83- ഭ്രമണ പഥങ്ങൾ

കൃത്രിമ ഉപഗ്രഹങ്ങളുടെ ഭ്രമണപഥങ്ങളും ലഗ്രാഞ്ച് പോയിന്റുകളും: ഒരു സമഗ്രമായ വിശകലനം 

ഭൂമിക്ക് ചുറ്റുമായി വിവിധ ആവശ്യങ്ങൾക്കായി സ്ഥാപിച്ചിട്ടുള്ള കൃത്രിമ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ആധുനിക ലോകത്തിന്റെ അവിഭാജ്യ ഘടകമാണ്. വാർത്താവിനിമയം, കാലാവസ്ഥാ നിരീക്ഷണം, ഭൂവിഭവ പഠനം, പ്രതിരോധം, ഗതിനിർണയം തുടങ്ങി നിരവധി മേഖലകളിൽ ഈ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ നിർണായക പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. ഈ ഉപഗ്രഹങ്ങളെ ബഹിരാകാശത്ത് സ്ഥാപിക്കുന്നതിന് പ്രധാനമായും മൂന്ന് തരം ഭ്രമണപഥങ്ങളാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്: ലോ എർത്ത് ഓർബിറ്റ് (LEO), മീഡിയം എർത്ത് ഓർബിറ്റ് (MEO), ജിയോസ്റ്റേഷനറി എർത്ത് ഓർബിറ്റ് (GEO) അഥവാ ഹൈ എർത്ത് ഓർബിറ്റ് (HEO). ഇവയോരോന്നിനും അതിൻ്റേതായ സവിശേഷതകളും ഉപയോഗങ്ങളുമുണ്ട്. കൂടാതെ, ഭൂമിയുടെയും സൂര്യൻ്റെയും ഗുരുത്വാകർഷണ ബലങ്ങൾ സന്തുലിതമാകുന്ന ലഗ്രാഞ്ച് പോയിന്റുകളും ബഹിരാകാശ ഗവേഷണത്തിൽ സുപ്രധാന സ്ഥാനമാണ് അലങ്കരിക്കുന്നത്. ഈ ലേഖനത്തിൽ, ഈ ഭ്രമണപഥങ്ങളെയും ലഗ്രാഞ്ച് പോയിന്റുകളെയും കുറിച്ചുള്ള വിശദാംശങ്ങൾ ഉദാഹരണങ്ങൾ സഹിതം ചർച്ച ചെയ്യുന്നു. 

ലോ എർത്ത് ഓർബിറ്റ് (LEO) 

പേര് സൂചിപ്പിക്കുന്നത് പോലെ, ഭൂമിയുടെ ഉപരിതലത്തോട് ഏറ്റവും അടുത്തുള്ള ഭ്രമണപഥമാണ് ലോ എർത്ത് ഓർബിറ്റ്. ഇത് ഭൂമിയിൽ നിന്ന് ഏകദേശം 160 കിലോമീറ്റർ മുതൽ 2,000 കിലോമീറ്റർ വരെ ഉയരത്തിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നു. അന്താരാഷ്ട്ര ബഹിരാകാശ നിലയം (International Space Station - ISS) ഉൾപ്പെടെ ബഹിരാകാശത്തെ ഭൂരിഭാഗം കൃത്രിമ വസ്തുക്കളും ഈ ഭ്രമണപഥത്തിലാണ് ഭൂമിയെ ചുറ്റുന്നത്. 

LEO-യുടെ സവിശേഷതകൾ: 

കുറഞ്ഞ ഉയരം: ഭൂമിയോട് അടുത്തായതിനാൽ, ഈ ഭ്രമണപഥത്തിലുള്ള ഉപഗ്രഹങ്ങൾക്ക് ഭൂമിയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ നിന്നുള്ള വിവരങ്ങൾ വളരെ വ്യക്തമായി ലഭിക്കുന്നു. 

കുറഞ്ഞ കാലയളവ്: ഭൂമിയോട് അടുത്തായതിനാൽ, LEO ഉപഗ്രഹങ്ങൾക്ക് ഒരു തവണ ഭൂമിയെ ചുറ്റാൻ ഏകദേശം 90 മിനിറ്റ് മുതൽ 120 മിനിറ്റ് വരെ സമയം മതിയാകും. 

