चंद्रावरील उणे 225 अंश सेल्सिअस तापमानात उतरणाऱ्या अंतराळवीरांच्या पाऊलखुणा, बूट आणि त्यामागचं अद्भूत तंत्रज्ञान

आर्टेमिस मोहिम पूर्ण करून नासाचे अंतराळवीर परतले आहे. आर्टेमिस -2 मोहिमेतील अंतराळवीरांनी चंद्रावर पाऊल ठेवले नाही. पण भविष्यात इतर अंतराळवीर चंद्रावर पाऊल ठेवतील तेव्हा या अंतराळवीरांनी केलेले संशोधन त्यांच्यासाठी मोलाचे असेल.

या मोहिमेसाठी अंतराळवीरांनी वापरलेले बूट कसे होते? यावर बीबीसी प्रतिनिधी रिचर्ड ग्रे यांनी लिहिलेला हा लेख.

अंतराळवीरांना चांद्रमोहिमेसाठी घातलेल्या बुटांचं असमतल, खडबडीत भूभाग आणि अतिशय टोकाच्या अतिथंड अशा तापमानापासून संरक्षण करावं लागेल.

मात्र, त्यांची सर्वात अविस्मरणीय भूमिका असेल, ती म्हणजे त्यांनी मागे सोडलेल्या पाऊलखुणा. त्या खुणा ‘अपोलो अंतराळ युगातील’ चिरकालिन प्रतिमांपैकी एक आहे.

चंद्राच्या पृष्ठभागावरील राखाडी, धुळीत उमटलेला एक उथळ, चौकोनी ठसा. चंद्रावर गेलेला अंतराळवीर ‘बझ (एडविन) आल्ड्रिन’च्या बुटाच्या सोलमुळे हा ठसा उमटला आहे.

चंद्राच्या धूळ असलेल्या पृष्ठभागावर पावलामुळे घट्ट झालेले हे पट्टे आडव्या रेषांप्रमाणे दिसतात. मानवानं दुसऱ्या ग्रहावर सोडलेल्या पहिल्या पाऊलखुणांपैकी एक म्हणून ते अतिशय सहजतेनं, स्पष्टपणे ओळखता येतात. मानवानं केलेल्या प्रयत्नांचं ते एक प्रभावी प्रतीक आहे.

वास्तविक ही पाऊलखुण काही चंद्रावर उमटलेली एकमेव नाही. चंद्रावर 1969 ते 1972 या कालावधीत 12 अंतराळवीरांनी पाऊल ठेवलं होतं. या अंतराळवीरांच्या शेकडो पाऊलखुणा तिथे उमटल्या. अशा अनेक पाऊलखुणांपैकीच ही एक.

आपल्या माहितीनुसार, त्या पाऊलखुणा आजही तिथे तशाच आहेत. चंद्रावर पृथ्वीसारखं वातावरण, वारा, पाऊस नसल्यामुळे या पाऊलखुणांची झीज होत नाही किंवा ती माती, धूळ वाहून जात नाही. त्यामुळे या पाऊलखुणा चंद्राच्या पृष्ठभागावर लाखो वर्षे तशाच राहतील.

‘आर्टेमिस मोहिमां’द्वारे, ‘नासा’ आता चंद्राच्या दक्षिण ध्रुवावर अंतराळवीरांची नवीन टीम पाठवण्याची तयारी करत आहे. त्यामुळे चंद्राच्या पृष्ठभागावर आता आणखी पाऊलखुणांच्या संचाचा अमिट ठसा उमटू शकेल.

मात्र, आता 50 वर्षांनी चंद्राच्या पृष्ठभागावर उमटणाऱ्या या पाऊलखुणा कशा दिसतील? तसंच या पाऊलखुणा ज्या बुटांमुळे उमटतात, ते नवे बूट ‘अपोलो’ मोहिमेतील अंतराळवीरांनी घातलेल्या बुटांपेक्षा किती वेगळे असतील?

चांद्रमोहिमेतील अंतराळवीरांच्या आधुनिक बुटांचं डिझाईन तयार करण्यासाठी, ते कोणत्या साहित्य किंवा वस्तूपासून तयार करायचे, यासंदर्भात सुधारणा करण्यासाठी नासा आणि त्यांच्या व्यावसायिक भागीदार कंपन्यांनी अनेक वर्षे काम केलं आहे.

