রকেট বিজ্ঞান

 মহাকাশ 

রকেট বিজ্ঞান

 মানব মহাকাশ ( sapce research) অনুসন্ধানের ইতিহাসে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্রযুক্তি কি কি? এই প্রশ্নের উত্তর দেওয়ার জন্য যদি আমরা একটি তালিকা তৈরি করি তবে রকেটটি একেবারে শীর্ষে থাকবে। এর মাধ্যমে মানুষ পৃথিবীর গণ্ডি পেরিয়েছে। নভোটেলিস্কোপ হোক বা কৃত্রিম উপগ্রহ বা মহাকাশযান, আমরা যদি পৃথিবীর বাইরে কিছু পাঠাতে চাই, আমাদের প্রথমে এই রকেটে যেতে হবে।

 কিন্তু রকেট কি

ভাবে কাজ করে? এটি চালু হলে ঠিক কী ঘটে? সেই গল্পে যাওয়ার আগে রকেটের ইতিহাস খুব সংক্ষেপে জেনে নেওয়া যাক। 

রকেট উদ্ভাবন প্রধানত চীনারা করেছে। এ সময় তারা বিস্ফোরক বাঁশের নলটিকে তি লাও শু (মেট-ইঁদুর) বলে। কারণ, প্রাথমিকভাবে এসব বাঁশের নল ফুঁকানো হয়নি। পরিবর্তে, যখন তারা বিস্ফোরিত হয়, তারা মাটিতে আঘাত করে এবং চারপাশে দৌড়ায়। এরপর ত্রয়োদশ শতাব্দীতে চীনে এক অদ্ভুত ঘটনা ঘটে। চলছে রাজকীয় উৎসব। উৎসবের আয়োজন করেছিলেন চীনা সম্রাট লি চুং। হঠাৎ তার স্ত্রী চিৎকার করে উঠলো। একটি 'সাথী-ইঁদুর' উড়ে এসে তার চেয়ারের নিচে ছিটকে পড়ল। উৎসব সেখানেই শেষ হয়। আর যারা এই মেটে-ইঁদুরের দায়িত্বে ছিল তাদের গ্রেফতার করে লি চুং তাদের জেলে পুঁতে দেয়। চীনা তৈরি বাঁশের রকেট সংগ্রহ করা বিজ্ঞানীরা মনে করেন কিছু বিস্ফোরক টিউব বিস্ফোরিত নাও হতে পারে। হয়তো সে আগুন থেকে লাফ দিয়ে উঠে গেল। এ সময় ভেতর থেকে গ্যাস ও বারুদ বেরিয়ে আসে। এই বন্দুক-পাউডারগুলো জ্বালানোর সময় টিউবগুলোকে উপরের দিকে ঠেলে দেয়। গ্যাসের শকও ছিল। ফলে এই বাঁশের নল-রকেট উড়ে গেল।

 এই দুর্ঘটনা চীনাদের জন্য এক নতুন দিগন্ত খুলে দিল। তারা বারুদ ভর্তি বাঁশের টিউব নিয়ে গবেষণা শুরু করে। প্রথমে, বিস্ফোরকগুলি টিউবে ঢেলে দেওয়া হয়, তীরের সামনে সেগুলি বেঁধে ফেলে দেওয়া হয়েছিল। কয়েকদিন পর তারা আবিষ্কার করেন যে এই টিউবগুলো নিজে থেকেই চলতে পারে। টিউবের পিছনে খোলা। ভিতরের বিস্ফোরকটিতে আগুন লাগলে, এই টিউবগুলি বিস্ফোরণের ফলে টিউবের পেছন থেকে বেরিয়ে আসা গ্যাস এবং গান-পাউডার পাউডার দিয়ে পূর্ণ হতে পারে। প্রথম আসল রকেটের জন্ম হয়েছিল। 

