Zero-propellant maneuver
ઝીરો-પ્રોપેલન્ટ મનુવેર (ઝેડ. પી. એમ.) એ એક શ્રેષ્ઠ અભિગમ માર્ગ છે જેનો ઉપયોગ થ્રસ્ટર્સનો ઉપયોગ કર્યા વિના અવકાશયાનના પરિભ્રમણ નિયંત્રણ માટે થાય છે. ઝેડ. પી. એમ. અવકાશયાન માટે રચાયેલ છે જે મોમેન્ટમ સ્ટોરેજ એક્ટ્યુએટર્સનો ઉપયોગ કરે છે. સ્પેસક્રાફ્ટ ઝેડ. પી. એમ. નો ઉપયોગ મોમેન્ટમ એક્ટ્યુએટર્સને સંતૃપ્ત કર્યા વિના મોટા ખૂણા પરિભ્રમણ અથવા રેટ ડેમ્પિંગ (ડિટમ્બલિંગ) કરવા માટે થાય છે, અને થ્રસ્ટર્સ વિના મોમેન્ટમ ડમ્પિંગ (સંગ્રહમાંથી) થાય છે. બેકગ્રાઉન્ડ સ્પેસક્રાફ્ટ રોટેશનલ ઓપરેશન્સ, જેમ કે નવી દિશામાં બિંદુ તરફ વળવું, સામાન્ય રીતે પ્રતિક્રિયા વ્હીલ્સ અથવા કંટ્રોલ મોમેન્ટ જાઇરોસ્કોપ જેવા કોણીય વેગ સંગ્રહ ઉપકરણો દ્વારા કરવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે પરંપરાગત થ્રસ્ટર્સને બદલે આ ઉપકરણોનો ઉપયોગ કરવો વધુ યોગ્ય છે, કારણ કે તેઓ પ્રોપેલન્ટને બદલે નવીનીકરણીય વીજળી દ્વારા સંચાલિત થાય છે; ફાયરિંગ થ્રસ્ટર્સ અવકાશયાન પર પ્રોપેલન્ટની નિશ્ચિત માત્રાનો ઉપયોગ કરે છે. પ્રોપેલન્ટ ખૂબ જ મોંઘુ છે કારણ કે તેને પૃથ્વી પરથી લઈ જવું પડે છે; એકવાર તેનો ઉપયોગ થઈ જાય પછી, અવકાશયાનનું જીવન સમાપ્ત થઈ જાય છે. તેથી, અવકાશયાનનું કાર્યકારી જીવન વહન કરાયેલ પ્રોપેલન્ટની માત્રા અને પ્રોપેલન્ટનો ઉપયોગ કયા દરે થાય છે તેના આધારે નક્કી થાય છે. પ્રોપેલન્ટનો ઉપયોગ બે મુખ્ય હેતુઓ માટે થાય છેઃ અવકાશયાનને ભ્રમણકક્ષામાં જાળવવા અને પરિભ્રમણને નિયંત્રિત કરવા. તેથી, પરિભ્રમણને નિયંત્રિત કરવા માટે જેટલા ઓછા પ્રોપેલન્ટનો ઉપયોગ કરવો પડે છે, તેટલું વધુ ભ્રમણકક્ષા જાળવવા માટે ઉપલબ્ધ છે, અને અવકાશયાનનું જીવનકાળ લાંબુ છે. જો કે, મોમેન્ટમ સ્ટોરેજ ઉપકરણોની ક્ષમતા મર્યાદિત હોય છે, અને તે ક્ષમતા ટૂંક સમયમાં સંતૃપ્ત થઈ જાય છે જ્યારે તેમને (ગુરુત્વાકર્ષણ ઢાળ, સૌર પવન અને એરોડાયનેમિક ખેંચાણ) ને કારણે અવકાશયાનની વિક્ષેપ ટોર્કને શોષવાની જરૂર પડે છે; જ્યારે બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો તેઓ તેમની મોમેન્ટમ સ્ટોરેજ મર્યાદા સુધી પહોંચે છે. એકવાર સંતૃપ્તિ સુધી પહોંચી ગયા પછી, મોમેન્ટમ સ્ટોરેજ ઉપકરણો અવકાશયાનની દિશાને નિયંત્રિત કરવા માટે ટોર્ક લાગુ કરી શકતા નથી. ત્યારબાદ અવકાશયાનને સામાન્ય રીતે સંગ્રહ ઉપકરણોને 'અસંતૃપ્ત' કરવા માટે પ્રોપેલન્ટનો ઉપયોગ કરીને થ્રસ્ટર્સની જરૂર પડે છે, બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો સંચિત વેગને ઉતારવા માટે, અને તેથી પરિભ્રમણ કામગીરી હાથ ધરવાની અવકાશયાનની સંપૂર્ણ ક્ષમતાને પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે. અવકાશયાન