‘नासा’च्या आर्टेमिस-2 मोहिमेतील अंतराळवीरांनी चंद्राला दुरून प्रदक्षिणा घातली. त्यावेळेस त्यांना चंद्राचा पृष्ठभाग अंतराळातून पाहता आला होता. त्यांना पाहायला मिळालेला चंद्राचा सर्वात जवळचा पृष्ठभाग 4 हजार 67 मैल (6 हजार 545 किमी) अंतरावर होता.

मात्र, भविष्यातील चांद्रमोहिमांमध्ये अंतराळवीरांना चंद्राच्या धुळीनं आच्छादलेल्या पृष्ठभागावर उतरवण्यात येईल. चंद्रावर 2028 मध्ये जाण्याची अपेक्षा असलेल्या आर्टेमिस-4 मोहिमेतील 2 अंतराळवीरांची बुटांबाबतची आवश्यकता वेगळी असणार आहे. या अंतराळवीरांना आरामदायी आणि सुरक्षित राहण्यासाठी, अपोलो मोहिमेत वापरलेल्या बुटांपेक्षा अधिक चांगल्या आणि आधुनिक बुटांची आवश्यकता असेल.

चंद्रावर अंतराळवीरांचं उणे 225 अंश सेल्सिअस (-373° फॅरनहाइट) इतक्या कमी तापमानात दीर्घकाळ संरक्षण होणं आवश्यक असेल. तसंच चंद्राच्या दक्षिण ध्रुवावरील धूळ आणि मोठ्या प्रमाणात खड्डे असलेल्या भूभागावर त्यांना स्थिर ठेवावं लागेल. यासाठी हे नवीन, आधुनिक बूट आवश्यक ठरतील.

हे बूट तयार करण्यासाठी इंजिनिअर्स नाविन्यपूर्ण साहित्य आणि तंत्रज्ञानाचा वापर करत आहेत. त्याचबरोबर ते आता चंद्राच्या पृष्ठभागावर हजारो वर्षे राहणाऱ्या पाऊलखुणांकडेही लक्ष देत आहेत.

चांद्रमोहिमेत वापरल्या जाणाऱ्या या बुटांच्या सोल किंवा तळांची चंद्राच्या पृष्ठभागावर पुरेशी पकड असणं आवश्यक तर आहेच. त्याचबरोबर चंद्रावर गेलेल्या पहिल्या अंतराळवीरांनी मागे सोडलेल्या पाऊलखुणांप्रमाणेच या नवीन बुटांच्या खुणा देखील चटकन लक्षात येण्यासारख्या असतील.

“या बुटांमध्ये निश्चितच वापरासंदर्भातील काही वैशिष्ट्यांचा समावेश करावा लागेल,” असं झॅक फेस्टर म्हणाले.

ते नासा जॉन्सन स्पेस सेंटरमध्ये सूट (अंतराळवीरांचे कपडे) इंजिनिअर आहेत. चंद्रावर वापरायच्या नव्या बुटांच्या संशोधन आणि विकास प्रकल्पाचं ते नेतृत्व करत आहेत.

ते म्हणतात, “यात बुटांची पकड अत्यंत महत्त्वाची आहे. तुमच्या बुटाच्या तळाचा संपर्क वेगवेगळ्या प्रकारच्या पृष्ठभागांशी येत असतो. त्यामुळे या बुटांची कठीण खडक आणि भुसभुशीत धूळ असलेले पृष्ठभाग यावर उत्तम पकड असणं आवश्यक आहे. त्याचबरोबर वाहनं, शिड्या आणि रोव्हर्ससारख्या कठीण धातूच्या पृष्ठभागांवरदेखील त्यांची चांगली पकड असणं आवश्यक आहे.”

“चालताना होणारी झीज किंवा फाटणं यासारख्या गोष्टींच्या बाबतीतदेखील हे बूट मजबूत असायला हवेत. त्याचबरोबर हे बूट चांगलेही दिसले पाहिजे. कारण या पाऊलखुणांचे फोटो खूपच मानाचे, प्रतिष्ठित आहेत.”

