स, पाचशे किलोग्रॅमपर्यंत वजनाचे मिनीसॅट्‌स, तसंच एक हजार किलोग्रॅमपर्यंत वजनाचे "मीडियम सॅटेलाईट्‌स' आणि एक हजार किलोग्रॅमपेक्षा जास्त वजनाचे "लार्ज सॅटेलाईट्‌स' हेही निघाले. सन 2017 मध्ये नासानं फक्त 64 ग्रॅम वजनाचा जगातला सगळ्यांत लहान फेमटोसॅट अंतराळात सोडला. तो थ्री-डी प्रिंटिंग वापरून तयार केला होता! तो भारतातल्या शाळेतल्या विद्यार्थ्यांनी एका स्पर्धेसाठी तयार केला होता आणि नासानं नंतर त्याची निवड केली. डॉ. ए. पी. जे. अब्दुल कलाम यांच्यावरून या सॅटेलाईटला "कलामसॅट' असं नावही देण्यात आलं!

सर्वसाधरणपणे कृत्रिम सॅटेलाईट्‌स यांचं टूथपेस्ट किंवा साबण यांच्याप्रमाणं मास प्रॉडक्‍शन करता येत नाही. गरजेप्रमाणं ते खास बनवले जातात; पण काही कंपन्यांनी सॅटेलाईट्‌सची मॉड्युल्स बनवायला सुरवात केली. त्यामुळं अशी अनेक मॉड्युल्स एकत्र करून "मॉड्युलर' पद्धतीनं सॅटेलाईट्‌स बनवणं शक्‍य व्हायला लागलं.
सॅटेलाईट लॉंच करणं हे काम सोपं नसतं आणि नंतर ते ऑपरेट करणं हेही खूपच कटकटीचं असतं. आज अंतराळात हजारो सॅटेलाईट्‌स फिरताहेत; आणि त्यामुळं अवकाशात खूपच गर्दी झालीय. त्यात बंद पडलेले सॅटेलाईट्‌स किंवा नादुरुस्त हार्डवेअर; तसंच टक्कर झाल्यामुळं उडालेले तुकडे यांचीही भर पडलीय. या सगळ्यामुळं जे कार्यरत आणि सक्रिय असे सॅटेलाईटस्‌ आहेत त्यांचं व्यवस्थापन ही एक कसरतच होऊन बसते. कारण त्यांची इतर कशाशी केव्हा टक्कर होईल हे सांगता येत नाही.

अंतराळात सोडलेल्या सॅटेलाईट्‌सची नोंद युनायटेड नेशन्स ऑफिस फॉर आउटर स्पेस अफेअर्स (UNOOSA) ठेवत असत. सुरवातीपासून ऑगस्ट 2018 पर्यंत 8126 सॅटेलाईट्‌स पृथ्वीवरून सोडण्यात आले. त्यातले कित्येक पृथ्वीवर परत आले, तर कित्येक नष्ट झाले (जसा भारतानं 2019 मध्ये एक पाडला). त्यामुळं ऑगस्ट 2018 पर्यंत 4856 सॅटेलाईट्‌स अंतराळात फिरत होते. त्यापैकी 2877 निष्क्रिय होऊन नुसतेच फिरत होते आणि फक्त 1980 अजून सक्रिय (ऍक्‍टिव्ह) होते.
अंतराळात आतापर्यंत सोडलेल्या सॅटेलाईट्‌समुळं इतका प्रचंड "कचरा' निर्माण झालाय, की तो एक मोठा प्रश्न निर्माण झालाय. नासामध्ये तर यासाठी "ऑर्बिटल डेब्री प्रोग्रॅम' म्हणून चक्क एक प्रोग्रॅमच राबवला जातो. त्यांच्या मते, एक सेंटिमीटरपेक्षा लहान असे दहा कोटी, एक ते दहा सेंटिमीटर आकाराचे पाच लाख, तर दहा सेंटिमीटरपेक्षा जास्त मोठे असे 21 हजार तुकडे अंतराळात आज फिरताहेत. त्यांना "स्पेस जंक' म्हणजेच "अंतराळकचरा' म्हणतात; पण ते तुकडे इतर सक्रिय सॅटेलाईट्‌सच्या कामात बाधा आणू शकतात. त्यामुळं खूपच काळजी घ्यावी लागते.
अवकाशात होणाऱ्या टक्करींविषयी आणि त्यातून निर्माण होणाऱ्या अंतराळकचऱ्याविषयी जास्त माहिती मिळवून संशोधन करण्यासाठी नासानं लॉंग ड्युरेशन एक्‍स्पोजर फॅसिलिटी (LDEF) नावाचा एक खास सॅटेलाईटच निर्माण केला. सन 1984 मध्ये चॅलेंजर या स्पेस शटलनं हा खास सॅटेलाईट अवकाशात सोडला आणि सन 1990 मध्ये कोलंबिया शटलनं तो परत आणला. या सहा वर्षात या LDEF नं वीस हजार टकरींविषयी माहिती मिळवली. सॅटेलाईटस्‌चा वेगवेगळ्या क्षेत्रात कसा उपयोग होतो हे पुढच्या लेखात बघू या.