Student Education Repository (மாணவர்கள் கல்விக் களஞ்சியம்): இஸ்ரோவின் நிலவு பயணம் சந்திரயான்-3

Sunday, July 9, 2023

இஸ்ரோவின் நிலவு பயணம் சந்திரயான்-3

இஸ்ரோவின் நிலவு பயணம் சந்திரயான்-3

சந்திரயான்-3 (Chandrayaan-3) என்பது இந்திய விண்வெளி ஆராய்ச்சி நிறுவனம் திட்டமிட்டுள்ள நிலவு பயணமாகும். ஜூலை 14, 2023 மதியம் 2:35 மணிக்கு GSLV-LVM3 ராக்கெட் மூலம் நிலவுக்கு செலுத்துகிறது. இதில் சந்திரயான் -2ல் இருந்தது போல ஒரு தரையிறங்கியும் (Lander), தரை ஊர்தியும் (Rover) அமையும். இதில் வட்டவிண்க்கலம் (Orbiter) அமையாது. இதன் செலுத்துகலம் (Propulsion) தொடர்புமுறை இடைவிடு செயற்கைக்கோளாகச் செயல்படும். செலுத்து கலம் தரை இறங்கியையும் தரை ஊர்தியையும் 100 கிமீ தொலைவில் நிலா அண்மைக்குக் கொண்டு சென்று விடும். செலுத்துகலம் தரையிறங்கியோடு சேப்(SHAPE) எனும் ஆய்வுக் கருவியையும் உடன் கொண்டு செல்கிறது. இது நிலா வட்டவிண்கலனில் இருந்து வாழ்தகவு புவியின் கதிர்நிரல்களையும் முனைமைவரைவையும் பதிவு செய்யவல்ல கதிர்நிரல் முனைமையளவியாகும்.

சந்திரயான்-1 விண்கலம் நிலவின் வட்டப்பாதைக்கு சென்று நிலவு குறித்த பல்வேறு தகவல்களை பூமிக்கு அனுப்பியது. இந்த ஆய்வில் அறிவியலையே புரட்டிப் போடும் நிலவில் தண்ணீர் இருப்பது உள்ளிட்ட நிலவு குறித்த பல தகவல்கள் இஸ்ரோ மூலம் உலகிற்கே தெரியவந்தது. ஜூலை 20,1969 லேயே அமெரிக்காவின் அறிவியல் அறிஞரான விண்வெளி வீரர் நீல் ஆம்ஸ்ட்ராங் நிலவிலே தரையிறங்கியிருந்தாலும், நிலவில் நீர் இருப்பதை இந்தியாவின் இஸ்ரோ தான் உலகிற்கு முதன் முதலில் கண்டுபிடித்து கூறியது என்பது நம் அனைவருக்கும் பெருமை சேர்க்கும் நிகழ்வு. இந்த நிகழ்வு உலக நாடுகளின் ஆராய்ச்சியை நிலவு நோக்கி திருப்பியது. இந்நிலையில் இஸ்ரோ அடுத்த திட்டமாக நிலவில் விண்கலத்தை தரையிறக்கி ஆய்வு செய்ய திட்டமிட்டது.

இதன் படி கடந்த 2019 ஆம் ஆண்டு சந்திரயான்-2 ஏவப்பட்டது. இதில் வட்டவிண்கலன் (Orbiter), தரையிறங்கி (Lander), தரை ஊர்தி (Rover) அடங்கும். செப்டம்பர் 7 2019 அதிகாலை 2 மணிக்கு நாடே தரையிறங்கி நிலவில் இறங்குவதை நேரடியாக தொலைக்காட்சி வழியாக பார்த்துக் கொண்டிருந்தது. திட்டத்தின் இறுதிக் கட்டத்தில் வட்டவிண்கலன் வெற்றிகரமாக (Orbiter) இயங்கினாலும், வழிகாட்டு மென்பொருளில் சிறு சிக்னல் செயலிழப்பு காரணமாக தரையிறக்கி மெதுவாக திட்டமிட்டபடி தரையிறங்க முடியாமல் போனது. எனவே, சந்திரயான் -2 க்குப் பிறகு மற்றொரு நிலாப்பயணத் திட்டம் முன்மொழியப்பட்டது. தற்போது சந்திரயான்-3 விண்ணில் ஏவ தயாராகியுள்ளது.

