एओलस 1 सेटेलाइट परियोजना कैसे शुरू हुई और इसे विकसित करना कितना मुश्किल था?
अंतरिक्ष से हवाओं का अध्ययन करने की वैज्ञानिक परियोजना 1999 में यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ईएसए) को दी गई थी। विचार यह था कि अंतरिक्ष में एक लेजर लगाया जाए और लेजर पल्स के बिखराव के पैटर्न का अध्ययन किया जाए, जो कि घने और तीव्र प्रकाश पल्स होते हैं, जब वे कणों और वायु अणुओं से टकराते हैं।
हम मुख्य रूप से इस उद्देश्य के लिए पराबैंगनी पल्स का उपयोग करते हैं जो एक यूवी लाइट डिटेक्शन और रैंटिंग डिवाइस द्वारा उत्पन्न होता है जिसे लिडार भी कहा जाता है। यह हमें अंतरिक्ष में वायु अणुओं की गति देता है। इस डेटा से आप स्पष्ट हवा में पवनों को प्राप्त कर सकते हैं जो वायुमंडल में किसी भी पैटर्न या विशेषताओं से जुड़ी नहीं हैं।
यह एक विज्ञान मिशन होना था, न कि एक ऑपरेशनल मिशन, और हम देखना चाहते थे कि क्या हम हवाओं की निगरानी और अध्ययन करने के लिए तकनीक का निर्माण और प्रदर्शन कर सकते हैं। सेटेलाइट को आखिरकार लगभग दो दशकों के बाद लॉन्च किया गया था।
हमारे सेटेलाइट प्रोजेक्ट आमतौर पर इतना लंबा समय नहीं लेते हैं, लेकिन यह ऐसा था क्योंकि इसके विज्ञान को समझना और परिपूर्ण करना बहुत चुनौतीपूर्ण था। इसके साथ ही इससे जुड़ी तकनीक भी चुनौतीपूर्ण थी। यूवी लिडार सिस्टम इतने मजबूत पल्स उत्पन्न करता था कि हमें संकेत प्राप्त करने के लिए नए प्रकार के ऑप्टिकल सिस्टम बनाने पड़े।
हमारे शुरुआती परीक्षणों में लिडार हमारे बहुत सारे ऑप्टिकल उपकरण को नष्ट कर रहा था। हम ऐसी तकनीक पर काम कर रहे थे जिस पर पहले कभी काम नहीं हुआ था। इसमें हम अग्रणी थे। विंड लिडार तकनीक आज तक यूरोपियन स्पेस एजेंसी द्वारा विकसित सबसे चुनौतीपूर्ण उपकरणों में से एक रही है।
हवाओं का अध्ययन करने के लिए यह सेटेलाइट लॉन्च करना इतना अहम क्यों था?
हमने एओलस 1 उपग्रह को 2018 में इस मुख्य उद्देश्य के साथ लॉन्च किया था कि हम हवा का सटीक और स्पष्ट डेटा प्राप्त कर सकें। हम एक ऑब्जर्वेशन सिस्टम चाहते थे जो हवाओं के वर्टिकल प्रोफाइल प्रदान कर सके जो पहले उपलब्ध नहीं था।
इससे पहले हम जो हवा का डेटा इस्तेमाल कर रहे थे,वह वायुमंडल में गतिशील पैटर्न जैसे बादलों की प्रवृत्ति से अधिक संबंधित था। इसके तहत आप अलग-अलग समय पर क्लाउड पैटर्न की तस्वीरें लेते हैं और यह अनुमान लगाने की कोशिश करते हैं कि बादल कैसे चल रहे हैं और उससे हवा का डेटा प्राप्त करते हैं।
आप वायुमंडल में आर्द्रता और तापमान के पैटर्न से भी हवा का डेटा प्राप्त कर सकते हैं। हालांकि ये मापन हमेशा कुछ घटनाओं से संबंधित होते हैं और आपको उन ऊंचाइयों के बारे में कुछ मान्यताएं बनानी होती थी जिन पर ये हो रहे थे, जैसे कि चलते बादलों का स्तरीकरण। विंड कम्यूनिटी का सपना अंतरिक्ष में एक ऐसे उपकरण का होना था जो बिना बादलों या अन्य घटनाओं के स्पष्ट हवा की माप कर सकें।
एओलस 1 वास्तव में क्या माप रहा है?
