เทคโนโลยีอวกาศ (Space Technology)

อวกาศ หมายถึงพื้นที่บนท้องฟ้าเหนือพื้นโลกขึ้นไป 200 กิโลเมตร (อ้างอิงจาก ESA : European Space Agency) ซึ่งพ้นจากชั้นบรรยากาศที่ห่อหุ้มโลกของเราเอาไว้ครับ

ในอวกาศไม่มีอากาศที่สามารถกระเจิงแสงอาทิตย์ (Scattering of light) ให้เรามองเห็นเป็นสีน้ำเงินเหมือนในเขตบรรยากาศของโลกได้ ในอวกาศนั้นจึงมืดมิดเป็นสีดำที่เต็มไปด้วยแสงจากดาวฤกษ์นับล้าน ๆ ดวงในเอกภพ สภาพสุญญากาศในอวกาศทำให้เราไม่สามารถพูดคุยกันได้ เพราะว่าคลื่นเสียงไม่สามารถเดินทางในสุญญากาศได้

ก่อนหน้านี้เรามักคิดว่าอวกาศคือความว่างเปล่า แต่ในความเป็นจริงแล้ว ช่องว่างในระหว่างดวงดาวมากมายในอวกาศนั้นกลับเต็มไปด้วยฝุ่นและแก๊สจำนวนมากครับ แม้แต่ส่วนที่ว่างที่สุดก็ยังเต็มไปด้วยอะตอมและโมเลกุลต่าง ๆ รวมถึงรังสีต่าง ๆ ที่เป็นอันตรายต่อนักบินอวกาศ ตัวอย่างเช่น รังสีอินฟราเรดและอัลตร้าไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ รังสีเอ็กซ์ รังสีแกมมา รังสีคอสมิก นอกจากนี้ยังมีอนุภาคต่าง ๆ ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสงอีกด้วย

ทำไมต้องสำรวจอวกาศ?

ก็เพราะธรรมชาติของมนุษย์ทุกคน ย่อมมีความอยากรู้อยากเห็น อยากรู้เรื่องราวของสิ่งต่าง ๆ รอบตัว อยากรู้อดีตและอนาคตของตัวเอง การคาดเดาเรื่องราวของตัวเรานี้ เราอาจคาดเดาได้จากประสบการณ์ การเรียนรู้ การสังเกตคนอื่นที่อยู่รอบตัวเรา แล้วนำมาอนุมานได้ว่าตัวเราเคยเป็นอย่างไรและอนาคตจะเป็นอย่างไร

Earth

ซึ่งการเรียนรู้ความเป็นมาและเป็นไปของโลกก็เช่นเดียวกันครับ เมื่อไม่มีใครเกิดมาทันเห็นการกำเนิดโลก มนุษย์เราจึงต้องศึกษาและเรียนรู้โลกของเรา จากการเปลี่ยนแปลงของดวงดาวดวงอื่น ๆ เพื่อนำมาเปรียบเทียบกับโลกว่ากำเนิดขึ้นมาได้อย่างไร และในอนาคตจะเป็นอย่างไรต่อไปครับ

ยุคแห่งการบุกเลิกอวกาศ

Sputnik1

การส่งดาวเทียมสปุตนิก 1 (Sputnik 1) เมื่อปี พ.ศ.2500 ซึ่งเป็นดาวเทียมดวงแรกของโลก และเป็นยานอวกาศลำแรกในโครงการสปุตนิก ดำเนินการโดยสหภาพโซเวียต (รัสเซียขณะนั้น) นับเป็นยุคบุกเบิกสู่การแข่งขันทางอวกาศ โดยในช่วงตลอด 50 กว่าปีที่ผ่านมา มนุษย์มีการพัฒนาความรู้ เทคโนโลยี และนวัตกรรมทางอวกาศอย่างต่อเนื่อง

แต่ในช่วงหลังนั้น การสำรวจอวกาศไม่ใช่การสำรวจเพื่อแข่งขันและชิงความเป็นผู้นำทางเทคโนโลยีอวกาศ แต่เป็นความร่วมมือระดับนานาชาติเพื่อร่วมสำรวจอวกาศ เช่นการสร้างสถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station : ISS) และสั่งสมองค์ความรู้เกี่ยวกับอวกาศและดาราศาสตร์ อันจะเป็นประโยชน์ต่อมวลมนุษยชาติในอนาคต เช่น การสื่อสารผ่านดาวเทียม การสำรวจทรัพยากรโลก เป็นต้น

