เพราะเหตุใดจึงนำยานขนส่งอวกาศมาใช้แทนจรวด

ภารกิจสุดท้าทายบนอวกาศของจีนเริ่มขึ้นอีกครั้ง เมื่อมีการปล่อยยานอวกาศ “ฉางเอ๋อ-5” (Chang’e-5) ไปดวงจันทร์ เพื่อเก็บตัวอย่างหินและดินบนดวงจันทร์กลับมายังโลก ซึ่งถือเป็นความพยายามครั้งแรกของจีนในการเก็บตัวอย่างวัตถุจากนอกโลก โดยที่ผ่านมามีเพียงสหรัฐอเมริกา และอดีตสหภาพโซเวียตเท่านั้นที่เคยเก็บตัวอย่างจากดวงจันทร์กลับมายังโลกได้สำเร็จ

ส่วนที่มาของชื่อยานอวกาศฉางเอ๋อ 5 มาจากคำว่า “ฉางเอ๋อ” (嫦娥）ซึ่งเป็นเทพธิดาแห่งดวงจันทร์ ที่เคยลงมาบนโลกมนุษย์ และได้ดื่มน้ำอมฤตจึงทำให้มีชีวิตอมตะ ก่อนจะเหาะกลับคืนสู่ดวงจันทร์ และเมื่อถึงช่วงฤดูหนาวเทพธิดาฉางเอ๋อจะนำน้ำอมฤตมาพรมลงมายังโลก ทำให้ต้นข้าวของมนุษย์เติบโตงอกงาม และเป็นที่มาของการเทศกาลไหว้พระจันทร์ของชาวจีน ซึ่งเทพธิดาฉางเอ๋อถือเป็นสัญลักษณ์ของความเยาว์วัยและงดงามตลอดกาล

เมื่อพูดถึง “ยานอวกาศ” คนส่วนใหญ่มักจะอดสับสนไม่ได้ว่าแท้จริงแล้วเหมือนหรือต่างจาก “จรวด” อย่างไร วันนี้ Tonkit360 จึงรวบรวมข้อมูลมาฝากกัน เพื่อช่วยไขข้อสงสัยนี้ให้กระจ่างขึ้น

จรวด (Rocket)

จรวดนับเป็นส่วนประกอบหนึ่งที่สำคัญของการเดินทางสำรวจอวกาศ เนื่องจากเป็นส่วนที่ทำให้การส่งดาวเทียมหรือยานสำรวจทะยานพ้นเขตแรงดึงดูดของโลกและออกเดินทางสู่อวกาศได้ ทำให้จรวดจำเป็นต้องมีแรงขับเคลื่อนสูงมาก เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกที่ว่าได้เพื่อเข้าสู่วงโคจรของโลกหรือเคลื่อนที่ออกสู่อวกาศ

จรวดเป็นเครื่องยนต์ที่ใช้ขับเคลื่อนพาหนะสำหรับขนส่งอุปกรณ์ หรือมนุษย์ขึ้นสู่อวกาศ จรวดสามารถเดินทางไปในอวกาศได้ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องอาศัยออกซิเจนในบรรยากาศมาใช้ในการสันดาปเชื้อเพลิง เพราะจรวดมีถังบรรจุออกซิเจนอยู่ในตัวเอง

จรวดที่ใช้เดินทางไปสู่อวกาศจะต้องมีแรงขับเคลื่อนสูงมากและต่อเนื่อง เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก (Gravity) ซึ่งมีความเร่ง 9.8 เมตร/วินาที2 ในการเดินทางจากพื้นโลกสู่วงโคจรรอบโลก