एओलस 1 सेटेलाइट के साथ पूर्ण हवा वेक्टर का मापन नहीं कर रहा है, बल्कि केवल हवा वेक्टर की ऊर्ध्वाधर दिशा (वर्टिकल डायरेक्शन) का मापन कर रहा है। पहले अध्ययनों में दिखाया गया था कि यह जानकारी अत्यधिक मूल्यवान है क्योंकि हमारे पास रेडियोसोन्ड जैसे जमीन आधारित उपकरणों से हवाओं का ऊर्ध्वाधर प्रोफाइल नहीं है।
रेडियोसोन्ड गुब्बारे पर लगे हवा मापने वाले उपकरण हैं। ये रेडियोसोन्ड दुनिया भर में समान रूप से फैले हुए हैं, विशेषकर उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में और समुद्र और ध्रुवीय क्षेत्रों के ऊपर। इन महत्वपूर्ण क्षेत्रों से हवा की जानकारी में पहले कमी थी।
इन क्षेत्रों में एओलस से प्राप्त ऊर्ध्वाधर हवाओं का डेटा महत्वपूर्ण था। लिडार सिस्टम एक उच्च शक्ति वाला सिस्टम है जिसमें एक फिल्टर होता है जो लेजर पल्स के वायु अणुओं से टकराने से ब्राउनियन गति का पता लगाता है।
ब्राउनियन गति से आने वाला वापसी संकेत एक गाऊसी आकार का होता है जिसे पहचाना गया है, पिनपॉइंट किया गया है और वायुमंडल में स्थित किया जाता है। यह मूल रूप से एक डॉपलर शिफ्ट इफेक्ट है जिसमें कुछ फेम्टोमीटर (10^15m) का सूक्ष्म शिफ्ट होता है।
वायु अणुओं से यूवी पल्स का बिखराव आम तौर पर व्यापक होता है जिससे त्रुटियां हो सकती हैं और एरोसोल से बिखराव तेज होता है जिससे आम तौर पर त्रुटियां नहीं होती हैं।
एओलस 1 का डेटा कहां इस्तेमाल किया गया है और उस पर क्या प्रतिक्रिया रही है?
एओलस 1 की तकनीक में कुछ समस्याएं थीं और डेटा की गुणवत्ता हमारी अपेक्षाओं के अनुरूप नहीं थी। हम 6 से 7 मीटर के संभावित एरर मार्जिन के साथ वायु अणुओं के बिखराव से हवाओं को मापने में सक्षम थे। पवनों के लिए जो हवा में छोटे कणों द्वारा बिखरे हुए थे, अनिश्चितता 3-4 मीटर थी।
हम इससे कहीं बेहतर की उम्मीद कर रहे थे और शुरू में हम थोड़े निराश थे। हमारे डेटा का उपयोग यूरोपियन सेंटर फॉर मीडियम-रेंज वेदर फोरकास्ट्स (ईसीएमडब्लूएफ) और भारत में नेशनल सेंटर फॉर मीडियम रेंज वेदर फोरकास्ट्स (एनसीएमआरडब्लूएफ) द्वारा किया गया है।
समस्याओं के बावजूद एओलस से हवा का डेटा मौसम पूर्वानुमान में काफी सुधार करने में सक्षम था। मौसम एजेंसियों के साथ हमारी शुरुआती चर्चाओं में उन्होंने हमें बताया कि पूर्वानुमान व्यक्त करने में एओलस डेटा 5 प्रतिशत तक सुधार करने में सक्षम था। उन्होंने कहा कि आमतौर पर उनके सुधार क्रमिक और बहुत छोटे पैमाने पर होते। वे एओलस द्वारा लाए गए सुधार से अविश्वसनीय रूप से खुश थे।
ये सुधार विशेष रूप से उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों, महासागरों और ध्रुवीय क्षेत्रों में थे जहां पहले हवा की जानकारी की कमी थी। संयुक्त राज्य अमेरिका से भी अध्ययन हुए हैं जहां एओलस 1 के डेटा ने तूफानों के पूर्वानुमान में सुधार किया है।
क्या हवाओं का मापन जमीन आधारित उपकरणों की मदद से बेहतर किया जा सकता है?