आर्टेमिस मोहिमांमध्ये अंतराळवीर जो पोशाख (स्पेससूट) वापरणार आहेत, त्याच्या एकूणच डिझाईनचं कंत्राट ‘ॲक्झिओम स्पेस’ या अंतराळ क्षेत्रासाठी काम करणाऱ्या व्यावसायिक कंपनीला देण्यात आलं आहे. या कंपनीनं या वर्षाच्या सुरुवातीला आंतरराष्ट्रीय अंतराळ स्थानकावरील त्यांची दुसरी पूर्णपणे खासगी अंतराळ मोहीम पार पाडली होती.

अंतराळवीरांचे नवीन स्पेससूट मार्च 2023 मध्ये समोर आले होते. अंतराळवीर चंद्रावर वापरतील ते बूट म्हणजे मूनबूट या नवीन स्पेससूटमधील एक महत्त्वाचा भाग असतील. अर्थात या बुटांचं नेमकं डिझाईन कसं असणार, ते अद्याप उघड करण्यात आलेलं नाही.

मात्र या बुटांना कोणत्या गोष्टींची पूर्तता करावी लागेल, याबाबतीत नासानं प्रकाशित केलेल्या संशोधनातून काही संकेत मिळतात. यात काही डिझाईनच्या सुरुवातीला घेतलेल्या चाचण्याही आहेत.

अपोलो मोहिमांच्या तुलनेत, अंतराळवीरांना ज्या सर्वात मोठ्या आव्हानाला तोंड द्यावं लागेल, ते म्हणजे चंद्रावरील तापमान.

कारण अपोलो मोहिमांच्या वेळेस चांद्रयान प्रामुख्यानं चंद्राच्या विषुववृत्तीय प्रदेशातील तुलनेनं सपाट पृष्ठभागावर उतरले होते. त्याउलट आर्टेमिस-4 मोहिमेत चंद्राच्या पृष्ठभागावर उतरणाऱ्या 2 अंतराळवीरांना चंद्राच्या दक्षिण ध्रुवावरील एका अत्यंत वेगळ्या वातावरणाला सामोरं जावं लागेल.

“चंद्राच्या दक्षिण ध्रुवावर आम्हाला खूप जास्त थंड तापमानाला तोंड द्यावं लागेल,” असं फेस्टर म्हणाले.

चंद्राच्या या प्रदेशात असे काही भाग आहेत, जे कायमस्वरुपी सावलीत किंवा अंधारात असतात, असं मानलं जातं.

“या भागांनी हजारो वर्षांपासून सूर्य पाहिलेला नाही. यातील काही ठिकाणी तापमान 48 अंश केल्विन (-373 फॅरनहाइट/-225 सेल्सिअस) किंवा त्याहूनही कमी असू शकतं. याउलट जर तुम्ही सूर्यप्रकाश पडणाऱ्या भागात असाल, तर तिथलं तापमान 150 फॅरनहाइटहून (65 अंश सेल्सिअस) अधिक असू शकतं.

तिथला स्पेसवॉक म्हणजे चंद्राचा वावर 4 ते 8 तासांपर्यंतचा असू शकतो. त्यामुळे या कालावधीत तुम्हाला तापमानातील अत्यंत मोठ्या चढउताराला तोंड द्यावं लागू शकतं,” असं फेस्टर म्हणाले.

याचा अर्थ, इन्सुलेशन (उष्णतेचं वहन) हा अतिशय महत्त्वाचा मुद्दा ठरणार आहे. अंतराळवीरांच्या बुटांच्या आतील तापमान आरामदायी किंवा सुखकारक ठेवण्यासाठी नासा आणि ॲक्झिओम, दोन्ही सध्या नवीन प्रकारचे ‘इन्सुलेटिंग फोम्स’ आणि ‘कोटिंग्ज’ची चाचणी करत आहेत.

“चंद्राच्या दक्षिण ध्रुवावरील अतिशय टोकाच्या तापमानाचा सामना करण्यासाठी हे बूट विशेषकरून तयार करण्यात आले आहेत. यात अत्याधुनिक साहित्याचा वापर करण्यात आला आहे. अपोलो मोहिमांच्या वेळेस याप्रकारचं साहित्य अस्तित्वात नव्हतं,” असं रसेल राल्स्टन म्हणाले.

