การปล่อยยานอวกาศสู่วงโคจรของโลก
ยานอวกาศหรือ spacecraft เป็นพาหนะที่เคลื่อนย้ายคนหรือสิ่งของออกนอกโลกไปยังอวกาศอันเวิ้งว้าง แม้เราจะรู้กันดีว่าโลกของเรานั้นมีรูปร่างกลม แต่วัตถุต่าง ๆ รวมทั้งคนและสัตว์สามารถอยู่บนโลกไม่ลอยหลุดออกไปเพราะโลกมีแรงโน้มถ่วงของโลกคอยยึดเราไว้อยู่ การที่เราจะปล่อยยานอวกาศออกไปโคจรรอบโลกได้ต้องใช้แรงมหาศาลในการผลักยานออกไปนอกชั้นบรรยากาศ จนถึงจุดที่แรงดึง (gravity) และแรงผลัก (จริง ๆ ถ้าแปลตามตัวอักษรต้องเรียกว่าแรงเฉื่อย inertia) สมดุลกัน ยานอวกาศก็จะเข้าสู่วงโคจรรอบโลกโดยสมบูรณ์
การปล่อยยานอวกาศ Soyuz จากฐาน Cosmodrome ของรัสเซีย
กฎพื้นฐานของแรงเหล่านี้เป็นความรู้ทางฟิสิกส์ที่อธิบายด้วยสมการที่เรียบง่ายแต่สวยงามของเซอร์ไอแซค นิวตัน ที่เรียกว่า Newton’s Laws of Motion และกฏนี้สามารถใช้อธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เราพบในจักรวาลนี้ไม่ว่าจะเป็นดาวเคราะห์ ดวงจันทร์ ดาวหาง แม้กระทั่งวัตถุมากมายในทางช้างเผือกของเรา เรียกว่าเป็น Universal Law of Gravitation เลยทีเดียว มนุษย์ใช้ความรู้ทางคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ที่สะสมมายาวนานในการหาวิธีที่จะเดินทางไปนอกโลก (อย่างที่เปรยไว้ในตอนที่แล้ว จริง ๆ แรงบันดาลใจแรกเลยมาจากความพยายามสร้างอาวุธพิสัยไกลที่เรียกว่า missiles และดาวเทียมไปโคจรนอกโลกเพื่อล้วงความลับกันต่างหาก)
แวะไปอธิบายเรื่องแรงโน้มถ่วงเพื่อให้พวกเราเข้าใจการทำงานของจรวดที่ทำหน้าที่พายานอวกาศไปนอกโลก เอาล่ะกลับมาที่เรื่องของยานอวกาศต่อ
การจะปล่อยตัวยานอวกาศจะต้องอาศัยจรวด (rocket) และการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงปริมาณมหาศาลเพื่อให้เกิดแรงดันที่จะผลักจรวดออกจากฐานด้วยความเร็วถึง 17,800 ไมล์ต่อชั่วโมง หรือ 8 กม.ต่อวินาที (ถ้านึกภาพไม่ออกว่าเร็วแค่ไหน มันคือความเร็วที่ทำให้เราเคลื่อนที่ระยะทาง 500 กม.ในเวลาไม่ถึง 90 วินาที นั่นคือเร็วกว่าความเร็วของเสียงซะอีก) ใช้เวลาจากพื้นโลกเข้าสู่อวกาศในเวลาประมาณ 3 นาทีเท่านั้น ที่ต้องใช้ความเร็วขนาดนี้ก็เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกที่จะคอยดึงจรวดให้กลับลงมาสู่พื้น
จรวดจะแยกตัวออกจากยานอวกาศ หลังจากส่งยานขึ้นสู่วงโคจร
จุดที่เรียกว่าอวกาศ โดยทั่วไปจะใช้ระยะทางประมาณ 100 กม.จากพื้นโลกเป็นจุดอ้างอิง (เครื่องบินพาณิชย์ที่เราใช้เดินทางกัน บินที่ความสูงราว ๆ 10 กม. สูงกว่าภูเขา Everest นิดหน่อย)*
เมื่อจรวดขึ้นไปสูงเหนือชั้นบรรยากาศของโลกแล้ว นักคณิตศาสตร์จะคำนวนว่าจะให้ยานอวกาศ (หรือดาวเทียม กรณีที่ส่งดาวเทียมเข้าสู่วงโคจร) ไปอยู่ที่ระยะทางเท่าไหร่จากพื้นดิน จากนั้นตัวจรวดที่ทำหน้าที่ดันยานขึ้นมาก็จะถูกปลดออก กลายเป็นขยะอวกาศล่องลอยไป ตัวยานเองจะเคลื่อนที่ต่อด้วยโมเมนตัมจากจรวด เข้าสู่วงโคจรรอบโลก หรือรอบดวงจันทร์ หรือรอบดาวเคราะห์ที่เราจะส่งจรวดไป
