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रॉकेट भौतिकी एवं प्रणोदन के मूलभूत सिद्धांत: संवेग संरक्षण से क्रायोजेनिक्स तक
अध्याय 18 में हमने समझा कि किसी उपग्रह को निम्न भू-कक्षा (LEO) में स्थापित करने के लिए लगभग 7.9 km/s (~28,400 km/h) का कक्षीय वेग और पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से बाहर (चंद्र या मंगल मिशन पर) भेजने के लिए 11.2 km/s का पलायन वेग आवश्यक है। पृथ्वी के सघन वायुमंडल और गुरुत्वाकर्षण को चीरते हुए कई टन भारी उपग्रह को इस अत्यधिक वेग तक पहुँचाने वाली मशीन ही प्रक्षेपण यान (Launch Vehicle / Rocket) है।
1. रॉकेट की कार्यप्रणाली के 4 मूलभूत भौतिक नियम
- 1. न्यूटन का गति का तृतीय नियम एवं रेखीय संवेग संरक्षण (Conservation of Linear Momentum): जेट विमान के विपरीत, रॉकेट को आगे बढ़ने के लिए बाहरी वायुमंडल पर धक्का लगाने की आवश्यकता नहीं होती — वास्तव में रॉकेट निर्वात (Vacuum) में वायुमंडल की तुलना में अधिक दक्षता से कार्य करता है (क्योंकि निर्वात में बाहरी वायुमंडलीय दाब शून्य होता है और निकास गैसें बिना प्रतिरोध के फैलती हैं)। जब दहन कक्ष (Combustion chamber) में ईंधन (Fuel) और ऑक्सीकारक (Oxidizer) जलकर उच्च वेग (ve) से पीछे की ओर निकलते हैं (क्रिया), तो संवेग संरक्षण के कारण रॉकेट पर आगे की ओर प्रणोद (Thrust, F = ṁ ve) लगता है (प्रतिक्रिया)।
- 2. त्सिओलकोव्स्की का रॉकेट समीकरण (Tsiolkovsky Rocket Equation — 1903): रूसी वैज्ञानिक कॉन्स्टेंटिन त्सिओलकोव्स्की ने सिद्ध किया कि रॉकेट द्वारा प्राप्त अधिकतम वेग परिवर्तन (Δv) दो कारकों पर निर्भर करता है:
Δv = ve ln(m0 / mf) = Isp g0 ln(m0 / mf)
जहाँ ve = निकास गैसों का प्रभावी वेग, Isp = प्रणोदक का विशिष्ट आवेग (Specific Impulse, सेकंड में), g0 = मानक गुरुत्वीय त्वरण (9.8 m/s2), m0 = रॉकेट का प्रारंभिक कुल द्रव्यमान (ईंधन सहित), और mf = ईंधन जलने के बाद का अंतिम शुष्क द्रव्यमान (Dry mass)। - 3. रॉकेट में कई चरण (Multi-stage Rocket) क्यों होते हैं? ('Tyranny of the Rocket Equation'): यदि एक ही विशाल ईंधन टैंक वाला एकल-चरण रॉकेट (Single-stage rocket) बनाया जाए, तो ईंधन जलते जाने के बाद भी रॉकेट को पूरे रास्ते उस खाली विशाल धातु टैंक का मृत भार (Dead weight) ढोना पड़ेगा, जिससे mf बड़ा रहेगा और कक्षीय वेग (7.9 km/s) प्राप्त नहीं हो पाएगा। इसीलिए रॉकेट को 3 या 4 चरणों (Stages) में बनाया जाता है: जैसे ही प्रथम चरण का ईंधन समाप्त होता है, उसे अलग कर गिरा दिया जाता है (Stage Jettisoning), जिससे रॉकेट हल्का हो जाता है और अगला चरण कम ईंधन में बहुत अधिक त्वरण देता है।
- 4. विशिष्ट आवेग (Specific Impulse — Isp): जिस प्रकार कार की दक्षता 'किमी प्रति लीटर' में मापी जाती है, उसी प्रकार रॉकेट इंजन और ईंधन की दक्षता विशिष्ट आवेग (Isp — इकाई भार के प्रणोदक द्वारा प्रति सेकंड उत्पन्न प्रणोद, मात्रक: सेकंड) में मापी जाती है। निकास गैस के अणु जितने हल्के और जितने गर्म होंगे, उनका निकास वेग और Isp उतना ही अधिक होगा — यही कारण है कि सबसे हल्की गैस हाइड्रोजन (H2, आणविक द्रव्यमान = 2) पर आधारित क्रायोजेनिक इंजन उच्चतम रासायनिक विशिष्ट आवेग (~450 सेकंड) प्रदान करते हैं!
2. रॉकेट प्रणोदन प्रणालियों (Rocket Propulsion Systems) का तुलनात्मक विश्लेषण
एक रॉकेट प्रणोदक (Propellant) में दो घटक होते हैं: ईंधन (Fuel) जो जलता है, और ऑक्सीकारक (Oxidizer) जो अंतरिक्ष के निर्वात में दहन के लिए ऑक्सीजन प्रदान करता है (जबकि वायु-श्वसन इंजन वायुमंडल से ऑक्सीजन लेते हैं)।
| प्रणोदन का प्रकार | प्रयुक्त ईंधन (Fuel) + ऑक्सीकारक (Oxidizer) | विशिष्ट आवेग (Isp) | प्रमुख वैज्ञानिक गुण, सीमाएँ एवं ISRO के इंजन/चरण |
|---|---|---|---|
| 1. ठोस प्रणोदन (Solid Propulsion) | ईंधन: HTPB (Hydroxyl-Terminated Polybutadiene) + एल्युमिनियम चूर्ण ऑक्सीकारक: अमोनियम परक्लोरेट (NH4ClO4) |
~260–285 सेकंड (कम दक्षता, किंतु अत्यधिक प्रारंभिक थ्रस्ट) |
लाभ: सरल संरचना, वर्षों तक सुरक्षित भंडारण, लिफ्ट-ऑफ के समय भारी रॉकेट को उठाने हेतु प्रचंड बल। सीमा: एक बार प्रज्वलित होने के बाद इसे बंद (Shut-off), पुनः चालू (Restart) या नियंत्रित (Throttle) नहीं किया जा सकता। ISRO: S139 (PSLV प्रथम चरण), S200 (LVM3 के दो स्ट्रैप-ऑन बूस्टर), तथा SSLV के तीनों मुख्य चरण (SS1, SS2, SS3)। |
| 2. द्रव प्रणोदन (Earth-Storable Hypergolic Liquid Propulsion) | ईंधन: UDMH (Unsymmetrical Dimethylhydrazine) या MMH ऑक्सीकारक: नाइट्रोजन टेट्रॉक्साइड (N2O4 / MON-3) |
~295–320 सेकंड (मध्यम दक्षता, उच्च नियंत्रणीयता) |
लाभ: ये हाइपरगोलिक (Hypergolic) होते हैं — अर्थात् ईंधन और ऑक्सीकारक आपस में स्पर्श करते ही बिना किसी बाहरी चिंगारी (Igniter) के स्वतः जल उठते हैं; इन्हें वाल्व द्वारा रोका, पुनः चालू (Restart) और थ्रॉटल (कम-ज्यादा) किया जा सकता है। सीमा: UDMH और N2O4 अत्यंत विषाक्त और संक्षारक (Toxic & Corrosive) हैं। ISRO: विकास इंजन (Vikas Engine) — PSLV का द्वितीय चरण (PS2), GSLV का द्वितीय चरण (GS2), और LVM3 का कोर चरण (L110, जिसमें 2 विकास इंजन लगे हैं)। |
| 3. क्रायोजेनिक प्रणोदन (Cryogenic Propulsion) | ईंधन: द्रव हाइड्रोजन (LH2, −253°C पर) ऑक्सीकारक: द्रव ऑक्सीजन (LOX, −183°C पर) |
~440–455 सेकंड (सभी रासायनिक इंजनों में सर्वोच्च दक्षता) |