ते ॲक्झिओम स्पेसमध्ये एक्स्ट्रावेहिक्युलर ॲक्टिव्हिटीचे (ईव्हीए) महाव्यवस्थापक आहेत. ॲक्झिओमनं त्यांच्या या चंद्रावर वापरायच्या बुटांना (मूनबूट) ‘ॲक्सईएमयू’ असं नाव दिलं आहे.

“चंद्राच्या दक्षिण ध्रुवावरील अती थंड तापमानात टिकाव धरण्यासाठी आम्ही अनेक अद्वितीय साहित्याचा वापर करत आहोत. यात फ्लोरोपॉलीमर्सचं नवीन फॉर्म्युलेशन, इन्सुलेशन मटेरियल्स आणि अंतराळवीरांच्या पायांचा उष्णतेपासून बचाव करण्यासाठी तयार करण्यात आलेल्या कोटिंग्जचा समावेश आहे,” असं रसेल म्हणाले.

नासा -223 सेल्सिअस (-370 फॅरनहाइट) इतकं कमी तापमान गाठू शकणाऱ्या कोल्ड चेंबरमध्ये या मूनबूटच्या डिझाईनवर विविध चाचण्या करून त्यांची कसून तपासणी करत आहे.

तापमानाच्या बाबतीत नासाच्या इंजिनिअर्सनी एक पर्याय विचारात घेतला होता. त्यानुसार अतिरिक्त उब देण्यासाठी बुटांमध्ये ‘सक्रियपणे उष्णता देणारे’ घटक बसवण्यात आले. मात्र बुटांमधील रेडिएटर्सना एक मर्यादा आहे, असं फेस्टर म्हणतात.

“जर तुम्ही सक्रियपणे उष्णता देत असाल, तर तुम्हाला कुठूनही वीज किंवा ऊर्जा मिळवावी लागेल,” असे ते म्हणाले.

याचा अर्थ बॅटरी आणि केबलिंग असू शकतं. यामुळे बुटांचं वजन वाढू शकतं, तसंच अंतराळवीरांनी वाहून नेलेल्या एकूण भारात वाढ होऊ शकते.

अंतराळवीरांना चंद्राच्या पृष्ठभागाचा दीर्घकाळ अभ्यास करायचा असल्यामुळे आणि भविष्यातील मोहिमांमध्ये चंद्रावर कायमस्वरुपी तळ उभारण्याची शक्यता असल्यामुळे, अगदी छोट्याशा अतिरिक्त वजनामुळे हालचालीतील कार्यक्षमता कमी होऊ शकते.

इंजिनिअर्सना बुटांची फिटिंग शक्य तितकी अचूक असण्याची खातरजमा करावी लागेल. मात्र अपोलो मोहिमेत काम करणाऱ्या इंजिनिअर्सना ज्या आव्हानांना तोंड द्यावं लागलं नव्हतं, अशा आव्हानांना त्यांना तोंड द्यावं लागेल. ते म्हणजे अंतराळवीरांच्या शरीराची ठेवण किंवा आकारांमधील विविधता.

आर्टेमिस मोहिमेतून पहिली महिला चंद्रावर उतरेल. त्याचा अर्थ अपोलो मोहिमांच्या तुलनेत खूप जास्त विविध आकारांच्या बुटांची आवश्यकता पडू शकते. कारण अपोलो मोहिमांमधील सर्व अंतराळवीर पुरुषच होते. तसंच ते सर्व जवळपास एकच उंची, वय आणि वजनाचे होते.

“आम्ही व्यक्तींबरोबर काम करून त्यांच्यासाठी अगदी योग्य असलेले बूट कसे बनवता येतील याचे मार्ग शोधत आहोत,” असं फेस्टर म्हणाले. ते बूट आणि सूटचा प्रारंभिक नमुना (प्रोटोटाईप) घालून ते कसे वाटतात याच्या तपासणीवर काम करतात.

मात्र अनेक सोयीच्या आकारांमध्ये तयार होण्याऐवजी हे बूट निवडक आकारांमध्ये उपलब्ध होतील. नंतर ते पॅडिंग आणि बाहेरून घट्ट करण्याच्या मार्गांनी अधिक सुयोग्य करता येतील.