சந்திரயான் -3, 2023 ஜூலை 14, மதியம் 2:35 மணிக்கு ஏவத் திட்டமிடப்பட்டுள்ளது. இது ஸ்ரீஹரிகோட்டாவில் உள்ள SDSC SHAR லிருந்து GSLV-LVM3 ராக்கெட் ஆல் ஏவப்படும். 100 கிமீ சந்திர சுற்றுப்பாதை வரை உந்துவிசை தொகுதி செலுத்துகலம் (Propulsion), தரையிறங்கி (Lander), தரை ஊர்தி (Rover) கொண்டு செல்லும்.

இந்த ராக்கெட் மொத்தம் மூன்று கட்டங்களாக வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. முதல் கட்டம் S200 (200டன் எடை) திட நிலை என அழைக்கப்படுகிறது. இது திட வடிவிலான எரிபொருளை கொண்டு இயங்கும் திறன் கொண்டது. இது தான் ராக்கெட் விண்ணில் ஏவ முதலில் செயல்படக்கூடிய இன்ஜின் ஆகும். இந்த ராக்கெட் ஏவப்பட்ட 113 ஆவது நிமிடத்தில் இரண்டாவது கட்டம் L110 (110டன் எடை) திரவ நிலை செயல்பட துவங்கிவிடும் அதே நேரத்தில் S200 திட நிலை இன்ஜினும் செயல்படும் சரியாக 134-வது நொடியில் S200 திரவ நிலை முழுவதுமாக தனது எரிபொருளை எரித்து முடித்து காலியாகிவிடும். 137 வது நொடியில் இந்த ராக்கெட்டில் இருந்து முதல் கட்ட இன்ஜினான S200 இன்ஜின் பிரிந்து வந்துவிடும். 217வது நொடியில் இது முழுமையாகப் பிரிந்து விடும். அப்பொழுது ராக்கெட்டை முழுவதும் L110 இன்ஜின் தான் செயல்படுத்திக் கொண்டிருக்கும்.

சரியாக ராக்கெட் புறப்பட்டு 313-வது நொடியில் L110 தனது எரிபொருள் அனைத்தையும் தீர்த்து தனது இயக்கத்தை நிறுத்தி விடும். அதே நேரத்தில் கிரையோஜனிக் இன்ஜினான C25 தனது இயக்கத்தை துவக்கி விடும். 313 வது நொடியில் இருந்து 974-வது நொடி வரை இந்த கிரையோஜினிக் இன்ஜின் செயல்பட்டு இந்த சந்திரயான்-3யை ஜிடிஓ எனப்படும் புவி ஒத்திசைவு (Geosynchronous) ஆர்பிட்டிற்கு எடுத்துச் செல்லும். அங்கு இருந்து சந்திரயான்-3 தனது பயணத்தை நிலவை நோக்கி துவங்கும். அங்கிருந்து மெது மெதுவாக நகர்ந்து ஆகஸ்ட் 23-24ம் தேதி சந்திரனில் சந்திரயான்-3 தரையிறங்கும். இதுதான் இஸ்ரோவின் சந்திரயான்-3 விற்கான திட்டமாக இருக்கிறது.

சந்திரயான்-3ன் நோக்காங்களாகப் பின்வருபவற்றைக் கொண்டுள்ளது.

1.தரையிறங்கியைப் பாதுகாப்பாகவும் மெதுவாகவும் நிலாத்தரையில் இறக்கிவிடல்.

2.நிலாவில் தரையூர்தி உலாவும் திறன்களை நோக்கீட்டாலும் செயல்விளக்கத்தாலும் நிறுவுதல்

3.நிலாவின் உட்கூற்றை நன்கு புரிந்து கொள்ளவும் நடைமுறைக்குப் பயன்படுத்தவும் நிலாத்தரையில் கிடைக்கும் வேதி, இயல்தனிமங்களின் மீது களத்திலேயே அறிவியல் செய்முறைகளை மேற்கொண்டு அவற்றின் நோக்கீடுகளைப் பதிவுசெய்தல் .