लाभ: प्रति किलोग्राम प्रणोदक सर्वाधिक थ्रस्ट (ठोस व द्रव से ~50% अधिक दक्ष); भारी उपग्रहों (4+ टन) को GTO में भेजने हेतु अनिवार्य; दहन उत्पाद केवल जलवाष्प (H2O — पूर्णतः स्वच्छ) है। चुनौती: −253°C पर अति-ठंडे तरल गैसों का तापीय इन्सुलेशन, धातु भंगुरता और उच्च-गति टर्बोपंप। ISRO: CE-7.5 (GSLV Mk-II का तृतीय चरण CUS — स्टैज्ड कम्बस्चन चक्र) और CE-20 (LVM3 का तृतीय चरण C25 — गैस जनरेटर चक्र, 20 टन थ्रस्ट)। |
| 4. सेमी-क्रायोजेनिक प्रणोदन (Semi-Cryogenic Propulsion) | ईंधन: रिफाइंड केरोसिन (RP-1 / 'Isrosene' — सामान्य कमरे के तापमान पर) ऑक्सीकारक: द्रव ऑक्सीजन (LOX, −183°C पर) |
~330–350 सेकंड (उच्च घनत्व + उच्च थ्रस्ट + पर्यावरण-अनुकूल) |
लाभ: इसमें केवल ऑक्सीकारक (LOX) क्रायोजेनिक है जबकि ईंधन (Isrosene) कमरे के तापमान पर रहता है! द्रव हाइड्रोजन की तुलना में केरोसिन का घनत्व ~11 गुना अधिक होता है, इसलिए छोटे टैंक में अधिक ईंधन आता है और यह विषाक्त UDMH का स्वच्छ, सस्ता विकल्प है (प्रथम चरण बूस्टर के लिए आदर्श)। ISRO: SE-2000 (SCE-200) — 2,000 kN (200 टन) थ्रस्ट इंजन; LVM3 के SC120 चरण और NGLV में प्रयुक्त होगा। |
| 5. मिथेन-आधारित हरित क्रायो प्रणोदन (Methalox — LOX + Liquid Methane) | ईंधन: द्रव मिथेन (LCH4, −161.6°C पर) ऑक्सीकारक: द्रव ऑक्सीजन (LOX, −183°C पर) |
~360–380 सेकंड | लाभ: पुनः प्रयोज्य रॉकेटों (Reusable Rockets) के लिए सर्वश्रेष्ठ क्योंकि केरोसिन के विपरीत मिथेन जलने पर इंजन नोजल में कालिख (Coking / Soot) जमा नहीं करता, जिससे इंजन को बिना ओवरहॉल किए तुरंत दोबारा उड़ाया जा सकता है; साथ ही मिथेन व LOX दोनों लगभग समान तापमान (−162°C व −183°C) पर रहते हैं। ISRO: NGLV 'प्रोजेक्ट सूर्य' (PIB नवंबर 2026)। |
| 6. विद्युत / आयन प्रणोदन (Electric / Hall-Effect Ion Propulsion — EPS) | प्रणोदक: जीनॉन (Xenon) या क्रिप्टॉन/आर्गन अक्रिय गैस (सौर पैनलों की विद्युत से आयनित) | ~1,500–3,000+ सेकंड (अत्यधिक Isp, किंतु बहुत कम थ्रस्ट — mN में) |
लाभ: उपग्रह के भीतर कक्षा संधारण (Station-keeping) और गहरे अंतरिक्ष मिशनों में रासायनिक ईंधन के भार को 70–80% तक घटा देता है, जिससे उपग्रह की आयु 15+ वर्ष हो जाती है (जैसे GSAT-9 तथा 2026–27 का समर्पित EPS उपग्रह — PIB जून 2026)। सीमा: थ्रस्ट बहुत कम (कागज के टुकड़े के भार के बराबर) होने से पृथ्वी से रॉकेट लॉन्च करने में प्रयुक्त नहीं हो सकता, केवल अंतरिक्ष के निर्वात में ही कार्य करता है। |
परीक्षा-स्तरीय विस्तृत विश्लेषण: ISRO के प्रक्षेपण यानों की 5 पीढ़ियाँ (SLV-3 से NGLV 'सूर्य' तक)
UPSC Prelims 2018 (Q95) में सीधे पूछा गया था कि PSLV और GSLV Mk-III (LVM3) में कितने चरण होते हैं, कौन-सा चरण ठोस (Solid) है और कौन-सा द्रव (Liquid) या क्रायोजेनिक (Cryogenic), तथा प्रत्येक रॉकेट किस कक्षा के लिए बनाया गया है। आइए भारत के प्रक्षेपण यानों के संपूर्ण विकास-क्रम और वास्तुकला का परीक्षा-स्तरीय विश्लेषण करें:
1. परिचालन प्रक्षेपण यानों की विस्तृत तुलना (PSLV बनाम GSLV बनाम LVM3 बनाम SSLV)
- ध्रुवीय उपग्रह प्रक्षेपण यान (PSLV — 'Workhorse of ISRO', प्रथम सफल उड़ान: अक्टूबर 1994):
- 4-चरणीय वास्तुकला (UPSC Prelims 2018 Q95 का सबसे मुख्य बिंदु): PSLV दुनिया का पहला ऐसा रॉकेट था जिसमें क्रमिक रूप से ठोस और द्रव चरणों (Alternating Solid and Liquid Stages: 1st Solid → 2nd Liquid → 3rd Solid → 4th Liquid) का उपयोग किया गया। इसके प्रथम चरण में S139 ठोस मोटर (HTPB), द्वितीय चरण में 1 विकास द्रव इंजन, तृतीय चरण में केवलार-पॉलीमाइड केसिंग वाली ठोस मोटर और चतुर्थ चरण (PS4) में दो MMH + MON द्रव इंजन होते हैं।
- PSLV के 5 संस्करण (Variants): स्ट्रैप-ऑन बूस्टरों की संख्या के आधार पर PSLV के 5 रूप हैं: (1) PSLV-CA (Core Alone — 0 स्ट्रैप-ऑन), (2) PSLV-DL (2 स्ट्रैप-ऑन), (3) PSLV-QL (4 स्ट्रैप-ऑन), (4) PSLV-G (Standard — 6 छोटे स्ट्रैप-ऑन), और (5) PSLV-XL (6 बड़े विस्तारित स्ट्रैप-ऑन — चंद्रयान-1 [2008], मंगलयान [2013], AstroSat [2015] और आदित्य-L1 [2023] में प्रयुक्त)।
- POEM-04 (PSLV Orbital Experimental Module — दिसंबर 2024–2025): उपग्रहों को कक्षा में स्थापित करने के बाद PSLV का चौथा चरण (PS4) अंतरिक्ष मलबा बनने के बजाय सौर पैनलों, लिथियम-आयन बैटरी और नेविगेशन की मदद से महीनों तक अंतरिक्ष में एक सक्रिय सूक्ष्म-गुरुत्वाकर्षण प्रयोगशाला के रूप में काम करता है। दिसंबर 2024 के PSLV-C60 / SPADEX मिशन में POEM-04 ने अंतरिक्ष में भारत के प्रथम जैविक प्रयोग (लोबिया/Cowpea के बीजों का अंकुरण — CROPS) और रोबोटिक भुजा (Walking Robotic Arm) सहित 24 पेलोड का सफल परीक्षण किया!
- भू-तुल्यकालिक उपग्रह प्रक्षेपण यान (GSLV Mk-II — 'Naughty Boy turned Reliable Performer'):
- 3-चरणीय वास्तुकला: प्रथम चरण में S139 ठोस मोटर के साथ 4 द्रव विकास स्ट्रैप-ऑन (L40), द्वितीय चरण में 1 विकास द्रव इंजन, और तृतीय चरण में स्वदेशी क्रायोजेनिक अपर स्टेज (CUS — CE-7.5 इंजन) होता है।
- ऐतिहासिक क्रायोजेनिक संघर्ष: 1991 में भारत ने रूस की Glavkosmos कंपनी से क्रायोजेनिक इंजन तकनीक हस्तांतरण का समझौता किया था, किंतु 1992–93 में अमेरिका ने MTCR (Missile Technology Control Regime) प्रतिबंध लगाकर तकनीक हस्तांतरण रुकवा दिया। इसके बाद ISRO ने महेंद्रगिरि (तमिलनाडु) और वलियमाला (तिरुवनंतपुरम — LPSC) में 20 वर्षों की कड़ी मेहनत से स्वदेशी CE-7.5 क्रायोजेनिक इंजन विकसित किया, जिसकी पहली सफल उड़ान जनवरी 2014 (GSLV-D5 / GSAT-14) में हुई — जिसने भारत को अमेरिका, रूस, फ्रांस/ESA, चीन और जापान के बाद क्रायोजेनिक तकनीक वाला विश्व का 6ठा देश बनाया!
