ความเร็วการขับเคลื่อนในการส่งยานอวกาศ

การส่งยานอวกาศ 

     แรงดึงดูดของโลก เป็นอุปสรรคสำคัญของการบินขึ้นไปในอวกาศ ผู้บุกเบิกงานทางด้านจรวดเข้าใจ

หลักการของการบินอวกาศโดยได้มาจาก การสังเกตุการณ์ และการคำนวน ของคอปเปอร์นิกัสกาลิเลโอ และคอปเลอร์ และกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน แต่การนำกฎเหล่านี้มาใช้ในการสำรวจอวกาศจริงๆ ต้องรอ ต่อมาจนถึงสมัยมีการสร้างจรวด ให้มีกำลังมากพอจนออกไปนอกโลกได้ ตัวยานอวกาศที่ตั้งอยู่ข้างบน ของจรวดนำส่งหลายชั้น จะถีบตัวขึ้นไปข้างบน เพราะแรงปฎิกิริยาของไอพ่นซึ่งเกิดจากการเผาไหม้ของก๊าช ภายนมอเตอร์ ของจรวดถ้าหากแรงดันยก หรือแรงผลักดัน ของยานที่ถูกส่งขึ้นไป เพราะอำนาจของจรวด เป็นสองเท่า ของนำหนักของยานขณะถูกส่งขึ้นไป ยานอวกาศก็จะถูกส่งขึ้นใน อัตราเร่งเริ่มต้น ของหนึ่ง G หรือเท่ากับ 32.2 ฟุต ( 9.8เมตร )ต่อนาทีทุกๆ นาทีเนื่อง จากใช้เชื้อเพลิงเหลวแต่เพียงอย่างเดียว และถูกผลักดัน จากมอเตอร์ จรวดจะสูงขึ้นไปเรื่อย ๆ และอัตรเร่งก็จะสูงขึ้น จรวดหลายชั้น

ระบบขับดันด้วยจรวดหลายชั้นแต่ระชั้นจะวางซับซ้อนกัน จรวดตำสุดหรือจรวดภาคแรกเมื่อถูกจุกระเบิด จะยกยานอวกาศขึ้นไปด้วยความร็วสูงมาก จนกระทั้งเชื้อเพลิงในจรวดขับดันขั้นแรกหมดพลังเมื่อถึงขั้นนี้ จรวดลูกแรกจะสลัดตัวออก และจรวดชั้นที่สอง จะถูกจุดระเบิดให้ทำงานต่อโดยการใช้เทคนิคเช่นนี้กับ เชื้อเพลิงชึ่งเชื้อเพลิงหมดไปแล้วจะถูกสลัดออกไป ดังนั้นจึงทำให้นำหนักของยานส่งมีนำหนักน้อยลง จรวดชั้นที่สอง มีแรงผลักดันตำกว่าจะเริ่มผลักดันยานนำส่ง และยานอวกาศยานนำส่งส่วนใหญ่จะมีสามชั้น คือ ชั้นไซออลคอฟสกี้ ชั้นกอดดาร์ด และ ชั้นโอเบิร์ต 

การบินสู่อวกาศ 

     โดยทั่วๆไป ในปัจจุบันการบินออกไปนอกโลกสู่อวกาศ แบ่งออกเป็น 4 ประเภทคือ ใช้จรวดสำรวจเดินทางไปสำรวจนอกบรรยากาศของโลก การโคจรรอบโลก การส่งยานอวกาศ เดินทางไปจากโลกและ การส่งยานอวกาศไปยังดวงจันทร์ หรือดาวเคราะห์ดวงอื่นๆการใช้จรวดสำรวจ นอกบรรยากาศของโลก จรวดส่งไปสำรวจชั้นบนของโลกลำแรกถูกส่งขึ้นไปใน ปี ค.ศ1945โดยยิงขึ้นไปเกือบเป็นแนวดิ่งโดยทั่วๆไป จะเป็นจรวดตอนเดียว มีความเร็วในการเดินทาง 3,000-5,000 ไมล์ (4,800-8,000 กิโลเมตร)ต่อชั่วโมง ส่วนมากเชื้อเพลิงของจรวดจะถูกใช้หมดไป ในระยะทางขึ้นปได้10-20 ไมล์ (16-32 ไมล์)หลังจากนั้น จรวดจะค่อยๆชะลอความเร็วจนมีความเร็วเป็นสูญ เมื่ออยู่ในระดับสูงสุดแล้วจรวดก็จะค่อยๆตกลงมา มีความเร็วของการตกเร็วขึ้นจนกว่าจะตกลงมาถึงพื้นโลกอุปกรณ์ต่างๆที่ติดขึ้นไปกับจรวดเพื่อรวบรวม ข้อมูลต่างๆบางครั้งจะถูกสลัดออกจากจรวดด้วยร่มแต่ส่วนมากเครื่องในจรวดวัดได้จะรายลงมาเป็นคลื่นวิทยุ ให้สถานีที่บริเวณที่ยิงจรวดรับได้หากใช้จรวดตอนเดียวส่วนมากจะขึ้นไปถึงระยะทาง 100 ไมล์ 