ખેંચાણને કારણે ભ્રમણકક્ષાના ક્ષયનો અનુભવ કરે છે. તેમની ભ્રમણકક્ષા જાળવવા માટે, થ્રસ્ટર્સનો ઉપયોગ અવકાશયાનને વધુ ઊંચાઇ પર પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે કરવામાં આવે છે. બોર્ડ પર પ્રોપેલન્ટ ક્ષમતા મર્યાદિત હોવાથી, અવકાશયાન માત્ર મર્યાદિત સંખ્યામાં મોમેન્ટમ ડિસેચ્યુરેશન અથવા રીબૂસ્ટ કરી શકે છે. તેથી, જો વેગ અસંતુલન ઘટાડી શકાય અથવા દૂર કરી શકાય, તો અવકાશયાનને તેની ઇચ્છિત ભ્રમણકક્ષામાં જાળવવા માટે પ્રોપેલન્ટના મોટા ભાગનો ઉપયોગ કરી શકાય છે, અને તે લાંબા સમય સુધી કાર્યરત જીવનકાળ ધરાવશે. સામાન્ય રીતે અવકાશયાનના પરિભ્રમણને ચતુર્થાંશ પરિભ્રમણ તરીકે અથવા નિશ્ચિત અક્ષ (યુલરના પરિભ્રમણ પ્રમેય) ની આસપાસ કરવામાં આવે છે જેને સામાન્ય રીતે આઈગેનક્સિસ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આઈગેનક્સિસ વિશેના પરિભ્રમણ બે દિશાઓ વચ્ચેના સૌથી નાના ખૂણામાં પરિણમે છે. વધુમાં, આઈગેનક્સિસ પરિભ્રમણ નિશ્ચિત પરિભ્રમણ દર અથવા દાવપેચ દર સાથે કરવામાં આવે છે. જો કે, આઈગેનક્સિસની આસપાસ અવકાશયાનના પરિભ્રમણને જાળવવા માટે, અને નિશ્ચિત દાવપેચ દર પર, અવકાશયાન પર કામ કરતા વિક્ષેપ ટોર્કને દૂર કરવા માટે મોમેન્ટમ સ્ટોરેજ એક્ટ્યુએટર્સની જરૂર પડે છે. વિક્ષેપની તીવ્રતા, પરિભ્રમણના કદ અને વેગ સંગ્રહ ઉપકરણની ક્ષમતાના આધારે, જો અવકાશયાનને નાના દાવપેચ દરે ફેરવવામાં આવે તો પણ વેગ સંગ્રહ ઉપકરણો સંતૃપ્ત થઈ શકે છે. સદનસીબે, જોકે, પરિભ્રમણ માર્ગની પસંદગી અવકાશયાનની કામગીરીને અસર કરે છે. આ ઝેડ. પી. એમ. ને અવકાશયાન પરિભ્રમણ કરવાની નવી રીત પ્રદાન કરવા માટે સક્ષમ બનાવે છે. આઈગેનક્સિસના સૌથી નાના ખૂણા પરિભ્રમણથી વિપરીત, ઝેડ. પી. એમ. મોટા ખૂણા છે પરંતુ લઘુત્તમ બળતણ પરિભ્રમણ છે. આઈગેનક્સિસ ફિક્સ્ડ એક્સિસ અને મનુવેર રેટ રોટેશનથી વિપરીત, ઝેડ. પી. એમ. રોટેશન મનુવેર દરમિયાન રોટેશન એક્સિસ અને મનુવેર રેટમાં ફેરફાર કરે છે. આઈગેનક્સિસ પરિભ્રમણની જેમ, ઝેડ. પી. એમ. પરિભ્રમણ સમય બદલાતા વલણ અને દર આદેશ સાથે અવકાશયાનને આદેશ આપીને પેદા કરી શકાય છે. જો કે, ઝેડ. પી. એમ. પરિભ્રમણ માટે આઈગેનક્સિસ પરિભ્રમણ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ સમયની જરૂર પડે છે. જ્યારે અવકાશયાન મોમેન્ટમ સ્ટોરેજ ઉપકરણોને બદલે થ્રસ્ટર્સનો ઉપયોગ કરે છે ત્યારે પણ ઝેડ. પી. એમ. માર્ગનો ઉપયોગ પ્રોપેલન્ટનો વપરાશ ઘટાડવા માટે પણ થઈ શકે છે. આ એપ્લિકેશનને ઘટાડેલા પ્રોપેલન્ટ યુક્તિ (આર. પી. એમ.) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે કારણ કે પ્રોપેલન્ટનો ઉપયોગ ઓછો હોવા છતાં કેટલાક પ્રોપેલન્ટનો ઉપયોગ કરવો પડશે. એક ઝેડ. પી. એમ. સિદ્ધાંત એ બિન-આઈગેનક્સિસ વલણનો માર્ગ છે જે અવકાશયાનની પર્યાવરણીય ગતિશીલતાનો ઉપયોગ કરે છે (દા. ત. ગુરુત્વાકર્ષણ ઢાળ, સૌર દબાણ, વાયુગતિશાસ્ત્ર વગેરે) રોટેશનલ કામગીરી દરમિયાન સામૂહિક હકાલપટ્ટી એક્ટ્યુએટર્સની જરૂરિયાતને દૂર કરવા. ZPM નિશ્ચિત દાવપેચ અંતિમ સમય માટે ચોક્કસ બિનરેખીય બે-બિંદુ-સીમા-મૂલ્ય શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણ સમસ્યાને હલ કરીને વિકસાવવામાં આવે છે. જ્યારે આઈગેનક્સિસ દાવપેચ સતત પરિભ્રમણ અક્ષ અને દાવપેચ દર જાળવી રાખે છે, ત્યારે ઝેડ. પી. એમ. સમય બદલાતા પરિભ્રમણ અક્ષ અને દાવપેચ દરનો ઉપયોગ કરે છે. આઈગેનક્સિસ મનુવરર વલણનો માર્ગ સતત મનુવરર દર જાળવવા માટે વિક્ષેપોને દૂર કરવાનો પ્રયાસ કરે છે, જે મોમેન્ટમ સંગ્રહ ઉપકરણોને સંતૃપ્ત કરવામાં પરિણમે છે. ચલ દાવપેચ દરનો ઉપયોગ કરીને, ઝેડ. પી. એમ. મોમેન્ટમ સ્ટોરેજ એક્ટ્યુએટર્સની સંતૃપ્તિને ટાળે છે. ઝેડ. પી. એમ. અવકાશયાન માટેનું એક સરળીકૃત મોડેલ સેઇલબોટ છે. સેઇલબોટ તેની આઉટબોર્ડ મોટરનો ઉપયોગ કર્યા વિના વાંકીચૂંકી રીતે મુસાફરી કરવા માટે પવન સામે ટકી રહે છે, આમ કોઈ પ્રોપેલન્ટનો ઉપયોગ કરતું નથી. સેઇલબોટ પવનનો લાભ લે છે જેમ કે ઝેડ. પી. એમ. અવકાશયાન પર્યાવરણીય વિક્ષેપોનો લાભ લે છે. સેઇલબોટ એક જગ્યાએથી બીજી જગ્યાએ જવા માટે સૌથી ટૂંકો રસ્તો લેતી નથી. તેવી જ રીતે, ઝેડ. પી. એમ. બે દિશાઓ વચ્ચેનો સૌથી ટૂંકો કોણીય માર્ગ નથી લેતો. કોઈ પણ વ્યક્તિ સેઇલબોટ રડરને અવકાશયાન પરના મોમેન્ટમ સ્ટોરેજ એક્ટ્યુએટર્સની સમકક્ષ ગણી શકે છે. 2006 અને 2007માં ઇન્ટરનેશનલ સ્પેસ સ્ટેશન (આઇ. એસ. એસ.) પર ઝેડ. પી. એમ. ની અરજીઓનું પ્રદર્શન કરવામાં આવ્યું હતું. 5 નવેમ્બર, 2006ના રોજ, આઇ. એસ. એસ. એ 2 કલાકમાં 90 ડિગ્રી ઝેડ. પી. એમ. કર્યું હતું, જ્યારે 3 માર્ચ, 2007ના રોજ આઇ. એસ. એસ. એ 2 કલાક અને 47 મિનિટમાં 180 ડિગ્રી ઝેડ. પી. એમ. કર્યું હતું. બંને ISS કવાયત માટે ZPM શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણ સમસ્યાઓ DIDO સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કરીને હલ કરવામાં આવી હતી. ઇતિહાસ આઇએસએસ ઝેડપીએમમાં ઉપયોગમાં લેવાતી શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણ સમસ્યા જેસી પિએટ્ઝ દ્વારા તેમના માસ્ટરના થીસીસમાં ઘડવામાં આવી હતી અને હલ કરવામાં આવી હતી, અને 90° આઇએસએસ ઝેડપીએમ સાગર ભટ્ટ દ્વારા તેમના માસ્ટરના થીસીસ માટે વિકસાવવામાં આવી હતી. વલણ નિયંત્રણ ક્ષણ ગાયરોસ્કોપ DIDO લિજેન્ડ્રે સ્યુડોસ્પેક્ટ્રલ પદ્ધતિ મોમેન્ટમ વ્હીલ રિએક્શન વ્હીલ્સ સંદર્ભો આંતરરાષ્ટ્રીય સ્પેસ સ્ટેશન સ્પેસફ્લાઇટ વિભાવનાઓ પણ જુઓ.