ബഹിരാകാശവാഹനം അന്തരീക്ഷത്തിൽ കത്തുന്നതെങ്ങനെ ?

ബഹിരാകാശദൗത്യത്തിനിടയിൽ നിയന്ത്രണം വിട്ട ചൈനയുടെ ലോങ് മാർച് 5ബി എന്ന റോക്കറ്റ് എവിടെ പതിക്കുമെന്ന ആധിയിലായിരുന്നു ലോകം കുറെ ദിവസങ്ങളായിട്ട്. റോക്കറ്റിന്റെ അവശിഷ്ടങ്ങൾ ഇന്ത്യൻ മഹാസമുദ്രത്തിൽ പതിച്ചതോടെ ആ പേടിക്ക് അവസാനമായി. നിയന്ത്രണം നഷ്ടപ്പെട്ട് ഭൂമിയിൽ പതിക്കുമെന്നുറപ്പായപ്പോഴും ആ പതനത്തിനു മുൻപ് ബഹിരാകാശയാനം കത്തിനശിക്കുമെന്നും കത്തിക്കഴിഞ്ഞതിന്റെ അവശിഷ്ടങ്ങളാണ് വീഴുകയെന്നതും ശാസ്ത്രജ്ഞർക്ക് ഉറപ്പായിരുന്നു. സംഭവിച്ചതും അങ്ങനെത്തന്നെയെന്നാണ് റിപ്പോർട്ടുകൾ. എന്തുകൊണ്ടാണ് ബഹിരാകാശത്തു നിന്ന് അന്തരീക്ഷത്തിൽ തിരിച്ചു പ്രവേശിക്കുമ്പോൾ റോക്കറ്റ് കത്തുന്നത് ? അവ സ്വാഭാവികമായി കത്തുമെങ്കിൽ, ആകാശദൗത്യത്തിനുശേഷം ഭൂമിയിലേക്കു സുരക്ഷിതമായി തിരിച്ചു കൊണ്ടുവരേണ്ട 'സ്പേസ് ഷട്ടിൽ' പോലുള്ള ബഹിരാകാശവാഹനങ്ങളിൽ എങ്ങനെയാണ് ആ തീപ്പിടുത്തം ഒഴിവാക്കുന്നത് ? ഈ ചോദ്യങ്ങൾക്കുള്ള ലളിതമായ ഉത്തരങ്ങളാണ് ഈ ലേഖനത്തിൽ.

ഭൂമിക്കും ബഹിരാകാശത്തിനും ഇടയ്ക്കായി, ഭൂമിക്കു ചുറ്റുമുള്ള ഒരു ആവരണം പോലെ സങ്കൽപിക്കാവുന്ന വായുമണ്ഡലത്തെയാണല്ലോ അന്തരീക്ഷം എന്നു പറയുന്നത്. (വായുമണ്ഡലം എന്നു പൊതുവായിപ്പറഞ്ഞുവെങ്കിലും വായുവിന്റെ സാന്ദ്രത ഭൂമിയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ നിന്നു മുകളിലേക്കു പോകുന്തോറും ക്രമേണ കുറഞ്ഞു വരും; സമുദ്രനിരപ്പിലുള്ള വായുസാന്ദ്രതയുടെ ഏകദേശം ആയിരത്തിലൊരംശമേ ഏകദേശം 50 കിലോമീറ്റർ ഉയരത്തിൽ ഉണ്ടാവൂ). ബഹിരാകാശത്തുനിന്ന് താഴേക്കു വരുന്ന ഒരു യാനം (മനുഷ്യനിർമിതമായ ബഹിരാകശയാനമോ പ്രകൃതിയിലുണ്ടാകുന്ന ഉൽക്കകളോ ഒക്കെയാവാം) സമുദ്രനിരപ്പിനു 100 കിലോമീറ്റർ മുകളിൽ എത്തുമ്പോഴാണ് അന്തരീക്ഷത്തിലേക്കു പ്രവേശിക്കുന്നതായി സാധാരണ കണക്കാക്കുന്നത് (ബഹിരാകാശവാഹനങ്ങൾക്ക് ഇതൊരു ‘പുനഃപ്രവേശനം’ (re-entry) ആണ്, അവ ഇവിടെ നിന്നു തന്നെ പോയവയാണല്ലോ).