“ॲक्सईएमयूचे चंद्रावर वापरायचे बूट अपोलो मोहिमांमध्ये वापरण्यात आलेल्या बुटांपेक्षा अधिक आरामदायी आणि हालचाल करण्यास अधिक सुलभ असतील,” असं राल्स्टन पुढे म्हणाले.

चंद्रावर जाण्यापूर्वी, अंतराळवीर त्यांचे बूट चंद्रावर अपेक्षित असल्याप्रमाणे कामगिरी करत आहेत, याची खात्री करून घेण्यासाठी या बुटांचा वापर करण्याचं प्रशिक्षण बराच काळ घेतील.

“त्यांना योग्य, सर्वोत्तम बुट मिळत नाहीत तोपर्यंत ते या बुटांमध्ये सराव करत राहतील तसंच वेगवेगळे पर्याय वापरून पाहत राहतील. नवीन बुटांच्या वापराबद्दल सरावण्याइतकंच मूनबूटच्या वापराबाबत सरावणंदेखील महत्त्वाचं आहे,” असं फेस्टर म्हणाले.

ज्यांना अधिक आरामदायी गोष्टी हव्या असतात त्यांच्यासाठी नेहमीच सोपे, कमी आधुनिक पर्याय उपलब्ध असतात.

“मी स्वत: प्रत्येक पायात 2 पायमोजे घालतो. 6 तासांनंतर ते खूपच आरामदायी वाटतं,” असं फेस्टर म्हणाले.

नासानं अशा यंत्रणांची मागणी केली आहे, ज्यामुळे हातमोजे घातलेले असतानाही बूट घट्ट करता येतील आणि जुळवून घेता येईल. त्याचबरोबर ते चंद्रावरील सूक्ष्म धूळीपासून बचाव करतील. ही धूळ हलणाऱ्या भागांमध्ये आणि वेल्क्रो फास्टनर्सच्या कामात सहजपणे अडथळा निर्माण करू शकते.

चंद्राच्या बहुतांश पृष्ठभागावर असलेली सूक्ष्म धूळ अनियमित आकाराची आणि टोकदार स्वरुपाची असते. त्यामुळे ती अतिशय खरखरीत असते. या धुळीमध्ये विद्युत प्रभारदेखील असतो. त्यामुळे ही धूळ पृष्ठभागांना सहजपणे चिकटते.

तसंच इलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये ती मोठी समस्या निर्माण करू शकते. ही धूळ लँडिंग मॉड्यूल किंवा चंद्रावरील अधिवासात परत घेऊन जाणं हे निश्चितच नको असलेली बाब आहे.

राल्स्टन म्हणतात की, त्यांची कंपनी बुटाचं जे डिझाईन तयार करत आहे, त्याची रचना जवळपास अखंड असेल. जेणेकरून धूळ अडकण्याची शक्यता असलेली जागा कमीत कमी असेल. तसंच या बुटांसाठी ते असं मटेरियल किंवा साहित्य वापरणार आहेत, जे विद्युत प्रभारीत धूळ बुटांना चिकटण्यापासून रोखू शकेल.

मात्र अंतराळवीरांच्या पाऊलखुणांचं काय?

अपोलो मोहिमांच्या वेळेस, अंतराळवीरांनी कडक ओव्हरबूट्स घातलेले होते. स्पेससूटचाच भाग असलेल्या आतील मऊ बुटांवर हे ओव्हरबुट्स घट्टपणे घालण्यात आले होते.

याच ओव्हरबुटांमुळे गोळीच्या आकाराच्या वैशिष्ट्यपूर्ण पाऊलखुणा चंद्राच्या पृष्ठभागावर उमटले होते. त्यानंतर जेव्हा अंतराळवीर त्यांच्या लुनार कॅप्सूलमध्ये परत आले, तेव्हा त्यांनी हे ओव्हरबुट्स काढले आणि ते चंद्रावरच सोडले.

“हे ओव्हरबूट विशेषकरून चंद्राच्या पृष्ठभागावरील कामांसाठी घातले जात होते. नंतर ते पृष्ठभागावरच टाकून दिले जात होते. त्यामुळे ते घरी परतत असताना त्यांचं वजन कमी व्हायचं,” असं फेस्टर म्हणाले.