കൂടിയ വേഗത: കുറഞ്ഞ ഉയരത്തിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നതിനാൽ, ഗുരുത്വാകർഷണത്തെ മറികടക്കാൻ ഈ ഉപഗ്രഹങ്ങൾക്ക് ഉയർന്ന വേഗത ആവശ്യമാണ്. 

LEO-യുടെ ഉപയോഗങ്ങൾ: 

ഭൂമി നിരീക്ഷണം (Earth Observation): കാലാവസ്ഥാ പ്രവചനം, ഭൂവിഭവങ്ങളുടെ പഠനം, ദുരന്ത നിവാരണം തുടങ്ങിയ ആവശ്യങ്ങൾക്കായുള്ള ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ഈ ഭ്രമണപഥത്തിലാണ് സ്ഥാപിക്കുന്നത്. ഉദാഹരണത്തിന്, ലാൻഡ്സാറ്റ് (Landsat) പരമ്പരയിലുള്ള ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ഭൂമിയുടെ ചിത്രങ്ങൾ പകർത്തുകയും ഭൂമിയുടെ മാറ്റങ്ങൾ നിരീക്ഷിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. 

വാർത്താവിനിമയം (Communication): ചില വാർത്താവിനിമയ ഉപഗ്രഹങ്ങളും LEO-യിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നുണ്ട്. ഐറിഡിയം (Iridium) പോലുള്ള ഗ്ലോബൽ മൊബൈൽ പേഴ്സണൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റം (GMPCS) LEO ഉപഗ്രഹങ്ങളുടെ ഒരു വലിയ ശൃംഖലയാണ്. 

ശാസ്ത്രീയ ഗവേഷണം (Scientific Research): അന്താരാഷ്ട്ര ബഹിരാകാശ നിലയം (ISS) LEO-യിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന ഒരു പ്രധാന ഗവേഷണ കേന്ദ്രമാണ്. ഇവിടെ ബഹിരാകാശ യാത്രികർക്ക് താമസിച്ച് വിവിധ ശാസ്ത്രീയ പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്താൻ സാധിക്കുന്നു. LEO-യിൽ നിന്നുള്ള മറ്റൊരു പ്രധാന ദൗത്യമാണ് ഹബിൾ ബഹിരാകാശ ദൂരദർശിനി (Hubble Space Telescope) പ്രപഞ്ചത്തെ നിരീക്ഷിക്കുന്നത്. 

ഓരോ മാസവും ഡസൻ കണക്കിന് പുതിയ ഉപഗ്രഹങ്ങളെ LEO-യിലേക്ക് വിക്ഷേപിക്കുന്നുണ്ട്. സ്റ്റാർലിങ്ക് (Starlink), വൺവെബ് (OneWeb) പോലുള്ള വലിയ ഉപഗ്രഹ ശൃംഖലകൾ ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ഇന്റർനെറ്റ് ലഭ്യത വർദ്ധിപ്പിക്കുക എന്ന ലക്ഷ്യത്തോടെ LEO-യിൽ സ്ഥാപിക്കപ്പെട്ടുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു. 

മീഡിയം എർത്ത് ഓർബിറ്റ് (MEO) 

2,000 കിലോമീറ്റർ ഉയരത്തിൽ നിന്ന് ജിയോസിൻക്രണസ് ഓർബിറ്റിന്റെ (Geosynchronous Orbit) പരിധി വരെയുള്ള ഭ്രമണപഥമാണ് മീഡിയം എർത്ത് ഓർബിറ്റ്. ഈ ഭ്രമണപഥം LEO-യെക്കാൾ ഉയർന്നതും HEO-യെക്കാൾ താഴ്ന്നതുമാണ്. 

MEO-യുടെ സവിശേഷതകൾ: 

ഇടത്തരം ഉയരം: LEO-യെ അപേക്ഷിച്ച് കൂടുതൽ വിസ്തൃതമായ ഭൂപ്രദേശം നിരീക്ഷിക്കാൻ സാധിക്കുന്നു. 

ഇടത്തരം കാലയളവ്: ഒരു തവണ ഭൂമിയെ ചുറ്റാൻ LEO-യെക്കാൾ കൂടുതൽ സമയം എടുക്കുന്നു. ഏകദേശം 6 മുതൽ 12 മണിക്കൂർ വരെയാണ് സാധാരണയായി വേണ്ടിവരുന്നത്. 