จรวดสามารถแบ่งได้ 3 ประเภทตามชนิดของเชื้อเพลิง  

• จรวดเชื้อเพลิงแข็ง มีโครงสร้างไม่ซับซ้อน แต่เมื่อการเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้นแล้ว ไม่สามารถหยุดได้
• จรวดเชื้อเพลิงเหลว มีโครงสร้างซับซ้อนกว่าจรวดเชื้อเพลิงแข็ง เพราะต้องมีถังเก็บเชื้อเพลิงเหลว และออกซิเจนเหลว (เพื่อช่วยให้เกิดการสันดาป) และต้องมีระบบปั๊มและท่อเพื่อลำเลียงเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเครื่องยนต์เพื่อทำการเผาไหม้ จึงมีราคาสูง แต่สามารถควบคุมปริมาณการเผาไหม้ และปรับทิศทางของกระแสแก๊สได้ ทำให้ปลอดภัย ควบคุมทิศทางและความเร็วได้ง่าย
• จรวดไอออน ใช้พลังงานไฟฟ้ายิงอิเล็กตรอนเข้าใส่อะตอมของแก๊สเฉื่อยให้แตกเป็นประจุ แล้วเร่งปฏิกริยาให้ประจุเคลื่อนที่ออกจากท่อท้ายของเครื่องยนต์ด้วยความเร็วสูงเพื่อให้เกิดแรงดันผลักจรวดให้เคลื่อนที่ไปด้านหน้า จึงมีแรงขับเคลื่อนต่ำแต่มีความประหยัดสูง เหมาะสำหรับใช้ในการเดินทางระหว่างดวงดาวเป็นระยะเวลานาน 

ยานอวกาศ (Spaceship / Spacecraft)

ยานอวกาศคือยานพาหนะที่นำมนุษย์ หรืออุปกรณ์อัตโนมัติขึ้นไปสู่อวกาศ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อสำรวจโลกหรือเดินทางไปยังดาวดวงอื่น โดยแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม และยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุม

ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม (Manned Spacecraft) จะมีขนาดใหญ่ เนื่องจากต้องมีปริมาตรเพียงพอที่มนุษย์จะอยู่อาศัยได้ อีกทั้งต้องบรรทุกปัจจัยต่าง ๆ ที่มนุษย์ต้องการ อาทิ อากาศ อาหาร และเครื่องอำนวยความสะดวกในการยังชีพอย่างเตียงนอน และห้องน้ำ จึงทำให้ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุมมีมวลมาก ซึ่งได้แก่ ยานอะพอลโล (Apollo) ที่นำมนุษย์ไปยังดวงจันทร์ เป็นต้น

ยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุม (Unmanned Spacecraft) จะมีขนาดเล็กมากเมื่อเปรียบเทียบกับยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม เพราะไม่จำเป็นต้องใช้จรวดนำส่งขนาดใหญ่ จึงมีความประหยัดเชื้อเพลิงมาก ซึ่งยานอวกาศประเภทนี้ต้องมีสมองกลคอมพิวเตอร์และระบบซอฟต์แวร์ที่ฉลาดมาก เพื่อให้ยานอวกาศสามารถปฏิบัติภารกิจได้เองทุกประการ และแก้ไขปัญหาเฉพาะหน้าได้ทันท่วงที ซึ่งยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุมได้แก่ ยานแคสินี (Cassini spacecraft) ซึ่งใช้สำรวจดาวเสาร์ เป็นต้น

หากจะแยกความแตกต่างระหว่างจรวดกับยานอวกาศให้ง่ายขึ้น อาจจำง่าย ๆ ว่า จรวดมีขนาดเล็กกว่ายานอวกาศ ขับเคลื่อนด้วยความเร็วสูง และไม่มีมนุษย์โดยสาร ทำหน้าที่เพียงขับเคลื่อนพาหนะที่ใช้ขนส่งอุปกรณ์ หรือมนุษย์ขึ้นสู่อวกาศ

ปัจจุบันมีส่งดาวเทียม ยานอวกาศ และอุปกรณ์ต่างๆ ออกไปนอกโลกและออกไปโคจรเพื่อการสื่อสาร สารวจดวงดาวและอวกาศ นอกจากนี้ยังส่งสถานีอวกาศพร้อมนักบินไปโคจรรอบโลกเพื่อไปสารวจภาวะแวดล้อมของโลก วิจัยและปฏิบัติการทดลองบางอย่างที่ไม่สามารถทาได้บนโลกหรือทาได้ยากและสิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายมาก เช่น การผลิตสารบริสุทธิ์เพื่อผลิตยา การผสมสารที่มีสมบัติพิเศษและความหนาแน่นต่างกัน นอกจากนี้ยังได้พัฒนายานขนส่งอวกาศขึ้นแทนจรวด ซึ่งสามารถนายานอวกาศ ดาวเทียม สถานีอวกาศและอุปกรณ์ต่างๆขึ้นไปปฏิบัติงานแล้วเก็บดาวเทียมที่หมดอายุแล้วมาแก้ไขซ้อมแซมหรือนากลับสู่โลกมาปรับปรุงเพื่อนาไปใช้ใหม่ ดังนั้นยานขนส่งอวกาศจึงช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายได้มากกว่าจรวด ซึ่งต้องทิ้งไปทุกครั้งเมื่อใช้งานแล้ว

