रात्रीच्या आकाशात एखादा चमकणारा बिंदू दिसला की तो तारा आहे की उपग्रह, असा प्रश्न अनेकांना पडतो. आज मात्र उपग्रह ही केवळ अंतराळ संशोधनापुरती मर्यादित गोष्ट राहिलेली नाही. आपल्या मोबाईलमधील GPS, हवामानाचा अंदाज, दूरदर्शन, इंटरनेट, दळणवळण आणि पृथ्वीवरील अनेक प्रकारचे निरीक्षण यामध्ये उपग्रहांचा मोठा वाटा आहे. पण हजारो किलोमीटर उंचीवर गेलेली ही यंत्रणा प्रत्यक्षात काम कशी करते? तिला वीज कुठून मिळते? ती पृथ्वीवर पडत का नाही? आणि पृथ्वीवरून तिच्याशी संपर्क कसा साधला जातो? या प्रश्नांची उत्तरे उपग्रहाच्या रचनेत आणि भौतिकशास्त्राच्या काही मूलभूत नियमांमध्ये दडलेली आहेत. how satellite works
उपग्रह म्हणजे नेमके काय?
सोप्या भाषेत सांगायचे तर उपग्रह म्हणजे एखाद्या ग्रहाभोवती ठरावीक कक्षेत फिरणारी वस्तू. चंद्र हा पृथ्वीचा नैसर्गिक उपग्रह आहे, तर मानवाने तयार केलेले Artificial Satellite हे कृत्रिम उपग्रह आहेत. कृत्रिम उपग्रहामध्ये संगणक, सेन्सर, कॅमेरे, रेडिओ प्रणाली, बॅटरी, सौर पॅनेल आणि दिशा नियंत्रित करणारी उपकरणे असतात. प्रत्येक उपग्रहाचा उद्देश वेगळा असतो. काही उपग्रह हवामानाचा अभ्यास करतात, काही पृथ्वीचे फोटो घेतात, काही दळणवळणासाठी वापरले जातात, तर काही वैज्ञानिक संशोधनासाठी अवकाशात पाठवले जातात.
उपग्रहाला अंतराळात नेले कसे जाते?
उपग्रह स्वतःहून अंतराळात जाऊ शकत नाही. त्याला Rocket Launch च्या माध्यमातून अवकाशात नेले जाते. रॉकेट उपग्रहाला प्रचंड वेग देते आणि त्याला योग्य उंचीवर नेऊन योग्य दिशेने सोडते. उपग्रहाची कक्षा, उंची आणि वेग यांची गणना प्रक्षेपणापूर्वी केली जाते. कारण काही किलोमीटरचा फरकसुद्धा उपग्रहाच्या कक्षेवर परिणाम करू शकतो. उपग्रह योग्य कक्षेत पोहोचल्यानंतर त्याची सौर पॅनेल्स उघडली जातात आणि त्यातील विविध प्रणाली कार्यान्वित केल्या जातात. यानंतर पृथ्वीवरील नियंत्रण केंद्र त्याच्याशी संपर्क प्रस्थापित करते.
उपग्रह पृथ्वीवर का पडत नाही?
उपग्रहाबद्दलचा सर्वात सामान्य प्रश्न म्हणजे तो एवढ्या उंचीवर असून पृथ्वीवर का पडत नाही? याचे उत्तर Gravity आणि Orbital Velocity यामध्ये आहे. पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण उपग्रहाला सतत पृथ्वीच्या दिशेने ओढत असते. त्याच वेळी उपग्रहाकडे पृथ्वीच्या पृष्ठभागाला समांतर असलेला प्रचंड वेग असतो. त्यामुळे तो खाली पडत असतानाच पृथ्वीचा वक्र पृष्ठभाग त्याच्यापासून दूर जात राहते. परिणामी उपग्रह प्रत्यक्ष पृथ्वीवर आदळण्याऐवजी सतत पृथ्वीभोवती फिरत राहतो. यालाच Orbit किंवा कक्षा म्हणतात. satellite internet
उपग्रहाला सतत इंजिन सुरू ठेवावे लागते का?
