เทคโนโลยีอวกาศ .:: [Powered by Siam2Web.com รับทําเว็บไซต์ ทำเว็บไซต์ เว็บไซต์สำเร็จรูป ฟรีเว็บไซต์ สร้างเว็บไซต์]

เทคโนโลยีการสำรวจอวกาศ

(ton) 20091231_49329.jpg (ton) 20091231_49285.jpg (ton) 20091231_49347.jpg (ton) 20091231_49364.jpg

จรวด

เมื่อพูดถึงจรวด เราหมายถึงอุปกรณ์สำหรับสร้างแรงขับดันเท่านั้น หน้าที่ของจรวดคือ การนำยานอวกาศ ดาวเทียม หรืออุปกรณ์ประเภทอื่นขึ้นสู่อวกาศ แรงโน้มถ่วง (Gravity) ของโลก ณ พื้นผิวโลกมีความเร่งเท่ากับ 9.8 เมตร/วินาที 2 ดังนั้นจรวดจะต้องมีแรงขับเคลื่อนสูงมาก เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก

รวดทำงานตามกฎของนิวตัน ข้อที่ปล่อยก๊าซร้อนออกทางท่อท้าย (แรงกริยา) ทำให้จรวดเคลื่อนที่ไปข้างหน้า (แรงปฏิกิริยา)

เราแบ่งประเภทของจรวดตามชนิดของเชื้อเพลิงออกเป็น 2 ประเภท คือ
จรวดเชื้อเพลิงแข็ง มีโครงสร้างไม่สลับซับซ้อน แต่เมื่อการเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้นแล้ว ไม่สามารถหยุดได้
จรวดเชื้อเพลิงเหลว มีโครงสร้างสลับซับซ้อน เพราะต้องมีถังเก็บเชื้อเพลิงเหลว และออกซิเจนเหลว (เพื่อช่วยให้เกิดการสันดาป) ซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง และยังต้องมีท่อและปั๊มเพื่อ 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)

ลำเลียงเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเครื่องยนต์เพื่อทำการเผาไหม้ จรวดเชื้อเพลิงเหลวมีข้อดีคือ สามารถควบคุมปริมาณการเผาไหม้ และปรับทิศทางของกระแสก๊าซได้

ความแตกต่างระหว่างเครื่องบินไอพ่น และจรวด
เครื่องยนต์ของเครื่องบินไอพ่นดูดอากาศภายนอกเข้ามาอัดแน่น และทำการสันดาป (เผาไหม้) ทำให้เกิดแรงดันไปข้างหน้า จนปีกสามารถสร้างแรงยก (ความดันอากาศบนปีกน้อยกว่าความดันอากาศใต้ปีก) ทำให้เครื่องลอยขึ้นได้ ส่วนจรวดบรรจุเชื้อเพลิงและออกซิเจนไว้ภายใน เมื่อทำการสันดาปจะปล่อยก๊าซร้อนพุ่งออกมา ดันให้จรวดพุ่งไปในทิศตรงกันข้าม

จรวดไม่ต้องอาศัยอากาศภายนอก มันจึงเดินทางในอวกาศได้ ส่วนเครื่องบินต้องอาศัยอากาศทั้งในการสร้างแรงยก และการเผาไหม้

อากาศยานบางชนิดมีคุณสมบัติทั้งความเป็นจรวดและเครื่องบินในตัวเอง อย่างเช่น X-15, SR-71 และ กระสวยอวกาศ (Space Shuttle) หากดูอย่างผิวเผินเราแทบจะแยกแยะไม่ออกเลยว่า อากาศยานเหล่านี้คือ จรวด หรือเครื่องบินกันแน่

ยกตัวอย่าง เช่น
SR-71 มีรูปร่างคล้ายจรวด แต่เป็นเครื่องบินไอพ่นที่บินได้เร็วที่สุดในโลก มีความเร็วเหนือเสียง 3 เท่า
X-15 เป็นเครื่องบินที่ใช้เครื่องยนต์จรวดที่บินได้เร็วที่สุดในโลก มีความเร็วเหนือเสียง 6.7 เท่า
กระสวยอวกาศ มีรูปร่างคล้ายเครื่องบินปีกสามเหลี่ยมโดยทั่วไป ทว่าเป็นยานอวกาศที่ติดตั้งเครื่องยนต์จรวดไว้ภายใน กระสวยอวกาศไม่ใช้ปีกเมื่ออยู่ในอวกาศ แต่ขับเคลื่อนและเปลี่ยนทิศทางด้วยเครื่องยนต์ขนาดเล็ก ซึ่งอยู่รอบตัว (ภาพที่ 5) ปีกของกระสวยอวกาศทำหน้าที่สร้างแรงต้านและแรงยก ในขณะที่ร่อนกลับสู่พื้นโลก

ภาพที่ 5 การปรับทิศทางของกระสวยอวกาศ

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)

ภาพที่ 6 สถานีอวกาศนานาชาติ (ISS)

