ఉపగ్రహాలు & ప్రయోగ వాహకాలు (Satellites & Launch Vehicles)

ఉపగ్రహం (Satellite) అంటే మరొక ఖగోళ వస్తువు చుట్టూ తిరిగే వస్తువు. భూమి చుట్టూ తిరిగే సహజ ఉపగ్రహం చంద్రుడు; మానవ నిర్మితమైనవి కృత్రిమ ఉపగ్రహాలు. ఉపగ్రహాలను వాటి కక్ష్యను బట్టి రకాలుగా విభజిస్తారు.

• భూ దిగువ కక్ష్య (Low Earth Orbit – LEO): భూమి నుండి సుమారు 160 నుండి 2,000 కి.మీ. ఎత్తు. అంతర్జాతీయ అంతరిక్ష కేంద్రం (ISS) ఈ కక్ష్యలో ఉంది.
• ధ్రువ కక్ష్య (Polar orbit): ఉపగ్రహం భూమి ధ్రువాల మీదుగా వెళ్తుంది. భూమి తిరుగుతుంది కాబట్టి ఉపగ్రహం మొత్తం భూమిని కవర్ చేస్తుంది.
• సూర్య-సమకాలిక కక్ష్య (Sun-synchronous orbit): ఒకే ప్రాంతాన్ని ప్రతిరోజూ ఒకే స్థానిక సమయంలో చూస్తుంది. రిమోట్ సెన్సింగ్ ఉపగ్రహాలకు ఉపయోగపడుతుంది. ఎత్తు సుమారు 600–800 కి.మీ.
• భూస్థిర కక్ష్య (Geostationary Orbit – GEO): భూమధ్యరేఖ మీద, భూమి నుండి సుమారు 35,786 కి.మీ. ఎత్తు.
• ఉపగ్రహ పరిభ్రమణ కాలం 24 గంటలు – భూమి భ్రమణ కాలానికి సమానం.
• భూమి నుండి చూస్తే ఉపగ్రహం ఒకే చోట నిలిచినట్టు కనిపిస్తుంది. సమాచార ఉపగ్రహాలకు ఇది అనువైనది.
• భూస్థిర బదిలీ కక్ష్య (GTO): భూస్థిర కక్ష్యకు చేరే ముందు ఉండే మధ్యస్థ కక్ష్య. ప్రయోగ వాహకాల సామర్థ్యం GTOకి ఎన్ని కిలోలు మోయగలదని కొలుస్తారు.
• కక్ష్య వేగం: ఉపగ్రహం ఎత్తు ఎక్కువైతే వేగం తగ్గుతుంది. LEOలో వేగం సుమారు 7.8 కి.మీ./సె.
• పలాయన వేగం (Escape velocity): భూమి నుండి సుమారు 11.2 కి.మీ./సె.

భారతదేశం వివిధ ఉపయోగాల కోసం వేర్వేరు ఉపగ్రహ శ్రేణులను ప్రయోగించింది. ప్రతి శ్రేణి ఏ పనికి ఉపయోగిస్తారో తెలుసుకోవడం ముఖ్యం.