- 2025–2026 की उपलब्धियाँ: जनवरी 2025 में GSLV-F15 (NVS-02 नेविगेशन उपग्रह) ने श्रीहरिकोटा से ISRO का ऐतिहासिक 100वाँ प्रक्षेपण पूरा किया, तथा GSLV-F16 ने ऐतिहासिक ISRO–NASA संयुक्त सिंथेटिक अपर्चर रडार उपग्रह 'NISAR' को कक्षा में स्थापित किया (PIB PRID=2223136, फरवरी 2026)।
- लॉन्च व्हीकल मार्क-3 (LVM3, पूर्व नाम GSLV Mk-III — 'बाहुबली' एवं मानव-रेटेड HLVM3):
- 3-चरणीय भारी प्रक्षेपण यान (UPSC Prelims 2018 Q95 में इसी को गलत रूप से 4-चरणीय बताया गया था):
- प्रथम चरण (2 × S200 ठोस स्ट्रैप-ऑन बूस्टर): विश्व के सबसे बड़े ठोस बूस्टरों में से एक (प्रत्येक में 205 टन HTPB प्रणोदक); केवल यही दोनों लिफ्ट-ऑफ के समय जलते हैं।
- द्वितीय कोर चरण (L110 द्रव चरण): इसमें 115 टन द्रव प्रणोदक और दो क्लस्टर्ड विकास इंजन (Twin Vikas Engines) होते हैं, जो लिफ्ट-ऑफ के ~113 सेकंड बाद हवा में प्रज्वलित (Air-lit) होते हैं।
- तृतीय ऊपरी चरण (C25 क्रायोजेनिक चरण): 28 टन LH2 + LOX प्रणोदक और पूर्णतः स्वदेशी उच्च-थ्रस्ट CE-20 क्रायोजेनिक इंजन (200 kN / 20 टन थ्रस्ट — गैस जनरेटर चक्र)।
- प्रमुख मिशन एवं पेलोड क्षमता: GTO में 4,000–4,200 kg और LEO में 8,000–10,000 kg। इसने चंद्रयान-2 (2019), चंद्रयान-3 (2023), 72 OneWeb उपग्रह, LVM3-M5 / CMS-03 (भारतीय भूमि से सबसे भारी GTO उपग्रह) और LVM3-M6 / BlueBird Block-2 (भारतीय भूमि से अब तक का सबसे भारी उपग्रह — PIB फरवरी 2026) का शत-प्रतिशत सफल प्रक्षेपण किया है। इसका मानव-रेटेड संस्करण HLVM3 भारत के प्रथम मानव अंतरिक्ष मिशन 'गगनयान' (Gaganyaan) का प्रक्षेपण यान है।
- 3-चरणीय भारी प्रक्षेपण यान (UPSC Prelims 2018 Q95 में इसी को गलत रूप से 4-चरणीय बताया गया था):
- लघु उपग्रह प्रक्षेपण यान (SSLV — Small Satellite Launch Vehicle एवं HAL को प्रौद्योगिकी हस्तांतरण):
- वास्तुकला: 500 kg तक के नैनो/माइक्रो/मिनी उपग्रहों को कम लागत (~₹30–35 करोड़) और न्यूनतम समय (मात्र 72 घंटे में 6 इंजीनियरों द्वारा असेंबल) में LEO में छोड़ने के लिए निर्मित। इसमें 3 ठोस चरण (SS1, SS2, SS3 — HTPB) और शीर्ष पर उपग्रहों को सटीक कक्षा में डालने के लिए एक द्रव वेलोसिटी ट्रिमिंग मॉड्यूल (VTM — MMH + MON-3) होता है।
- फरवरी 2026 का ऐतिहासिक निजीकरण/हस्तांतरण (PIB `PRID=2286011`, जुलाई 2026): IN-SPACe के माध्यम से फरवरी 2026 में हिंदुस्तान एयरोनॉटिक्स लिमिटेड (HAL) को ₹511 करोड़ में 10 वर्षों के लिए SSLV का पूर्ण प्रौद्योगिकी हस्तांतरण (ToT) किया गया — यह पहली बार है जब ISRO ने किसी संपूर्ण रॉकेट के स्वामित्व और क्रमिक उत्पादन का अधिकार किसी उद्योग को सौंपा है!
भारतीय परिप्रेक्ष्य: ISRO के प्रणोदन केंद्र, कुलशेखरपट्टिनम स्पेसपोर्ट, तीसरा लॉन्च पैड एवं निजी रॉकेट
1. ISRO के प्रमुख रॉकेट एवं प्रणोदन अनुसंधान केंद्र
- विक्रम साराभाई अंतरिक्ष केंद्र (VSSC — तिरुवनंतपुरम, केरल): ISRO का सबसे बड़ा केंद्र जहाँ सभी प्रक्षेपण यानों (SLV-3, PSLV, GSLV, LVM3, SSLV, RLV पुष्पक और NGLV 'सूर्य') का डिज़ाइन, एरोडायनामिक्स, ठोस प्रणोदक और एवियोनिक्स विकसित किया जाता है। (यहीं थुम्बा इक्वेटोरियल रॉकेट लॉन्चिंग स्टेशन — TERLS से 21 नवंबर 1963 को भारत का पहला साउंडिंग रॉकेट Nike-Apache उड़ाया गया था और आज भी मौसम व ऊपरी वायुमंडल अध्ययन हेतु रोहिणी साउंडिंग रॉकेट RH-200, RH-300, RH-560 छोड़े जाते हैं।)
- द्रव प्रणोदन प्रणाली केंद्र (LPSC — वलियमाला, तिरुवनंतपुरम एवं बेंगलुरु): विकास द्रव इंजन, क्रायोजेनिक (CE-7.5, CE-20), सेमी-क्रायोजेनिक (SE-2000), मेथालॉक्स और उपग्रह विद्युत प्रणोदन (EPS) के अनुसंधान व विकास का मुख्य केंद्र।
- ISRO प्रणोदन परिसर (IPRC — महेंद्रगिरि, तिरुनेलवेली, तमिलनाडु): इसे भारत के 'जेट प्रोपल्शन लैब' की संज्ञा दी जाती है; यहाँ सभी द्रव, क्रायोजेनिक और सेमी-क्रायोजेनिक इंजनों की असेंबली और हॉट-टेस्टिंग (Ground Hot Testing) की जाती है।
- सतीश धवन अंतरिक्ष केंद्र (SDSC-SHAR — श्रीहरिकोटा, तिरुपति जिला, आंध्र प्रदेश): पुलिकट झील के पास बंगाल की खाड़ी के तट पर स्थित भारत का प्राथमिक ऑर्बिटल स्पेसपोर्ट (अक्षांश ~13.7°N)। यहाँ वर्तमान में दो परिचालन लॉन्च पैड (FLP और SLP), अग्निकुल का निजी लॉन्च पैड 'धनुष' (Dhanush) तथा जनवरी 2025 में ₹3,985 करोड़ की लागत से स्वीकृत तीसरा लॉन्च पैड (Third Launch Pad — TLP) स्थित हैं (PIB PRID=2093358)।
2. श्रीहरिकोटा बनाम कुलशेखरपट्टिनम (तमिलनाडु) — भूगोल और कक्षीय भौतिकी का खेल
UPSC प्रारंभिक एवं मुख्य परीक्षा (GS-I भूगोल + GS-III अंतरिक्ष) का एक अत्यंत प्रिय प्रश्न है: "प्रक्षेपण केंद्र सदैव पूर्वी तट और भूमध्य रेखा के निकट ही क्यों बनाए जाते हैं, और SSLV के लिए तमिलनाडु के कुलशेखरपट्टिनम में दूसरे स्पेसपोर्ट की आवश्यकता क्यों पड़ी?"
- पूर्वी तट और भूमध्य रेखा के निकट क्यों (GEO/GTO प्रक्षेपणों के लिए)?
- पृथ्वी के घूर्णन का मुफ्त वेग लाभ (Earth's Rotational Slingshot Boost): पृथ्वी पश्चिम से पूर्व की ओर घूमती है। भूमध्य रेखा पर पृथ्वी की सतह का रैखिक घूर्णन वेग सर्वाधिक (~465 m/s या ~1,670 km/h) होता है और ध्रुवों की ओर जाने पर घटता जाता है (v = ω R cos φ)। इसलिए भूमध्य रेखा के पास से पूर्व दिशा में रॉकेट छोड़ने पर रॉकेट को ~0.45 km/s का मुफ्त प्रारंभिक वेग मिल जाता है, जिससे भारी मात्रा में ईंधन बचता है।
- कक्षीय झुकाव सुधार में ईंधन की बचत (Minimum Plane-Change Penalty): भू-स्थिर कक्षा (GEO) का झुकाव 0° (भूमध्य रेखा के ठीक ऊपर) होता है। प्रक्षेपण स्थल का अक्षांश जितना कम होगा (श्रीहरिकोटा ~13.7°N, कुलशेखरपट्टिनम ~8.4°N, फ्रेंच गयाना का कौरू ~5.2°N), GTO से GEO में जाते समय कक्षीय तल मोड़ने में उतना ही कम ईंधन लगेगा।
- सुरक्षा: पूर्व की ओर बंगाल की खाड़ी होने से किसी दुर्घटना या रॉकेट के जले हुए चरणों के गिरने पर वे मानव आबादी के बजाय समुद्र में गिरते हैं।
- कुलशेखरपट्टिनम (थूथुकुडी, तमिलनाडु — ₹985.96 करोड़, PIB अगस्त 2025 `PRID=2158404`) क्यों?
