เทคโนโลยีอวกาศ

       อวกาศ หมายถึง อาณาบริวเวณอันกว้างใหญ่ที่อยู่เลยชั้นบรรยากาศของโลกออกไป  ไม่สามารถระบุถึงขอบเขตได้อย่างชัดเจน  โดยปกติอวกาศเป็นที่ว่างเปล่า  มีความหนาแน่นน้อย  การศึกษาความรู้เกี่ยวกับอวกาศจำเป็นต้องใช้ความรู้ เครื่องมือ และกลวิธีทางวิทยาศาสตร์มาประยุกต์ปรับใช้ให้เกิดประโยชน์
       ดังนั้น  เทคโนโลยีอวกาศ จึงหมายถึง ระเบียบการนำความรู้ เครื่องและวิธีการต่าง ทางวิทยาศาสตร์มาปรับใช้ให้เหมาะสมกับการศึกษาทางด้านดาราศาสตร์  และอวกาศ  ตลอดจนสามารถนำมาประยุกต์ใช้ให้สอดคล้องกับทรัพยากรธรรมชาติ  และการดำรงชีวิตของมนุษย์ด้วย  เช่น  การนำเทคโนโลยีอวกาศมาใช้สำรวจและตรวจสอบสภาพอากาศของโลก เป็นต้น
ยกตัวอย่างเช่น

จรวด

            เป็นเครื่องยนต์พลังสูงที่สามารถเพิ่มความเร็วจนสามารถส่งดาวเทียมหรือยานอวกาศออกไปโคจร รอบโลก ได้ ถ้าความเร็วของจรวดไม่สูงมากพอหัวจรวดจะตกกลับมายังผิวโลกคล้าย ๆ การเคลื่อนที่ของ ลูกกระสุนปืน

ดาวเทียม

             ดาวเทียมหมายถึงวัตถุที่มนุษย์ส่งขึ้นไปโคจรรอบโลก แปลมาจากคำว่า Satellite ซึ่งปกติแปลว่าดาวบริวาร ดาวเทียมดวงแรกที่ขึ้นไปโคจรรอบโลกคือสปุตนิค 1 ซึ่งเป็นดาวเทียมของประเทศสหภาพโซเวียตรัสเซีย ส่งขึ้นไปเมื่อ 4 ตุลาคม พ.ศ. 2500 และดาวเทียมดวงแรกของสหรัฐอเมริกาคือเอ็กพลอเรอร์ 1 ซึ่งขึ้นไปเมื่อวันที่ 31 มกราคม พ.ศ. 2501 ปัจจุบันมีดาวเทียมหลายประเภทและทำหน้าที่ต่าง ๆ กัน เช่น ดาวเทียมที่ ใช้ประโยชน์ ในการติดต่อสื่อสารเรียกว่า ดาวเทียมสื่อสาร ดาวเทียมที่ใช้สำรวจทรัพยากรโลกเรียกว่า ดาวเทียมสำรวจพิภพ ดาวเทียมที่ถ่ายภาพและส่งข้อมูลเกี่ยวกับเมฆ ตลอดลมฟ้าอากาศ เรียกว่า ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา นอกจากนี้ยังมี ดาวเทียมดาราศาสตร์ ที่ใช้สำรวจศึกษาดวงดาวอีกมากมาย

ยานอวกาศ

            ยานอวกาศ หมายถึงยานที่ออกไปนอกโลก โดยมีมนุษย์ขึ้นไปด้วยพร้อมเครื่องมือและอุปกรณ์ สำหรับการสำรวจหรือไม่มีมนุษย์อวกาศขึ้นไป แต่มีอุปกรณ์และเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น จึงอาจแยกยานอวกาศออกเป็น 2 พวกคือ ยานอวกาศที่มีมนุษย์ขับคุม และยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ขับคุม

           ยานอวกาศของสหรัฐอเมริกาที่มีมนุษย์อวกาศขึ้นไปด้วยได้แก่ ยานอวกาศเมอร์คิวรี ส่งมนุษย์อวกาศขึ้นไปครั้งละ 1 คน ยานอวกาศเจมินีส่งมนุษย์อวกาศขึ้นไปครั้งละ 2 คน ยานอวกาศอะพอลโลส่งมนุษย์อวกาศขึ้นไปคราวละ 3 คน ยานอวกาศอะพอลโล 11 เป็นยานอวกาศที่นำมนุษย์ไปลงบนดวงจันทร์เป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 22 กรกฎาคม พ.ศ. 2512 ยานขนส่งอวกาศสามารถนำมนุษย์อวกาศหลายคนและสัมภาระต่าง ๆ รวมทั้งดาวเทียมขึ้นสู่อวกาศ แล้วนำนักบินอวกาศกลับสู่พื้นโลกได้คล้ายเครื่องร่อน

          ยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์อวกาศขับคุมได้แก่ยานอวกาศที่ส่งไปสำรวจดาวดวงอื่น เช่น ยานเซอร์เวเยอร์ ซึ่งไปลงดวงจันทร์ ยานไวกิงไปลงดาวอังคาร ยานกาลิเลโอไปสำรวจดาวพฤหัสบดี ยานแมกเจลแลนสำรวจดาวศุกร์ ฯลฯ