তারপর থেকে, রকেটগুলি দীর্ঘকাল ধরে কেবল অস্ত্র হিসাবে ব্যবহৃত হয়ে আসছে। অনেক পরে, 19 শতকে, মানুষ প্রথম মহাকাশ ভ্রমণের জন্য রকেট ব্যবহার করার কথা ভেবেছিল। এই ধারণার পথপ্রদর্শকদের মধ্যে রয়েছেন কনস্ট্যান্টিন ঝালকভস্কি, রবার্ট গডার্ড, হারম্যান ওবার্থ এবং ওয়ার্নার ফন ব্রাউন। স্নায়ুযুদ্ধের সময় তাদের হাত ধরেই প্রথম রকেট পৃথিবীর সীমানা অতিক্রম করে। এবং আগেই বলেছি, রকেট মূলত আর অস্ত্র হিসেবে ব্যবহার করা হয় না। এটি এখন বিজ্ঞানে ব্যবহৃত হয়। এই রকেট বিজ্ঞানের একেবারে মৌলিক গল্পটি জানতে আপনার অনেক জটিল জিনিস জানার দরকার নেই। (যদিও খোলাখুলি বলতে গেলে, প্রয়োজন আছে। আমরা এখানে যে রকেট বিজ্ঞানের গল্প বলতে যাচ্ছি তা মৌলিকের চেয়ে বেশি মৌলিক!) তিন নিউটন মহাকর্ষের সূত্র আবিষ্কার করে রকেট বিজ্ঞান শুরু করেছিলেন। 

আমরা জানি, পৃথিবীর মহাকর্ষ বল বা আকর্ষণকে মহাকর্ষ বা মহাকর্ষ বলে। এই শক্তি দিয়ে পৃথিবী সবকিছুকে নিজের দিকে ধরে রাখে। সূত্রটি লেখা যেতে পারে— g = GM/R2 এই সূত্রটি 9-10 শ্রেণীর শিক্ষার্থীদের কাছে খুব পরিচিত হওয়া উচিত। সূত্র অনুসারে, g হল মহাকর্ষ। G হল সার্বজনীন মহাকর্ষীয় ধ্রুবক, M হল পৃথিবীর ভর এবং R হল পৃথিবীর ব্যাসার্ধ। ধরা যাক, মহাকর্ষীয় ধ্রুবকের মান, G = 6.67 × 10-11 N.kg-2m2, পৃথিবীর ভর, M = 5.9722 × 1024 kg এবং ব্যাসার্ধ, R = 6.38 x 106 m (সমান 6,357 km by 6,378 km)। এগুলো গণনা করলে দেখা যাবে যে মহাকর্ষের মান হল g = 9.81 ms-2। মাধ্যাকর্ষণ সূত্রের আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ দিক হল এটি পালানোর হিসাব করতে ব্যবহার করা যেতে পারেগ্রহের বেগ (আসলে, সমস্ত বস্তুর জন্য)। রিলিজ বেগ মানে কোন কিছু (পড়ুন, একটি রকেট) কত দ্রুত নিক্ষেপ করা যায়, অন্য বস্তুর (পড়ুন, পৃথিবী) আকর্ষণ ভেঙ্গে। সূত্রটিও বেশ সহজ। রিলিজ বেগ, V = √(2GM/R)। এখানে M হল বস্তুর ভর, আর R হল বস্তুর ব্যাসার্ধ।

 আগেই উল্লেখ করা হয়েছে, G হল বিখ্যাত সার্বজনীন মহাকর্ষীয় ধ্রুবক। সর্বজনীন মানে, পৃথিবীর ভিতরে এবং বাইরে, মহাবিশ্বের মহাকাশে বা দূরবর্তী স্থানেও এর মান একই থাকে। এই সূত্র অনুসারে পৃথিবীর ( speed of earth) গতিবেগ, VE = 11.2 kms-1. অর্থাৎ, প্রতি সেকেন্ডে (per second about)প্রায় 11.2 কিলোমিটার বেগে চলা একটি রকেট পৃথিবীর মাধ্যাকর্ষণ থেকে বাঁচতে সক্ষম হবে। এখন, রকেট এটা কিভাবে করে? মহাকাশে উৎক্ষেপণ করা চারটি রকেটের সাধারণত ৪টি প্রধান অংশ থাকে। এক, কাঠামোগত ব্যবস্থা বা অবকাঠামো। যে ফ্রেম বা কাঠামো রকেটের বিভিন্ন অংশ ধারণ করে তা হল এর অবস্ট্রাকচার। এর প্রধান অংশ হল সিলিন্ডার আকৃতির রকেট-বডি, সূক্ষ্ম নাক এবং পাখনা বা ডানা। 