- जब श्रीहरिकोटा से दक्षिण दिशा में ध्रुवीय / सूर्य-तुल्यकालिक (SSPO) उपग्रह छोड़े जाते हैं, तो ठीक दक्षिण-पश्चिम में श्रीलंका का भू-भाग आ जाता है। श्रीलंका के ऊपर रॉकेट के चरण गिरने से बचाने के लिए रॉकेट को सीधा दक्षिण जाने के बजाय पहले दक्षिण-पूर्व (बंगाल की खाड़ी की ओर) मोड़ना पड़ता है और श्रीलंका पार करने के बाद फिर दक्षिण मोड़ना पड़ता है — इसे 'डॉगलेग पैंतरा' (Dogleg Maneuver) कहते हैं।
- PSLV जैसे बड़े रॉकेट में तो इस मोड़ के लिए पर्याप्त अतिरिक्त ईंधन होता है, किंतु SSLV जैसे छोटे रॉकेट (500 kg क्षमता) में डॉगलेग पैंतरे से लगभग 30–40% पेलोड क्षमता नष्ट हो जाती है! इसके विपरीत, तमिलनाडु के दक्षिणी सिरे पर स्थित कुलशेखरपट्टिनम से दक्षिण दिशा में सीधे हिंद महासागर और अंटार्कटिका तक कोई भू-भाग नहीं है, इसलिए SSLV और निजी रॉकेट बिना किसी मोड़ के सीधे ध्रुवीय कक्षा में जाकर पूरे 300 kg पेलोड स्थापित कर सकते हैं!
समसामयिक घटनाक्रम (2025–2026) एवं UPSC CSE 2027 हेतु प्रासंगिकता
अद्यतन तथ्य — प्रक्षेपण एवं प्रणोदन (नवंबर 2026): 7 नवंबर 2025 को महेंद्रगिरि में CE-20 के बूटस्ट्रैप प्रारंभ का दस सेकंड का भूमि-आधारित निर्वात परीक्षण सफल हुआ; इसे बहु-कक्षा उड़ान में नियमित बूटस्ट्रैप रीस्टार्ट सिद्ध होने के बराबर नहीं समझना चाहिए। दूसरी ओर 2 नवंबर 2025 के LVM3-M5/CMS-03 मिशन में C25 क्रायोजेनिक चरण का अंतरिक्ष में पुनःप्रज्वलन प्रदर्शित किया गया था। NGLV की अधिकतम 30 टन LEO क्षमता और उसके आंशिक रूप से पुनःप्रयोज्य संस्करण की 14 टन LEO क्षमता अलग हैं। 2025 के PSLV-C61/EOS-09 और 12 जनवरी 2026 के PSLV-C62/EOS-N1 प्रक्षेपण असफल रहे, अतः सभी PSLV उड़ानों को सफल न मानें। इसरो: CE-20 परीक्षण; CMS-03 पुनःप्रज्वलन; NGLV क्षमता; इसरो मिशन सूची।
- 1. CE-20 क्रायोजेनिक इंजन में 'बूटस्ट्रैप रीस्टार्ट' (Bootstrap Ignition) एवं विकास इंजन थ्रॉटलिंग की उपलब्धि (PIB `PRID=2276117`, 21 जून 2026):
- पारंपरिक रूप से क्रायोजेनिक इंजन को अंतरिक्ष में केवल एक बार ही जलाया जा सकता था, या दोबारा चालू करने के लिए भारी सहायक स्टार्ट-अप गैस टैंकों की आवश्यकता होती थी। 2025–2026 में ISRO ने LVM3 के CE-20 क्रायोजेनिक इंजन में 'बूटस्ट्रैप इग्निशन तकनीक' (Bootstrap Mode Restart) का सफल परीक्षण किया, जिससे एक ही उड़ान के दौरान इंजन को अंतरिक्ष में कई बार बंद कर पुनः चालू (Multi-orbit insertion) किया जा सकता है।
- साथ ही, ISRO ने विकास द्रव इंजन में डीप-थ्रॉटलिंग (Deep Throttling — थ्रस्ट को 67% तक कम-ज्यादा करना) और ऊर्ध्वाधर टेक-ऑफ एवं ऊर्ध्वाधर लैंडिंग (VTVL) प्रदर्शन में सफलता पाई है (PIB Release PRID=2276117)।
- 2. 200-टन थ्रस्ट सेमी-क्रायोजेनिक इंजन (SE-2000) और NGLV में LOX–Methane प्रणोदन (PIB Factsheet `Id=150907`, 3 नवंबर 2026):
- महेंद्रगिरि (IPRC) में ISRO ने 2,000 kN (200 टन) थ्रस्ट वाले सेमी-क्रायोजेनिक इंजन (SE-2000 — Isrosene + LOX) के पावर हेड टेस्ट आर्टिकल (PHTA) का सफल हॉट-टेस्ट किया है। जब यह सेमी-क्रायोजेनिक चरण (SC120) LVM3 के वर्तमान L110 द्रव चरण का स्थान लेगा और C25 क्रायोजेनिक चरण को अपग्रेड कर C32 किया जाएगा, तो LVM3 की GTO पेलोड क्षमता 4 टन से बढ़कर 5.5–6 टन हो जाएगी।
- इसके अतिरिक्त, NGLV ('प्रोजेक्ट सूर्य' — ₹8,240 करोड़) के लिए ISRO LOX–Methane (द्रव ऑक्सीजन + द्रव मिथेन) हरित प्रणोदन विकसित कर रहा है (PIB Factsheet Id=150907, 03 Nov 2026)।
- 3. भारत के निजी प्रक्षेपण यान एवं SSLV का HAL को हस्तांतरण (PIB `PRID=2286011`, 18 जुलाई 2026):
- स्काईरूट एयरोस्पेस (Skyroot Aerospace, हैदराबाद): नवंबर 2022 में भारत का पहला निजी सब-ऑर्बिटल रॉकेट 'विक्रम-S' (मिशन प्रारंभ) उड़ाने के बाद, स्काईरूट ने भारत का प्रथम निजी कक्षीय प्रक्षेपण यान (First Private Orbital Launch Vehicle) 'विक्रम-1' (Vikram-1 — 'मिशन आगमन' 2026) तैयार किया है। यह पूर्णतः कार्बन-कंपोजिट संरचना, ठोस 'कलाम' चरणों और 3D-प्रिंटेड द्रव 'रमन' इंजन से बना है तथा 450 km LEO में 350 kg पेलोड स्थापित करने में सक्षम है (PIB Release PRID=2286011)।
- अग्निकुल कॉसमॉस (Agnikul Cosmos, IIT मद्रास): मई 2024 में श्रीहरिकोटा स्थित भारत के पहले निजी लॉन्च पैड 'धनुष' (Dhanush) से 'अग्निबाण SOrTeD' का सफल प्रक्षेपण किया, जिसमें विश्व के पहले एकल-पीस 3D-प्रिंटेड सेमी-क्रायोजेनिक इंजन 'अग्निलेट' (Agnilet) का प्रदर्शन किया गया।
- बेलाट्रिक्स एयरोस्पेस (Bellatrix Aerospace, बेंगलुरु): DRDO के TDF फंड के तहत स्वदेशी हरित प्रणोदन प्रणाली (Green Propulsion System) और हॉल-इफेक्ट इलेक्ट्रिक थ्रस्टर ('रुद्र' एवं 'अर्क') का सफल प्रदर्शन किया, जो विषाक्त हाइड्राज़ीन का स्थान लेता है।
प्रारंभिक परीक्षा विशेष: उच्च-उपज तथ्य एवं UPSC एलिमिनेशन ट्रैप्स
- ट्रैप 1 (UPSC 2018 Q95): "GSLV Mk-III (LVM3) एक 4-चरणीय रॉकेट है जिसमें पहला व तीसरा चरण ठोस और दूसरा व चौथा चरण द्रव है।" — गलत! यह 4-चरणीय संरचना PSLV (Solid–Liquid–Solid–Liquid) की है! LVM3 (GSLV Mk-III) एक 3-चरणीय रॉकेट है (प्रथम: S200 ठोस बूस्टर; द्वितीय: L110 द्रव कोर; तृतीय: C25 क्रायोजेनिक)।
- ट्रैप 2 (UPSC 2018 Q95): "PSLV द्वारा प्रक्षेपित उपग्रह पृथ्वी के किसी स्थान से देखने पर आकाश में सदैव एक ही स्थिति में स्थिर दिखाई देते हैं।" — गलत! आकाश में स्थिर केवल भू-स्थिर (Geostationary — GEO, 35,786 km) उपग्रह दिखते हैं जिन्हें मुख्यतः GSLV/LVM3 द्वारा छोड़ा जाता है; PSLV मुख्यतः ध्रुवीय (SSPO) उपग्रह छोड़ता है जो पृथ्वी के चारों ओर घूमते हैं।
- ट्रैप 3: "सेमी-क्रायोजेनिक इंजन में द्रव हाइड्रोजन और द्रव ऑक्सीजन का उपयोग होता है।" — गलत! द्रव हाइड्रोजन (LH2) + द्रव ऑक्सीजन (LOX) पूर्ण क्रायोजेनिक इंजन में होता है; सेमी-क्रायोजेनिक इंजन (SE-2000) में रिफाइंड केरोसिन (RP-1 / Isrosene — कमरे के तापमान पर) + द्रव ऑक्सीजन (LOX, −183°C) का उपयोग होता है!