नाही. हा गैरसमज अनेकदा आढळतो. एखादा उपग्रह कक्षेत पोहोचल्यानंतर त्याला पृथ्वीभोवती फिरण्यासाठी सतत रॉकेट इंजिन चालू ठेवण्याची गरज नसते. त्याला आवश्यक वेग सुरुवातीला रॉकेटच्या माध्यमातून दिला जातो. त्यानंतर गुरुत्वाकर्षण आणि त्याचा कक्षीय वेग यांच्यातील संतुलनामुळे तो कक्षेत फिरतो. मात्र उपग्रहाची कक्षा पूर्णपणे कायमची स्थिर नसते. वातावरणाचा अत्यंत कमी प्रतिकार, सूर्य आणि चंद्राचे गुरुत्वाकर्षण तसेच इतर घटकांमुळे कक्षेत बदल होऊ शकतो. त्यामुळे काही उपग्रहांना वेळोवेळी Orbit Correction करावे लागते.
उपग्रहाला वीज कुठून मिळते?
पृथ्वीवर आपल्याला वीज मिळवण्यासाठी विद्युत केंद्रे आणि वीजवाहिन्या आहेत. मात्र उपग्रहाला अशी कोणतीही सुविधा उपलब्ध नसते. म्हणून बहुतेक उपग्रहांवर मोठे Solar Panels बसवलेले असतात. सूर्यप्रकाश सौर पॅनेलवर पडल्यावर त्याचे विद्युत ऊर्जेत रूपांतर होते. ही वीज उपग्रहातील संगणक, कॅमेरे, सेन्सर, रेडिओ आणि इतर उपकरणे चालवण्यासाठी वापरली जाते. उपग्रहाच्या आकारानुसार आणि त्याच्या कामानुसार सौर पॅनेलची रचना केली जाते. अंतराळातील दीर्घकालीन मोहिमांसाठी ही ऊर्जा व्यवस्था अत्यंत महत्त्वाची असते. weather satellite
पृथ्वीच्या सावलीत गेल्यावर उपग्रहाचे काय होते?
उपग्रह पृथ्वीभोवती फिरत असताना काही काळ त्याला थेट सूर्यप्रकाश मिळत नाही. या काळात तो पृथ्वीच्या सावलीतून जातो. त्यामुळे सौर पॅनेलमधून त्या क्षणी वीज निर्माण होत नाही. अशा वेळी उपग्रहामध्ये बसवलेल्या Rechargeable Batteries काम करतात. सूर्यप्रकाश असताना सौर पॅनेल वीज तयार करतात आणि त्यातील काही ऊर्जा बॅटरीमध्ये साठवली जाते. पृथ्वीच्या सावलीत गेल्यावर ही साठवलेली ऊर्जा वापरली जाते. त्यामुळे उपग्रहाच्या महत्त्वाच्या प्रणाली दिवस-रात्र सतत कार्यरत राहू शकतात. Earth observation satellite
उपग्रह पृथ्वीशी संपर्क कसा साधतो?
उपग्रह आणि पृथ्वीवरील नियंत्रण केंद्र यांच्यातील संपर्क रेडिओ सिग्नलच्या माध्यमातून होतो. पृथ्वीवरील Ground Station कडून उपग्रहाकडे आदेश पाठवले जातात. त्याचप्रमाणे उपग्रहाकडून माहिती पृथ्वीवर पाठवली जाते. यासाठी उपग्रहावर अँटेना आणि रेडिओ कम्युनिकेशन उपकरणे असतात. काही उपग्रह मोठ्या प्रमाणावर डेटा पृथ्वीवर पाठवतात, तर काही फक्त नियंत्रण आणि स्थितीविषयक माहिती पाठवतात. पृथ्वीवरील केंद्र उपग्रहाची दिशा, ऊर्जा, तापमान आणि इतर प्रणालींची स्थितीही तपासू शकते.
उपग्रह स्वतःची दिशा कशी ठरवतो?
उपग्रह अंतराळात हवेत लटकलेला असला तरी त्याला आपली दिशा अचूकपणे नियंत्रित करावी लागते. उदाहरणार्थ, पृथ्वीचे फोटो घेणाऱ्या उपग्रहाचा कॅमेरा योग्य दिशेला असणे आवश्यक आहे. यासाठी उपग्रहामध्ये Attitude Control System असते. त्यामध्ये सेन्सर, Gyroscope, Star Tracker, Reaction Wheels आणि काही वेळा छोटे Thrusters वापरले जातात. Reaction Wheels च्या वेगात बदल करून उपग्रहाची दिशा बदलता येते. काही उपग्रहांमध्ये लहान रॉकेटसारखी Thrusters असतात. या सर्व प्रणालींच्या मदतीने उपग्रहाला योग्य दिशेने ठेवले जाते.
