การส่ง ดาวเทียม ด้วย กระสวยอวกาศ มี ข้อดี แตก ต่าง จาก การส่ง ด้วยจรวด อย่างไร

• • ดาวเทียมและยานอวกาศ

ดาวเทียมและยานอวกาศ

      การศึกษาความรู้เกี่ยวกับอวกาศจำเป็นต้องใช้ความรู้เครื่องมือ และกลวิธีทางวิทยาศาสตร์มาประยุกต์ปรับใช้ให้เกิดประโยชน์จึงเกิดเทคโนโลยีอวกาศขึ้นมาซึ่งคือการสำรวจสิ่งต่างๆที่อยู่นอกโลกของเราและสำรวจโลกของเราเองด้วยปัจจุบันเทคโนโลยีอวกาศได้มีการพัฒนาไปเป็นอย่างมากเมื่อเทียบกับสมัยก่อนทำให้ได้ความรู้ใหม่ๆมากขึ้น โดยองค์การที่มีส่วนมากในการพัฒนาทางด้านนี้คือองค์การนาซ่าของสหรัฐอเมริกาได้มีการจัดทำโครงการขึ้นมากมายทั้งเพื่อการสำรวจดาวที่ต้องการศึกษาโดยเฉพาะและที่ทำขึ้นเพื่อศึกษาสิ่งต่างๆในจักรวาลการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีอวกาศนั้นมีทั้งด้านการสื่อสาร ทำให้การสื่อสารในปัจจุบันทำได้อย่างรวดเร็ว  การสำรวจทรัพยากรโลกทำให้ทราบว่าปัจจุบันนี้โลกมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรบ้าง   และการพยากรณ์อากาศก็จะทำให้สามารถเตรียมพร้อมที่จะรับกับสถานการณ์ต่างๆที่อาจจะเกิดขึ้นต่อไปได้

            ดาวเทียม คือ สิ่งประดิษฐ์ที่มนุษย์คิดค้นขึ้น ที่สามารถโคจรรอบโลก โดยอาศัยแรงดึงดูดของโลก ส่งผลให้สามารถโคจรรอบโลกได้ในลักษณะเดียวกันกับที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก และโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ วัตถุประสงค์ของสิ่งประดิษฐ์นี้เพื่อใช้ ทางการทหาร การสื่อสาร การรายงานสภาพอากาศ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์เช่นการสำรวจทางธรณีวิทยาสังเกตการณ์สภาพของอวกาศ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวอื่นๆ รวมถึงการสังเกตวัตถุ และดวงดาว กาแล็กซี ต่างๆ

         ยานอวกาศ (อังกฤษ: Spacecraft) คือยานพาหนะ, ยานหรือเครื่องยนต์ที่ออกแบบมาเพื่อบินไปในอวกาศ ยานอวกาศถูกนำมาใช้สำหรับวัตถุประสงค์ที่หลากหลาย, รวมถึงการสื่อสารโทรคมนาคม, การสังเกตโลก, การอุตุนิยมวิทยา, การนำทาง, การสำรวจดาวเคราะห์และการขนส่งมนุษย์และสินค้า

      ในการบินในอวกาศแบบวงโคจรย่อย (อังกฤษ: sub-orbital spaceflight) ยานอวกาศเข้าสู่อวกาศด้านนอก จากนั้นก็กลับมายังพื้นผิวโลกโดยไม่ได้ขึ้นไปสู่วงโคจรหลัก. แต่สำหรับการบินในอวกาศแบบวงโคจรหลัก (อังกฤษ: orbital spaceflight) ยานอวกาศเข้าสู่วงโคจรปิดรอบโลกหรือรอบวัตถุนอกโลกหรือดวงดาวอื่นๆ ยานอวกาศที่ใช้สำหรับการบินของมนุษย์จะบรรทุกลูกเรือหรือผู้โดยสารบนยานจากจุดเริ่มต้นหรือสถานีอวกาศในวงโคจรเท่านั้น ในขณะที่ ยานที่ใช้สำหรับภารกิจหุ่นยนต์อวกาศจะทำงานด้วยตนเองหรือจากระยะไกลอย่างใดอย่างหนึ่ง ยานอวกาศหุ่นยนต์ที่ใช้เพื่อสนับสนุนการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เป็นยานสำรวจอวกาศ ยานอวกาศหุ่นยนต์ที่ยังคงอยู่ในวงโคจรรอบโลกเป็นดาวเทียม มีเพียงยานสำรวจระหว่างดวงดาวไม่กี่ลำเช่นไพโอเนียร์ 10 และ 11, Voyager 1 และ 2, และ New Horizons ที่ปัจจุบันยังอยู่ในวงโคจรที่หลุดออกจากระบบสุริยะของเรายานอวกาศที่อยู่ในวงโคจรอาจจะสามารถกู้คืนได้แต่บางทีก็ไม่ได้. โดยวิธีการย้อนกลับไปยังโลก พวกมันอาจจะถูกแบ่งออกเป็นแคปซูลที่ไม่มีปีกหรือเครี่องบินอวกาศที่มีปีก