อุปกรณ์ที่มนุษย์พัฒนาขึ้นเพื่อสารวจอวกาศที่ควรทราบมีดังนี้

ดาวเทียม

ดาวเทียม(Satellite) เป็นอุปกรณ์ที่มนุษย์พัฒนาขึ้นใช้ประโยชน์มากมาย การส่งดาวเทียมต้องใช้จรวด ยานขนส่งอวกาศพาขึ้นไปในอวกาศ สารวจอวกาศ ดาวเทียมมีหลายประเภท

วงโคจรของดาวเทียมแบ่งตามระดับความสูงจากพื้นโลกได้ 3ระดับคือ

1).วงโคจรระดับต่า อยู่สูงจากพื้นผิวโลกประมาณ 800-1500 กิโลเมตร

2).วงโคจรระดับกลาง อยู่สูงจากผิวโลกประมาณ 9,900-19,800 กิโลเมตร

3).วงโคจรค้างฟ้า อยู่สูงจากผิวโลกประมาณ 35,000 กิโลเมตร ซึ่งที่ระดับนี้ดาวเทียมจะโคจรรอบโลกไปทางเดียวกันและมีอัตราความเร็วเท่ากับการหมุนรอบโลก

ดาวเทียมมีหลายประเภท เช่น

1. ดาวเทียมสารวจอวกาศ ได้ใช้ประโยชน์ในการสารวจอวกาศดาวเทียมประเภทนี้จะนา ขึ้นสู่วงโคจรที่สูงกว่าดาวเทียมประเภทอื่นๆดาวเทียมประเภทนี้บางดวงจะมีอุปกรณ์ตรวจจับ แม่เหล็กไฟฟ้าบางดวงจะทาหน้าที่ตรวจจับและบันทึกรังสีอัลตราไวโอเลต ได้แก่ IMP 8

2. ดาวเทียมนาร่อง ใช้ประโยชน์ในการหาทิศทางและตาแหน่งในการเดินเรือและการ คมนาคมในอวกาศในกรณีที่ภาวะทัศนะวิสัยไม่ดี เช่น หมอกลงจัด ได้แก่ NAVSTAR

3. ดาวเทียมจารกรรม ใช้ประโยชน์ในด้านจารกรรมหรือสงครามดาวเทียมประเภทนี้จะมี อุปกรณ์ในการตรวจจับวัตถุด้วนเรดาร์และแสงอินฟาเรด ซึ่งสามารถตรวจจับได้ทั้งในที่มืดและที่ พรางตาไว้ ได้แก่ ELINT

4. ดาวเทียมสื่อสาร ใช้ประโยชน์ในการติดต่อสื่อสารและโทรคมนาคมทั้งภายในประเทศ และระหว่างประเทศซึ่งส่วนใหญ่จะใช้ในกิจการโทรศัพท์ โทรเลข โทรพิมพ์และโทรสาร รวมทั้ง ถ่ายทอดสัญญาณวิทยุและสัญญาณโทรทัศน์ ได้แก่ INTELSAT , PALAPA , THAICOM

5. ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา ดาวเทียมประเภทนี้จะถ่ายภาพและส่งสัญญาณสู่ภาคพื้นดินเป็น ระยะๆ ทาให้สามารถติดตามลักษณะของเมฆที่ปกคลุม การก่อตัวและเคลื่อนตัวของพายุ ตรวจวัด ระดับของเมฆตรวจการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์วัดอุณหภูมิบนโลกหรือชั้นบรรยากาศซึ่งนัก พยากรณ์อากาศจะนาข้อมูลเหล่านี้มาวิเคราะห์ เพื่อรายงานสภาพอากาศและพยากรณ์อากาศให้ ประชาชนได้ทราบ ได้แก่ GMS-5 , NOAA – 12 , NOAA – 14

6. ดาวเทียมสารวจทรัพยากรธรรมชาติ เป็นดาวเทียมที่ใช้สารวจดูพื้นผิวโลกและการ เปลี่ยนแปลงต่างๆ ที่เกิดขึ้นบนผิวโลกซึ่งข้อมูลต่างๆ ที่ได้จะถูกนาไปใช้ในด้านต่างๆเช่น ด้านป่า ไม้ ด้านการใช้ดิน ด้านการเกษตร ด้านอุทกวิทยา ด้านธรณีวิทยา ด้านสมุทรศาสตร์และการประมง ด้านสิ่งแวดล้อมและด้านการทาแผนที่ ได้แก่ LANSAT – 7 , SPOT – 4

