ความเร็วหลุดพ้นที่ผิวโลก

ตัวเลขเกิดจากกฎทรงพลังงานของวัตถุเคลื่อนที่ ซึ่งในที่คืออวกาศยานที่มีมวล m โโดยมีระยะการเคลื่อนที่ r จากจุดศูนย์กลางของโลกที่มีมวล M โดยมีความเริ่มต้นคคือความเร็วหลุดพ้น (Ves) โดยจุดปลาย (Final State) ระยะทางของวัตถุไกลจากโลกมาก และความเร็วเมื่อเทียบกับระยะห่างจากโลกน้อยมากๆ จนสมมติให้มีค่าเท่ากับ 0 (ศูนย์) เพราะฉะนั้น พลังงานจลน์ (K) และ พลังงานศักย์โน้มถ่วง (Ug) ที่จะนำมาคำนวณ           โดยเมื่อเราแทนค่าดูจะพบว่า บนดวงจันทร์มีความเร็วหลุดพ้นที่ 2.38 กิโลเมตรต่อวินาที บนโลกวัตถุต้องมีความเร็วหลุดพ้น 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที สำหรับบนดวงอาทิตย์ของเรานั้นต้องใช้ความเร็วหลุดพ้นมากกว่าบนโลกมากคือมากถึง 618 กิโลเมตรต่อวินาที ส่วนคำถามที่สำคัญที่เราอยากรู้คือในกรณีของซีรีส เราทราบว่าซีรีสมีมวลประมาณ \(1.17*10^2\) กิโลกรัม มีรัศมี \(3.8*10^5\) เมตร เมื่อแทนค่าลงในสมการความเร็วหลุดพ้นจะพบว่าซีรีสมีความเร็วหลุดพ้น 0.64 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งนับว่าน้อยมากเมื่อเทียบกับความเร็วหลุดพ้นของโลกนั่นเป็นเพราะว่าซีรีสมีมวลที่น้อยมาก น้อยกว่าดวงจันทร์ของโลกเราเสียอีก เมื่อเราสมมติให้ในอนาคตมีนักบินอวกาศไปสำรวจซีรีส เมื่อสำรวจเสร็จนักบินอวกาศสามารถออกจากซีรีสได้โดยยานไม่ต้องใช้ความเร็วต้นมากเท่าไหร่นักและสามารถกลับถึงโลกได้อย่างปลอดภัย

อยากไปอวกาศ เชิญอ่านทางนี้ครับ #Basicsofspaceflight Ep. 3 ปราการด่านแรกของการไปอวกาศ:...

Posted by NARIT สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ on Tuesday, March 30, 2021

การส่งดาวเทียมและยานอวกาศจากพื้น โลกขึ้นสู่อวกาศ  ต้องต่อสู้กับแรงดึงดูดของโลก  ยานอวกาศต้องเอาชนะแรงดึงดูดนี้โดยอาศัยจรวดที่มีแรงขันดับและความเร็วสูง  ความเร็วของจรวดต้องมากกว่า  7.91  กิโลเมตรต่อวินาที  ยานอวกาศจึงจะสามารถข้นไปสู่อวกาศ  และโคจรรอบโลกในระดับต่ำที่สุด  ( 0  กิโลเมตร  )  ได้  ถ้าความเร็วมากกว่านี้  ยานจะขึ้นไปโคจรอยู่ในระดับที่สูงกว่า  เช่น  ถ้าความเร็งจรวดเป็น  8.26  กิโลเมตรต่อวินาที  ยานจะขึ้นไปได้สูง  644  กิโลเมต  หากจะให้ยานหนีออกไปโคจรรอบดวงอาทิตย์  จรวดที่พายานออกไปต้องมีความเร็วที่ผิวโลกมากกว่า  11.2  กิโลเมตรต่อวินาที  ซึ้งเรียกว่า  ความเร็วหลุดพ้น  (  escape  velocity)

ความเร็วหลุดพ้นจากโลกจะต่ำลงเมื่อห่างจากโลกมากขึ้น

      จรวดต้องมีความเร็วอย่างน้อยที่สุด 40,320 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (25,039 ไมล์ต่อชั่วโมง) เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก และทะยานขึ้นสู่อวกาศ ความเร็วนี้เรียกว่า ความเร็วหลุดพ้น (Escape velocity) ความเร็วหลุดพ้นที่บินอยู่ในโลกต้องใช้มากในการส่งดาวเทียมปล่อยเข้าสู่วงโคจร