- ट्रैप 4: "रैमजेट और स्क्रैमजेट दोनों में दहन पराध्वनिक (Supersonic) गति पर होता है।" — गलत! रैमजेट (Ramjet) में बाहर से आती सुपरसोनिक हवा को धीमा कर अवध्वनिक (Subsonic, Mach < 1) गति पर जलाया जाता है, जबकि केवल स्क्रैमजेट (Scramjet) में ही वायु प्रवाह और दहन दोनों पराध्वनिक (Supersonic, Mach > 1) रहते हैं।
- ट्रैप 5: "ISRO का पुनः प्रयोज्य यान 'पुष्पक' (RLV-TD) SpaceX के Falcon-9 की तरह पैरों पर खड़ा (Vertical) उतरता है।" — गलत! 'पुष्पक' एक पंखयुक्त (Winged) अंतरिक्ष विमान है जो रनवे पर विमान की तरह क्षैतिज (Horizontal gliding landing) उतरता है (जबकि NGLV 'सूर्य' के प्रथम चरण में VTVL ऊर्ध्वाधर लैंडिंग होगी)।
- ट्रैप 6: "पुष्पक (RLV-LEX) अपनी स्वायत्त लैंडिंग के लिए अमेरिकी GPS पर निर्भर करता है।" — गलत! पुष्पक में भारत की स्वदेशी NavIC प्रणाली, स्यूडोलाइट (Pseudolite) और Ka-बैंड रडार अल्टीमीटर का उपयोग किया गया है।
- ट्रैप 7: "विद्युत/आयन प्रणोदन (Electric Propulsion) में अत्यधिक थ्रस्ट होने के कारण इसका उपयोग पृथ्वी की सतह से भारी रॉकेट लॉन्च करने में किया जाता है।" — गलत! आयन प्रणोदन का विशिष्ट आवेग (Isp) तो बहुत अधिक होता है, किंतु इसका थ्रस्ट अत्यंत सूक्ष्म (मिली-न्यूटन में) होता है, इसलिए यह पृथ्वी से रॉकेट नहीं उठा सकता; यह केवल अंतरिक्ष के निर्वात में उपग्रहों की कक्षा संधारण और गहरे अंतरिक्ष यात्रा में काम आता है।
- ट्रैप 8 (UPSC 2016 Q91): "मंगलयान ने भारत को अमेरिका के बाद मंगल की कक्षा में पहुँचने वाला विश्व का दूसरा देश बनाया।" — गलत! भारत सोवियत संघ/रूस, अमेरिका और यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ESA) के बाद चौथी अंतरिक्ष एजेंसी (किंतु एशिया का पहला देश और अपने प्रथम प्रयास में सफल होने वाला विश्व का एकमात्र देश) बना था।
मुख्य परीक्षा विशेष (GS-III): प्रक्षेपण आत्मनिर्भरता, पुनः प्रयोज्य रॉकेट और अंतरिक्ष अर्थव्यवस्था
मुख्य परीक्षा (GS-III) में भारत के प्रक्षेपण यानों पर उत्तर लिखते समय निम्नलिखित 4 विश्लेषणात्मक आयामों को अवश्य शामिल करें:
- 1. प्रौद्योगिकी अस्वीकृति से पूर्ण सामरिक स्वायत्तता (From Sanctions to Strategic Autonomy): 1992 में क्रायोजेनिक इंजन पर लगे प्रतिबंधों के बावजूद भारत ने CE-7.5 और CE-20 इंजन विकसित किए। जब 2022–2023 में भू-राजनीतिक संकट के कारण यूरोप का Ariane-5 और रूस का Soyuz उपलब्ध नहीं थे, तब भारत के LVM3 ने ब्रिटेन के 72 OneWeb उपग्रहों को सफलतापूर्वक लॉन्च कर वैश्विक वाणिज्यिक बाजार में भारत की साख स्थापित की।
- 2. पुनः प्रयोज्य प्रक्षेपण यान (RLV Pushpak एवं NGLV 'सूर्य') की आर्थिक क्रांति: किसी पारंपरिक रॉकेट की कुल लागत का 60% से 75% हिस्सा उसके प्रथम चरण (बूस्टर और इंजनों) में होता है जो समुद्र में गिरकर नष्ट हो जाता है। NGLV 'प्रोजेक्ट सूर्य' (प्रथम चरण की VTVL रिकवरी) और RLV 'पुष्पक' द्वारा प्रक्षेपण लागत को ~$2,000–$5,000 प्रति किलोग्राम से घटाकर ~$500–$1,000 प्रति किलोग्राम (80% तक कमी) लाया जा सकेगा।
- 3. हरित अंतरिक्ष परिवहन (Green Space Propulsion): विषाक्त हाइड्राज़ीन (UDMH) और क्लोरीन-मुक्त करने वाले ठोस बूस्टरों के स्थान पर सेमी-क्रायोजेनिक (Isrosene + LOX), मेथालॉक्स (LOX + Methane), विद्युत प्रणोदन (Xenon EPS) और बेलाट्रिक्स के हरित प्रणोदकों को अपनाना।
- 4. अंतरिक्ष का निजीकरण एवं औद्योगिक हस्तांतरण: फरवरी 2026 में HAL को SSLV का पूर्ण हस्तांतरण (₹511 करोड़), लार्सन एंड टुब्रो–एचएएल कंसोर्टियम द्वारा 5 PSLV का निर्माण, तथा स्काईरूट ('विक्रम-1') व अग्निकुल ('अग्निबाण') का उदय भारत को 2033 तक वैश्विक अंतरिक्ष अर्थव्यवस्था में 2% से बढ़ाकर 8% ($44 बिलियन) हिस्सेदारी दिलाने का आधार है।
सत्यापित UPSC CSE विगत वर्ष प्रश्न (Verified PYQs — Prelims एवं Mains)
नीचे भारत के उपग्रह प्रक्षेपण यानों (PSLV, GSLV, LVM3) और अंतरिक्ष मिशनों पर सीधे पूछे गए 3 वास्तविक UPSC CSE Prelims प्रश्न (2018 Q95, 2016 Q91 एवं 2016 Q87) और UPSC CSE Mains GS-III (2016 Q12) उनके मूल अंग्रेजी पाठ, विश्वसनीय हिंदी अनुवाद और आधिकारिक UPSC उत्तर कुंजी के साथ दिए गए हैं:
विस्तृत व्याख्या:
• कथन 1 सही है: PSLV मुख्यतः पृथ्वी अवलोकन/संसाधन निगरानी (Remote sensing — IRS, Cartosat, Resourcesat) उपग्रहों को सूर्य-तुल्यकालिक ध्रुवीय कक्षा (SSPO) में स्थापित करता है, जबकि GSLV मुख्यतः भारी संचार उपग्रहों (INSAT/GSAT) को भू-तुल्यकालिक स्थानांतरण कक्षा (GTO) में भेजने के लिए बनाया गया है।
• कथन 2 गलत है: पृथ्वी से देखने पर आकाश में एक ही स्थान पर स्थिर केवल भू-स्थिर (Geostationary — GEO, 35,786 km) उपग्रह दिखते हैं (जिन्हें GSLV/LVM3 द्वारा छोड़ा जाता है), न कि PSLV द्वारा छोड़े जाने वाले ध्रुवीय उपग्रह।
• कथन 3 गलत है: 4-चरणीय रॉकेट (प्रथम व तृतीय ठोस, द्वितीय व चतुर्थ द्रव) वास्तव में PSLV है! GSLV Mk-III (वर्तमान नाम LVM3) एक तीन-चरणीय (3-stage) रॉकेट है जिसमें प्रथम चरण ठोस (S200), द्वितीय चरण द्रव (L110) और तृतीय चरण क्रायोजेनिक (C25) होता है।
उत्तर एवं व्याख्या देखें (No-JS Fallback)
सही उत्तर: (a) केवल 1। कथन 2 गलत है (केवल GEO उपग्रह स्थिर दिखते हैं) और कथन 3 गलत है (GSLV Mk-III तीन-चरणीय है; चार-चरणीय संरचना PSLV की है)।
विस्तृत व्याख्या: 5 नवंबर 2013 को PSLV-XL (C25) रॉकेट से प्रक्षेपित मंगलयान (Mars Orbiter Mission — MOM) 24 सितंबर 2014 को मंगल की कक्षा में पहुँचा (कथन 1 सही)। इसने भारत को सोवियत संघ/रूस, अमेरिका (NASA) और यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ESA) के बाद मंगल की कक्षा में पहुँचने वाली चौथी अंतरिक्ष एजेंसी (एशिया का पहला देश) बनाया, इसलिए कथन 2 गलत है। किंतु भारत अपने प्रथम प्रयास (Maiden attempt) में ही मंगल की कक्षा में पहुँचने वाला विश्व का पहला देश बना (कथन 3 सही)।
उत्तर एवं व्याख्या देखें (No-JS Fallback)