हां, यह सोडार्स और भूमि आधारित विंड लिडार जैसे उपकरणों की मदद से किया जा सकता है। लेकिन फिर उनकी भी अपनी सीमाएं हैं। यदि आप रेडियोसोन्ड को देखें तो उनकी संख्या पिछले कुछ वर्षों में काफी कम हो गई है और इसे फिर से हासिल करना मुश्किल है। सोडार सिस्टम आपको उन स्थानों के विंड प्रोफाइल दे सकते हैं जहां वे स्थित हैं।
डॉपलर वेदर रडार सिस्टम भी आपको हवा आधारित डेटा दे सकते हैं। ये आम तौर पर उष्णकटिबंधीय चक्रवातों के ट्रैक और हवा की गति की निगरानी के लिए इस्तेमाल किए जाते हैं। लेकिन ये सभी सिस्टम दुनिया के कुछ निश्चित क्षेत्रों तक ही सीमित हैं।
उदाहरण के लिए यदि आप अफ्रीका से निकल रहे किसी उष्णकटिबंधीय तूफान प्रणाली का पूर्वानुमान और ट्रैक करना चाहते हैं तो उस क्षेत्र में विंड ऑब्जर्वेशन सिस्टम सही मात्रा में डेटा या समान रूप से वितरित डेटा प्रदान करने के लिए बहुत कम हैं।
यह उष्णकटिबंधीय महासागरों पर कई ऑब्जर्वेशन सिस्टम के लिए भी सच है जहां से ज्यादातर मौसम उत्पन्न होता है और जहां बदलते मौसम से प्रभावित होने वाली ज्यादातर आबादी पर असर पड़ता है। इन सभी जमीन आधारित उपकरणों के साथ-साथ हम जो सेटेलाइट ऑब्जर्वेशन प्रदान कर रहे हैं, उनका घना नेटवर्क होना बहुत अच्छा होगा और यही सपना है।
हवाओं के सेटेलाइट ऑब्जर्वेशन भविष्य में भी महत्वपूर्ण बने रहेंगे क्योंकि वे दुनिया के बड़े हिस्से के लिए और बड़ी सटीकता के साथ डेटा प्रदान कर सकते हैं। वास्तव में 2000 के दशक की शुरुआत में दक्षिणीस में मौसम पूर्वानुमान प्रणाली में सुधार हुआ था जिसके पीछे मुख्य कारक सेटेलाइट डेटा था।
एओलस 1 प्रोग्राम का भविष्य क्या है?
एओलस 1 सेटेलाइट के साथ हमने बहुत सारी ऐसी उपलब्धियां हासिल कीं, जो पहली बार हुई थीं। उदाहरण के लिए यह अंतरिक्ष में पहला यूवी लिडार था और कक्षा से स्पष्ट हवा में पवनों को प्राप्त करने वाला पहला उपकरण था।
एओलस 1 पृथ्वी प्रणाली के विशिष्ट पहलुओं को देखने वाला पहला विज्ञान उपग्रह भी है जो एक ऑपरेशनल सिस्टम बनना है। एओलस 1 की सफलता के कारण यूरोपियन स्पेस एजेंसी और यूरोपियन ऑर्गेनाइजेशन फॉर द एक्सप्लोइटेशन ऑफ मेटियोरोलॉजिकल सेटेलाइट्स (यूमेटसैट) ने हवाओं के लिए एक पूरी तरह से ऑपरेशनल ऑब्जर्वेशन सिस्टम के साथ आगे बढ़ने का फैसला किया है जिसे एओलस 2 कहा जाएगा।
हम एओलस 2 के साथ यूरोप और दुनिया भर में मौसम एजेंसियों को पूरी तरह से ऑपरेशनल विंड डेटा प्रदान करने में सक्षम होंगे। यह वर्तमान में तैयारी के चरण में है और 2030 के दशक में लॉन्च हो जाएगा। हमें विश्वास है कि एओलस 2 के साथ हम अपने सभी उद्देश्यों को प्राप्त करने और डेटासेट में अनिश्चितताओं को और भी कम करने में सक्षम होंगे।