ഇങ്ങനെ ശൂന്യാകാശത്തുനിന്ന് അന്തരീക്ഷത്തിലേക്കു ‘പ്രവേശി’ക്കുമ്പോൾ ഈ വാഹനങ്ങളുടെ വേഗം വളരെ കൂടുതലായിരിക്കും, ഭൂമിയോടടുക്കും തോറും അതു ക്രമേണ വർധിക്കുകയും ചെയ്യും. ‘വലിയ വേഗം’ എന്നു പറഞ്ഞാൽ പോര, ശബ്ദ വേഗത്തിന്റെ ഏകദേശം 25 ഇരട്ടിയോ അതിൽ കൂടതലോ ആയിരിക്കാം വാഹനവേഗം! അമേരിക്കയുടെ അപ്പോളോ യാനത്തിന് ഈ വേഗം ശബ്ദത്തിന്റെ 36 ഇരട്ടിയോളമായിരുന്നു - ഇത് ഏകദേശം ഒരു മണിക്കൂറിൽ 43,000 കിലോമീറ്റർ എന്നതിന് തുല്യമാണ്! ഇത്രയും വേഗമുള്ള ഒരു വസ്തു അന്തരീക്ഷത്തിലെ വായുവുമായി ഉരസുമ്പോൾ ആ പ്രവേഗോർജത്തിന്റെ ഒരു വലിയഭാഗം ഘർഷണത്തിലൂടെ താപോർജമായി മാറുന്നു (കൈപ്പത്തികൾ വെറുതെയൊന്നു തമ്മിലുരസുമ്പോൾ തന്നെ ചൂടനുഭവപ്പെടുന്നത് ശ്രദ്ധിക്കുക - കൃത്യമായ ഉദാഹരണമല്ലെങ്കിലും ഇത് ഏകദേശം സമാനമായി കരുതാവുന്നതാണ്). ഇതോടൊപ്പം ശബ്ദത്തിനേക്കാൾ ഉയർന്നവേഗം മൂലമുണ്ടാകുന്ന സവിശേഷമർദ്ദതരഗങ്ങളും ചൂടു ഗണ്യമായി വർധിപ്പിക്കുന്നു (ഈ മർദ്ദതരംഗങ്ങൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന താപം ഘർഷണതാപത്തേക്കാൾ വളരെ കൂടുതലായിരിക്കും). ഇങ്ങനെ അന്തരീക്ഷത്തിലേക്കു പ്രവേശിക്കുന്ന വാഹനത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിനോടു തൊട്ടടുത്തുവരുന്ന വായുവിന്റെ താപനില സാധാരണ ലോഹങ്ങൾക്കു താങ്ങാവുന്നതിനേക്കാൾ പലമടങ്ങു കൂടുതലായിത്തീരും. 

അപ്പോളോയുടെ മുൻവശത്തുള്ള കവചത്തിനടുത്ത് താപനില 11,000 സെൽഷ്യസിനടുത്തെത്താമെന്നു കണക്കാക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. ഇത്രയും ഉയർന്ന ഊഷ്മാവിൽ വായുവിലെ തന്മാത്രകൾ വിഘടനമടക്കമുള്ള മാറ്റങ്ങൾക്കു വിധേയമാകുന്നു. ഈ താപം നിർമാണവസ്തുക്കൾക്കു താങ്ങാവുന്നതിലും വളരെ അധികമാണെന്നതുകൊണ്ട് താപഗിരണത്തിനോ താപപ്രതിരോധത്തിനോ ഉള്ള സംവിധാനങ്ങളില്ലെങ്കിൽ അവ അന്തരീക്ഷവായുവിൽ സ്വയം കത്തിയെരിയുന്നു. ബഹിരാകാശദൗത്യത്തിനു ശേഷം ഉപേക്ഷിക്കപ്പെടേണ്ട വാഹനങ്ങളാണെങ്കിൽ അവ ഇതുപോലെ ഭസ്മാവശിഷ്ടമായി പോകുന്നു. ചൈനയുടെ യാനത്തിന്റെ ലക്ഷ്യം പൂർത്തിയായില്ലെങ്കിലും നിയന്ത്രണം നഷ്ടപ്പെട്ടതിനാൽ ഇത്തരത്തിലുള്ള കത്തിനശിയ്ക്കലാണ് സംഭവിച്ചത്. നിയന്ത്രണവിധേയമല്ല എന്നതുകൊണ്ടാണ് അതിന്റെ അവശിഷ്ടങ്ങൾ ജനവാസമേഖലകളിൽ പതിച്ചേക്കാമെന്ന ആശങ്ക ഉണ്ടായത്.