สภาพแวดล้อมในอวกาศ
อวกาศเป็นสภาวะไร้อากาศและแรงโน้มถ่วง ดังนั้นการเคลื่อนที่จึงไร้แรงเสียดทานและความเร่ง ยานอวกาศหรือนักบินอวกาศเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ด้วยการจุดจรวดขนาดเล็ก และจุดจรวดด้านตรงข้ามด้วยแรงที่เท่ากันเมื่อต้องการจะหยุด (ภาพที่ 5)
บนอวกาศเต็มไปด้วยรังสีคลื่นสั้นซึ่งมีพลังงานสูง ดาวเทียมและยานอวกาศอาศัยพลังงานเหล่านี้ด้วยการใช้เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม รังสีคลื่นสั้นเหล่านี้มีอานุภาพในการกัดกร่อนสสาร ดังจะเห็นว่ายานอวกาศและดาวเทียมส่วนมากถูกห่อหุ้มด้วยโลหะพิเศษ สีเงิน หรือสีทอง อุปกรณ์ทุกอย่างที่ใช้ในอวกาศถูกสร้างขึ้นด้วยวัสดุชนิดพิเศษ จึงมีราคาแพงมาก

ภาพที่ 7 มนุษย์อวกาศสวมอุปกรณ์สำหรับเคลื่อนที่ในอวกาศ

ดาวเทียม

บนพื้นผิวโลกมีบรรยากาศคอยทำหน้าที่กรองรังสีคลื่นสั้นที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต แต่ในอวกาศไม่มีเกราะกำบัง ในขณะที่นักบินอวกาศออกไปทำงานข้างนอกยาน พวกเขาจะต้องสวมใส่ชุดอวกาศ ซึ่งออกแบบมาเพื่อจำลองสภาพแวดล้อมที่อยู่บนโลก กล่าวคือ ปรับอุณหภูมิให้พอเหมาะ มีออกซิเจนให้หายใจ มีแรงดันอากาศเพื่อป้องกันมิให้เลือดซึมออกตามผิวหนัง และรังสีจากดวงอาทิตย์ ขึ้นดาวเทียม คือ สิ่งประดิษฐ์ที่มนุษย์คิดค้นขึ้น ที่สามารถโคจรรอบโลก โดยอาศัยแรงดึงดูดของโลก ส่งผลให้สามารถโคจรรอบโลกได้ในลักษณะเดียวกันกับที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก และโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ วัตถุประสงค์ของสิ่งประดิษฐ์นี้เพื่อใช้ ทางการทหาร การสื่อสาร การรายงานสภาพอากาศ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์เช่นการสำรวจทางธรณีวิทยาสังเกตการณ์สภาพของอวกาศ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวอื่นๆ รวมถึงการสังเกตวัตถุ และดวงดาว กาแล็กซี ต่างๆดาวเทียมได้ถูกส่งขึ้นไปโคจรรอบโลกครั้งแรกเมื่อปี พ.ศ. 2500 ดาวเทียมดังกล่าวมีชื่อว่า "สปุตนิก (Sputnik)" โดยรัสเซียเป็นผู้ส่งขึ้นไปโคจร สปุตนิกทำหน้าที่ตรวจสอบการแผ่รังสีของชั้นบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟีย ในปี พ.ศ. 2501 สหรัฐได้ส่งดาวเทียมขึ้นไปโคจรบ้างมีชื่อว่า "Explorer" ทำให้รัสเซียและสหรัฐเป็น 2 ประเทศผู้นำทางด้านการสำรวจทางอวกาศ และการแข่งขั้นกันระหว่างทั้งคู่ได้เริ่มขึ้นในเวลาต่อมา

Sputnik พ.ศ.2500 Explorer พ.ศ.2501

ส่วนประกอบดาวเทียม

โครงสร้างดาวเทียม เป็นส่วนประกอบที่สำคัญมาก โครงจะมีน้ำหนักประมาณ 15 - 25% ของน้ำหนักรวม ดังนั้น จึงจำเป็นต้องเลือกวัสดุที่มีน้ำหนักเบา และต้องไม่เกิดการสั่นมากเกินที่กำหนด หากได้รับสัญญาณที่มีความถี่ หรือความสูงของคลื่นมากๆ (amptitude)

ระบบเครื่องยนต์ ซึ่งเรียกว่า "aerospike" อาศัยหลักการทำงานคล้ายกับเครื่องอัดอากาศ และปล่อยออกทางปลายท่อ ซึ่งระบบดังกล่าวจะทำงานได้ดีในสภาพสุญญากาศ ซึ่งต้องพิจารณาถึงน้ำหนักบรรทุกของดาวเทียมด้วย

ระบบพลังงาน ทำหน้าที่ผลิตพลังงาน และกักเก็บไว้เพื่อแจกจ่ายไปยังระบบไฟฟ้าของดาวเทียม โดยมีแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Cell) ไว้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า ให้ดาวเทียม แต่ในบางกรณีอาจใช้พลังงานนิวเคลียร์แทน

ระบบควบคุมและบังคับ ประกอบด้วย คอมพิวเตอร์ที่เก็บรวมรวมข้อมูล และประมวลผลคำสั่งต่างๆ ที่ได้รับจากส่วนควบคุมบนโลก โดยมีอุปกรณ์รับส่งสัญญาณ (Radar System) เพื่อใช้ในการติดต่อสื่อสาร

ระบบสื่อสารและนำทาง มีอุปกรณ์ตรวจจับความร้อน ซึ่งจะทำงาน โดยแผงวงจรควบคุมอัตโนมัติ

อุปกรณ์ควบคุมระดับความสูง เพื่อรักษาระดับความสูงให้สัมพันธ์กันระหว่างพื้นโลก และดวงอาทิตย์ หรือเพื่อรักษาระดับให้ดาวเทียมสามารถโคจรอยู่ได้

เครื่องมือบอกตำแหน่ง เพื่อกำหนดการเคลื่อนที่ นอกจากนี้ยังมีส่วนย่อยๆ อีกบางส่วนที่จะทำงานหลังจาก ได้รับการกระตุ้นบางอย่าง เช่น ทำงานเมื่อได้รับสัญญาณ สะท้อนจากวัตถุบางชนิด หรือทำงานเมื่อได้รับลำแสงรังสี ฯลฯ

ชิ้นส่วนต่างๆ ของดาวเทียมได้ถูกทดสอบอย่างละเอียด ส่วนประกอบต่างๆ ถูกออกแบบสร้าง และทดสอบใช้งานอย่างอิสระ ส่วนต่างๆ ได้ถูกนำมาประกอบเข้าด้วยกัน และทดสอบอย่างละเอียดครั้งภายใต้สภาวะที่เสมือนอยู่ในอวกาศก่อนที่มัน จะถูกปล่อยขึ้นไปในวงโคจร ดาวเทียมจำนวนไม่น้อยที่ต้องนำมาปรับปรุงอีกเล็กน้อย ก่อนที่พวกมันจะสามารถทำงานได้ เพราะว่าหากปล่อยดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรแล้ว เราจะไม่สามารถปรับปรุงอะไรได้ และดาวเทียมต้องทำงานอีกเป็นระยะเวลานาน ดาวเทียมส่วนมากจะถูกนำขึ้นไปพร้อมกันกับจรวด ซึ่งตัวจรวดจะตกลงสู่มหาสมุทรหลังจากที่เชื้อเพลิงหมดทำงานร่วมกัน ระบบย่อยๆ แต่ละอย่างต่างก็มีหน้าที่การทำงานเฉพาะ เ

ดาวเทียมทำงานอย่างไร

ดาวเทียมจะถูกส่งขึ้นไปลอยอยู่ในตำแหน่ง วงโคจรค้างฟ้า ซึ่งมีระยะห่างจากพื้นโลกประมาณ 36000 - 38000 กิโลเมตร และโคจรตามการหมุนของโลก เมื่อเมื่อเปรียบเทียบกับพื้นโลกจะเสมือนว่าดาวเทียมลอยนิ่งอยู่บนท้องฟ้า และดาวเทียมจะมีระบบเชื้อเพลิงเพื่อควบคุมตำแหน่งให้อยู่ในตำแหน่งองศาที่ได้สัปทานเอาไว้ กับหน่วยงานที่ดูแลเรื่องตำแหน่งวงโคจรของ ดาวเทียมคือ IFRB ( International Frequency Registration Board ) ดาวเทียมที่ลอยอยู่บนท้องฟ้า จะทำหน้าที่เหมือนสถานีทวนสัญญาณ คือจะรับสัญญาณที่ยิงขึ้นมาจากสถานีภาคพื้นดิน เรียกสัญญาณนี้ว่าสัญญาณขาขึ้นหรือ ( Uplink ) รับและขยายสัญญาณพร้อมทั้งแปลงสัญญาณให้มีความถี่ต่ำลงเพื่อป้องกันการรบกวนกันระหว่างสัญญาณขาขึ้นและส่งลงมา โดยมีจานสายอากาศทำหน้าที่รับและส่งสัญญาณ ส่วนสัญญาณในขาลงเรียกว่า ( Downlink ) รับ

สถานีอวกาศ

สถานีอวกาศนานาชาติ เป็นโครงการที่เกิดจากความร่วมมือระหว่างชาติ 16 ประเทศ นำโดยประเทศสหรัฐอเมริกา, คานาดา, ญี่ปุ่น, รัสเซีย, 11 ประเทศยุโรป และบราซิล โดยใช้เที่ยวบินทั้งสิ้น 44 เที่ยวบิน เพื่อที่จะนำชิ้นส่วนแต่ละชิ้น ของสถานีอวกาศ ไปประกอบกันเป็น สถานีอวกาศนานาชาติ ซึ่งประกอบด้วย ห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ ที่ใหญ่ที่สุดในอวกาศ เท่าที่มนุษย์เคยมีมา

Advertising Zone Close