2025-12-15
MEMS (माइक्रो-इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम) इनर्शियल नेविगेशन सिस्टम एक उच्च-सटीक नेविगेशन डिवाइस है जो माइक्रो-इलेक्ट्रो-मैकेनिकल तकनीक पर आधारित है। यह मुख्य रूप से MEMS जाइरोस्कोप (कोणीय वेग मापने के लिए), MEMS एक्सेलेरोमीटर (त्वरण मापने के लिए) और डेटा प्रोसेसिंग यूनिट से बना है। उपग्रह संकेतों या ग्राउंड बेस स्टेशनों जैसे बाहरी संदर्भों पर निर्भर किए बिना, यह अपनी गति की स्थिति को महसूस करके स्थिति, वेग और रवैया जानकारी को स्वतंत्र रूप से गणना कर सकता है। यह "स्वायत्त नेविगेशन" सुविधा इसे अंतरिक्ष के चरम वातावरण के लिए एक आदर्श विकल्प बनाती है।
पारंपरिक एयरोस्पेस-ग्रेड इनर्शियल नेविगेशन सिस्टम की तुलना में, MEMS इनर्शियल नेविगेशन तीन मुख्य लाभों का दावा करता है: लघुकरण, हल्के डिजाइन और कम लागत. इसके मुख्य घटकों को मिलीमीटर पैमाने तक कम किया जा सकता है, जिसका वजन कुछ ग्राम से लेकर दसियों ग्राम तक होता है और बिजली की खपत मिलीवाट स्तर जितनी कम होती है। इसके अलावा, इसका बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जा सकता है, जो अंतरिक्ष यान की "वजन में कमी और दक्षता में सुधार" की मुख्य मांग को पूरी तरह से पूरा करता है। इस बीच, विकिरण प्रतिरोध और उच्च-निम्न तापमान प्रतिरोध जैसे विशेष सुदृढीकरण उपचार के बाद, MEMS इनर्शियल नेविगेशन चरम अंतरिक्ष स्थितियों जैसे कि वैक्यूम, मजबूत विकिरण और भारी तापमान भिन्नता (-200℃~+120℃) का सामना कर सकता है, जिसकी स्थिरता और विश्वसनीयता एयरोस्पेस-ग्रेड मानकों तक पहुँचती है।
उपग्रहों को कक्षीय संचालन के दौरान अपने रवैये को सटीक रूप से बनाए रखने की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए, सौर पैनलों को सूर्य और संचार एंटेना को पृथ्वी के साथ संरेखित करना), एक ऐसा कार्य जो मुख्य रूप से MEMS इनर्शियल नेविगेशन सिस्टम द्वारा पूरा किया जाता है। उपग्रहों के कोणीय वेग और रवैये में बदलाव को वास्तविक समय में मापकर, यह रवैया नियंत्रण प्रणाली के लिए डेटा समर्थन प्रदान करता है, थ्रस्टर्स और रिएक्शन व्हील्स जैसे एक्ट्यूएटर्स को समय पर रवैया समायोजित करने और उपग्रहों के स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए चलाता है।
उदाहरण के लिए, निम्न-पृथ्वी कक्षा संचार उपग्रह नक्षत्रों (जैसे स्टारलिंक) में, प्रत्येक उपग्रह को कक्षीय स्विचिंग और रवैया अंशांकन को जल्दी से पूरा करने की आवश्यकता होती है। MEMS इनर्शियल नेविगेशन "तेज़ प्रतिक्रिया और छोटे आकार" के अपने लाभों के कारण नक्षत्रों की बैच तैनाती के लिए मुख्य नेविगेशन घटक बन गया है। गहरे अंतरिक्ष जांच (जैसे मंगल रोवर और क्षुद्रग्रह डिटेक्टर) के लिए, पृथ्वी से दूर गहरे अंतरिक्ष में ग्राउंड टेलीमेट्री संकेतों पर निर्भर वास्तविक समय नेविगेशन असंभव है। MEMS इनर्शियल नेविगेशन, स्टार ट्रैकर्स और परमाणु घड़ियों के साथ मिलकर, जांच को लक्ष्य आकाशीय पिंड तक सटीक रूप से उड़ान भरने के लिए एक स्वायत्त नेविगेशन प्रणाली बनाता है।