सही उत्तर: (c) केवल 1 और 3। भारत चौथी एजेंसी (रूस, अमेरिका और ESA के बाद) तथा प्रथम प्रयास में सफल होने वाला पहला देश बना।
विस्तृत व्याख्या:
• कथन 1 गलत है: भारत से पहले अमेरिका, रूस, जापान (JAXA) और यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ESA) भी अंतरिक्ष वेधशालाएँ प्रक्षेपित कर चुके थे (भारत 5वाँ था)।
• कथन 2 गलत है: PSLV-C30 द्वारा सितंबर 2015 में प्रक्षेपित AstroSat का भार लगभग 1,513 kg था और इसे 1,650 km के बजाय 650 km की निम्न भू-कक्षा (LEO, 6° झुकाव) में स्थापित किया गया था।
उत्तर एवं व्याख्या देखें (No-JS Fallback)
सही उत्तर: (d) न तो 1, न ही 2। जापान व यूरोप भी पहले प्रक्षेपित कर चुके थे और AstroSat (~1513 kg) को 650 km LEO में स्थापित किया गया था।
मुख्य परीक्षा (GS-III) सत्यापित विगत वर्ष प्रश्न एवं पूर्ण आदर्श उत्तर
उत्तर संरचना (Model Answer):
- भूमिका (Introduction): 1963 में थुम्बा से साइकिल पर साउंडिंग रॉकेट ले जाने से लेकर 2025 में श्रीहरिकोटा से 100वें प्रक्षेपण (GSLV-F15) और NGLV 'प्रोजेक्ट सूर्य' तक, भारत ने मितव्ययी अभियांत्रिकी (Frugal Engineering) और स्वदेशी नवाचार के बल पर विश्व के शीर्ष अंतरिक्ष राष्ट्रों में स्थान बनाया है।
- प्रक्षेपण एवं अंतरिक्ष विज्ञान में भारत की प्रमुख उपलब्धियाँ:
- संपूर्ण स्वदेशी प्रक्षेपण स्पेक्ट्रम: 4-चरणीय वर्कहॉर्स PSLV (जिसने एकल उड़ान PSLV-C37 में 104 उपग्रह और POEM-04 कक्षीय प्लेटफॉर्म सिद्ध किया), स्वदेशी क्रायोजेनिक GSLV Mk-II (CE-7.5), भारी प्रक्षेपण यान LVM3 (CE-20 क्रायोजेनिक इंजन व गगनयान हेतु मानव-रेटेड HLVM3) और ऑन-डिमांड SSLV (फरवरी 2026 में HAL को हस्तांतरित)।
- अंतरग्रहीय एवं खगोलीय कीर्तिमान: चंद्रमा के दक्षिणी ध्रुव के पास उतरने वाला विश्व का प्रथम देश (चंद्रयान-3), प्रथम प्रयास में मंगल पर पहुँचने वाला प्रथम देश (मंगलयान), L1 बिंदु पर आदित्य-L1, एक्स-रे ध्रुवण मिशन XPoSat (2024) और कक्षा में स्वायत्त डॉकिंग (SPADEX 2025)।
- भविष्य की प्रणोदन छलांग (2025–2026): RLV 'पुष्पक' के तीनों स्वायत्त रनवे लैंडिंग परीक्षण (LEX-01 से 03), 200-टन सेमी-क्रायोजेनिक इंजन (SE-2000) और ₹8,240 करोड़ का 30-टन क्षमता वाला NGLV 'सूर्य'।
- सामाजिक-आर्थिक विकास में योगदान: (i) कृषि व संसाधन: FASAL फसल पूर्वानुमान, मृदा नमी व भू-जल मानचित्रण (Cartosat/Resourcesat/NISAR); (ii) आपदा प्रबंधन: INSAT-3DS और EOS द्वारा चक्रवात (दाना, बिपरजॉय), बाढ़ व वनाग्नि की सटीक पूर्व-चेतावनी से मृत्यु दर में >95% कमी; (iii) कनेक्टिविटी व शासन: टेली-शिक्षा, ई-संजीवनी टेलीमेडिसिन, PM गतिशक्ति GIS, स्वामित्व योजना और मछुआरों के लिए NavIC संदेश।
- निष्कर्ष: विक्रम साराभाई के "मानव और समाज की वास्तविक समस्याओं के समाधान के लिए उच्च तकनीक" के दर्शन को चरितार्थ करते हुए भारतीय अंतरिक्ष कार्यक्रम अब 'विकसित भारत 2047' का इंजन बन रहा है।
उत्तर संरचना (Model Answer):
- तकनीकी अंतर: क्रायोजेनिक इंजन (CE-7.5, CE-20) में ईंधन के रूप में अति-शीतित द्रव हाइड्रोजन (LH2, −253°C) और ऑक्सीकारक के रूप में द्रव ऑक्सीजन (LOX, −183°C) का उपयोग होता है, जो उच्चतम विशिष्ट आवेग (Isp ~450 s) देता है और रॉकेट के ऊपरी चरण (Upper stage) के लिए आदर्श है। इसके विपरीत, सेमी-क्रायोजेनिक इंजन (SE-2000) में द्रव हाइड्रोजन के स्थान पर सामान्य तापमान पर रहने वाले रिफाइंड केरोसिन ('Isrosene' / RP-1) और द्रव ऑक्सीजन (LOX, −183°C) का उपयोग होता है; केरोसिन का उच्च घनत्व और 200-टन थ्रस्ट इसे प्रथम चरण (Booster stage) में विषाक्त UDMH को हटाने के लिए आदर्श बनाता है।
- प्रतिबंधों से आत्मनिर्भरता: 1992 में MTCR प्रतिबंधों के कारण रूस से क्रायोजेनिक तकनीक हस्तांतरण रुकने पर भारत ने LPSC और IPRC महेंद्रगिरि में स्वदेशी अनुसंधान कर CE-7.5 (GSLV Mk-II) और CE-20 (LVM3) विकसित किए, जिससे 4+ टन के भारी उपग्रहों के लिए विदेशी Ariane रॉकेटों पर निर्भरता समाप्त हो गई।
- 2025–2026 की नवीनतम उपलब्धियाँ (PIB जून व नवंबर 2026): (i) CE-20 बूटस्ट्रैप रीस्टार्ट: बिना अतिरिक्त स्टार्ट-अप टैंक के अंतरिक्ष में इंजन को कई बार पुनः चालू करने की क्षमता, जिससे एक ही रॉकेट से कई अलग-अलग कक्षाओं में उपग्रह छोड़े जा सकते हैं; (ii) SE-2000 और SC120 चरण: यह LVM3 की पेलोड क्षमता को बढ़ाएगा और आगामी NGLV 'प्रोजेक्ट सूर्य' (30 टन LEO) की नींव रखेगा।
अभ्यास प्रश्न: 17 नए UPSC-स्तरीय प्रारंभिक MCQs एवं 3 अतिरिक्त मुख्य परीक्षा मॉडल उत्तर
नीचे UPSC CSE 2027 के नवीनतम पैटर्न पर आधारित 17 पूर्णतः मौलिक अभ्यास MCQs (प्रश्न 4 से 20, कुल 20 इंटरैक्टिव कार्ड) दिए गए हैं:
व्याख्या: तीनों कथन पूर्णतः सही हैं। क्रायोजेनिक इंजन (LH2 + LOX) लगभग 445–455 सेकंड का सर्वोच्च विशिष्ट आवेग देता है, जबकि सेमी-क्रायोजेनिक इंजन (Isrosene + LOX) उच्च घनत्व और 200 टन थ्रस्ट के साथ विषाक्त UDMH का पर्यावरण-अनुकूल विकल्प है।
व्याख्या: कथन 1 और 2 सही हैं (केंद्रीय मंत्रिमंडल द्वारा ₹8,240 करोड़ के परिव्यय से स्वीकृत NGLV 'सूर्य' अधिकतम 30 टन LEO क्षमता वाला रॉकेट है; आंशिक रूप से पुनःप्रयोज्य संस्करण की अधिकतम क्षमता लगभग 14 टन LEO बताई गई है)। कथन 3 गलत है क्योंकि NGLV में ठोस प्रणोदक के बजाय LOX–Methane / सेमी-क्रायोजेनिक प्रणोदन और क्रायोजेनिक ऊपरी चरण (CE-20) का उपयोग किया जाएगा ताकि प्रथम चरण को पुनः प्रयोग (Reuse) किया जा सके।
व्याख्या: कथन 1 और 2 सही हैं। कथन 3 गलत है क्योंकि LEX-01, LEX-02 और LEX-03 में पुष्पक को भारतीय वायुसेना के चिनूक (Chinook) हेलीकॉप्टर द्वारा 4.5 km की ऊँचाई से छोड़ा गया था; अंतरिक्ष की कक्षा से पुनः प्रवेश का परीक्षण आगामी ORE (Orbital Re-entry Experiment) मिशन में किया जाएगा।
व्याख्या: दोनों कथन पूर्णतः सही हैं (PIB `PRID=2158404`, अगस्त 2025)। श्रीहरिकोटा से दक्षिण की ओर प्रक्षेपण करने पर श्रीलंका बीच में आता है जिससे रॉकेट को दक्षिण-पूर्व मोड़ना पड़ता है (Dogleg Maneuver), जबकि कुलशेखरपट्टिनम से सीधे दक्षिण की ओर अंटार्कटिका तक खुला हिंद महासागर है।