சந்திரயான்-3, உள்நாட்டிலேயே தயாரிக்கப்பட்ட தரையிறங்கி (Lander), தரை ஊர்தி (Rover) மற்றும் செலுத்துகலம் (Propulsion) ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது. இது கிரகங்களுக்கு இடையேயான பயணங்களுக்குத் தேவையான புதிய தொழில்நுட்பங்களை உருவாக்கி நிரூபிக்கும் நோக்கத்துடன் உள்ளது. தரையிறங்கி (Lander) ஒரு குறிப்பிட்ட நிலவின் தளத்தில் மென்மையாக தரையிறங்கும் திறனைக் கொண்டிருக்கும், மற்றும் ஊர்தி (Rover) அதன் இயக்கத்தின் போது சந்திர மேற்பரப்பில் உள்ள இடத்திலேயே இரசாயன பகுப்பாய்வு செய்யும்.

சந்திரயான்-3 செயற்கைக்கோள் செலுத்துகலம் (Propulsion) 2148 கிலோ, தரையிறங்கி (Lander) 1726 கிலோ, தரை ஊர்தி (Rover) 26 கிலோ என மொத்தம் 3900 கிலோ எடை கொண்டது. செலுத்துகலம் (Propulsion) 758 வாட் மின்சாரமும், தரையிறங்கி (Lander) 738 வாட் மின்சாரமும், தரை ஊர்தி (Rover) 50 வாட் மின்சாரமும் என மொத்தம் 1546 வாட் மின்சாரமும் சூரிய தகடுகளின் மூலம் கிடைக்கும்.

சந்திரயான்-3 என்பது இந்தியாவின் கனவு திட்டமாக இருக்கிறது. உலக நாடுகள் எல்லாம் சந்திரனை வியந்து பார்த்துக் கொண்டிருக்கும் இந்த நேரத்தில் இந்தியா சந்திரனின் தரை இறங்குவது விண்வெளி ஆய்வில் உலக நாடுகள் மத்தியில் இந்தியா எவ்வளவு பெரிய வளர்ச்சியை அடைந்துள்ளது என்பதற்கு சான்றாக அமையும்.

Source By: ISRO

தகவல்: இரமேஷ், இயற்பியல் உதவி பேராசிரியர், நேரு நினைவு கல்லூரி, புத்தனாம்பட்டி, திருச்சி.

Podcasters.spotify.com

https://www.youtube.com/watch?v=JTJztAONebA

https://youtu.be/3WXZeaqhurk

புவியின் சுற்று வட்டப் பாதைக்கு வெளியே அண்டை வீட்டாரைத் தேடி பயணமான இந்தியாவின் முதல் விண்கலம் சந்திராயன் 1 தான். இந்தியாவை விண்வெளி ஆய்வரங்கில் உலக அளவில் முன்னிலைப் படுத்த இந்த திட்டம் உதவியது. கஸ்தூரி ரங்கன் அவர்களின் காலகட்டத்திலேயே நிலவைச் சுற்றி வந்து ஆய்வு செய்யும் விண்கலம் ஒன்றை செலுத்தலாம் என்று திட்டமிட்டு இருக்கிறார்கள்.

நிலவுக்கு ராக்கெட் அனுப்புவதென்றால் நேரடியாக நிலாவில் போய் தொப்பென்று குதித்துவிட முடியாது. புவியை சுற்றிக் கொண்டே உயரத்தை அதிகரிக்க வேண்டும். அதுவும் நீள்வட்ட பாதையில் சுற்றும் போது புவிக்கருகில் வரும்போது புவியின் ஈர்ப்பு சக்தியோடு சேர்த்து ராக்கெட்டை இயக்கி ஒரு உந்து உந்தி தள்ளினால் உயரம் அதிகரிக்கும்.

அப்படியே உயரமாக போய்க்கொண்டே நிலவின் ஈர்ப்பு எல்லையை அடைந்து பிறகு நிலவை சுற்றிக்கொண்டே உயரத்தை குறைக்க வேண்டும்.