     ปัจจุบันมนุษย์ได้ประสบความสำเร็จในการบินในอวกาศ แต่มีเพียงยี่สิบสี่ประเทศเท่านั้นที่มีเทคโนโลยีอวกาศเช่น รัสเซีย (Roscosmos, กองกำลังอวกาศรัสเซีย), สหรัฐอเมริกา (นาซ่า, กองทัพอากาศสหรัฐและอีกหลายบริษัทการบินอวกาศเชิงพาณิชย์), รัฐสมาชิกขององค์การอวกาศยุโรป, สาธารณรัฐประชาชนจีน (องค์การบริหารอวกาศแห่งชาติจีน), ญี่ปุ่น (สำนักงานสำรวจอวกาศญี่ปุ่น) และอินเดีย (องค์การวิจัยอวกาศอินเดีย)

       เมื่อพูดถึงจรวด เราหมายถึงอุปกรณ์สำหรับสร้างแรงขับดันเท่านั้น หน้าที่ของจรวดคือ การนำยานอวกาศ ดาวเทียม หรืออุปกรณ์ประเภทอื่นขึ้นสู่อวกาศ แรงโน้มถ่วง (Gravity) ของโลก ณ พื้นผิวโลกมีความเร่งเท่ากับ 9.8 เมตร/วินาที 2 ดังนั้นจรวดจะต้องมีแรงขับเคลื่อนสูงมาก เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกจรวดทำงานตามกฎของนิวตัน ข้อที่ 3 “แรงกริยา = แรงปฏิกิริยา” จรวดปล่อยก๊าซร้อนออกทางท่อท้าย (แรงกริยา) ทำให้จรวดเคลื่อนที่ไปข้างหน้า (แรงปฏิกิริยา)

       เราแบ่งประเภทของจรวดตามชนิดของเชื้อเพลิงออกเป็น 2 ประเภท คือ

 1.จรวดเชื้อเพลิงแข็ง มีโครงสร้างไม่สลับซับซ้อน แต่เมื่อการเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้นแล้ว ไม่สามารถหยุดได้

 2.จรวดเชื้อเพลิงเหลว มีโครงสร้างสลับซับซ้อน เพราะต้องมีถังเก็บเชื้อเพลิงเหลว และออกซิเจนเหลว (เพื่อช่วยให้เกิดการสันดาป) ซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง และยังต้องมีท่อและปั๊มเพื่อลำเลียงเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเครื่องยนต์เพื่อทำการเผาไหม้ จรวดเชื้อเพลิงเหลวมีข้อดีคือ สามารถควบคุมปริมาณการเผาไหม้ และปรับทิศทางของกระแสก๊าซได้

จรวดหลายตอน

          การนำจรวดขึ้นสู่อวกาศนั้นจะต้องทำการเผาไหม้เชื้อเพลิงจำนวนมาก เพื่อให้เกิดความเร่งมากกว่า 9.8 เมตร/วินาที2 หลายเท่า ดังนั้นจึงมีการออกแบบถังเชื้อเพลิงเป็นตอนๆ เราเรียกจรวดประเภทนี้ว่า “จรวดหลายตอน” (Multistage rocket) เมื่อเชื้อเพลิงตอนใดหมด ก็จะปลดตอนนั้นทิ้ง เพื่อเพิ่มแรงขับดัน (Force) โดยการลดมวล (mass) เพื่อให้จรวดมีความเร่งมากขึ้น (กฎของนิวตัน ข้อที่ 2: ความเร่ง = แรง / มวล)