রকেট বডি মূলত অ্যালুমিনিয়াম এবং টাইটানিয়াম দিয়ে তৈরি। এর উপরে রয়েছে তাপ নিরোধক ব্যবস্থা। কারণটা বোধগম্য। এটি উৎক্ষেপণের সময় বাতাসের সাথে ঘর্ষণের ফলে উৎপন্ন প্রচণ্ড তাপ থেকে রকেটকে রক্ষা করে। দুই, প্রপালশন সিস্টেম বা স্টিয়ারিং সিস্টেম। এটি রকেটে সবচেয়ে বেশি জায়গা দখল করে। এটি রকেটের ওজন বা ভরের বড় অংশও বহন করে। এর প্রধান অংশ হল রকেট ইঞ্জিন, জ্বালানি এবং অক্সিডাইজার। তারপর পেলোড সিস্টেম আছে। রকেট যা বহন করে তা মানুষ বা মহাকাশযান মেশিন, স্পেসশিপ বা অন্য কিছু হতে পারে। এটি রকেটের একেবারে মাথায় রয়েছে। চতুর্থত, রকেটের গাইডেন্স সিস্টেম। এর কাজ হল রকেটটি লক্ষ্যে পৌঁছানো এবং রকেটটিকে সঠিক দিকে চালনা করা। 

এতে রাডার, কম্পিউটার এবং অন্যান্য সহায়ক উপাদান রয়েছে। লঞ্চ এবং পৃথিবীর সীমানা অতিক্রম করার জন্য চারটি অংশই সঠিকভাবে কাজ করতে হবে। তবেই রকেট মাধ্যাকর্ষণের টান ভাঙতে পারে। এটি রকেটের জ্বালানী সিস্টেম দিয়ে শুরু হয়। রকেট জ্বালানির সাথে কিছু বলার আছে। দীর্ঘ আলোচনা সংক্ষেপে, কঠিন পদার্থ একসময় জ্বালানি হিসেবে ব্যবহৃত হতো। রবার্ট গডার্ড সর্বপ্রথম তরল জ্বালানী নিয়ে কাজ করেন। 1926 সালে, তিনি প্রথম তরল-জ্বালানিযুক্ত রকেট চালু করেন। বর্তমানে, বিভিন্ন ধরণের রকেট বিভিন্ন জ্বালানী ব্যবহার করে। কিন্তু তরল জ্বালানি বেশিরভাগই ব্যবহৃত হয়। 

সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয় তরল হাইড্রোজেন, কেরোসিন, ইথানল (এক ধরনের অ্যালকোহল) ইত্যাদি। এগুলোর জন্য অক্সিডেন্ট হিসেবে তরল অক্সিজেন ব্যবহার করা হয়। অক্সিডাইজারের কাজ হল জ্বালানী পোড়াতে সাহায্য করা। আমরা জানি, অক্সিজেন ছাড়া বোতলে বা বাক্সে আগুন জ্বালালে আগুন জ্বলবে না। অর্থাৎ, কিছু পোড়ানোর জন্য অক্সিজেন বা অক্সিডেন্ট প্রয়োজন। এখানে তরল অক্সিজেন কাজ করে। যাইহোক, জ্বালানী ব্যবস্থা জ্বালানী পোড়ায় এবং সরু টিউবের মাধ্যমে উচ্চ বেগে বাইরের দিকে ঠেলে দেয়। 