उपग्रहामधील संगणक काय करतो?
आजचा आधुनिक उपग्रह म्हणजे केवळ कॅमेरा किंवा रेडिओ अँटेना नाही. त्यामध्ये अत्यंत महत्त्वाची Onboard Computer System असते. ही प्रणाली उपग्रहातील विविध उपकरणांकडून माहिती घेते आणि त्यानुसार निर्णयांची अंमलबजावणी करते. उदाहरणार्थ, बॅटरीची ऊर्जा कमी झाली तर काही उपकरणांचा वापर कमी करण्यासाठी आदेश दिले जाऊ शकतात. तापमानात बदल झाल्यास काही यंत्रणा सक्रिय होऊ शकतात. पृथ्वीवरील नियंत्रण केंद्राकडून आलेले आदेशही संगणकाच्या माध्यमातून संबंधित उपकरणांपर्यंत पोहोचतात. त्यामुळे उपग्रहाचे अनेक कामकाज स्वयंचलित पद्धतीने चालते.
उपग्रह फोटो कसे घेतो?
Earth Observation Satellites पृथ्वीवरील जमिनीचे, समुद्राचे, जंगलांचे आणि शहरांचे निरीक्षण करण्यासाठी वापरले जातात. या उपग्रहांवर विविध प्रकारचे कॅमेरे आणि सेन्सर असतात. काही सेन्सर सामान्य प्रकाशात माहिती गोळा करतात, तर काही Infrared किंवा इतर विद्युतचुंबकीय किरणांचा वापर करतात. त्यामुळे केवळ सुंदर फोटो घेण्यापेक्षा पृथ्वीवरील विविध बदलांचा अभ्यास करता येतो. शेतीतील पिकांची स्थिती, जंगलातील बदल, पूरग्रस्त भाग आणि किनारपट्टीतील बदल यासारख्या अनेक गोष्टींचे निरीक्षण करता येते. या माहितीचा वापर वैज्ञानिक संशोधन तसेच विविध व्यावहारिक कामांसाठी केला जातो.
GPS मध्ये उपग्रहांची भूमिका काय आहे?
आपण मोबाईलमध्ये Location किंवा Navigation वापरतो तेव्हा GPS Satellite ही संकल्पना समोर येते. प्रत्यक्षात GPS हा अमेरिकेच्या Global Positioning System चा भाग आहे आणि जगातील इतर देशांकडेही स्वतंत्र किंवा पूरक Satellite Navigation Systems आहेत. या उपग्रहांकडून सतत अचूक वेळेचे सिग्नल प्रसारित केले जातात. मोबाईल किंवा GPS Receiver अनेक उपग्रहांकडून आलेल्या सिग्नलच्या वेळेतील फरकाचे गणित करतो. त्यावरून उपकरणाचे स्थान निश्चित केले जाते. त्यामुळे नकाशावर आपले स्थान दाखवण्यामागे उपग्रह, अचूक वेळ आणि गणित या तिन्हींची महत्त्वाची भूमिका असते.
हवामानाचा अंदाज कसा घेतला जातो?
हवामानाचा अभ्यास करण्यासाठी वापरले जाणारे Weather Satellites पृथ्वीच्या वातावरणाचे सतत निरीक्षण करतात. ते ढगांची हालचाल, वादळांची निर्मिती, समुद्राच्या पृष्ठभागावरील काही बदल आणि वातावरणातील इतर घटकांविषयी माहिती गोळा करू शकतात. ही माहिती पृथ्वीवरील हवामान केंद्रांकडे पाठवली जाते. त्यानंतर हवामानशास्त्रज्ञ आणि संगणकीय मॉडेलच्या मदतीने त्याचे विश्लेषण केले जाते. चक्रीवादळांचा मागोवा घेण्यासाठी उपग्रहांची माहिती विशेष महत्त्वाची ठरते. त्यामुळे आधुनिक हवामान अंदाज व्यवस्थेमध्ये उपग्रहांचे स्थान अत्यंत महत्त्वाचे आहे.