व्याख्या: किसी पारंपरिक रॉकेट में कुल प्रणोदक भार का ~70% भाग केवल ऑक्सीकारक (जैसे LOX या N2O4) होता है। स्क्रैमजेट इंजन वायुमंडल से ऑक्सीजन खींचकर सुपरसोनिक दहन करता है, जिससे वायुमंडलीय चरण में ऑक्सीकारक ढोने की आवश्यकता समाप्त हो जाती है और रॉकेट हल्का हो जाता है।
व्याख्या: POEM (PSLV Orbital Experimental Module) ISRO का एक अत्यंत अभिनव मंच है जो PSLV के चौथे चरण (PS4) को प्राथमिक उपग्रहों को अलग करने के बाद एक 3-अक्षीय स्थिर कक्षीय अनुसंधान प्रयोगशाला में बदल देता है। दिसंबर 2024 के PSLV-C60 / SPADEX मिशन के साथ गए POEM-04 ने 24 वैज्ञानिक व स्टार्टअप पेलोड का सफल परीक्षण किया (PIB फरवरी 2026)।
व्याख्या: तीनों कथन पूर्णतः सही हैं (PIB `PRID=2286011`, जुलाई 2026)। फरवरी 2026 में ₹511 करोड़ के समझौते के तहत HAL को SSLV का 10-वर्षीय पूर्ण प्रौद्योगिकी हस्तांतरण किया गया।
व्याख्या: चारों युग्म पूर्णतः सही हैं (PIB `PRID=2223136`, फरवरी 2026): आदित्य-L1 को PSLV-C57 से, चंद्रयान-3 को LVM3-M4 से, NISAR को GSLV-F16 से और SPADEX + POEM-04 को PSLV-C60 से प्रक्षेपित किया गया।
व्याख्या: कथन 1 और 2 सही हैं। कथन 3 गलत है क्योंकि ठोस प्रणोदक (HTPB) का विशिष्ट आवेग सबसे कम (~260–285 सेकंड) होता है, जबकि क्रायोजेनिक द्रव प्रणोदक का विशिष्ट आवेग सर्वाधिक (~450 सेकंड) होता है।
व्याख्या: कथन 1 और 2 सही हैं। कथन 3 गलत है क्योंकि विद्युत/आयन प्रणोदन का थ्रस्ट अत्यंत कम (मिली-न्यूटन में) होता है, इसलिए यह पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध रॉकेट को सतह से उठा नहीं सकता; इसका उपयोग केवल अंतरिक्ष के निर्वात में उपग्रह की कक्षा ऊँची करने (Orbit raising) और स्टेशन-कीपिंग में ही होता है।
व्याख्या: दोनों कथन पूर्णतः सही हैं (PIB Release PRID=2286011, 18 जुलाई 2026)। स्काईरूट ने विक्रम-S (सब-ऑर्बिटल) और विक्रम-1 (ऑर्बिटल) विकसित किए हैं, जबकि अग्निकुल ने 3D-प्रिंटेड सेमी-क्रायोजेनिक इंजन 'अग्निलेट' से युक्त अग्निबाण विकसित किया है।
व्याख्या: दोनों कथन सही हैं। गगनयान के लिए LVM3 के तीनों चरणों (S200, L110 विकास और C25 CE-20) की मानव-रेटिंग पूरी हो चुकी है और TV-D1 मिशन में क्रू एस्केप सिस्टम (CES) का इन-फ्लाइट अबॉर्ट परीक्षण भी सफलतापूर्वक किया जा चुका है।
व्याख्या: तीनों कथन पूर्णतः सही हैं (PIB Release PRID=2093358, 16 जनवरी 2025)। TLP को 48 महीनों (4 वर्ष) में पूरा करने का लक्ष्य रखा गया है।
व्याख्या: 'Sounding' शब्द नौसैनिक शब्दावली 'to sound' (गहराई मापना) से आया है। साउंडिंग रॉकेट (जैसे ISRO की रोहिणी शृंखला: RH-200, RH-300, RH-560) एक या दो ठोस चरणों वाले सब-ऑर्बिटल रॉकेट होते हैं जो 40 km से 500 km की ऊँचाई (मौसम गुब्बारों की अधिकतम ऊँचाई से ऊपर और उपग्रहों की न्यूनतम ऊँचाई से नीचे के 'Ignorosphere' क्षेत्र) में वायुमंडलीय पवन, तापमान और चुंबकीय भूमध्यरेखीय इलेक्ट्रो-जेट का अध्ययन कर पृथ्वी पर वापस गिर जाते हैं।
व्याख्या: तीनों कथन पूर्णतः सही हैं और यही कारण है कि 2025–2026 में विश्व भर की अंतरिक्ष एजेंसियाँ (जिनमें ISRO का NGLV भी शामिल है — PIB नवंबर 2026) Methalox (LOX + LCH4) को पुनः प्रयोज्य रॉकेटों का आदर्श ईंधन मान रही हैं।
व्याख्या: कथन 1 और 3 सही हैं। कथन 2 गलत है (अध्याय 02 स्मरण करें: पृथ्वी के चपटे आकार और अपकेंद्रीय बल के कारण भूमध्य रेखा पर गुरुत्वीय त्वरण g ध्रुवों की तुलना में न्यूनतम होता है, न कि सर्वाधिक — और g कम होना भी प्रक्षेपण के लिए थोड़ा सहायक ही होता है!)।
व्याख्या: LEO पेलोड क्षमता: SSLV (~500 kg) < PSLV-XL (~3,800 kg LEO / 1,750 kg SSPO) < LVM3 (~8,000–10,000 kg LEO / 4,200 kg GTO) < NGLV 'सूर्य' (~30,000 kg यानी 30 टन LEO)।
अतिरिक्त मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न एवं मॉडल उत्तर (GS-III)
उत्तर संरचना:
- भूमिका: पारंपरिक एक-बारगी उपयोग वाले (Expendable) रॉकेटों की तुलना में पुनः प्रयोज्य प्रक्षेपण यान (RLVs) अंतरिक्ष परिवहन की लागत को 70–80% तक घटाकर $1.8 ट्रिलियन की आगामी वैश्विक अंतरिक्ष अर्थव्यवस्था (2035) के नियमों को बदल रहे हैं।
- भारत का दोहरा मार्ग (Dual-Track Reusable Strategy):
- पंखयुक्त कक्षीय पुनप्रवेश यान (RLV 'पुष्पक'): चित्रदुर्ग में तीनों स्वायत्त रनवे लैंडिंग (LEX-01, 02, 03 — 320+ km/h) की सफलता के बाद अब ORE (Orbital Re-entry) और दो-चरणीय-से-कक्षा (TSTO) की ओर अग्रसर; यह अंतरिक्ष से पेलोड वापस लाने और उपग्रह मरम्मत में सक्षम होगा।
- NGLV 'प्रोजेक्ट सूर्य' (₹8,240 करोड़): 30-टन LEO क्षमता वाला भारी यान जिसका प्रथम चरण VTVL (Vertical Take-off and Vertical Landing) और हरित LOX–Methane / सेमी-क्रायोजेनिक प्रणोदन से युक्त होगा।
- सामरिक व आर्थिक लाभ: (i) 2035 तक 5-मॉड्यूल वाले भारतीय अंतरिक्ष स्टेशन (BAS) के निर्माण और 2040 के मानव चंद्र मिशन के लिए भारी मॉड्यूल भेजने की आत्मनिर्भरता; (ii) अंतरिक्ष मलबे (Space debris) और महासागरीय प्रदूषण में कमी; (iii) उच्च-आवृत्ति वाणिज्यिक प्रक्षेपणों में SpaceX के एकाधिकार को संतुलित करना।
उत्तर संरचना:
- विस्तार की आवश्यकता: भारत का लक्ष्य वार्षिक प्रक्षेपण आवृत्ति को 8–10 से बढ़ाकर 25–30+ करना और निजी क्षेत्र (NGEs) व भारी मानव मिशनों को समायोजित करना है।
- कुलशेखरपट्टिनम स्पेसपोर्ट (₹985.96 करोड़, थूथुकुडी, तमिलनाडु — FY 2026–27): यह SSLV और निजी छोटे रॉकेटों के लिए समर्पित है। श्रीहरिकोटा से ध्रुवीय (SSPO) प्रक्षेपण में श्रीलंका के भू-भाग से बचने हेतु 'Dogleg Maneuver' करना पड़ता है जिससे छोटे रॉकेटों का ईंधन और पेलोड खर्च हो जाता है; कुलशेखरपट्टिनम से सीधे दक्षिण की ओर अबाध प्रक्षेपण संभव है।
- श्रीहरिकोटा का तीसरा लॉन्च पैड (TLP — ₹3,985 करोड़, जनवरी 2025 मंजूरी): यह 90+ मीटर ऊँचे भारी NGLV ('सूर्य'), सेमी-क्रायोजेनिक LVM3 और गगनयान/BAS मानव मिशनों के लिए क्षैतिज व झुके हुए एकीकरण (Horizontal/tilted integration) की सुविधा देगा तथा SLP के बैकअप का कार्य करेगा।