அக்டோபர் 22 , 2008 ல் ஏவப்பட்ட சந்திராயன் 1 ஆனது நிலவில் 100 கிமீ சுற்றுப் பாதையில் நிலை நிறுத்தப் பட்ட போது நவம்பர் 12 2008. இந்த வகையில் சந்திரனை அடைய 20 நாட்கள் எடுத்துக் கொண்ட சந்திராயன் 1 நிலவினை 100 கிமீ உயரத்தில் இருந்து ஆய்வு செய்தது.

இந்தியாவின் சந்திராயன் 1 ஆய்வுத் திட்டத்தின் மொத்த மதிப்பே ஒரு ஹாலிவுட் படம் தயாரிக்க ஆகும் செலவில் பாதி கூட இருக்காது.

புவியில் குறைந்த உயரத்தில் ராக்கெட்டை நிலை நிறுத்த உதவும் நமது சொந்த தயாரிப்பான் பிஎஸ்எல்வி ராக்கெட் எஞ்சினைக் கொண்டே இந்த சாதனையை நிகழ்த்தி உள்ளோம்.

நிலவின் மேற்பரப்பில் நீர் வெவ்வேறு வடிவங்களில் இருப்பதாக அவதானிக்கப் பட்டது. அதனை உறுதி செய்வது தான் சந்திராயன் 1 ன் நோக்கமாகும். நாசாவின் நீர் மற்றும் ஈரப்பதம் அறியும் கருவிகளும் சந்திராயன் 1 ல் எடுத்துச் செல்லப் பட்டது. சந்திராயன் 1 நிலவின் மேற்பரப்பில் நீர் படிமங்கள் இருப்பதை உறுதி செய்து தனது நோக்கத்தை முழுமையாக நிறைவேற்றியது.

சந்திராயன் 1 நிலவின் சுற்றுவட்ட பாதையில் உலவும் செயற்கை கோள் ஆகும். அது ஆகஸ்ட் 29, 2009 வரையில் இயங்கி தனது வேலையை கனக்கச்சிதமாக நிறைவேற்றியது. அதன்பிறகு அதிலிருந்து சமிக்கை வருவது நின்று போனது.

சந்திராயன் 1 ன் வெற்றியில் உற்சாகமடைந்த இஸ்ரோ குழு அடுத்த கட்டமாக சந்திராயன் 2 க்கு முழு வீச்சில் தயாரானது. இந்த முறை நிலவினை சுற்றும் ஆர்பிட்டர் விண்கலம் மட்டுமல்லாது, தரையிறங்கும் கலமான விக்ரம் , மற்றும் நிலவுப் பரப்பில் இறங்கி ஆய்வு செய்யும் உலாவியான பிரக்யான் ( Orbiter, Lander and Rover) என்று மூன்று இயந்திரங்களை தயார் செய்ய தொடங்கியது.

சந்திராயன் 2 ன் நோக்கம், சாஃப்ட் லேண்டிங் என்று கூறப்படும் நிலவுப் பரப்பில் இதமாக இறங்கும் தொழில்நுட்பத்தை செய்து பார்ப்பது. அடுத்த தாக தரையிறங்கும் இயந்திரத்தின் கதவினை திறந்து நிலவு பரப்பை ஆய்வு செய்யும் உலாவி (Rover) நிலவில் ஓட்டிப் பார்த்து ஆய்வு செய்வது போன்றவை ஆகும்.

சந்திராயன் 2 ல் மூன்று இயந்திரங்கள் இருப்பதால் அதன் எடை அதிகம். பிஎஸ்எல்வி அதிக எடையை உந்தித் தள்ள போதுமானது அல்ல. எனவே இந்தியா 2016-2018 களிலேயே கிரையோஜெனிக் தொழில் நுட்பத்தை சொந்தமாக தயாரித்து பலமுறை சோதனை செய்து பார்த்து திருப்தி அடைந்து ஜிஎஸ்எல்வி ஐ களமிறக்கியது. பாகுபலி LVM3 என்று அழைக்கப் படும் அந்த புதிய ராக்கெட்டின் செயல் திறனில் எந்த பழுதும் இல்லை.

22 ஜூலை 2019 ல் ஜம்மென்று மேலே கிளம்பியது. செப்டம்பர் 2 அன்று நிலவின் சுற்றுவட்டப் பாதையை எட்டியது. அடுத்த கட்டமாக ஆர்பிட்டரில் இருந்து விக்ரமை கழட்டிவிட வேண்டும். விக்ரமும் “ஆரம்பிக்கலாமா?” என்று கெத்தாக கேட்டபடி நிலவின் பரப்பில் தரையிரங்க வேண்டும்.