എന്നാൽ അപ്പോളോ പോലെ ഭൂമിയിലേക്കു സുരക്ഷിതമായി തിരിച്ചിറക്കേണ്ട ശൂന്യാകാശവാഹനങ്ങളിൽ എങ്ങനെയാണ് ഈ കത്തൽ ഒഴിവാക്കുന്നത് ? സവിശേഷമായ താപകവചത്തോടു കൂടിയാണ് അവ രൂപകൽപന ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുള്ളത്. ആ കവചം ഉയർന്ന താപനിലയെ അതിജീവിക്കാവുന്ന തരത്തിലുള്ളതാണ് (കവചം താപാഗിരണത്തിലൂടെ സ്വയം എരിഞ്ഞ് പേടകത്തെ സംരക്ഷിക്കുന്ന വിധത്തിലുള്ളതുമാവാം). മാത്രമല്ല, മർദ്ദതരംഗം മൂലമുള്ള ചൂട് നേരിട്ട് പ്രതലത്തിൽ പതിക്കാത്ത വിധമുള്ള ആകൃതിയാണ് ഇവയുടെ മുഖകവചങ്ങൾക്ക് (ചിത്രം-1). അന്തരീക്ഷത്തിൽ പ്രവേശിക്കുന്ന സമയത്തെ ചെരിവ് ഇവയുടെ ഗതികോർജം ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുന്ന വിധത്തിലുമായിരിക്കും. ഇങ്ങനെ ഗതികോർജം കുറച്ചാൽ, ഘർഷണം കൊണ്ടും മർദ്ദം കൊണ്ടും ഉണ്ടാകുന്ന താപനിലയും കുറയും. ഇങ്ങനെയുള്ള രൂപകൽപനയും, നിർമാണവും, ഗതിനിയന്ത്രണവും തീപിടുത്തത്തിന്റെ സാധ്യതകളെ ഒഴിവാക്കുന്നു. താപകവചത്തിന്മേൽ പതിക്കാനിടയായ ഒരു യന്ത്രഭാഗം ആഘാതം മൂലം അതിന്മേൽ സുഷിരമുണ്ടാക്കിയതിനാലാണ് 2003-ൽ അമേരിക്കയുടെ കൊളംബിയ എന്ന ബഹിരാകാശയാത്രാവാഹനം (ചിത്രം – 2) ദുരന്താത്മകമായി പൊട്ടിത്തെറിക്കാനിടയായത്.

ചുരുക്കിപ്പറഞ്ഞാൽ ഉയർന്ന വേഗവും വായുഘർഷണവും മർദ്ദതരംഗവും ചേർന്നാണ്, ജീവിതദൗത്യം അവസാനിച്ച  യാനങ്ങൾക്ക് ഈ ആകാശചിത ഒരുക്കുന്നത്. നിയന്ത്രണം നഷ്ടപ്പെടാനിടയാവുന്നതും യാത്രികരില്ലാത്തതുമായ യാനങ്ങളുടെ കാര്യത്തിൽ ഇങ്ങനെ സ്വാഭാവികമായുണ്ടാകുന്ന കത്തിപ്പോകൽ ഒരനുഗ്രഹമാണെന്നു കരുതാവുന്നതാണ്.

ലേഖകൻ കോയമ്പത്തൂർ അമൃതവിശ്വവിദ്യാപീഠം ഡീംഡ് യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ എയ്റോസ്പേയ്സ് വിഭാഗത്തിൽ അധ്യാപകനും ഉപാധ്യക്ഷനുമാണ്; മുൻപ് എഎൻഎസ്‌വൈഎസ് ഫ്ലുവന്റ് എന്ന യുഎസ് ആസ്ഥാനമായ കമ്പനിയുടെ പൂനെ ഓഫിസിൽ ഡയറക്ടർ ആയി ജോലി ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. E-mail: ARSrikrishnan@gmail.com

English Summary: How does a spaceship burn in the atmosphere?