วิดีโอแอนิเมชัน ปล่อยจรวดพุ่งขึ้นสู่อวกาศ

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

วิดีโอแสดงภาพสไลด์ ความเร็วหลุดพ้นพร้อมเพลงประกอบสไลด์

รูปดาวเทียมลอยในอวกาศ

      เมื่อจรวดบรรทุกดาวเทียมทะยานไปถึงจุดวงโคจรที่เตรียมปล่อยดาวเทียม ณ จุดปล่อยนี้จะต้องมีความสมดุลระหว่างแรงดึงดูดของโลกที่จะคอยดึงดาวเทียมให้ตกลงสู่พื้นโลก และความเฉื่อย (Inertia) ในการเคลื่อนที่ของดาวเทียมในอวกาศ ความเร็วในการเคลื่อนที่ของดาวเทียมในวงโคจรมีค่าความเร็วประมาณ 27,359 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (17,000 ไมล์ต่อชั่วโมง) เราเรียกความเร็วในการเคลื่อนที่ของดาวเทียมโดยไม่ตกสู่พื้นโลก และไม่ล่องลอยออกไปในอวกาศ เรียกว่า ความเร็ววงโคจร (Orbital velocity) ความสูงจากพื้นโลกของดาวเทียมในอวกาศมีค่าประมาณ 242 กิโลเมตร (150 ไมล์)

รูปวงโคจรดาวเทียม 1

รูปวงโคจรดาวเทียม 2

      ความสำคัญของแรง และความเร็วที่กระทำกับดาวเทียม

      - ถ้าโลกไม่มีแรงโน้มถ่วงช่วยดึงดาวเทียม มันจะเคลื่อนที่ลอยออกไปในอวกาศ

      - ถ้าดาวเทียมเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เร็วเกินไป มันจะหลุดออกไปจากเส้นทางวงโคจร ในทางกลับกัน

      - ถ้าดาวเทียมเคลื่อนที่ช้าเกินไป แรงโน้มถ่วงของโลกจะดึงดาวเทียมตกลงสู่พื้นผิวโลก

      ดาวเทียมที่เคลื่อนที่ในวงโคจรจะมีแรงจากที่กล่าวข้างต้นมาฉุด จนเกิดเป็น แรงฉุด(Drag) เพื่อให้ดาวเทียมอยู่ในวงโคจรได้นาน ๆ โดยไม่ตกผ่านชั้นบรรยากาศ และถูกเผาไหม้ไปจนหมด และเพื่อไม่ให้ดาวเทียมออกไปจากเส้นทางวงโคจร จะต้องรักษาสมดุลของแรงไว้ให้ดี ในการโคจรรอบโลก

       สถานีควบคุมภาคพื้นดินจะคอยควบคุมดาวเทียมให้อยู่ในวงโคจรตลอดเวลา โดยที่ดาวเทียมจะมีระบบไอพ่นขับดัน จะจุดเครื่องยนต์จรวดไอพ่น ก็ต่อเมื่อเห็นว่าดาวเทียมเริ่มห่างไกลจากโลก (Apogee) ของวงโคจรของมัน (จุดจากระยะทางที่มากที่สุดจากโลก) และจุดเครื่องยนต์เมื่อเห็นว่าดาวเทียมเริ่มเข้าใกล้โลก (Perigee) เกินไป คอยบังคับทิศทางให้ดาวเทียมรักษาระดับและทิศทางไปตามวงโคจร เพื่อให้เป็นวงโคจรที่กลมมากตามโลกที่สุด

รูป Apogee & Perigee

      ความเร็ววงโคจรของดาวเทียมจะขึ้นอยู่กับระดับความสูงจากพื้นโลก กล่าวคือ เมื่อดาวเทียมยิ่งใกล้โลกมากเท่าไหร่ ความเร็ววงโคจรก็จะเพิ่มมากขึ้น ยกตัวอย่างเช่น ดาวเทียมที่อยู่ในความสูง 200 กิโลเมตร (124 ไมล์) ความเร็ววงโคจรจะประมาณ 27,400 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (17,000ไมล์ต่อชั่วโมง

วิดีโอการปล่อยดาวเทียม Omid ของอิหร่าน

      ในทางทฤษฏีเส้นทางในการโคจรของดาวเทียมรอบโลกใช้เวลาเดินทาง 24 ชั่วโมง โลกก็หมุนรอบตัวเอง 24 ชั่วโมง ถ้าเราส่องกล่องโทรทัศน์ มองเห็นดาวเทียมดวงนี้ มันจะอยู่กับที่ ดูเหมือนไม่เคลื่อนที่ (ความจริงดาวเทียมจะเคลื่อนที่ไปพร้อมกับเรา) เราเรียกวงโคจรชนิดนี้ว่า วงโคจรประจำที่ (Geostationary orbits) ดาวเทียมที่โคจรเช่นนี้ เช่น ดาวเทียมตรวจสภาพอากาศ (Weather satellites) และดาวเทียมสื่อสาร (Communications satellites)

วิดีโอแสดงวงโคจรประจำที่

      เพิ่มเติมความรู้: ดวงจันทร์มีระยะห่างจากโลกประมาณ 384,400 กิโลเมตร (240,000 ไมล์) มีความเร็วประมาณ 3,700 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (2,300 ไมล์ต่อชั่วโมง) และใช้เวลาโคจรเดินทางรอบโลก 27.322 วัน (ข้อน่าสังเกต ความเร็ววงโคจรดวงจันทร์ช้ามากเพราะว่า มันอยู่ห่างจากโลกมากกว่าดาวเทียม)  

วงโคจรของดวงจันทร์

จบหัวข้อที่ 5

บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที