अवकाश मोहिमा स्वाध्याय इयत्ता दहावी

अवकाश मोहिमा स्वाध्याय इयत्ता दहावी विज्ञान आणि तंत्रज्ञान भाग 2

1. दिलेल्या विधानांतील रिकाम्या जागी योग्य शब्द लिहून विधाने स्पष्ट करा.

अ. कृत्रिम उपग्रहाच्या भ्रमणकक्षेची भूपृष्ठापासून उंची वाढविल्यास त्या उपग्रहाची स्पर्श रेषेतील गती …………….. होते.

उत्तर :

कृत्रिम उपग्रहाच्या भ्रमणकक्षेची भूपृष्ठापासून उंची वाढविल्यास त्या उपग्रहाची स्पर्श रेषेतील गती कमी होते.

स्पष्टीकरण : उपग्रहाची भूपृष्ठापासूनची उंची वाढविल्यास त्या उपग्रहावर क्रिया करणारे पृथ्वीचे गुरुत्वीय बल कमी होते.

आ. मंगळयानाचा सुरुवातीचा वेग हा पृथ्वीच्या …………… पेक्षा अधिक असणे आवश्यक आहे.

उत्तर :

मंगळयानाचा सुरुवातीचा वेग हा पृथ्वीच्या मुक्तिवेगा पेक्षा अधिक असणे आवश्यक आहे.

स्पष्टीकरण : ज्या विशिष्ट आरंभ वेगामुळे पृथ्वीच्या अथवा इतर ग्रहाच्या पृष्ठभागापासून सरळ वर जाणारी वस्तू पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणापासून मुक्त होते त्यास मुक्तिवेग म्हणतात. या वेळी वस्तू पृथ्वीपासून अथवा त्या ग्रहापासून अनंत अंतरावर जाऊन स्थिर होते. म्हणून पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षण शक्तीबाहेर उपग्रह नेण्यासाठी उपग्रहाचा वेग मुक्तिवेगापेक्षा जास्त असणे आवश्यक आहे.

2. खालील विधाने चूक की बरोबर ते ठरवून त्यांचे स्पष्टीकरण लिहा.

अ. एखाद्या यानाला पृथ्वीच्या गुरुत्वबलाच्या प्रभावातून बाहेर पाठवायचे असल्यास त्याचा वेग मुक्तिवेगापेक्षा कमी असावा लागतो.

उत्तर :

हे विधान चूक आहे.

स्पष्टीकरण : ज्या विशिष्ट आरंभ वेगामुळे पृथ्वीच्या अथवा इतर ग्रहाच्या पृष्ठभागापासून सरळ वर जाणारी वस्तू पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणापासून मुक्त होते त्यास मुक्तिवेग म्हणतात. मुक्तिवेगाच्या या व्याख्येवरून वरील विधान चूक आहे हे स्पष्ट होते.

आ. चंद्रावरील मुक्तिवेग पृथ्वीवरील मुक्तीवेगापेक्षा कमी आहे.

उत्तर :

हे विधान बरोबर आहे.

स्पष्टीकरण :

इ. एका विशिष्ट कक्षेत परीभ्रमण करण्यासाठी उपग्रहाला ठराविक वेग द्यावा लागतो.

उत्तर :

स्पष्टीकरण :

ई. उपग्रहाची उंची वाढविल्यास त्याचा वेगही वाढतो.

उत्तर :

हे विधान चूक आहे.

स्पष्टीकरण :

उपग्रहाचा वेग (R + h) च्या वर्गमुळाच्या व्यस्त प्रमाणात बदलतो. म्हणून अंतर वाढविल्यास वेग कमी होतो.

3. खालील प्रश्नांची उत्तरे लिहा.

अ. कृत्रिम उपग्रह म्हणजे काय ? उपग्रहांच्या कार्यानुसार त्यांचे वर्गीकरण कसे करतात ?

उत्तर :

पृथ्वीच्या नियमित परिक्रमा करणारे मानवनिर्मित यंत्र उपकरण म्हणजे कृत्रिम उपग्रह होय. हे उपग्रह सौर ऊर्जेवर चालतात आणि त्यासाठी उपग्रहांवर सौरपंख बसवलेले असतात. कृत्रिम उपग्रहावर संदेश ग्राहक आणि प्रसारकही असतात आणि त्यांद्वारे हे कृत्रिम उपग्रह कार्य करतात.

कृत्रिम उपग्रहांच्या कार्यांनुसार त्यावर विविध उपकरणे बसवलेली असतात. कार्यानुसार उपग्रहांचे पुढीलप्रमाणे प्रकार पडतात :

i) हवामान उपग्रह : हे उपग्रह हवामानविषयक सर्व बाबींचा सतत आढावा घेतात. तापमान, हवेचा दाब, वारे, आर्द्रता, ढगांची स्थिती अशा विविध गोष्टींची माहिती मिळवून हे कृत्रि उपग्रह ती माहिती पृथ्वीकडे पाठवतात. या माहितीचा उपयोग करून हवामानाचा अंदाज व्यक्त केला जातो.

ii) दळणवळण उपग्रह : जगाच्या कोणत्याही भागाशी त्वरित संपर्क साधण्यासाठी आज दूरध्वनी, मोबाईल व संगणकीय दळणवळण ही साधने वापरली जातात. हे दळणवळण अवकाशातील अनेक कृत्रिम उपग्रह एकत्रितरीत्या सुलभतेने घडवून आणतात. त्यामुळेच जगात आता आपण कोणाशीही कधीही संपर्क साधू शकतो व छायाचित्रे, ध्वनिफिती आणि ई-मेल क्षणार्धात पाठवू शकतो.

iii) ध्वनी-चित्र प्रक्षेपक उपग्रह : हे उपग्रह आकाशवाणी व दूरचित्रवाणीचे कार्यक्रम प्रत्यक्ष त्याच क्षणी (Live) प्रसारित करण्याचे कार्य करतात. त्यामुळे जगभरातील घडामोडी, कार्यक्रम, घटना, क्रीडा सामने प्रत्यक्ष त्याच क्षणी घरबसल्या पाहता येतात. तसेच माहितीचे, बातम्यांचे जलदरीत्या आदान-प्रदान होते.

iv) दिशादर्शक उपग्रह : हे कृत्रिम उपग्रह भू-जल-वायू वाहतुकीचे नियंत्रण व सूत्रसंचालनासाठी अत्यंत उपयुक्त असतात. हे उपग्रह पृथ्वीवरील कोणत्याही भौगोलिक स्थानाचे अक्षांश व रेखांश अचूकपणे निश्चित करतात. मोबाइलमधील नकाशे आणि रस्ता दाखवण्याचे नकाशे या दिशादर्शक उपग्रहांमुळेच कार्य करतात.

v) सैनिकी उपग्रह : संरक्षण किंवा लष्करी दृष्टिकोनातून पृथ्वीवरील विविध ठिकाणांची माहिती मिळवणे, विशेषत: सीमारेषांवरील शत्रूच्या हालचालींचे सतत निरीक्षण करणे, क्षेपणास्त्रांचा मागोवा घेणे, आपल्या क्षेपणास्त्रांना दिशा दाखवणे इत्यादी विविध कार्ये हे उपग्रह करतात.

vi) पृथ्वी-निरीक्षक उपग्रह : पृथ्वीची अद्यावत माहिती नियमितपणे मिळवणे, सर्वांनी निरीक्षण करीत राहणे, माहितीचे संकलन व त्याआधारे साधनसंपत्तीचा शोध आणि व्यवस्थापन, महापूर, ज्वालामुखीचा उद्रेक यांसारख्या घटनांचे सतत निरीक्षण व त्यामधील बदलांचा वेध घेणे इत्यादी अनेक कार्ये हे उपग्रह करतात.

vii) अन्य कार्ये : या कार्यांव्यतिरिक्त काही विशिष्ट कार्यांसाठी उपग्रह पाठवते जातात. ज्यात शैक्षणिक उपग्रह (उदा., भारताचा नकाशा), मानवाला अवकाशात संशोधनासाठी अल्प ते दीर्घकालीन वास्तव्य करू देणारा उपग्रह (उदा., अवकाशस्थानक) यांचा समावेश होतो.

आ. उपग्रहाची भ्रमणकक्षा म्हणजे काय ? कृत्रिम उपग्रहाच्या भ्रमणकक्षेचे वर्गीकरण कशाच्या आधारे व कसे केले जाते ?

उत्तर :

उपग्रहाची भ्रमणकक्षा म्हणजे उपग्रहाचा पृथ्वीभोवती परिक्रमा करण्याचा मार्ग होय. कृत्रिम उपग्रहांच्या भ्रमणकक्षेचे तीन प्रकारे वर्गीकरण करता येते :

1) भ्रमणकक्षेचे स्वरूप : उपग्रहांची भ्रमणकक्षा ही वर्तुळाकार किंवा लंबवर्तुळाकार असू शकते.

2) भ्रमणकक्षेचा पृथ्वीच्या विषुववृत्ताशी कोन : कृत्रिम उपग्रहाची भमरणकक्षा ही विषुववृत्ताला समांतर किंवा कोन करणारी असू शकते.

3) भ्रमणकक्षेची उंची : कृत्रिम उपग्रहाची भ्रमणकक्षा भूपृष्ठापासून किती उंचीवर आहे, त्यानुसार भ्रमणकक्षेचे तीन उपप्रकार पडतात.

i) उच्च कक्षा उपग्रह : पृथ्वीच्या भूपृष्ठापासून 35780 km किंवा अधिक उंचीवरील कृत्रिम उपग्रहांना उच्च कक्षा उपग्रह म्हणतात.

ii) मध्यम कक्षा उपग्रह : पृथ्वीच्या भूपृष्ठापासून 2000 km ते 35780 km या उंचीदरम्यान असलेल्या उपग्रहांना मध्यम कक्षा उपग्रह म्हणतात.

iii) निम्न कक्षा उपग्रह : पृथ्वीच्या पृष्ठभागापासून 180 km ते 2000 km या दरम्यान असलेल्या कृत्रिम उपग्रहांना निम्न कक्षा उपग्रह म्हणतात.