টিউবটি সরু হওয়ায় এটি বের হওয়ার সময় জ্বালানির উপর প্রচণ্ড চাপ পড়ে। এছাড়াও, আশেপাশের বায়ু এটির উপর প্রচণ্ড চাপ প্রয়োগ করে, তাই জ্বালানী চারপাশে ছড়িয়ে পড়তে পারে না। ঘনভাবে বেরিয়ে আসে। নিউটনের গতির তৃতীয় সূত্র বলে, ক্রিয়াগুলির সমান এবং বিপরীত প্রতিক্রিয়া রয়েছে। ফলস্বরূপ, রকেট ইঞ্জিন একই গতিতে জ্বালানী বের করে যে জ্বালানী রকেটটিকে পিছনের দিকে ঠেলে দেয়। যেহেতু জ্বালানি চারপাশে ছড়িয়ে পড়তে পারে না, তাই এর প্রতিক্রিয়া বা ধাক্কা রকেট একটি সরল রেখায়, অর্থাৎ, একটি ছোট অঞ্চলে প্রবলভাবে অনুভূত হয়। এই প্রচণ্ড ধাক্কায় রকেট বিস্ফোরিত হয়। এখন, যে মত শুধু একটি ধাক্কা কাজ করবে না. কারণ, যতক্ষণ পর্যন্ত রকেটটি পৃথিবীর সীমানা অতিক্রম করবে না, ততক্ষণ বাতাস তাকে প্রচণ্ডভাবে থামানোর চেষ্টা করবে।

 পৃথিবীর টান তার উপর। অতএব, জ্বালানীl একটি স্থির হারে রকেট থেকে প্রস্থান করতে থাকে যতক্ষণ না এটি বায়ুমণ্ডলের মধ্য দিয়ে যায় এবং একটি ধ্রুবক হারে এটি রকেটটিকে উপরের দিকে ঠেলে দেয়। আজকের বুস্টারগুলি প্রতি সেকেন্ডে প্রায় 5,000 কেজি জ্বালানী ব্যবহার করে এবং রকেটটিকে প্রায় 4,500 কিমি প্রতি সেকেন্ডে (প্রায় 10,000 মাইল প্রতি ঘন্টা) গতিতে ঠেলে দেয়! এইভাবে, রকেট যদি মুক্তির বেগের চেয়ে বেশি বেগ অর্জন করে, তবে মাধ্যাকর্ষণকে অতিক্রম করা যেতে পারে। (বলা বাহুল্য, নিউটনের গতির প্রথম এবং দ্বিতীয় সূত্রগুলিও এখানে ব্যবহার করা হচ্ছে। ধাক্কা সমান। প্রপেলান্ট মূলত রকেটে একটি শক্তি প্রয়োগ করছে, এবং ফলস্বরূপ রকেটের ভরবেগ পরিবর্তিত হচ্ছে। এবং, এই পরিবর্তনটি গতিপথের দিকে। 

জ্বালানী ধাক্কা দিচ্ছে। যদি কোন ধাক্কা না থাকে, অর্থাৎ, যদি কোন বল প্রয়োগ না করা হয়, রকেটটি স্থির থাকবে, যেমনটি উৎক্ষেপণের আগে ছিল। এবং, উৎক্ষেপণের পরে, যদি বাতাস এটিকে উপর থেকে আটকে না দেয় এবং জ্বালানীকে ধাক্কা না দেয়। নিচ থেকে, রকেটটি যেদিকে যাচ্ছিল সেদিকেই চলতে থাকত। 

এটি আসলে পৃথিবীর সীমানা অতিক্রম করার পরে ঘটে, যেখানে বায়ু বা মাধ্যাকর্ষণ আর রকেটকে বাধা দেয় না। শুধুমাত্র দিক পরিবর্তনের জন্য জ্বালানী আছে ব্যবহৃত হয়, বা গতি বাড়ানোর জন্য জরুরী।

 (এছাড়াও, রকেট ধ্রুব গতির সাথে একটি সরল রেখায় চলতে থাকে।) বুস্টার সম্পর্কে আমি যা বলেছি তা আসলে রকেটের পর্যায় বা পর্যায়ের সাথে সম্পর্কিত। আগেই উল্লেখ করা হয়েছে, রকেটের জ্বালানী সিস্টেম এর বেশিরভাগ জন্য দায়ী। ভর। এখন, এত ভরের জন্য এটিকে পুরো পথে বহন করতে অনেক বেগ লাগবে। 