उत्तर संरचना:
- 'निर्माता' से 'अनुसंधानकर्ता व उत्प्रेरक' की ओर बदलाव: भारतीय अंतरिक्ष नीति 2023, IN-SPACe और NSIL के माध्यम से ISRO अब परिपक्व प्रक्षेपण यानों (PSLV और SSLV) के नियमित निर्माण का भार उद्योग को सौंपकर स्वयं गहरे अंतरिक्ष अन्वेषण (चंद्रयान-4, शुक्रयान, गगनयान, NGLV) पर ध्यान केंद्रित कर रहा है।
- प्रमुख मील के पत्थर (PIB जुलाई 2026): (i) फरवरी 2026 में HAL को ₹511 करोड़ में SSLV का 10-वर्षीय पूर्ण प्रौद्योगिकी हस्तांतरण; (ii) स्काईरूट एयरोस्पेस का प्रथम निजी कक्षीय रॉकेट 'विक्रम-1'; (iii) अग्निकुल का 3D-प्रिंटेड सेमी-क्रायो इंजन 'अग्निलेट' और निजी लॉन्च पैड 'धनुष'; (iv) बेलाट्रिक्स का हरित प्रणोदन।
त्वरित पुनरावृत्ति तालिका (Quick Revision Matrix)
| प्रक्षेपण यान | चरणों की संख्या एवं क्रम | पेलोड क्षमता (LEO / SSPO / GTO) | प्रमुख मिशन एवं UPSC मुख्य बिंदु |
|---|---|---|---|
| SSLV | 3 ठोस चरण + 1 द्रव VTM | 500 kg (LEO) / 300 kg (SSPO) | 72 घंटे में ऑन-डिमांड असेंबली; फरवरी 2026 में HAL को पूर्ण ToT (₹511 करोड़); कुलशेखरपट्टिनम स्पेसपोर्ट। |
| PSLV | 4 चरण: Solid–Liquid–Solid–Liquid | 3,800 kg (LEO) / 1,750 kg (SSPO) / 1,425 kg (Sub-GTO) | ISRO का वर्कहॉर्स (UPSC 2018); चंद्रयान-1, मंगलयान, AstroSat, आदित्य-L1, SPADEX व POEM-04। |
| GSLV Mk-II | 3 चरण: Solid (S139 + 4 L40 द्रव) – Liquid (GS2) – Cryo (CUS CE-7.5) | 6,000 kg (LEO) / 2,250 kg (GTO) | स्वदेशी क्रायोजेनिक इंजन CE-7.5; GSLV-F15 (श्रीहरिकोटा का 100वाँ मिशन — NVS-02) एवं GSLV-F16 (NISAR)। |
| LVM3 / HLVM3 | 3 चरण: 2×S200 ठोस – L110 द्रव (Twin Vikas) – C25 क्रायो (CE-20) | 8,000–10,000 kg (LEO) / 4,200 kg (GTO) | पूर्व नाम GSLV Mk-III (UPSC 2018); चंद्रयान-2, चंद्रयान-3, गगनयान (HLVM3), CMS-03 व BlueBird। |
| NGLV ('प्रोजेक्ट सूर्य') | 3 चरण: प्रथम चरण पुनः प्रयोज्य (VTVL) • LOX-Methane / सेमी-क्रायो + CE-20 | 30,000 kg (30 टन LEO) / ~10 टन GTO | ₹8,240 करोड़ कैबिनेट मंजूरी; श्रीहरिकोटा का तीसरा लॉन्च पैड (TLP); BAS (2035) व मानव चंद्र मिशन (2040)। |
अध्याय का सार (Chapter Summary in 6 Core Points)
- प्रणोदन भौतिकी: रॉकेट संवेग संरक्षण और त्सिओलकोव्स्की समीकरण (Δv = Isp g0 ln(m0/mf)) पर कार्य करते हैं; रासायनिक इंजनों में सर्वोच्च विशिष्ट आवेग क्रायोजेनिक (LH2 −253°C + LOX −183°C, Isp ~450 s) का होता है, जबकि उपग्रह कक्षा संधारण में विद्युत/आयन प्रणोदन (Isp ~1,500–3,000 s) सर्वाधिक दक्ष है।
- PSLV बनाम GSLV बनाम LVM3 (UPSC 2018): PSLV 4-चरणीय (S–L–S–L) है और मुख्यतः ध्रुवीय रिमोट सेंसिंग उपग्रह छोड़ता है (इसका चौथा चरण POEM-04 कक्षीय प्रयोगशाला बनता है); जबकि GSLV Mk-II और LVM3 (GSLV Mk-III) दोनों 3-चरणीय (S–L–Cryo) हैं और मुख्यतः भारी संचार व गहरे अंतरिक्ष मिशन छोड़ते हैं।
- 2025–2026 के प्रणोदन मील के पत्थर (PIB): LVM3 के CE-20 क्रायोजेनिक इंजन में बहु-कक्षीय मिशनों के लिए 'बूटस्ट्रैप इग्निशन रीस्टार्ट', विकास इंजन थ्रॉटलिंग और महेंद्रगिरि में 200-टन थ्रस्ट वाले सेमी-क्रायोजेनिक इंजन (SE-2000 — Isrosene + LOX) का सफल परीक्षण।
- पुनः प्रयोज्य यान (RLV Pushpak एवं NGLV 'सूर्य'): पंखयुक्त RLV 'पुष्पक' ने चित्रदुर्ग में तीनों स्वायत्त क्षैतिज रनवे लैंडिंग (LEX-01, 02, 03 — NavIC आधारित) पूरी की हैं, जबकि ₹8,240 करोड़ का NGLV 'प्रोजेक्ट सूर्य' (30 टन LEO) प्रथम चरण की ऊर्ध्वाधर लैंडिंग (VTVL) और LOX–Methane हरित प्रणोदन का उपयोग करेगा।
- नई प्रक्षेपण अवसंरचना: श्रीहरिकोटा में ₹3,985 करोड़ से तीसरा लॉन्च पैड (TLP) और तमिलनाडु के थूथुकुडी में ₹985.96 करोड़ से कुलशेखरपट्टिनम स्पेसपोर्ट (जो श्रीलंका के चारों ओर के 'डॉगलेग पैंतरे' को समाप्त कर सीधा दक्षिणी ध्रुवीय पथ देता है) स्थापित किए जा रहे हैं।
- वाणिज्यिक एवं निजी क्रांति (PIB 2026): फरवरी 2026 में HAL को ₹511 करोड़ में SSLV का पूर्ण प्रौद्योगिकी हस्तांतरण, स्काईरूट का भारत का प्रथम निजी कक्षीय रॉकेट 'विक्रम-1' और अग्निकुल का विश्व का पहला एकल-पीस 3D-प्रिंटेड सेमी-क्रायो इंजन 'अग्निलेट' ('अग्निबाण')।
आधिकारिक स्रोत एवं संदर्भ लिंक (Official Sources & Links)
- पत्र सूचना कार्यालय (PIB Factsheet, 03 नवंबर 2026): Strengthening India's Space Sovereignty — 200-tonne Semi-Cryogenic Engine, NGLV (LOX-Methane), VTVL, Winged RLV & Kulasekarapattinam Spaceport — https://www.pib.gov.in/FactsheetDetails.aspx?Id=150907®=30&lang=14
- PIB (21 जून 2026): India's Space Odyssey — Advances in Propulsion Technologies (CE-20 Bootstrap Ignition Restart, Vikas Throttling, Electric Propulsion System & SSLV Upgrade) — https://www.pib.gov.in/PressReleasePage.aspx?PRID=2276117®=3&lang=1
- PIB (18 जुलाई 2026): Vikram-1: Charting India's Cosmic Future (Skyroot Vikram-1, Agnikul 3D-Printed Semi-Cryo Engine, ₹511 Cr SSLV Technology Transfer to HAL in Feb 2026 & Bellatrix Green Propulsion) — https://www.pib.gov.in/PressReleasePage.aspx?PRID=2286011®=3&lang=1
- PIB (04 फरवरी 2026 एवं 16 जनवरी 2025): Strengthening National Space Infrastructure (GSLV-F15 100th Launch, GSLV-F16 NISAR, LVM3-M5/M6, POEM-04) & Cabinet Approval for Third Launch Pad (TLP) at Sriharikota — https://www.pib.gov.in/PressReleaseDetail.aspx?PRID=2223136®=1&lang=1 | PRID=2093358
- PIB (20 अगस्त 2025): Parliament Question on Kulasekarapattinam Spaceport & Avoidance of Dogleg Maneuver for SSLV — https://www.pib.gov.in/PressReleasePage.aspx?PRID=2158404
- संघ लोक सेवा आयोग (UPSC Official Archive): Previous Year Question Papers (CSE Prelims 2016, 2018 & Mains GS-III 2016) — https://www.upsc.gov.in/examinations/previous-question-papers