मानवयुक्त अंतरिक्ष यान जैसे मानवयुक्त अंतरिक्ष यान और अंतरिक्ष स्टेशनों में, MEMS इनर्शियल नेविगेशन एक "जीवन-समर्थन स्तर" महत्वपूर्ण मिशन करता है। यह न केवल अंतरिक्ष यान के रवैये, वेग और स्थिति की वास्तविक समय में निगरानी कर सकता है, कक्षीय समायोजन और मिलन और डॉकिंग के लिए सटीक डेटा प्रदान करता है, बल्कि आपात स्थिति में (जैसे अंतरिक्ष यान और अंतरिक्ष स्टेशन के बीच डॉकिंग विफलता, या वायुमंडल में पुन: प्रवेश के दौरान वापसी कैप्सूल का असामान्य रवैया) आपातकालीन रवैया नियंत्रण कार्यक्रम को जल्दी से ट्रिगर कर सकता है, जिससे अंतरिक्ष यात्रियों की सुरक्षा सुनिश्चित होती है।
शेनझोउ अंतरिक्ष यान का उदाहरण लेते हुए, जब वापसी कैप्सूल वायुमंडल में फिर से प्रवेश करता है, तो उसे तीव्र वायुगतिकीय ताप और रवैया गड़बड़ी का अनुभव होगा। MEMS इनर्शियल नेविगेशन, इन्फ्रारेड नेविगेशन और पैराशूट नियंत्रण प्रणालियों के साथ समन्वय में काम करते हुए, यह सुनिश्चित करने के लिए वापसी कैप्सूल की स्थिति और रवैये की सटीक गणना करता है कि यह पूर्वनिर्धारित लैंडिंग साइट पर सुरक्षित रूप से उतरे। इसके अतिरिक्त, अंतरिक्ष यात्रियों के एक्स्ट्रावेहिकुलर स्पेससूट में एक लघु MEMS इनर्शियल नेविगेशन मॉड्यूल एकीकृत है, जो अंतरिक्ष यात्रियों के गति रवैये की वास्तविक समय में निगरानी करता है और एक्स्ट्रावेहिकुलर गतिविधियों के लिए नेविगेशन संदर्भ प्रदान करता है।
अंतरिक्ष ऑन-ऑर्बिट सेवा तकनीकों (जैसे उपग्रह रखरखाव, अंतरिक्ष मलबे को हटाना और ऑन-ऑर्बिट असेंबली) के विकास के साथ, अंतरिक्ष रोबोट (रोबोटिक आर्म और स्वायत्त मोबाइल रोबोट) मुख्य उपकरण बन गए हैं, और MEMS इनर्शियल नेविगेशन उनके "सटीक संचालन" की कुंजी है। यह रोबोटों के संयुक्त गति और स्थिति विचलन को वास्तविक समय में महसूस कर सकता है, यह सुनिश्चित करता है कि रोबोटिक आर्म उपग्रहों को सटीक रूप से पकड़ता है, उपकरण प्रतिस्थापन पूरा करता है, या मोबाइल रोबोट को अंतरिक्ष स्टेशन केबिन के बाहर पूर्वनिर्धारित पथ के साथ चलने में सक्षम बनाता है।
उदाहरण के लिए, जब अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (ISS) का रोबोटिक आर्म अंतरिक्ष यात्रियों को स्थानांतरित करता है और कार्गो का परिवहन करता है, तो MEMS इनर्शियल नेविगेशन द्वारा प्रदान किया गया उच्च-सटीक रवैया डेटा सेंटीमीटर स्तर के भीतर संचालन त्रुटि को नियंत्रित कर सकता है। भविष्य में, जब "अंतरिक्ष टग" अंतरिक्ष मलबे को साफ करेंगे, तो उन्हें मलबे के साथ सटीक रूप से डॉक करने की आवश्यकता होगी, और MEMS इनर्शियल नेविगेशन की स्वायत्त नेविगेशन क्षमता एक स्थिर और विश्वसनीय डॉकिंग प्रक्रिया सुनिश्चित कर सकती है।
चंद्र और मंगल अन्वेषण जैसे गहरे अंतरिक्ष अन्वेषण मिशनों में, ग्राउंड टेलीमेट्री संकेतों में कई मिनट या यहां तक कि दसियों मिनट की देरी होती है, जिससे जांच का वास्तविक समय नियंत्रण असंभव हो जाता है। MEMS इनर्शियल नेविगेशन की "स्वायत्त नेविगेशन" सुविधा इस प्रकार विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। ऑप्टिकल नेविगेशन, रडार नेविगेशन और अन्य तकनीकों के साथ एकीकृत, यह एक बहु-स्रोत संलयन नेविगेशन प्रणाली बनाता है, जिससे जांच स्वतंत्र रूप से पथों की योजना बना सकती है, बाधाओं से बच सकती है और सटीक लैंडिंग प्राप्त कर सकती है।