திட்டமிட்டபடி விக்ரம் ஆர்பிட்டரில் இருந்து குதித்து விட்டார். கொஞ்சம் கொஞ்சமாக கீழே இறங்குகிறார். தரையிறங்கும் வேகத்தை குறைப்பதற்காக விக்ரமின் கால் களில் இருந்து கீழ்நோக்கி புகை கக்கி மேலே உந்தும் ராக்கெட்டுகள் இயக்கப் படுகின்றன.

அந்தோ, இன்னும் 2.1 கிமீ கீழே நிலவின் தரையை எட்ட வேண்டிய நேரத்தில் விக்ரமிடம் இருந்து வரவேண்டிய சமிக்கைகள் துண்டிக்கப் பட்டன. ஆம், விக்ரம் கட்டுப் பாட்டு மையத்தோடான தொடர்பை இழந்தது. மொத்தத்தில் சந்திராயன் 2 பாதி தோல்வி. சில மாதங்கள் கழித்து விக்ரமின் சிதிலங்களை வேறு சில செயற்கை கோள்கள் மூலமாக திட்டமிடப் பட்ட இடத்தில் இருந்து 750 மீ தொலைவில் கண்டறிந்தார்கள். விக்ரமே நிலவு பரப்பில் விழுந்து நொறுங்கிய பிறகு அதனுள் இருந்த ரோவரான பிரக்யானின் நிலை குறித்து கேட்கவே வேண்டாம். அதுவும் முற்றிலும் அழிந்து போனது.

சந்திராயன் 3 ஆனது சந்திராயன் 2 ன் ஃபாலோ அப் மிஷன் தான். ஆனால் சந்திராயன் 3 ல் ஆர்பிட்டர் எனப்படும் நிலவை சுற்றி வரும் ஆர்பிட்டர் இருக்காது. நிலவில் தரையிறங்கும் லேண்டரும் நிலவு தரையில் சுற்றி வந்து ஆய்வு செய்யும் வண்டியான ரோவரும் தான் உள்ளன.

இங்கேயும் பாகுபலி LVM3 என்கிற GSLV ரக ராக்கெட் தான் சந்திராயனை தூக்கிச் செல்லப் போகிறது. தூக்கிச் சென்று நிலவின் சுற்றுப் பாதையில் 100 கிமீ க்கும் கீழே மெல்ல இறக்கிவிடும். அதன்பிறகு சாஃப்ட் லேண்டிங் மூலமாக சென்றமுறை ஆனது போல தவறு ஏதும் நடக்காமல் நிலவின் தரையில் இறங்கிவிட வேண்டும். பிறகு லேண்டரின் கதவு திறந்து ரோவர் இறங்குவதற்கான ரேம்ப் ஆக மாறும். அதில் இறங்கும் ரோவர் தன்னிடம் தரப்பட்டுள்ள கருவிகளைக் கொண்டு ஆய்வுகளை மேற்கொள்ளும்.

The mission objectives of Chandrayaan-3 are:

To demonstrate Safe and Soft Landing on Lunar Surface
To demonstrate Rover roving on the moon and
To conduct in-situ scientific experiments.

To achieve the mission objectives, several advanced technologies are present in Lander such as,

Altimeters: Laser & RF based Altimeters
Velocimeters: Laser Doppler Velocimeter & Lander Horizontal Velocity Camera
Inertial Measurement: Laser Gyro based Inertial referencing and Accelerometer package
Propulsion System: 800N Throttleable Liquid Engines, 58N attitude thrusters & Throttleable Engine Control Electronics
Navigation, Guidance & Control (NGC): Powered Descent Trajectory design and associate software elements
Hazard Detection and Avoidance: Lander Hazard Detection & Avoidance Camera and Processing Algorithm
Landing Leg Mechanism.

To demonstrate the above said advanced technologies in earth condition, several Lander special tests have been planned and carried out successfully viz.