การหนีออกจากสนามแรงดึงดูดของโลก

     การหนีให้พ้นจากสนามแรงดึงดูดของโลกต้องส่งยานอวกาศให้มีความเร็วประมาณ 25,000 ไมล์(40,000กิโลเมตร)ต่อชั่วโมงในความเร็วขนาดนี้ยานอวกาศสามารถเดินทางพ้นจากอิทธิพลสนามแรงดึงดูด ของโลกและถ้าหากยานอวกาศที่ส่งขึ้นไปในอัตราความเร็วดังกล่าว ใต้อิทธิพลของแรงดึงดูดของเทห์ใดๆ บนท้องฟ้าแล้วมันจะโคจรรอบดวงอาทิตย์เหมือนเทห์อื่นๆ ในระบบสุริยจักร์วาลที่อัตราความเร็ว(40,000ไมล์ต่อชั่วโมง)

ความเร็วหลุดพ้น 

     

     ความเร็วที่จะพาวัตถุไปได้ไกลจนพ้นจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของโลกได้พอดี ถ้าต้องการส่งยานอวกาศออกไปให้พ้นจากสนามโน้มถ่วงของโลก ต้องทำให้ยานอวกาศเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วหลุดพ้น ความเร็วหลุดพ้นมีค่าประมาณ 11.2 km/s หรือ 40,320 km/h

ระบบป้องกันความร้อนของยานอวกาศ

วัสดุเสริมแรงคาร์บอน-คาร์บอน (reinforced carbon-carbon, RCC) เป็นวัสดุเสริมแรงที่มีคาร์บอนเป็นทั้งเมทริกซ์และเส้นใยเสริมแรง และเคลือบผิวนอกด้วยซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เพื่อต้านทานการเกิดออกซิไดซ์ดีขึ้น ทนอุณหภูมิสูงถึง 1,650 องศาเซลเซียสหรือมากกว่า ใช้ในบริเวณส่วนหัวและขอบปีก และจรวดขับเคลื่อนที่แยกตัวออกได้ เป็นต้น 

ฉนวนความร้อนทนอุณหภูมิสูงที่นำมาใช้ใหม่ได้ (high-temperature reusable surface insulator, HRSI) เป็นกระเบื้องที่ทำจากซิลิกาและเคลือบผิวด้วยแก้วโบโรซิลิเกต (borosilicate) ผสมซิลิคอนโบไรด์ (SiB4) ทนอุณหภูมิสูงประมาณ 650-1,200 องศาเซลเซียส ใช้ในผิวหน้าและด้านข้างของส่วนล่างของตัวยาน รวมทั้งบางจุดของส่วนหาง เป็นต้น 

ฉนวนความร้อนทนอุณหภูมิต่ำที่นำมาใช้ใหม่ได้ (low-temperature reusable surface insulator, LRSI) เป็นกระเบื้องที่ทำจากซิลิกาเคลือบด้วยแก้วโบโรซิลิเกต ทนอุณหภูมิได้ 400-650 องศาเซลเซียส ใช้ในบริเวณผิวด้านบนของปีก, ส่วนหาง , ด้านข้างส่วนบนของตัวยาน เป็นต้น

ฉนวนความร้อนแบบผ้าห่มที่นำมาใช้ใหม่ได้ (felt reusable surface insulation, FRSI) ทำจากไนล่อน และเคลือบผิวนอกด้วยซิลิโคน ทนอุณหภูมิได้ไม่เกิน 400 องศาเซลเซียส ใช้คลุมบริเวณผิวด้านบนของปีก ประตูห้องเก็บสัมภาระ เป็นต้น

credit : ฟิสิกส์ราชมงคล