 ความแตกต่างระหว่างเครื่องบินไอพ่น และจรวด

         เครื่องยนต์ของเครื่องบินไอพ่นดูดอากาศภายนอกเข้ามาอัดแน่น และทำการสันดาป (เผาไหม้) ทำให้เกิดแรงดันไปข้างหน้า จนปีกสามารถสร้างแรงยก (ความดันอากาศบนปีกน้อยกว่าความดันอากาศใต้ปีก) ทำให้เครื่องลอยขึ้นได้ ส่วนจรวดบรรจุเชื้อเพลิงและออกซิเจนไว้ภายใน เมื่อทำการสันดาปจะปล่อยก๊าซร้อนพุ่งออกมา ดันให้จรวดพุ่งไปในทิศตรงกันข้ามจรวดไม่ต้องอาศัยอากาศภายนอก มันจึงเดินทางในอวกาศได้ ส่วนเครื่องบินต้องอาศัยอากาศทั้งในการสร้างแรงยก และการเผาไหม้

อุปกรณ์ที่จรวดนำขึ้นไป (Payload)

          ดังที่กล่าวไปแล้ว จรวดเป็นเพียงตัวขับเคลื่อนขึ้นสู่อวกาศ สิ่งที่จรวดนำขึ้นไปมีมากมายหลายชนิด ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์หรือภารกิจ ซึ่งอาจจะมีทั้งการทหาร สื่อสารโทรคมนาคม หรืองานวิจัยทางวิทยาศาสตร์

           ขีปนาวุธ (Missile) เป็นคำที่เรียกรวมของจรวดและหัวรบ เนื่องจากจรวดมีราคาสูง และมีพิกัดบรรทุกไม่มาก หัวรบที่บรรทุกขึ้นไปจึงมีขนาดเล็ก แต่มีอำนาจการทำลายสูงมาก เช่น หัวรบนิวเคลียร์

           ดาวเทียม (Satellite) หมายถึง อุปกรณ์ที่ส่งขึ้นไปโคจรรอบโลก เพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ เช่น ถ่ายภาพ โทรคมนาคม ตรวจสภาพอากาศ หรืองานวิจัยทางวิทยาศาสตร์

           ยานอวกาศ (Spacecraft) หมายถึง ยานพาหนะที่โคจรรอบโลก หรือเดินทางไปยังดาวดวงอื่น อาจจะมีหรือไม่มีมนุษย์เดินทางไปด้วยก็ได้ เช่น ยานอะพอลโล่ ซึ่งนำมนุษย์เดินทางไปดวงจันทร์

           สถานีอวกาศ (Space Station) หมายถึง ห้องปฏิบัติการในอวกาศ ซึ่งมีปัจจัยสนับสนุนให้มนุษย์สามารถอาศัยอยู่ในอวกาศได้นานนับเดือน หรือเป็นปี สถานีอวกาศส่วนมากถูกใช้เป็นห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ เพื่อประโยชน์ในการวิจัย ทดลอง และประดิษฐ์คิดค้นในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง สถานีอวกาศที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน ได้แก่ สถานีอวกาศนานาชาติ ISS (International Space Station)

          อวกาศเป็นสภาวะไร้อากาศและแรงโน้มถ่วง ดังนั้นการเคลื่อนที่จึงไร้แรงเสียดทานและความเร่ง ยานอวกาศหรือนักบินอวกาศเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ด้วยการจุดจรวดขนาดเล็ก และจุดจรวดด้านตรงข้ามด้วยแรงที่เท่ากันเมื่อต้องการจะหยุด บนอวกาศเต็มไปด้วยรังสีคลื่นสั้นซึ่งมีพลังงานสูง ดาวเทียมและยานอวกาศอาศัยพลังงานเหล่านี้ด้วยการใช้เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม รังสีคลื่นสั้นเหล่านี้มีอานุภาพในการกัดกร่อนสสาร ดังจะเห็นว่ายานอวกาศและดาวเทียมส่วนมากถูกห่อหุ้มด้วยโลหะพิเศษ สีเงิน หรือสีทอง อุปกรณ์ทุกอย่างที่ใช้ในอวกาศถูกสร้างขึ้นด้วยวัสดุชนิดพิเศษ จึงมีราคาแพงมาก บนพื้นผิวโลกมีบรรยากาศคอยทำหน้าที่กรองรังสีคลื่นสั้นที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต แต่ในอวกาศไม่มีเกราะกำบัง ในขณะที่นักบินอวกาศออกไปทำงานข้างนอกยาน พวกเขาจะต้องสวมใส่ชุดอวกาศ ซึ่งออกแบบมาเพื่อจำลองสภาพแวดล้อมที่อยู่บนโลก กล่าวคือ ปรับอุณหภูมิให้พอเหมาะ มีออกซิเจนให้หายใจ มีแรงดันอากาศเพื่อป้องกันมิให้เลือดซึมออกตามผิวหนัง และรังสีจากดวงอาทิตย์