ปี พ.ศ. 2502 ยานลูน่า 3 ของรัสเซีย ได้ขึ้นไป สารวจด้านที่มืดของดวงจันทร์

ปี พ.ศ. 2505 ดาวเทียมเทลสตาร์ ถ่ายทอดรายการ โทรทัศน์ ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกเป็นครั้งแรกปี พ.ศ. 2519 ยายอวกาศไวกิ้ง จานวน 2 ลา ถ่ายภาพพื้นผิวดาวอังคารยานอวกาศไวกิ้งทั้ง 2 ลา ใช้เวลา 1 ปี ในการเดินทางไปสู่ดาวอังคาร

สาหรับประเทศไทยใช้ประโยชน์โดยตรงจากดาวเทียมเพียง 3 ประเภท คือ ดาวเทียม สื่อสาร ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาและดาวเทียมสารวจทรัพยากรธรรมชาติ โดยดาวเทียมสื่อสารที่ ประเทศไทยใช้บริการคือ ดาวเทียมอินเทลแสต ขององศ์การอินเทลแสต ดาวเทียมปาลาปาของ ประเทศอินโดนีเซียและดาวเทียมไทยคม 3 ของบริษัทชินวัตรและดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาที่ไทยได้ รับสัญญาณคือ ดาวเทียม GMS-5 ของประเทศญี่ปุ่น ดาวเทียม NOAA-14 ของอเมริกาส่วนการใช้ ประโยชน์จากดาวเทียมสารวจทรัพยากรธรรมชาติประเทศไทยได้เข้ารวมโครงการนาซาเมื่อปี 2514 และมีสถานีรับสัญญาณจากดาวเทียมสารวจทรัพยากรในธรรมชาติและดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาที่เขต ลาดกระบัง ปัจจุบันดาวเทียมสารวจทรัพยากรในประเทศไทยคือ ดาวเทียม LANDSAT – 7 และ SPOT – 4

สถานีอวกาศ

สถานีอวกาศมีลักษณะเป็นห้องขนาดใหญ่ที่อยู่ในอวกาศตลอดชีวิตการทางานของมันและ มีกลุ่มลูกเรืออวกาศไปเยี่ยมสลับกันกันเป็นชุดๆ สถานีอวกาศช่วยให้นักบินอวกาศได้สารวจภาวะ แวดล้อมของโลกและช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้วิจัยและปฏิบัติการทดลองบางอย่างที่ไม่สามรถทา บนโลกได้หรือทาได้ยากหรือสินเปลืองค่าใช้จ่าย เช่น การผลิตสารบริสุทธิ์เพื่อผลิตยา การผสมสาร ที่มีสมบัติพิเศษและความหนาแน่นต่างกัน นอกจากนี้ยังเป็นที่ให้นักวิทยาศาสตร์ได้ทดลองค้นคว้า เกี่ยวกับพืชและสัตว์ศึกษาโลกอวกาศในอนาคตอาจเป็นที่พักของมนุษย์อวกาศและยานอวกาศเพื่อ เตรียมตัวไปสารวจดวงจันทร์หรือดาวนพเคราะห์อื่นๆ เช่น สถานีอวกาศ ISS.

จรวด

. จรวด เป็นพาหนะที่พาดาวเทียมหรือยานอวกาศขึ้นไปสู่อวกาศ

1. การสร้างเครื่องยนต์เพื่อให้ขับดันจรวดให้เคลื่อนที่นั้น จรวดจะถูกสร้างไว้หลายท่อน ต่อกัน ดาวเทียมหรือยานอวกาศจะติดต่อกับจรวดท่อนสุดท้าย 2. การที่จรวดต้องสร้างเป็นหลายๆท่อนต่อติดกัน เพื่อให้สามารถบรรทุกเชื้อเพลิงได้ในปริมาณมากและเมื่อจรวดท่อนต่างๆ ถูกสลัดทิ้งไปตามลาดับ ทาให้สามารถลดมวลของจรวดได้น้อยลงไปเรื่อยๆ เป็นการลดอุปสรรค์ในการเคลื่อนที่หนีแรงโน้มถ่วงของโลก