MEO-യുടെ ഉപയോഗങ്ങൾ: 

ഗതിനിർണയ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ (Navigation Satellites): ഗ്ലോബൽ പൊസിഷനിംഗ് സിസ്റ്റം (GPS), ഗ്ലോനാസ് (GLONASS), ഗലീലിയോ (Galileo), ബെയ്ഡൗ (BeiDou) തുടങ്ങിയ ഗതിനിർണയ ഉപഗ്രഹങ്ങളെല്ലാം MEO-യിലാണ് സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്. ഈ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ഭൂമിയിലെവിടെയുമുള്ള ആളുകൾക്ക് അവരുടെ സ്ഥാനം കൃത്യമായി നിർണ്ണയിക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു. 

വാർത്താവിനിമയം (Communication): ചില വാർത്താവിനിമയ ആവശ്യങ്ങൾക്കും MEO ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്. 

ഹൈ എർത്ത് ഓർബിറ്റ് (HEO) അഥവാ ജിയോസ്റ്റേഷനറി ഓർബിറ്റ് (GEO) 

ഭൂമിയിൽ നിന്ന് ഏകദേശം 35,780 കിലോമീറ്റർ ഉയരത്തിൽ ഭൂമധ്യരേഖയ്ക്ക് നേരെ മുകളിലായി സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന ഒരു പ്രത്യേക തരം ഹൈ എർത്ത് ഓർബിറ്റാണ് ജിയോസ്റ്റേഷനറി ഓർബിറ്റ് (GEO). ഈ ഭ്രമണപഥത്തിന് ഒരു പ്രത്യേകതയുണ്ട്. ഭൂമി സ്വന്തം അച്ചുതണ്ടിൽ കറങ്ങുന്ന അതേ വേഗതയിൽത്തന്നെയാണ് ഈ ഭ്രമണപഥത്തിലുള്ള ഉപഗ്രഹങ്ങളും കറങ്ങുന്നത്. അതിനാൽ, ഭൂമിയിൽ നിന്ന് നോക്കുമ്പോൾ ഈ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ഒരേ സ്ഥാനത്ത് സ്ഥിരമായി നിൽക്കുന്നതായി അനുഭവപ്പെടും. 

HEO/GEO-യുടെ സവിശേഷതകൾ: 

വളരെ ഉയർന്ന ഉയരം: ഭൂമിയുടെ ഒരു വലിയ ഭാഗം ഒരേ സമയം നിരീക്ഷിക്കാൻ സാധിക്കുന്നു. 

സ്ഥിരമായ സ്ഥാനം: ഭൂമിയിൽ നിന്ന് നോക്കുമ്പോൾ ചലിക്കാത്തതായി തോന്നുന്നതിനാൽ, ഭൂമിയിലെ സ്ഥിരമായ ആന്റിനകളെ ഉപയോഗിച്ച് എളുപ്പത്തിൽ ബന്ധം സ്ഥാപിക്കാൻ സാധിക്കുന്നു. 

24 മണിക്കൂർ പരിക്രമണ സമയം: ഭൂമിയുടെ ഭ്രമണ സമയത്തിന് തുല്യമായതിനാൽ, ഉപഗ്രഹം ഭൂമിയോടൊപ്പം കറങ്ങുന്നു. 

HEO/GEO-യുടെ ഉപയോഗങ്ങൾ: 

വാർത്താവിനിമയം (Communication): ടിവി സംപ്രേക്ഷണം, ടെലിഫോൺ, ഇന്റർനെറ്റ് തുടങ്ങിയ ആവശ്യങ്ങൾക്കുള്ള ഭൂരിഭാഗം ഉപഗ്രഹങ്ങളും GEO-യിലാണ് സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഇൻസാറ്റ് (INSAT) പരമ്പരയിലുള്ള ഇന്ത്യൻ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ഇതിന് ഉദാഹരണമാണ്. 

കാലാവസ്ഥാ നിരീക്ഷണം (Weather Monitoring): ഭൂമിയുടെ ഒരു വലിയ ചിത്രം ഒരേ സമയം ലഭ്യമാക്കുന്നതിനാൽ, കാലാവസ്ഥാ പ്രവചനത്തിനും കൊടുങ്കാറ്റുകൾ പോലുള്ള പ്രതിഭാസങ്ങൾ നിരീക്ഷിക്കുന്നതിനും GEO ഉപഗ്രഹങ്ങൾ വളരെ പ്രയോജനകരമാണ്. മെറ്റിയോസാറ്റ് (Meteosat) പോലുള്ള യൂറോപ്യൻ കാലാവസ്ഥാ നിരീക്ഷണ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ഈ ഗണത്തിൽപ്പെടുന്നു. 