Integrated Cold Test - For the demonstration of Integrated Sensors & Navigation performance test using helicopter as test platform
Integrated Hot test – For the demonstration of closed loop performance test with sensors, actuators and NGC using Tower crane as test platform
Lander Leg mechanism performance test on a lunar simulant test bed simulating different touch down conditions.

The overall specifications for Chandrayaan-3 is provided below:

Sl No.	Parameter	Specifications
1.	Mission Life (Lander & Rover)	One lunar day (~14 Earth days)
2.	Landing Site (Prime)	4 km x 2.4 km 69.367621 S, 32.348126 E
3.	Science Payloads	Lander: Radio Anatomy of Moon Bound Hypersensitive ionosphere and Atmosphere (RAMBHA) Chandra’s Surface Thermo physical Experiment (ChaSTE) Instrument for Lunar Seismic Activity (ILSA) Laser Retroreflector Array (LRA) Rover: Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS) Laser Induced Breakdown Spectroscope (LIBS) Propulsion Module: Spectro-polarimetry of HAbitable Planet Earth (SHAPE)
4.	Two Module Configuration	Propulsion Module (Carries Lander from launch injection to Lunar orbit) Lander Module (Rover is accommodated inside the Lander)
5.	Mass	Propulsion Module: 2148 kg Lander Module: 1752 kg including Rover of 26 kg Total: 3900 kg
6.	Power generation	Propulsion Module: 758 W Lander Module: 738W, WS with Bias Rover: 50W
7.	Communication	Propulsion Module: Communicates with IDSN Lander Module: Communicates with IDSN and Rover. Chandrayaan-2 Orbiter is also planned for contingency link. Rover: Communicates only with Lander.
8.	Lander Sensors	Laser Inertial Referencing and Accelerometer Package (LIRAP) Ka-Band Altimeter (KaRA) Lander Position Detection Camera (LPDC) LHDAC (Lander Hazard Detection & Avoidance Camera) Laser Altimeter (LASA) Laser Doppler Velocimeter (LDV) Lander Horizontal Velocity Camera (LHVC) Micro Star sensor Inclinometer & Touchdown sensors
9.	Lander Actuators	Reaction wheels – 4 nos (10 Nms & 0.1 Nm)
10.	Lander Propulsion System	Bi-Propellant Propulsion System (MMH + MON3), 4 nos. of 800 N Throttleable engines & 8 nos. of 58 N; Throttleable Engine Control Electronics
11.	Lander Mechanisms	Lander leg Rover Ramp (Primary & Secondary) Rover ILSA, Rambha & Chaste Payloads Umbilical connector Protection Mechanism, X- Band Antenna
12.	Lander Touchdown specifications	Vertical velocity: ≤ 2 m / sec Horizontal velocity: ≤ 0.5 m / sec Slope: ≤ 120

The objectives of scientific payloads planned on Chandrayaan-3 Lander Module and Rover are provided below:

Sl. No	Lander Payloads	Objectives
1.	Radio Anatomy of Moon Bound Hypersensitive ionosphere and Atmosphere (RAMBHA)	Langmuir probe (LP)	To measure the near surface plasma (ions and electrons) density and its changes with time
2.	Chandra’s Surface Thermo physical Experiment (ChaSTE)	To carry out the measurements of thermal properties of lunar surface near polar region.
3.	Instrument for Lunar Seismic Activity (ILSA)	To measure seismicity around the landing site and delineating the structure of the lunar crust and mantle.
4.	LASER Retroreflector Array (LRA)	It is a passive experiment to understand the dynamics of Moon system.

Sl. No	Rover Payloads	Objectives
1.	LASER Induced Breakdown Spectroscope (LIBS)	Qualitative and quantitative elemental analysis & To derive the chemical Composition and infer mineralogical composition to further our understanding of Lunar-surface.
2.	Alpha Particle X-ray Spectrometer (APXS)	To determine the elemental composition (Mg, Al, Si, K, Ca,Ti, Fe) of Lunar soil and rocks around the lunar landing site.

Sl. No	Propulsion Module Payload	Objectives
1.	Spectro-polarimetry of HAbitable Planet Earth (SHAPE)	Future discoveries of smaller planets in reflected light would allow us to probe into variety of Exo-planets which would qualify for habitability (or for presence of life).

Three dimensional views of Chandrayaan-3 modules are provided below: