બ્લુ ઓરિજિનનું 'નોર્થસ્ટાર' એન્જિન: અવકાશ વિજ્ઞાનમાં ઓછા ખર્ચે મોટી ક્રાંતિ લાવવાની તૈયારી

અવકાશ વિજ્ઞાનના ક્ષેત્રમાં અત્યારે એક નવી સ્પર્ધા ચાલી રહી છે: કેવી રીતે ઓછા ખર્ચે અને વધુ ઝડપથી રોકેટને અવકાશમાં મોકલી શકાય. આ દિશામાં જેફ બેઝોસની માલિકીની કંપની Blue Origin એ એક મોટી જાહેરાત કરી છે. ફ્લોરિડામાં યોજાયેલી UP.Summit કોન્ફરન્સ દરમિયાન કંપનીના ચીફ એક્ઝિક્યુટિવ ઓફિસર (CEO) ડેવ લિમ્પે જણાવ્યું કે તેઓ 'નોર્થસ્ટાર' (Northstar) નામનું એક નવું અને અત્યંત કાર્યક્ષમ રોકેટ એન્જિન બનાવી રહ્યા છે. આ એન્જિન માત્ર શક્તિશાળી જ નથી, પરંતુ તેને બનાવવાનો ખર્ચ હાલના એન્જિન કરતા ચોથા ભાગનો એટલે કે ૭૫% જેટલો ઓછો હશે. આ વિકાસ એવા સમયે આવ્યો છે જ્યારે વિશ્વભરમાં સેટેલાઇટ લોન્ચ કરવાની માંગ અભૂતપૂર્વ રીતે વધી રહી છે.

બ્લુ ઓરિજિનનું લક્ષ્ય તેમના ન્યૂ ગ્લેન (New Glenn) રોકેટને વર્ષમાં ૧,૦૦૦ થી વધુ વખત લોન્ચ કરવાનું છે. આટલી મોટી સંખ્યામાં લોન્ચિંગ ત્યારે જ શક્ય બને જ્યારે રોકેટના એન્જિન સસ્તા હોય અને તેને ખૂબ જ ઝડપથી બનાવી શકાય. ડેવ લિમ્પના જણાવ્યા અનુસાર, નોર્થસ્ટાર એન્જિન એ બ્લુ ઓરિજિનના હાલના BE-4 એન્જિનનું વધુ સરળ અને શક્તિશાળી સંસ્કરણ છે. BE-4 એન્જિન અત્યારે New Glenn રોકેટના પ્રથમ સ્ટેજમાં વપરાય છે અને તે યુનાઇટેડ લોન્ચ એલાયન્સ (ULA) ના વલ્કન (Vulcan) રોકેટને પણ પાવર આપે છે. નોર્થસ્ટાર એન્જિન આખરે BE-4 નું સ્થાન લેશે, જે કંપની માટે ખર્ચ ઘટાડવાની દિશામાં એક મોટું પગલું સાબિત થશે.

BE-૪ એન્જિનનો ઇતિહાસ અને તેની ભૂમિકા

નોર્થસ્ટારને સમજવા માટે તેના પુરોગામી BE-4 (Blue Engine 4) વિશે જાણવું જરૂરી છે. BE-4 એ બ્લુ ઓરિજિન દ્વારા વિકસાવવામાં આવેલું લિક્વિડ રોકેટ એન્જિન છે, જે બળતણ તરીકે લિક્વિફાઇડ મિથેન (methane) અને લિક્વિડ ઓક્સિજનનો ઉપયોગ કરે છે. મિથેન એ કુદરતી ગેસનું પ્રવાહી સ્વરૂપ છે જે રોકેટ માટે સ્વચ્છ અને કાર્યક્ષમ બળતણ માનવામાં આવે છે. BE-4 એન્જિન 'ઓક્સિજન-રિચ સ્ટેજ્ડ કમ્બશન સાયકલ' (oxygen-rich staged combustion cycle) પર કામ કરે છે. આ એક જટિલ પ્રક્રિયા છે જેમાં બળતણ અને ઓક્સિજનને દહન કરતા પહેલા એક પ્રી-બર્નરમાં આંશિક રીતે બાળવામાં આવે છે, જેથી એન્જિન વધુ શક્તિ પેદા કરી શકે.

વિકિપીડિયાના અહેવાલ મુજબ, BE-4 નું નિર્માણ ૨૦૧૧ માં શરૂ થયું હતું અને તેની સત્તાવાર જાહેરાત ૨૦૧૪ માં કરવામાં આવી હતી. આ એન્જિન સમુદ્રની સપાટી પર ૨,૮૦૦ કિલોન્યુટન (kN) અથવા ૬,૪૦,૦૦૦ પાઉન્ડનો થ્રસ્ટ (thrust) પેદા કરે છે. થ્રસ્ટ એટલે રોકેટને ઉપર ધકેલવા માટે એન્જિન દ્વારા પેદા કરવામાં આવતું બળ. BE-4 એન્જિનનો ઉપયોગ કરીને જ વલ્કન સેન્ટૌર (Vulcan Centaur) રોકેટે ૮ જાન્યુઆરી, ૨૦૨૪ ના રોજ તેની પ્રથમ સફળ ઉડાન ભરી હતી. બ્લુ ઓરિજિનના પોતાના New Glenn રોકેટે પણ ૧૬ જાન્યુઆરી, ૨૦૨૫ ના રોજ આ એન્જિન સાથે પ્રથમ વખત ભ્રમણકક્ષામાં પ્રવેશ કર્યો હતો.

નોર્થસ્ટાર: ડિઝાઇનમાં ધરખમ ફેરફાર અને ૩ડી-પ્રિન્ટિંગ

નોર્થસ્ટાર એન્જિનની સૌથી મોટી વિશેષતા તેની સરળતા છે. ડેવ લિમ્પના જણાવ્યા મુજબ, આ નવા એન્જિનમાં BE-4 ની સરખામણીમાં ભાગોની સંખ્યા અડધી કરી દેવામાં આવી છે. કોઈપણ મશીનમાં જેટલા ઓછા ભાગો હોય, તેટલી જ તેની નિષ્ફળતાની શક્યતા ઓછી રહે છે અને તેને એસેમ્બલ કરવું સરળ બને છે. આ ઉપરાંત, નોર્થસ્ટારનું વજન BE-4 કરતા ૩૦% ઓછું છે. વજનમાં ઘટાડો થવાથી રોકેટ વધુ પેલોડ (payload) એટલે કે સેટેલાઇટ કે અન્ય સાધનો અવકાશમાં લઈ જઈ શકે છે. પેલોડ એ રોકેટ દ્વારા અવકાશમાં લઈ જવામાં આવતો વજનદાર સામાન છે.

આ એન્જિનના ઉત્પાદનમાં ૩ડી-પ્રિન્ટિંગ (3D-printing) ટેકનોલોજીનો વ્યાપક ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. ૩ડી-પ્રિન્ટિંગ એ એક એવી પ્રક્રિયા છે જેમાં કમ્પ્યુટર ડિઝાઇનના આધારે ધાતુના સ્તર પર સ્તર ઉમેરીને જટિલ ભાગો બનાવવામાં આવે છે. નોર્થસ્ટાર એન્જિનના લગભગ ૬૫% ભાગો આ ટેકનોલોજીથી બનાવવામાં આવશે. આનાથી ઉત્પાદનનો સમય એટલો ઘટી જશે કે કંપની ભવિષ્યમાં એક દિવસ કરતા પણ ઓછા સમયમાં એક આખું એન્જિન એસેમ્બલ કરી શકશે. અત્યારે રોકેટ એન્જિન બનાવવામાં મહિનાઓનો સમય લાગે છે, તેની સામે આ એક ક્રાંતિકારી ફેરફાર છે.