আবার, এটি বহন করা অর্থহীন হবে। এর কারণ হল জ্বালানি পুড়ে যাওয়ার সাথে সাথে জ্বালানী ট্যাঙ্কগুলি ধীরে ধীরে খালি হয়ে যাচ্ছে, যার অর্থ জ্বালানী শেষ হয়ে যাওয়ার পরে এই ট্যাঙ্কগুলির আর প্রয়োজন নেই। এই কারণেই রকেটে কয়েকটি পর্ব বা পর্ব রয়েছেসাধারণত রকেটের 3টি পর্যায় থাকে। চিত্র 3: একটি রকেটের সাধারণ গঠন। 

ইঞ্জিনের ধরন এবং ধাপের সংখ্যা, বুস্টারের সংখ্যা ইত্যাদি রকেট থেকে রকেটে পরিবর্তিত হতে পারে। রকেটের উভয় পাশে তিনটি বুস্টার দেখায়, যা রকেটের প্রথম পর্যায়ে জ্বালানি সরবরাহ করে। জ্বালানি ফুরিয়ে গেলে তারা রকেট থেকে বিচ্ছিন্ন হয়ে যায়। এরপর দ্বিতীয় পর্যায়ে রকেটের নিচের অংশ আলাদা হয়ে যায়। সাধারণত রকেট মাধ্যাকর্ষণ বাধা ভেঙ্গে যাওয়ার পর এই অংশটি শেষ হয়। বাকি অংশের শীর্ষে রয়েছে রকেটের পেলোড, তারপরে রয়েছে দিক নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা, তার নীচে রয়েছে ইঞ্জিন এবং তৃতীয় পর্যায়ের জ্বালানি। এই জ্বালানি ও ইঞ্জিন থেকে যায়। উপরে উল্লিখিত হিসাবে, মাধ্যাকর্ষণ (এবং পৃথিবীর সীমানা) অতিক্রম করার পরে, এই জ্বালানী এবং ইঞ্জিন শুধুমাত্র দিক পরিবর্তন বা গতি সামান্য বৃদ্ধি করতে ব্যবহৃত হয়। তাছাড়া বন্ধ থাকে। একটা মজার কথা বলে শেষ করি। লক্ষ্য করুন আমরা বললাম, রকেটের শরীরে পাখনা আছে নাকি ডানা আছে? আমরা বিমানের ডানা সম্পর্কে জানি। 

কিন্তু একবার দেখে নিন, আপনি কি কখনো রকেটের ডানার কথা শুনেছেন? নাকি জানেন, রকেটের ডানা আছে? কিন্তু, তা থাকে কেন? এর কাজ এটা কি? রকেট উইংস লক্ষ্য করুন যে জ্বালানী রকেটটিকে সোজা উপরে ঠেলে দিয়েছে। এবং, রকেটের উপরের অংশটি খুব পয়েন্টেড। যে কারণে উপর থেকে ধাক্কা দিয়ে বাতাস ঠিকভাবে আটকাতে পারে না। কিন্তু চারিদিক থেকে বাতাস তার ওপর ঠেলে বা চাপতে থাকে। ফলে রকেট পাগল হয়ে যায়। সহজভাবে বলতে গেলে, এই ধাক্কার কারণে রকেটটি একটি বৃত্তাকার পথে চারদিকে বাউন্স করে এবং তার পথ বন্ধ করে দেয়। রকেটের ডানা এই সমস্যা থেকে বাঁচায়। এক ধরনের ডানা যা বাতাসের প্রবাহের মাধ্যমে উভয় পাশে ভরাট করে ইকুইলিব্রিয়াম তৈরি হয়। রকেট এই ভারসাম্যের মধ্য দিয়ে ভাসতে থাকে, তার নিজস্ব পথ ধরে চলে।