Rocket

จรวด (Rocket)

การเดินทางสำรวจอวกาศนั้น ส่วนสำคัญที่ทำให้การส่งดาวเทียมหรือยานสำรวจอวกาศทะยานพ้นเขตแรงดึงดูดของโลกและเดินทางออกสู่ห้วงอวกาศได้ก็คือ “จรวด” ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญในการนำยานอวกาศ ดาวเทียม หรืออุปกรณ์ประเภทอื่น ๆ ขึ้นสู่อวกาศ การจะขึ้นไปสู่อวกาศได้นั้นจรวดจะต้องมีแรงขับเคลื่อนสูงมาก เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกก่อนที่จะเคลื่อนที่เข้าสู่วงโคจรของโลกหรือเคลื่อนที่ออกสู่อวกาศ

จรวด ทำงานตามกฎของนิวตันข้อที่ 3 ที่กล่าวไว้ว่า “แรงกิริยา = แรงปฏิกิริยา” โดยจรวดจะปล่อยแก๊สร้อนออกทางท่อท้ายด้านล่าง (แรงกิริยา) ทำให้จรวดเคลื่อนที่ขึ้นไปด้านบน (แรงปฏิกิริยา)

สิ่งสำคัญที่ทำให้จรวดมีแรงขับเคลื่อนได้ คือ เชื้อเพลิง ซึ่งความหมายของเชื้อเพลิงในที่นี้ไม่ใช่เชื้อเพลิงปกติที่เราใช้กับเครื่องยนต์ทั่วไป แต่หมายรวมถึงทั้งเชื้อเพลิงและอ๊อกซิเจนซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวอ็อกซิไดซ์ การสันดาปในเครื่องยนต์ทั่วไปจะใช้ออกซิเจนที่อยู่ในอากาศรอบ ๆ เครื่องยนต์ แต่ในกรณีของจรวด จะต้องมีถังบรรจุออกซิเจนติดไปกับจรวดด้วย เนื่องจากในอวกาศไม่มีอากาศซึ่งเป็นแหล่งออกซิเจน

เราสามารถจำแนกประเภทจรวดออกเป็น 2 ประเภท ตามชนิดของเชื้อเพลิง ดังนี้ครับ

Rocket2-Types

– จรวดเชื้อเพลิงแข็ง (Solid-propellant rocket)

เชื้อเพลิงที่ใช้เป็นแท่งเชื้อเพลิงแข็งซึ่งเป็นสารประกอบของไฮโดรเจนและคาร์บอน ส่วนตัวออกซิไดส์ เป็นสารประกอบออกซิเจน

จรวดมีโครงสร้างไม่ซับซ้อน ตรงกลางจะเป็นช่องว่างซึ่งเป็นพื้นผิวส่วนที่เผาไหม้ เมื่อเชื้อเพลิงเกิดการเผาไหม้ขึ้นแล้วจะไม่สามารถหยุดได้จนกว่าเชื้อเพลิงจะถูกเผาไหม้หมด

– จรวดเชื้อเพลิงเหลว (Liquid-propellant rocket)

เชื้อเพลิงที่ใช้คือ เคโรซีน (kerosene) หรือไฮโดรเจนเหลว ส่วนตัวออกซิไดซ์คือออกซิเจนเหลว จรวดประเภทนี้เป็นจรวดที่มีโครงสร้างซับซ้อนเพราะจำเป็นต้องมีถังเก็บเชื้อเพลิงเหลว และถังเก็บออกซิเจนเหลวแยกออกจากกันและเพื่อให้การเผาไหม้เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัย จึงต้องมีท่อและปั๊มเพื่อลำเลียงเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเครื่องยนต์เพื่อทำการเผาไหม้ จรวดเชื้อเพลิงเหลวสามารถควบคุมปริมาณการไหม้และปรับทิศทางของกระแสแก๊สได้