इ. धृवीय प्रदेशाच्या अभ्यासासाठी भूस्थिर उपग्रह का उपयोगी पडत नाहीत ?

उत्तर :

स्थिर उपग्रहांची भ्रमणकक्षा ही विषुववृत्ताच्या प्रतलात असते. पृथ्वीचे दैनिक परिवलन गती आणि उपग्रहाची भ्रमणगती यांची दिशा एकच असल्याने त्यांची समोरासमोरील सापेक्ष स्थितीही स्थिर राहते. हे उपग्रह कधीही ध्रुवीय प्रदेशावरून जात नाहीत, तर विषुववृत्तावरील एकाच ठिकाणासमोर स्थिर राहतात. त्यामुळे भूस्थिर उपग्रह ध्रुवीय प्रदेशांच्या अभ्यासासाठी उपयुक्त पडत नाहीत.

ई. उपग्रह प्रक्षेपक म्हणजे काय ? I.S.R.O ने बनविलेल्या एका उपग्रह प्रक्षेपकाचा बाह्य आराखडा आकृतीसह स्पष्ट करा.

उत्तर :

उपग्रहाला अवकाशात एका ठरावीक कक्षेपर्यंत वाहून नेण्याचे काम उपग्रह प्रक्षेपक करतो. उपग्रह प्रक्षेपकाला अंतराळात जाण्यासाठी निश्चित वेग आणि रेटा लागतो. उपग्रहाच्या भ्रमणकक्षेची उंची, प्रक्षेपकाचे स्वत:चे वजन व इंधनाचे वजन यांवर प्रक्षेपण वेग व रेटा या बाबी अवलंबून असतात. त्यानुसारच प्रक्षेपकाचा आराखडा ठरवला जातो.

सुरुवातीच्या काळात एकच सलग प्रक्षेपक बनवला जाई. मात्र इंधन, गती आणि रेटा यांचा पर्याप्त उपयोग करण्यासाठी प्रक्षेपकाचे वजन टप्प्याटप्याने कमी करण्याचा प्रयत्न केला गेला व त्यानुसारच पुढे टप्प्याटप्प्याचे प्रक्षेपक वापरले जाऊ लागले.

ISRO ने PSLV (Polar Satellite Launch Vehicle) हा चार टप्यांचा प्रक्षेपक बनवला आहे. त्याचा आराखडा पुढील आकृतीत स्पष्ट केला आहे.

उ. उपग्रह प्रक्षेपणासाठी एकाहून अधिक/अनेक टप्पे असलेले प्रक्षेपक वापरणे का फायदेशीर आहे ?

उत्तर :

सुरुवातीचे उपग्रह प्रक्षेपक एकाच टप्प्याचे सलग असत. मात्र त्यामुळे त्यांचे वजन व इंधनखर्च जास्त होत असे. मात्र आता एकाहून अधिक टप्पे असलेल्या प्रक्षेपकाच्या प्रवासादरम्यान जसजशी ठरावीक उंची व गती प्राप्त होत जाते, तसतसे इंधनही संपत जाते. अशा इंधन संपलेल्या टाक्या प्रक्षेपकापासून विलग होत जातात व पृथ्वीवर पडतात. त्यामुळे प्रक्षेपकाचे पुढच्या टप्प्यात वजन कमी झाल्याने प्रक्षेपक अधिक वेगाने व तुलनेने कमी इंधन वापरून प्रवास करू शकतो. या फायद्यामुळे आता बहुतेक सर्व प्रक्षेपक हे एकाहून अधिक टप्पे असणारे बनवले जातात.

4. खालील तक्ता पूर्ण करा.

उत्तर :

5. उदाहरणे सोडवा.

अ. एखाद्या ग्रहाचे वस्तुमान पृथ्वीच्या वस्तुमानापेक्षा 8 पट जास्त आणि त्रिज्या पृथ्वीच्या त्रिज्येच्या 2 पट असेल तर त्या ग्रहासाठी मुक्तिवेग किती असेल ?

उत्तर :

आ. पृथ्वीचे वस्तुमान तिचे आहे त्या वस्तुमानपेक्षा चार पट असते तर 35780 किमी उंच कक्षेत फिरणाऱ्या उपग्रहाला पृथ्वीभोवती 1 प्रदक्षिण करण्यास किती कालावधी लागला असता ?

उत्तर :

इ. पृथ्वीभोवती T सेकंदात एक परिक्रमा करणाऱ्या उपग्रहाची भूपृष्ठापासूनची उंची h₁ असेल तर 2 $\sqrt{2}$ T सेकंदात एक परिक्रमा करणाऱ्या उपग्रहाची उंची किती असेल ?

उत्तर :