उपग्रह इंटरनेट आणि दूरदर्शनसाठी कसा वापरला जातो?
उपग्रहांचा वापर Satellite Communication साठीही केला जातो. पृथ्वीवरील एका ठिकाणाहून पाठवलेला सिग्नल उपग्रहाद्वारे दुसऱ्या ठिकाणी पोहोचवता येतो. दूरदर्शन प्रसारण, दूरध्वनी, डेटा कम्युनिकेशन आणि काही प्रकारच्या इंटरनेट सेवांमध्ये उपग्रहांचा वापर केला जातो. विशेषतः जमिनीवर केबल किंवा फायबर पोहोचवणे कठीण असलेल्या भागांमध्ये उपग्रह आधारित दळणवळण उपयुक्त ठरू शकते. मात्र उपग्रह इंटरनेट आणि पारंपरिक फायबर इंटरनेट यांच्या तंत्रज्ञानात महत्त्वाचे फरक आहेत. वापरकर्त्याच्या गरजेनुसार प्रत्येक तंत्रज्ञानाचे फायदे आणि मर्यादा वेगळ्या असतात.
उपग्रह किती उंचीवर असतात?
सर्व उपग्रह एकाच उंचीवर फिरत नाहीत. काही उपग्रह पृथ्वीच्या तुलनेने जवळच्या Low Earth Orbit (LEO) मध्ये असतात. काही Medium Earth Orbit (MEO) मध्ये फिरतात, तर काही Geostationary Orbit सारख्या अत्यंत उंच कक्षांमध्ये ठेवले जातात. कोणती कक्षा वापरायची हे उपग्रहाच्या उद्देशावर अवलंबून असते. पृथ्वीचे तपशीलवार निरीक्षण करण्यासाठी एका प्रकारची कक्षा उपयुक्त ठरू शकते, तर दूरसंचारासाठी दुसरी कक्षा अधिक योग्य असू शकते. त्यामुळे "उपग्रह म्हणजे पृथ्वीपासून एक ठरावीक अंतरावर असतो" असे म्हणणे अचूक नाही.
उपग्रहाचा वेग किती असतो?
उपग्रहाचा वेग त्याच्या कक्षेवर अवलंबून असतो. पृथ्वीच्या जवळच्या कक्षेत असलेल्या उपग्रहांना साधारणपणे अतिशय मोठा कक्षीय वेग आवश्यक असतो. उदाहरणार्थ, Low Earth Orbit मधील अनेक उपग्रह पृथ्वीभोवती सुमारे 90 मिनिटांच्या आसपास एक प्रदक्षिणा पूर्ण करू शकतात. त्यामुळे ते एका दिवसात अनेक वेळा पृथ्वीभोवती फिरतात. जमिनीवरून पाहताना मात्र त्यांची हालचाल वेगळी भासू शकते. उपग्रहाचा वेग कमी किंवा जास्त करण्यासाठी कक्षीय यांत्रिकीचे नियम आणि आवश्यक तेव्हा लहान प्रणोदकांचा वापर केला जातो.
उपग्रहाचा संपर्क तुटला तर काय होते?
उपग्रह आणि पृथ्वीवरील केंद्र यांच्यातील संपर्क काही वेळा तात्पुरता उपलब्ध नसू शकतो. उदाहरणार्थ, उपग्रह पृथ्वीच्या दुसऱ्या बाजूला असू शकतो किंवा त्याच्या कक्षेमुळे Ground Station च्या थेट संपर्क क्षेत्राबाहेर असू शकतो. अशा परिस्थितीत उपग्रहामध्ये आधीपासून निश्चित केलेल्या काही सूचना साठवलेल्या असतात. तो त्या सूचनांनुसार काही कामे स्वतः करू शकतो. संपर्क पुन्हा प्रस्थापित झाल्यावर त्याची स्थिती आणि जमा झालेली माहिती पृथ्वीवर पाठवली जाऊ शकते. त्यामुळे प्रत्येक क्षणी पृथ्वीवरून त्याला थेट आदेश देणे आवश्यक नसते.
उपग्रह शेवटी नष्ट होतो का?