આંકડાઓની રમત: ક્ષમતા અને ખર્ચમાં મોટો તફાવત

જ્યારે આપણે ક્ષમતાની વાત કરીએ છીએ, ત્યારે નોર્થસ્ટાર BE-4 કરતા ચડિયાતું સાબિત થાય છે. BE-4 એન્જિન ૬,૪૦,૦૦૦ પાઉન્ડનો થ્રસ્ટ આપે છે, જ્યારે નોર્થસ્ટારની શરૂઆતની ક્ષમતા ૭,૧૫,૦૦૦ પાઉન્ડ થ્રસ્ટની હશે. આનો અર્થ એ થયો કે તે વધુ ભારે સામાનને અવકાશમાં ધકેલી શકશે. આ એન્જિન પણ BE-4 ની જેમ જ મિથેન અને લિક્વિડ ઓક્સિજનનો ઉપયોગ કરશે અને તેમાં સિંગલ-શાફ્ટ ટર્બોપમ્પ (turbopump) આર્કિટેક્ચરનો ઉપયોગ કરવામાં આવશે. ટર્બોપમ્પ એ એન્જિનનો એ ભાગ છે જે બળતણને ખૂબ જ ઊંચા દબાણે દબાણ સાથે કમ્બશન ચેમ્બરમાં મોકલે છે.

ખર્ચની દ્રષ્ટિએ જોઈએ તો, બ્લુ ઓરિજિન માને છે કે તેઓ નોર્થસ્ટારને BE-4 ના ૨૫% ખર્ચે બનાવી શકશે. આ એક મોટો આર્થિક ફાયદો છે, કારણ કે અવકાશ યાત્રામાં સૌથી મોટો ખર્ચ એન્જિન અને રોકેટના ઉત્પાદનનો હોય છે. જો એન્જિન સસ્તું બને, તો સેટેલાઇટ લોન્ચ કરવાની કિંમત પણ ઘટી શકે છે. કંપનીએ પહેલેથી જ નોર્થસ્ટારના ટેસ્ટ ફાયરિંગ (test firing) એટલે કે જમીન પર એન્જિન ચલાવીને તેની ક્ષમતા ચકાસવાની પ્રક્રિયા શરૂ કરી દીધી છે. આ પરીક્ષણો સફળ રહ્યા છે, જે દર્શાવે છે કે આ ટેકનોલોજી ટૂંક સમયમાં કાર્યરત થઈ શકે છે.

GS૩ સ્ટેજ અને હાઇડ્રોજન ટેન્કનો પડકાર

માત્ર એન્જિન જ નહીં, બ્લુ ઓરિજિન New Glenn રોકેટ માટે એક નવું ત્રીજું સ્ટેજ પણ વિકસાવી રહ્યું છે, જેને GS3 (Glenn Stage 3) નામ આપવામાં આવ્યું છે. આ સ્ટેજ રોકેટને પૃથ્વીની ભ્રમણકક્ષાથી દૂર અથવા ચંદ્ર સુધી જવા માટે વધારાની શક્તિ આપશે. GS3 માં બ્લુ ઓરિજિનનું BE-7 એન્જિન વપરાશે, જે લિક્વિડ હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન પર ચાલે છે. હાઇડ્રોજન એ ખૂબ જ કાર્યક્ષમ બળતણ છે, પરંતુ તેને સાચવવું મુશ્કેલ છે કારણ કે તે સૌથી નાનો અણુ છે અને તે નાની તિરાડોમાંથી પણ લીક થઈ શકે છે.

આ સમસ્યાના ઉકેલ માટે કંપનીએ કમ્પોઝિટ (composite) મટીરીયલની ટેન્ક બનાવી છે. કમ્પોઝિટ એટલે બે કે તેથી વધુ પદાર્થોના મિશ્રણથી બનેલું અત્યંત મજબૂત અને હલકું મટીરીયલ. સામાન્ય રીતે હાઇડ્રોજન ટેન્ક ધાતુની બનેલી હોય છે, પરંતુ કમ્પોઝિટ ટેન્ક વજનમાં ઘણી હલકી હોય છે. બ્લુ ઓરિજિને તાજેતરમાં ટેક્સાસના લોન્ચ સાઇટ વન (Launch Site One) ખાતે ૫.૫ મીટર વ્યાસની કમ્પોઝિટ હાઇડ્રોજન ટેન્કનું સફળ પરીક્ષણ કર્યું હતું. આ ટેન્કને ઓપરેશન દરમિયાન અપેક્ષિત મહત્તમ દબાણ કરતા ૧૫૦% વધુ દબાણ પર ૧૦ મિનિટ સુધી ટેસ્ટ કરવામાં આવી હતી, જેમાં તે સફળ રહી હતી.