• INSAT (Indian National Satellite System): భూస్థిర కక్ష్యలో ఉండే బహుళ ప్రయోజన ఉపగ్రహాలు.
• ఉపయోగాలు: టెలివిజన్, టెలికమ్యూనికేషన్, వాతావరణ సూచన, విపత్తు హెచ్చరికలు.
• ఇది ఆసియా-పసిఫిక్ ప్రాంతంలో అతిపెద్ద దేశీయ సమాచార ఉపగ్రహ వ్యవస్థలలో ఒకటి.
• GSAT: భూస్థిర సమాచార ఉపగ్రహాలు. అధిక సామర్థ్యం గల ట్రాన్స్‌పాండర్లు ఉంటాయి.
• IRS (Indian Remote Sensing): ధ్రువ సూర్య-సమకాలిక కక్ష్యలో భూమి వనరుల సర్వే కోసం. ఈ శ్రేణిలోనే కార్టోశాట్ (మ్యాపింగ్), రిసోర్స్‌శాట్ (వ్యవసాయం, అడవులు), ఓషన్‌శాట్ (సముద్ర అధ్యయనం), రిశాట్ (రాడార్, మేఘాల్లోంచి కూడా చూడగలదు) ఉన్నాయి.
• వాతావరణ ఉపగ్రహాలు: కల్పన-1 (METSAT), INSAT-3D, INSAT-3DR, మేఘా-ట్రాపిక్స్ (భారత్–ఫ్రాన్స్ సంయుక్తం).
• నావిగేషన్ (NavIC): Navigation with Indian Constellation. దీన్ని IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System) అంటారు.
• భారతదేశం, దాని చుట్టూ సుమారు 1,500 కి.మీ. వరకు ప్రాంతానికి సేవలు అందిస్తుంది.
• GPS (అమెరికా), గ్లోనాస్ (రష్యా), గెలీలియో (యూరోప్), బైడూ (చైనా) – ఇతర నావిగేషన్ వ్యవస్థలు.
• GAGAN: GPS Aided GEO Augmented Navigation. విమాన రాకపోకల కోసం GPS సిగ్నల్ ఖచ్చితత్వం పెంచుతుంది (ఇస్రో + AAI).
• ఎడ్యుశాట్ (EDUSAT / GSAT-3): 2004లో ప్రయోగించిన విద్యా రంగానికి ప్రత్యేక ఉపగ్రహం.

గుర్తుంచుకునే చిట్కా INSAT – సమాచారం + వాతావరణం; IRS – భూమి వనరులు; NavIC – దిశ సూచన; EDUSAT – విద్య.

ప్రయోగ వాహకం (Launch Vehicle) అంటే ఉపగ్రహాన్ని కక్ష్యలోకి చేర్చే రాకెట్. ఇస్రో ఇప్పటివరకు అనేక ప్రయోగ వాహకాలను అభివృద్ధి చేసింది. అవి పరిణామ క్రమంలో వస్తాయి.

• SLV-3 (Satellite Launch Vehicle):
  1. ఇస్రో తొలి ప్రయోగ వాహకం. 1979లో మొదటి ప్రయోగం విఫలమైంది
  2. 1980లో రోహిణి ఉపగ్రహాన్ని విజయవంతంగా కక్ష్యలోకి పంపింది. నాలుగు దశలు
  3. అన్నీ ఘన ఇంధనం. ప్రాజెక్ట్ డైరెక్టర్ ఏ.పి.జె. అబ్దుల్ కలాం.
• ASLV (Augmented SLV):
  1. SLV-3 ను మెరుగుపరిచిన వెర్షన్
  2. 1980ల చివరలో – 1990ల ప్రారంభంలో కొన్ని ప్రయోగాలు జరిగాయి. తర్వాత నిలిపివేశారు.
• PSLV (Polar Satellite Launch Vehicle): ఇస్రో 'వర్క్‌హార్స్'. ధ్రువ కక్ష్యలోకి ఉపగ్రహాలను పంపేందుకు తయారైంది.
• నాలుగు దశలు: ఘన – ద్రవ – ఘన – ద్రవ (వరుసగా).
• 1993లో మొదటి ప్రయోగం విఫలమైంది
• 1994లో విజయవంతమైంది.
• చంద్రయాన్-1, మంగళయాన్, ఆస్ట్రోశాట్, ఆదిత్య-L1లను ఇదే ప్రయోగించింది.
• PSLV-C37 (2017): ఒకే ప్రయోగంలో 104 ఉపగ్రహాలు.
• వికాస్ ఇంజిన్ (Vikas): PSLV రెండో దశలో ద్రవ ఇంధన ఇంజిన్. ఫ్రెంచ్ వైకింగ్ ఇంజిన్ ఆధారంగా అభివృద్ధి చేశారు.
• ఘన ఇంధన రాకెట్: సరళమైనవి, తక్కువ ధర. ద్రవ ఇంధన రాకెట్: నియంత్రణ సులభం, శక్తివంతమైనవి.

భూస్థిర కక్ష్యకు భారీ ఉపగ్రహాలను పంపడానికి GSLV, LVM3 రాకెట్లు; చిన్న ఉపగ్రహాలను చౌకగా పంపడానికి SSLV రూపొందించారు.

• GSLV (Geosynchronous Satellite Launch Vehicle): భూస్థిర (GTO) కక్ష్యకు ఉపగ్రహాలను చేరుస్తుంది. మూడు దశలు.
• GSLV Mk II: మూడో దశలో స్వదేశీ క్రయోజెనిక్ ఇంజిన్ ఉంటుంది.
• తొలి విజయవంతమైన స్వదేశీ క్రయోజెనిక్ ఇంజిన్ ప్రయోగం: GSLV-D5 (జనవరి 2014). దీంతో భారతదేశం క్రయోజెనిక్ సాంకేతికత కలిగిన దేశాల్లో చేరింది.
• క్రయోజెనిక్ ఇంజిన్ (Cryogenic engine): ద్రవ హైడ్రోజన్ (ఇంధనం), ద్రవ ఆక్సిజన్ (ఆక్సిడైజర్) చాలా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల్లో వాడతారు. ఇది అత్యధిక శక్తినిస్తుంది.
• GSLV Mk III / LVM3 (Launch Vehicle Mark 3): ఇస్రో అత్యంత శక్తివంతమైన ప్రయోగ వాహకం.
• సుమారు 4,000 కిలోల పేలోడ్‌ను GTOకి పంపగలదు.
• మూడు దశలు: ఘన బూస్టర్లు (S200), ద్రవ కోర్ (L110), క్రయోజెనిక్ (C25).
• ప్రయోగాలు: చంద్రయాన్-2 (2019), చంద్రయాన్-3 (2023).
• SSLV (Small Satellite Launch Vehicle): చిన్న ఉపగ్రహాలను (సుమారు 500 కిలోల వరకు) తక్కువ భూ కక్ష్యకు పంపే చిన్న రాకెట్. తక్కువ ఖర్చు, త్వరగా సిద్ధం చేయవచ్చు.
• మొదటి ప్రయోగం (ఆగస్టు 2022) పూర్తిగా విజయవంతం కాలేదు
• రెండో ప్రయోగం (ఫిబ్రవరి 2023) విజయవంతమైంది.
• గగన్‌యాన్: మానవ సహిత యాత్రకు 'హ్యూమన్ రేటెడ్ LVM3 (HLVM3)' ఉపయోగిస్తారు.

రాకెట్ పనిచేసే విధానం కొన్ని ప్రాథమిక భౌతిక శాస్త్ర సూత్రాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. పరీక్షల్లో ఈ మూలాలపై చిన్న ప్రశ్నలు వస్తాయి.