       ดาวเทียมและยานอวกาศประเภทของดาวเทียมบางประเภท เช่น

          1. ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา

          2. ดาวเทียมสังเกตการณ์ดาราศาสตร์

          3. ดาวเทียมชีวภาพ

          4. ดาวเทียวทางการทหาร

          5. ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรโลก

          6. ดาวเทียมสื่อสารโทรคมนาคม

          7. ดาวเทียมสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์

          8. ดาวเทียมห้องทดลองทางวิทยาศาสตร์ เช่น ห้องทดลอง LDEF ซึ่งยานขนส่งอวกาศนำไปปล่อยในอวกาศตั้งแต่เดือนเมษายน 2527 และนำกลับลงมา เมื่อ 12 ม.ค. 2533 โครงการทดลองนำเมล็ดมะเขือเทศ 5 ถุงใหญ่ หลังกลับมาแล้วจ่ายเมล็ดมะเขือเทศ 2 แบบ ให้ศึกษาคือที่นำมาจากอวกาศเปรียบเทียบกับที่ผิวโลกศึกษาการเจริญเติบโตของเมล็ดมะเขือเทศทั้งสอง

         การส่งดาวเทียมและยานอวกาศจากพื้นโลกขึ้นสู่อวกาศ ต้องต่อสู้กับแรงดึงดูดของโลก ดาวเทียมและยานอวกาศต้องเอาชนะ แรงดึงดูดของโลก โดยอาศัยจรวดที่มีแรงขับดันและความเร็วสูง ความเร็วของจรวดต้องมากกว่า 7.91 กิโลเมตรต่อวินาที ยานอวกาศจึงจะสามารถขึ้นไปสู่อวกาศและโคจรรอบโลกในระดับต่ำที่สุด (0 กิโลเมตร) ได้ ถ้าความเร็วมากว่านี้ ยานจะขึ้นไป โคจรอยู่ในระดับที่สูงกว่า เช่น ถ้าหากความเร็วจรวดเป็น 8.66 กิโลเมตรต่อวินาที ยานจะขึ้นไปได้สูง 1,609 กิโลเมตร ถ้าหากจะให้ ยานหนีออกไปโคจรรอบดวงอาทิตย์ จรวดที่พายานออกไปต้องมีความเร็วที่ผิวโลกมากกว่า 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งเรียกว่า ความเร็วหลุดพ้น (Escape Velocity) หรือความเร็วผละหนีความเร็วหลุดพ้นจากโลกจะลดต่ำลงเมื่อห่างจากโลกมากขึ้น ดังตารางความสูงจากผิวโลก และความเร็วผละหนี

          เชื้อเพลิงที่ใช้ในการส่งยานอวกาศ ควรใช้เชื้อเพลิงเหลว ซึ่งแยกเชื้อเพลิงและสารที่ช่วยในการเผาไหม้ออกจากกัน การนำจรวด มาต่อเป็นชั้น ๆ จะช่วยลดมวลของจรวดลง และเมื่อจรวดชั้นแรกใช้เชื้อเพลิงหมด ก็ปลดทิ้งไป และให้จรวดชั้นต่อไป ทำหน้าที่ ต่อจนถึงจรวดชั้นสุดท้ายที่ติดกับดาวเทียมหรือยาน

              ปี พ.ศ. 2469 โรเบิร์ต กอดดาร์ ชาวอเมริกัน ประสบความสำเร็จในการสร้างจรวดเชื้อเพลิงเหลว โดยใช้ออกซิเจนเหลว เป็นสารที่ช่วย ในการเผาไหม้อยู่ในถังหนึ่งและไฮโดรเจนเหลวเป็นเชื้อเพลิงอยู่ในอีกถังหนึ่ง