การที่ยานหรือดาวเทียมจะโคจรรอบโลกได้นาน ๆ โดยไม่หลุดจากวงโคจรไป ยานนั้นจะต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากพอที่จะอยู่ในภาวะสมดุลของแรงโน้มถ่วงและแรงที่จะผลักยานออกไป (จากการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วของยาน) ยิ่งอยู่ใกล้โลก แรงโน้มถ่วงจะยิ่งมาก ก็ต้องเคลื่อนที่ให้เร็วขึ้น อย่างสถานีอวกาศ International Space Station (ISS) ที่นักบินอวกาศขึ้นไปทำงานกันอยู่นั้นห่างจากโลก 250 ไมล์หรือประมาณ 400 กม. ต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 17,150 ไมล์ต่อชั่วโมง นักบินอวกาศที่อยู่บนสถานีอวกาศจะเห็นพระอาทิตย์ขึ้นลงถึง 16 รอบใน 24 ชั่วโมงกันเลยทีเดียว**
คราวนี้มาที่การเลือกสถานที่ปล่อยยานอวกาศกัน ที่ไหนดี ...คำว่า “ดี” ในที่นี้หมายถึงสถานที่ที่จะใช้พลังงานน้อยที่สุดในการปล่อยจรวดจากฐาน
เนื่องจากโลกมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลาทั้งหมุนรอบตัวเองและหมุนรอบดวงอาทิตย์ โลกหมุนรอบตัวเองไปทางทิศตะวันออก (eastward) โดยวัตถุที่อยู่บริเวณเส้นศูนย์สูตรจะมีความเร็วสูงสุดที่ 1,670 กม.ต่อชั่วโมง (แต่ที่เราไม่รู้สึกว่าโลกหมุนเพราะเราเคลื่อนที่ไปกับโลก และตัวเราเป็นจุดที่เล็กมากเมื่อเทียบกับโลกจนไม่รับรู้การเคลื่อนไหวนั้น) หากเราไปปล่อยจรวดที่ขั้วโลกเหนือหรือขั้วโลกใต้ เราจะได้วงโคจรรอบขั้วโลกเท่านั้น เรียกว่า polar orbit แถมต้องใช้พลังงานเยอะมากในการขับจรวดให้หลุดจากแรงโน้มถ่วง เพราะที่ขั้วโลกความเร็วของการเคลื่อนที่แทบจะเป็นศูนย์ (ตรงนี้ถ้าใครนึกภาพไม่ออก ให้ลองจินตนาการว่าเราไปยืนกระโดดออกจากแท่นวงกลมที่กำลังหมุนอยู่ ถ้าแท่นนั้นหยุดนิ่งการจะกระโดดอกไป ต้องใช้แรงของเราเองทั้งหมด แต่ถ้าแท่นนั้นหมุนอยู่ เราจะมีแรงส่งจากแรงเหวี่ยงของการหมุนช่วยให้ใช้แรงในการกระโดดน้อยกว่า)
ดังนั้นจุดที่ดีที่สุดในการปล่อยจรวดคือจุดที่ใกล้เส้นศูนย์สูตรที่สุดนั่นเอง แถมการปล่อยจรวดใกล้จุดศูนย์สูตรยังมีข้อดีคือสามารถเลือกวงโคจรได้หลากหลายมากกว่าด้วย
ปัจจุบันมีฐานปล่อยจรวดในหลายทวีปทั้งเอเชีย ยุโรป อาฟริกา อเมริกา ส่วนใหญ่จะใช้ในการปล่อยดาวเทียมเข้าสู่วงโคจร ส่วนฐานปล่อยจรวดที่มีการพานักบินอวกาศเดินทางที่เก่าแก่ที่สุดและใช้งานยาวนานมาถึง 60 ปีคือ Cosmodrome ของรัสเซีย ซึ่งอยู่ที่ทะเลทรายในเมือง Baikonur ประเทศคาซักสถาน (บางคนอาจสงสัยว่าคาซักสถานใกล้เส้นศูนย์สูตรตรงไหน?? ถ้าดูจากแผนที่ของรัสเซียก็คือใกล้ล่ะ ชาวรัสเซียกล่าวไว้)
International Space Station (ISS) โคจรรอบโลกที่ความสูงประมาณ 400 กม.
ตอนหน้าจะเล่าเรื่องยานอวกาศที่จะพานักบินอวกาศเดินทางออกไปนอกโลกกัน
* รู้หรือไม่ว่ามนุษย์คนแรกที่กระโดดลงมาจากชั้น Stratosphere ที่ระยะทางประมาณ 38 กม. เหนือพื้นโลกด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วเสียงในปี 2012 คือ Felix Baumgartner ก่อนที่จะถูกทำลายสถิติในปี 2014 โดย Alan Eustace ที่ความสูงประมาณ 41 กม.
** รู้หรือไม่ว่าในปี 2021 เรามีดาวเทียมโคจรรอบโลกถึง 7,389 ดวง ส่วนใหญ่เป็นดาวเทียมที่ใช้เพื่อการสื่อสารและสังเกตปรากฏการณ์รอบโลก เช่นการพยากรณ์อากาศ การเปลี่ยนแปลงของชั้นบรรยากาศ เฉพาะดาวเทียมที่ใช้ในการระบุพิกัด (GPS) นั้นมีถึง 150 ดวงเลยทีเดียว
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