• న్యూటన్ మూడో గమన నియమం: ప్రతి చర్యకు సమానమైన, వ్యతిరేక దిశలో ప్రతిచర్య ఉంటుంది. రాకెట్ వేడి వాయువులను కిందికి వదిలితే, ప్రతిచర్యగా రాకెట్ పైకి వెళ్తుంది.
• చోదకం (Propellant): ఇంధనం + ఆక్సిడైజర్. అంతరిక్షంలో గాలి లేదు కాబట్టి రాకెట్ తనతోపాటు ఆక్సిజన్ తీసుకెళ్తుంది.
• చోదక రకాలు:
  1. ఘన (Solid): ఉదా – అమ్మోనియం పర్క్లోరేట్ + అల్యూమినియం.
  2. ద్రవ (Liquid): ఉదా – ద్రవ హైడ్రోజన్ + ద్రవ ఆక్సిజన్ (క్రయోజెనిక్).
• బహుదశా రాకెట్ (Multi-stage rocket): ఇంధనం అయిపోయిన దశను వదిలేస్తే బరువు తగ్గి, వేగం పెరుగుతుంది.
• పేలోడ్ (Payload): రాకెట్ మోసుకెళ్లే ఉపగ్రహం లేదా సామగ్రి.
• రాకెట్ ప్రయోగం తూర్పు దిశగా: భూమి పడమర నుండి తూర్పుకు తిరుగుతుంది. తూర్పు దిశగా ప్రయోగిస్తే భూమి భ్రమణ వేగం సహాయపడుతుంది. భూమధ్యరేఖకు దగ్గరగా ఉన్న స్థలం ఇంకా అనుకూలం.
• శ్రీహరికోట ఎందుకు?: తూర్పు తీరంలో ఉండటం, భూమధ్యరేఖకు దగ్గరగా ఉండటం, సముద్రం మీదుగా తూర్పు వైపు ప్రయోగించే సౌకర్యం.
• కౌంట్‌డౌన్: ప్రయోగానికి ముందు సమయం వెనుకకు లెక్కించడం.
• అంతరిక్షం: భూమి ఉపరితలం నుండి సుమారు 100 కి.మీ. ఎత్తు (కార్మన్ రేఖ) నుండి అంతరిక్షం అని పరిగణిస్తారు.

ఉపగ్రహాలను వాటి పనిని బట్టి కూడా వర్గీకరిస్తారు. అలాగే అంతరిక్షంలో పేరుకుపోతున్న పాత ఉపగ్రహాలు, రాకెట్ భాగాలు పెద్ద సమస్యగా మారాయి.

• సమాచార ఉపగ్రహాలు (Communication): టీవీ ప్రసారం, ఫోన్, ఇంటర్నెట్. సిగ్నల్ అందుకుని, పెంచి, తిరిగి భూమికి పంపే పరికరాన్ని ట్రాన్స్‌పాండర్ (Transponder) అంటారు.
• రిమోట్ సెన్సింగ్ ఉపగ్రహాలు: భూమి చిత్రాలు తీసి వనరులను అధ్యయనం చేస్తాయి.
• వాతావరణ ఉపగ్రహాలు (Meteorological): మేఘాలు, తుఫానులు, వర్షపాతం పర్యవేక్షణ.
• నావిగేషన్ ఉపగ్రహాలు: స్థానం, సమయం, దిశ తెలిపేవి (NavIC, GPS).
• శాస్త్రీయ ఉపగ్రహాలు: ఖగోళ పరిశీలన (ఆస్ట్రోశాట్), సూర్య పరిశీలన.
• సైనిక ఉపగ్రహాలు: నిఘా, భద్రత అవసరాల కోసం.
• ట్రాన్స్‌పాండర్లు: ఉపగ్రహంలో సిగ్నల్ ప్రసారానికి ఉపయోగించే ముఖ్య భాగం.
• సౌర ఫలకాలు (Solar panels): ఉపగ్రహానికి విద్యుత్ ఇస్తాయి.
• అంతరిక్ష చెత్త (Space debris): పనికిరాని ఉపగ్రహాలు, రాకెట్ శకలాలు. అధిక వేగంతో తిరుగుతూ ఇతర ఉపగ్రహాలను ఢీకొట్టే ప్రమాదం ఉంది.
• ఒక్క చిన్న ముక్క కూడా భారీ నష్టం కలిగించగలదు.
• ఇస్రో 'ఇస్రో సిస్టమ్ ఫర్ సేఫ్ అండ్ సస్టైనబుల్ ఆపరేషన్స్ మేనేజ్‌మెంట్ (IS4OM)' ద్వారా దీన్ని పర్యవేక్షిస్తుంది.
• ASAT పరీక్షలు: ఉపగ్రహ విధ్వంసక ఆయుధ పరీక్షలు కూడా చెత్తను పెంచుతాయి. అందుకే భారత మిషన్ శక్తి (2019) దిగువ కక్ష్యలో చేశారు.
• కక్ష్య క్షీణత: LEO లోని ఉపగ్రహాలు చివరికి వాతావరణంలోకి వచ్చి కాలిపోతాయి.