ലഗ്രാഞ്ച് പോയിന്റുകൾ (Lagrange Points) 

സൂര്യൻ-ഭൂമി വ്യൂഹത്തിലെ സുപ്രധാനമായ ബഹിരാകാശ സ്ഥാനങ്ങളാണ് ലഗ്രാഞ്ച് പോയിന്റുകൾ. 18-ാം നൂറ്റാണ്ടിൽ ഗണിതശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജോസഫ് ലൂയി ലഗ്രാഞ്ച് ആണ് ഈ പോയിന്റുകളെക്കുറിച്ച് ആദ്യമായി വിശദീകരിക്കുന്നത്. ഒരു വലിയ വസ്തുവും (ഉദാഹരണത്തിന് സൂര്യൻ) ഒരു ചെറിയ വസ്തുവും (ഉദാഹരണത്തിന് ഭൂമി) ഭ്രമണം ചെയ്യുമ്പോൾ, അവയുടെ ഗുരുത്വാകർഷണ ബലങ്ങൾ പരസ്പരം റദ്ദാക്കുന്ന അഞ്ച് പ്രത്യേക സ്ഥാനങ്ങൾ ബഹിരാകാശത്ത് രൂപം കൊള്ളുന്നു. ഈ സ്ഥാനങ്ങളെയാണ് ലഗ്രാഞ്ച് പോയിന്റുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നത്. 

സൂര്യൻ-ഭൂമി വ്യൂഹത്തിൽ അഞ്ച് ലഗ്രാഞ്ച് പോയിന്റുകളുണ്ട്: L1, L2, L3, L4, L5. 

L1: ഭൂമിക്കും സൂര്യനുമിടയിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന ഈ പോയിന്റിൽ, സൂര്യന്റെ ഗുരുത്വാകർഷണം ഒരു വസ്തുവിനെ വലിക്കുമ്പോൾ, ഭൂമിയുടെ ഗുരുത്വാകർഷണം അതിനെ ഭാഗികമായി റദ്ദാക്കുന്നു, ഇത് സൂര്യനെ ചുറ്റുന്ന ഒരു വസ്തുവിന് സ്ഥിരത നൽകുന്നു. ഇത് സൂര്യനെ നിരീക്ഷിക്കുന്നതിനുള്ള മികച്ച സ്ഥാനമാണ്. നാസയുടെ സോളാർ ആൻഡ് ഹീലിയോസ്ഫെറിക് ഒബ്സർവേറ്ററി (SOHO) ഇവിടെ സ്ഥാപിച്ചിട്ടുള്ള ഒരു പ്രധാന ദൂരദർശിനിയാണ്. 

L2: ഭൂമിയുടെ മറുവശത്ത്, സൂര്യനിൽ നിന്ന് അകലെ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന ഈ പോയിന്റിൽ, സൂര്യന്റെയും ഭൂമിയുടെയും സംയുക്ത ഗുരുത്വാകർഷണ ബലം ഒരു വസ്തുവിനെ ഈ സ്ഥാനത്ത് നിലനിർത്താൻ സഹായിക്കുന്നു. വിദൂര പ്രപഞ്ചത്തെ നിരീക്ഷിക്കുന്നതിനുള്ള അനുയോജ്യമായ സ്ഥലമാണിത്. ജെയിംസ് വെബ് ബഹിരാകാശ ദൂരദർശിനി (James Webb Space Telescope) ഇവിടെയാണ് സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്. 

L3: സൂര്യൻ്റെ മറുവശത്ത്, ഭൂമിയുടെ ഭ്രമണപഥത്തിന് എതിർവശത്തായി സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന ഈ പോയിന്റ് അസ്ഥിരമാണ്. 

L4, L5: ഭൂമിയുടെ ഭ്രമണപഥത്തിൽ, ഭൂമിക്കും സൂര്യനുമായി 60 ഡിഗ്രി കോണളവിൽ മുന്നിലും പിന്നിലുമായി സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന ഈ രണ്ട് പോയിന്റുകളും കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുള്ളവയാണ്. ഈ പോയിന്റുകളിൽ ചെറിയ ഛിന്നഗ്രഹങ്ങൾ (ട്രോജൻ ഛിന്നഗ്രഹങ്ങൾ) കാണപ്പെടുന്നു. ഭാവിയിൽ ബഹിരാകാശ കോളനികൾ സ്ഥാപിക്കാൻ ഈ സ്ഥലങ്ങൾ പരിഗണിക്കാവുന്നതാണ്. 