उपग्रह कायमस्वरूपी अंतराळात राहत नाही. त्याचे आयुष्य त्याच्या कक्षेवर, तांत्रिक रचनेवर, इंधनाच्या उपलब्धतेवर आणि इतर परिस्थितींवर अवलंबून असते. कमी उंचीच्या कक्षेतील काही उपग्रहांवर वातावरणाचा अत्यंत कमी प्रतिकार होत राहतो. कालांतराने त्यांची कक्षा खाली येऊ शकते आणि ते पृथ्वीच्या वातावरणात प्रवेश करू शकतात. वातावरणात प्रवेश करताना प्रचंड घर्षणामुळे अनेक उपग्रहांचे भाग जळून नष्ट होतात. काही मोठे भाग पूर्णपणे न जळल्यास पृथ्वीवर पोहोचण्याची शक्यता असते. त्यामुळे जुन्या उपग्रहांच्या व्यवस्थापनालाही अंतराळ संशोधनात महत्त्व प्राप्त झाले आहे.
अंतराळात वाढणारा उपग्रहांचा कचरा
अनेक वर्षांच्या अंतराळ मोहिमांमुळे पृथ्वीभोवती जुन्या उपग्रहांचे भाग, रॉकेटचे अवशेष आणि इतर वस्तू जमा झाल्या आहेत. याला Space Debris किंवा अंतराळातील कचरा म्हणतात. हे अवशेष प्रचंड वेगाने फिरत असल्यामुळे कार्यरत उपग्रहांसाठी धोकादायक ठरू शकतात. अगदी छोटा तुकडासुद्धा मोठ्या वेगामुळे उपग्रहाच्या उपकरणांचे नुकसान करू शकतो. त्यामुळे भविष्यातील अंतराळ मोहिमांसाठी Space Debris Management महत्त्वाचे ठरत आहे. नवीन उपग्रह तयार करताना त्याचे मिशन संपल्यानंतर त्याचे काय करायचे, याचाही विचार केला जातो.
उपग्रहांशिवाय आजचे जग कसे दिसेल?
आजच्या आधुनिक जगातील अनेक सेवा प्रत्यक्ष किंवा अप्रत्यक्षपणे उपग्रहांवर अवलंबून आहेत. हवामान निरीक्षण, पृथ्वीचे मॅपिंग, वैज्ञानिक संशोधन, दूरसंचार, नेव्हिगेशन आणि आपत्ती व्यवस्थापनात त्यांचा वापर होतो. मात्र प्रत्येक सेवा केवळ उपग्रहांवरच अवलंबून आहे असे म्हणणे योग्य ठरणार नाही. जमिनीवरील फायबर नेटवर्क, मोबाईल टॉवर्स, रेडिओ प्रणाली आणि इतर तंत्रज्ञानही तितकेच महत्त्वाचे आहेत. उपग्रह या संपूर्ण तंत्रज्ञान व्यवस्थेतील एक महत्त्वाचा भाग आहेत. त्यांच्या मदतीने पृथ्वीवरून पाहणे कठीण असलेल्या अनेक गोष्टींचे निरीक्षण करणे शक्य झाले आहे.
शेवटी उपग्रह काम करतो तरी कसा?
उपग्रहाचे काम समजून घेतले तर त्यामागे एकाच तंत्रज्ञानाचा नव्हे, तर अनेक विज्ञान शाखांचा संगम दिसतो. रॉकेट त्याला योग्य कक्षेत पोहोचवते, गुरुत्वाकर्षण आणि कक्षीय वेग त्याला पृथ्वीभोवती फिरवत राहतात, Solar Panels आणि Batteries त्याला ऊर्जा देतात, तर Computers आणि Sensors त्याचे काम नियंत्रित करतात. Radio Communication च्या माध्यमातून तो पृथ्वीशी माहितीची देवाणघेवाण करतो. Direction Control System त्याला योग्य दिशेने ठेवते आणि आवश्यकतेनुसार कक्षेत सुधारणा केली जाते. म्हणजेच आकाशात शांतपणे फिरणारा एक छोटासा उपग्रह प्रत्यक्षात अत्यंत गुंतागुंतीच्या अभियांत्रिकी आणि विज्ञानावर चालणारी यंत्रणा असतो.
By- Bhagyadarshi Lokhande, भाग्यदर्शी लोखंडे
कोणत्याही टिप्पण्‍या नाहीत:
टिप्पणी पोस्ट करा