3. การที่ต้องส่งจรวดขึ้นในแนวดิ่ง เพื่อให้ดาวเทียมหรือยานอวกาศที่ติดไปกับจรวดใช้เวลาเดินทางในบรรยากาศโลกสั้นที่สุด

4. การส่งดาวเทียมหรือยานอวกาศโดยใช้จรวดมีหลักการลาดับขั้นตอนดังนี้

1) จรวดท่อนแรกเผาไหม้เชื้อเพลิงส่งจรวดขึ้นจากฐานในแนวดิ่งเผาไหม้หมดแล้วสลัดทิ้งไป

2) จรวดท่อนต่อไปเริ่มเผาไหม้เชื้อเพลิงเผาไหม้เชื้อเพลิงหมดแล้วสลัดทิ้งไป

3) จรวดท่อนสุดท้ายหรือยานดาวเทียมอวกาศอาจโคจรรอบโลกหรืออาจโคจรสู่อวกาศ ซึ่งก็แล้วแต่จุดประสงค์ในการกาหนดความเร็วสุดท้าย

4) เมื่อจรวดท่อนสุดท้ายมีความเร็วหรือทิศทางตามกาหนดจรวดท่อนสุดท้ายจะหยุดทางาน ซึ่งขณะนี้จรวดหรือดาวเทียมหรือยานอวกาศจะเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่กาหนดโดยไม่ต้องใช้แรงผลักดัน

5) ดาวเทียมหรือยานอวกาศจะแยกตัวออกจากจรวดท่อนสุดท้าย แล้วโคจรต่อไป

ยานขนส่งอวกาศ

ยานขนส่งอวกาศหรือกระสวยอวกาศ ยานขนส่งอวกาศได้รับการพัฒนาขึ้นมาแทนจรวด ซึ่งสามารถนายานอวกาศ ดาวเทียม สถานีอวกาศและอุปกรณ์ต่างๆ ขึ้นไปปฏิบัติงานและเก็บดาวเทียมที่หมดอายุแล้วมาแก้ไขซ่อมแซมหรือนากลับสู่โลกมาปรับปรุงเพื่อนาไปใช้ใหม่ ดังนั้นยานขนส่งอวกาศจึงมีส่วนช่วยให้ประหยัดค่าใช้จ่ายมากกว่าจรวดซึ่งต้องทิ้งไปทุกครั้งที่ใช้งานแล้ว

ยานขนส่งอวกาศมีส่วนประกอบใหญ่ๆ 3 ส่วนดังนี้

1. ตัวยานโคจร (ยานขนส่งอวกาศ )มีลักษณะรูปร่างเหมือนเครื่องบินมีเครื่องยนต์จรวด 3 เครื่องติดอยู่จรวดส่วนท้ายและมีจรวดขนาดเล็กๆ ซึ่งมีเชื้อเพลิงอยู่ภายในติดอยู่รอบๆตัวยานอีก 44 เครื่องสาหรับทาหน้าที่ปรับทิศทางการโคจรและการบินของยาน

ตัวยานโคจรแบ่งออกเป็น 3 ส่วนดังนี้

-ห้องนักบิน เป็นห้องทางานของนักบินอวกาศจานวน 2 คน

-ห้องค้นคว้าวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เป็นห้องทดลองค้นคว้าๆ

-ห้องบรรทุกสัมภาระ ใช้บรรจุดาวเทียมและสัมภาระต่างๆ และมีแขนกลไว้คอยเก็บหรือปล่อยดาวเทียม

2. ถังเชื้อเพลิงภายนอก คือส่วนที่ยานขนส่งอวกาศเกาะอยู่ ซึ่งจะมีท่ออะลูมิเนียมและเหล็กกล้าสาหรับป้อนเชื้อเพลิงเข้าไปในเครื่องยนต์หลัก 3 เครื่องของยานโคจร

3.จรวดขันดันเชื้อเพลิงแข็ง คือส่วนที่ติดขนาบกับถังเชื้อเพลิงภายนอกมี 2 ลาโดยจรวดส่วนนี้สามารถนากลับมาใช้งานได้อีก

ขยะอวกาศ

ขยะอวกาศ คือชิ้นส่วนต่างๆของยานอวกาศที่สลัดออกและดาวเทียมที่เสื่อมสภาพแล้วมีมากกว่า 8,500 ชิ้นที่อยู่ในวงโคจรของโลก ซึ่งเป็นอันตรายอย่างมากต่อดาวเทียมดวงอื่นๆ และสถานีอวกาศที่กาลังโคจรอย