ભારત અને સામાન્ય લોકો માટે આનું મહત્વ

ભારત માટે પણ આ વિકાસ મહત્વનો છે. ભારતની પોતાની સ્પેસ એજન્સી ISRO પણ ઓછા ખર્ચે સેટેલાઇટ લોન્ચ કરવા માટે જાણીતી છે. બ્લુ ઓરિજિન જેવી ખાનગી કંપનીઓ જ્યારે ખર્ચમાં ૭૫% નો ઘટાડો કરે છે, ત્યારે તે વૈશ્વિક સ્પેસ માર્કેટમાં નવી સ્પર્ધા ઉભી કરે છે. આનાથી ભવિષ્યમાં ઇન્ટરનેટ સેટેલાઇટ્સ, હવામાનની આગાહી કરતા સાધનો અને સંશોધન માટેના મિશનો સસ્તા થશે. સામાન્ય લોકો માટે આનો અર્થ એ છે કે ભવિષ્યમાં સેટેલાઇટ આધારિત સેવાઓ વધુ સસ્તી અને સુલભ બનશે.

બ્લુ ઓરિજિનના CEO ડેવ લિમ્પે કહ્યું કે, "અવકાશમાં ઓછા ખર્ચે પહોંચવા માટે આપણે વાહનના દરેક ભાગ પર ધ્યાન આપવું પડશે. આ એક ગેમ-ચેન્જર સાબિત થશે." કંપની ૨૦૨૮ માં એક સરકારી ગ્રાહક માટે GS3 સ્ટેજ સાથેનું પ્રથમ મિશન લોન્ચ કરવાનું લક્ષ્ય રાખે છે. જો નોર્થસ્ટાર એન્જિન અને GS3 સ્ટેજ સફળ રહેશે, તો જેફ બેઝોસનું અવકાશમાં લાખો લોકોના રહેવા અને કામ કરવાના સપના તરફ આ એક મોટું કદમ હશે. અત્યારે તો આખી દુનિયાની નજર નોર્થસ્ટારના આગામી પરીક્ષણો પર છે.

શું હજુ પણ અજાણ્યું છે?

જોકે નોર્થસ્ટાર એન્જિનના આંકડા ઉત્સાહજનક છે, પરંતુ વાસ્તવિક લોન્ચિંગ દરમિયાન તેની વિશ્વસનીયતા કેવી રહેશે તે જોવાનું બાકી છે. BE-4 એન્જિનના વિકાસ દરમિયાન પણ કંપનીએ વિસ્ફોટો અને ટર્બોપમ્પની સમસ્યાઓનો સામનો કરવો પડ્યો હતો. ૨૦૨૩ માં એક પરીક્ષણ દરમિયાન BE-4 એન્જિનમાં વિસ્ફોટ થયો હતો, જેનાથી ટેસ્ટ સ્ટેન્ડને નુકસાન થયું હતું. નોર્થસ્ટારમાં ભાગોની સંખ્યા ઘટાડવાથી જટિલતા તો ઘટી છે, પરંતુ ૩ડી-પ્રિન્ટેડ ભાગો અવકાશના અત્યંત દબાણ અને તાપમાનમાં કેટલો સમય ટકી શકશે, તે લાંબા ગાળાના પરીક્ષણો પછી જ ખબર પડશે. બ્લુ ઓરિજિન અત્યારે આ પડકારોને પાર કરવા માટે દિવસ-રાત કામ કરી રહી છે.