फेस्टर आणि राल्स्टन या दोघांचंही म्हणणं आहे की, आर्टेमिसच्या मोहिमेतील लुनार बूट्समध्येही ओव्हरबूटचा असाच दृष्टीकोन वापरला जाईल की नाही, हे अद्याप ठरलेलं नाही. मात्र ते म्हणतात की, हे तापमान आणि घर्षणापासून बचाव करणाऱ्यासंदर्भातील आवश्यकतांवर अवलंबून असेल.

नासानं चाचणी घेतलेल्या सुरुवातीच्या प्रोटोटाईपवरून असं दिसतं की, हाच पर्याय पसंत केला जाऊ शकतो. याचे तळ किंवा सोल अपोलो मोहिमेच्या वेळेस वापरलेल्या सोलपेक्षा बरेच वेगळे दिसतात.

एका सिलिकॉन आउटसोलवर शेवरॉन आकार होते. तर दुसऱ्यावर हायकिंगच्या बुटांप्रमाणे गुंतागुंतीची नक्षी किंवा डिझाईन होतं. चंद्राच्या दक्षिण ध्रुवावरील खड्डे असलेल्या पृष्ठभागावर चांगली पकड मिळवण्यासाठी असं डिझाईन करण्यात आलं होतं.

बुटांच्या सोलचं अंतिम डिझाईन कसं असेल याचे तपशील राल्स्टन यांनी सध्या तरी गुप्त ठेवले असले तरी त्यांनी यासंदर्भात एक संकेत दिला आहे.

“आमची सोलच्या नक्षी किंवा रचनेच्या एका विशिष्ट प्रकारच्या डिझाईनची योजना आहे. यात लोगो किंवा इतर प्रतिमांचा समावेश असू शकतो. यामधून चंद्रावर पुन्हा परतण्याचं महत्व अधोरेखित केलं जाईल,” असं ते म्हणाले.

मात्र ही रचना नेमकी कशी असेल किंवा ते कसे दिसतील याबद्दल मात्र त्यांनी काहीही सांगितलं नाही.

एक गोष्ट मात्र स्पष्ट आहे. चंद्रावरील नवीन पाऊलखुणादेखील मागच्या पाऊलखुणांइतक्याच महत्त्वाच्या असतील.

अंतराळ संशोधनातील एका नव्या युगाची सुरुवात त्यातून होईल. चंद्र हा एक अंतिम ठिकाण होण्याऐवजी मंगळासह सूर्यमालेतील पुढील लांब पल्ल्याच्या मानवाचा सहभाग असलेल्या मोहिमांसाठीचा एक महत्त्वाचा थांबा बनणार आहे.

या एका वेगळ्याच जगात कदाचित लाखो वर्षांसाठी एक प्रतिष्ठित, प्रसिद्ध पाऊलखुण उमटेल अशा गोष्टीवर काम करताना कसं वाटतं, असं फेस्टर यांना विचारलं असता, त्यांनी कबूल केलं की त्यांना थोडंसं नर्व्हस वाटत आहे.

“कोणताही दबाव नाही, बरोबर? यासोबत जबाबदारीची एक तीव्र भावना नक्कीच येते. माझ्यासाठी ते मागे सोडलेल्या पाऊलखुणांपेक्षा बरंच काही अधिक आहे.

जमिनीवर होणाऱ्या सर्व चाचण्या, रॉकेट्स, क्रू कॅप्सूल्स आणि पृष्ठभागावर आपल्याला नेणारं लँडर या गोष्टींचं ते प्रतिनिधित्व करतं. आपण सर्व एकत्र मिळून काय करू शकतो आणि आपण खरोखरंच किती यशस्वी होऊ शकतो, याचंच ते एक चित्र आहे,” असं ते म्हणाले.

हा लेख मूळात 6 जुलै 2023 ला प्रकाशित झाला होता. आर्टेमिस-2 मोहीम आणि नासानं मूनबूट्सवर केलेल्या ताज्या चाचण्यांचे तपशील समाविष्ट करण्यासाठी ह लेख अपडेट करण्यात आला आहे.

(बीबीसीसाठी कलेक्टिव्ह न्यूजरूमचे प्रकाशन)