उदाहरण के लिए, जब चांग'ई-5 चंद्र जांच ने चंद्र सतह नमूनाकरण किया, तो MEMS इनर्शियल नेविगेशन ने जांच के रवैये और स्थिति की वास्तविक समय में निगरानी की, यह सुनिश्चित करते हुए कि नमूनाकरण रोबोटिक आर्म ने लक्ष्य क्षेत्र को सटीक रूप से स्थित किया। जब मंगल रोवर मंगल की सतह पर यात्रा करता है, तो MEMS इनर्शियल नेविगेशन, इलाके कैमरा डेटा के साथ मिलकर, स्वतंत्र रूप से यात्रा की दिशा और गति को समायोजित करता है ताकि रेत के टीलों में फंसने या चट्टानों से टकराने से बचा जा सके।
अंतरिक्ष क्षेत्र में MEMS इनर्शियल नेविगेशन का अनुप्रयोग दो मुख्य तकनीकी सफलताओं से अविभाज्य है। पहला है सटीकता में सुधार. नई सामग्रियों (जैसे सिलिकॉन-आधारित माइक्रोस्ट्रक्चर और क्वार्ट्ज क्रिस्टल) और सिग्नल प्रोसेसिंग एल्गोरिदम (जैसे काल्मन फ़िल्टरिंग और न्यूरल नेटवर्क क्षतिपूर्ति) को अपनाकर, MEMS जाइरोस्कोप की पूर्वाग्रह स्थिरता 0.01°/h के स्तर तक पहुँच गई है, जो पारंपरिक फाइबर ऑप्टिक इनर्शियल नेविगेशन सिस्टम के करीब है। दूसरा है चरम वातावरण के लिए सुदृढीकरण. अनुकूलित पैकेजिंग तकनीक और विकिरण परिरक्षण डिजाइन के माध्यम से, MEMS इनर्शियल नेविगेशन कठोर अंतरिक्ष विकिरण वातावरण में लंबे समय तक स्थिर रूप से संचालित हो सकता है, जिसकी सेवा जीवन 10 वर्ष से अधिक है।
भविष्य में, अंतरिक्ष क्षेत्र में MEMS इनर्शियल नेविगेशन का अनुप्रयोग तीन दिशाओं में विकसित होगा। पहला है लघुकरण और एकीकरण, नेविगेशन, संचार और ऊर्जा आपूर्ति जैसे कार्यों को एक ही चिप पर एकीकृत करना ताकि "ऑन-चिप अंतरिक्ष यान" बनाया जा सके। दूसरा है बहु-स्रोत संलयन नेविगेशन, नेविगेशन सटीकता और विश्वसनीयता को और बेहतर बनाने के लिए स्टार ट्रैकर्स, परमाणु घड़ियों, क्वांटम नेविगेशन और अन्य तकनीकों के साथ गहन एकीकरण प्राप्त करना। तीसरा है गहरे अंतरिक्ष का विस्तार, क्षुद्रग्रह अन्वेषण और अंतरतारकीय नेविगेशन जैसे दूर के अंतरिक्ष मिशनों पर लागू किया जा रहा है, और मनुष्य के लिए ब्रह्मांड का पता लगाने के लिए "पोर्टेबल नेविगेशन ब्रेन" बन रहा है।
उपग्रह रवैया नियंत्रण से लेकर मानवयुक्त अंतरिक्ष उड़ान सुरक्षा गारंटी तक, गहरे अंतरिक्ष अन्वेषण स्वायत्त नेविगेशन से लेकर अंतरिक्ष रोबोट सटीक संचालन तक, MEMS इनर्शियल नेविगेशन "लघुकरण, स्वायत्तता और उच्च विश्वसनीयता" की अपनी विशेषताओं के साथ अंतरिक्ष अन्वेषण के नेविगेशन मोड को फिर से आकार दे रहा है। प्रौद्योगिकी की निरंतर प्रगति के साथ, यह "लघु नेविगेशन ब्रेन" मनुष्य को अधिक दूर के ब्रह्मांडीय यात्राओं में अज्ञात का पता लगाने के लिए ठोस नेविगेशन समर्थन प्रदान करेगा, जिससे अंतरिक्ष अन्वेषण उच्च दक्षता, कम लागत और अधिक सुरक्षा के एक नए युग में प्रवेश करने में मदद मिलेगी।
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