സൂര്യൻ-ഭൂമി വ്യൂഹത്തിലെ അഞ്ച് ലഗ്രാഞ്ച് പോയിന്റുകളിൽ L4, L5 എന്നീ അവസാനത്തെ രണ്ട് പോയിന്റുകളാണ് സ്ഥിരതയുള്ളത്. മറ്റ് മൂന്ന് പോയിന്റുകളായ L1, L2, L3 എന്നിവ അസ്ഥിരമാണ്. ഒരു കുത്തനെയുള്ള കുന്നിൻ മുകളിൽ ബാലൻസ് ചെയ്യുന്ന ഒരു പന്ത് പോലെയാണ് ഈ പോയിന്റുകളിലെ ഉപഗ്രഹങ്ങളുടെ അവസ്ഥ. ചെറിയൊരു തടസ്സം പോലും അവയെ ആ സ്ഥാനത്ത് നിന്ന് തെറ്റിച്ചുവിടാൻ സാധ്യതയുണ്ട്. അതിനാൽ, ഈ മൂന്ന് പോയിന്റുകളിലുള്ള ഉപഗ്രഹങ്ങൾക്ക് അവയുടെ സ്ഥാനം നിലനിർത്താൻ നിരന്തരമായ ക്രമീകരണം ആവശ്യമാണ്. എന്നാൽ, L4, L5 പോയിന്റുകളിലെ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ഒരു പാത്രത്തിലെ പന്ത് പോലെയാണ്. അവ സ്ഥാനത്ത് നിന്ന് മാറിയാലും, ഗുരുത്വാകർഷണ ബലം അവയെ തിരികെ ലഗ്രാഞ്ച് പോയിന്റിലേക്ക് കൊണ്ടുവരും. 

ഉപസംഹാരം 

കൃത്രിമ ഉപഗ്രഹങ്ങളെ ബഹിരാകാശത്ത് സ്ഥാപിക്കുന്നതിന് ഉപയോഗിക്കുന്ന വിവിധ ഭ്രമണപഥങ്ങളും ലഗ്രാഞ്ച് പോയിന്റുകളും ഓരോന്നിനും അതിൻ്റേതായ പ്രാധാന്യവും ഉപയോഗങ്ങളുമുണ്ട്. ലോ എർത്ത് ഓർബിറ്റ് ഭൂമി നിരീക്ഷണത്തിനും ചില വാർത്താവിനിമയങ്ങൾക്കും ശാസ്ത്രീയ ഗവേഷണത്തിനും അനുയോജ്യമാണ്. മീഡിയം എർത്ത് ഓർബിറ്റ് ഗതിനിർണയ ഉപഗ്രഹങ്ങൾക്ക് പ്രധാനമാണ്. ഹൈ എർത്ത് ഓർബിറ്റ് അഥവാ ജിയോസ്റ്റേഷനറി ഓർബിറ്റ് വാർത്താവിനിമയത്തിനും കാലാവസ്ഥാ നിരീക്ഷണത്തിനും ഒഴിച്ചുകൂടാൻ പറ്റാത്തതാണ്. ലഗ്രാഞ്ച് പോയിന്റുകൾ, പ്രത്യേകിച്ച് L1, L2 എന്നിവ ബഹിരാകാശ ദൂരദർശിനികൾക്കും ശാസ്ത്രീയ പഠനങ്ങൾക്കും തന്ത്രപരമായ സ്ഥാനങ്ങൾ നൽകുന്നു. ബഹിരാകാശ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വളർച്ചയിൽ ഈ ഭ്രമണപഥങ്ങൾക്കും ലഗ്രാഞ്ച് പോയിന്റുകൾക്കുമുള്ള പങ്ക് വളരെ വലുതാണ്. ഭാവിയിലെ ബഹിരാകാശ ദൗത്യങ്ങൾക്കും ഗവേഷണങ്ങൾക്കും ഈ സ്ഥാനങ്ങൾ കൂടുതൽ പ്രയോജനകരമാകും എന്നതിൽ സംശയമില്ല.