สถานีอวกาศ

           สถานีอวกาศ หมายถึงสถานีหรือสิ่งก่อสร้างซึ่งเคลื่อนรอบโลก เช่น สถานีอวกาศเมียร์ของรัสเซีย สถานีอวกาศฟรีดอมของสหรัฐอเมริกา โดยความร่วมมือขององค์การอวกาศยุโรป ญี่ปุ่น แคนาดาและรัสเซียการออกไปนอกโลก ความเร็วต่ำสุดที่จะพาดาวเทียมหรือยานอวกาศออกไปนอกโลกได้ต้องไม่ต่ำกว่า 7.91 กิโลเมตรต่อวินาที หรือ 28,476 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ถ้าออกไปเร็วมากกว่านี้ยานจะออกไปไกลจากผิวโลกมากขึ้น เช่น ถ้าไปเร็วถึง 38,880 กิโลเมตรต่อชั่วโมงจะไปอยู่สูงถึง 35,880 กิโลเมตร และเคลื่อนรอบโลกรอบละ 24 ชั่วโมง เร็วเท่ากับการหมุนรอบตัวเองของโลก ดาวเทียมที่อยู่ในวงจรเช่นนี้จะอยู่ค้างฟ้า ณ ที่เดิมตลอด 24 ชั่วโมง

กล้องโทรทรรศน์

กล้องโทรทรรศน์

        กล้องโทรทรรศน์ คืออุปกณ์ที่ใช้ขยายวัตถุท้องฟ้าโดยอาศัยหลักการรวมแสง เพื่อให้สามารถมองเห็นวัตถุท้องฟ้าที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า หรือทำให้มองเห็นได้ชัดขึ้น และมีขนาดใหญ่ขึ้น กล้องโทรทรรศน์ได้ถูกคิดค้นขึ้นครั้งแรกเมื่อปี ค.ศ. 1608 โดยฮานส์ ช่างทำแว่นคนหนึ่งซึ่งต่อมาค้นพบว่าหากนำเลนส์มาวางเรียงกับให้ได้ระยะที่ถูกต้องเลนส์สามารถขยายภาพที่อยู่ไกลๆได้ใกล้ขึ้น และ 1 ปีต่อมา กาลิเลโอ กาลิเลอิ ก็ได้ นำมาสำรวจท้องฟ้าเป็นครั้งแรกซึ่งในตอนนั้นเป็นกล้องหักเหแสงที่มีกำลังขยายไม่ถึง 30 เท่า เท่านั้นแต่ก็ทำให้เห็นรายละเอียดต่างๆมากมายของดวงดาวต่างๆที่ยังไม่เคยเห็นมาก่อนทำให้เป็นจุดเริ่มต้นของการเริ่มมาสำรวจท้องฟ้าโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ในที่สุด

กล้องโทรทรรศน์ชนิดหักเหแสง

    กล้องโทรทรรศน์ชนิดหักเหแสง เป็นกล้องที่ถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรกโดยฮานส์ ช่างทำแว่นคนหนึ่ง ซึ่งต่อมาค้นพบว่าหากนำเลนส์มาวางเรียงกันให้ได้ระยะที่ถูกต้องเลนส์สามารถขยายภาพที่อยู่ไกลๆได้ใกล้ขึ้น และ 1 ปีต่อมา กาลิเลโอ กาลิเลอี ก็ได้ นำมาสำรวจท้องฟ้าเป็นครั้งแรกโดยตัวกล้องจะมีเลนส์ 2 ตัวขึ้นไปคือ เลนส์วัตถุ และเลนส์ตา โดยเลนส์วัตถุจะทำหน้าที่รับภาพจากวัตถุ แล้วหักเหแสงไปยังเลนส์ใกล้ตา ซึ่งเลนส์ใกล้ตาจะทำหน้าที่ขยายภาพจากเลนส์วัตถุอีกทีหนึ่ง โดยลักษณะการวางเลนส์จะใช้เลนส์วัตถุที่มี ความยาวโฟกัส ยาว และเลนส์ใกล้ตาที่มีความยาวโฟกัสสั้น โดยในการวางเลนส์ จะวางเลนส์วัตถุ (ความยาวโฟกัสยาว) ไว้ด้านหน้า และเลนส์ใกล้ตา (ความยาวโฟกัสสั้น) ไว้ด้านหลัง โดยระยะห่างของเลนส์ 2 ตัวนี้คือ ความยาวโฟกัสเลนส์วัตถุ + ความยาวโฟกัสเลนส์ตา เป็นต้น

ข้อดีของกล้องโทรทรรศน์ชนิดนี้คือเป็นกล้องที่สร้างได้ง่ายและมีราคาเริ่มต้นที่ถูก และเมื่อมีขนาดของหน้ากล้องหรือขนาดของเลนส์วัตถุเท่ากันกล้องชนิดนี้เป็นกล้องชนิดที่สามารถให้แสงผ่านเข้าเลนส์ได้มากที่สุดเพราะไม่มีอะไรมาบังหน้ากล้องอยู่ จึงทำให้แสงผ่านเข้ากล้องได้มากกว่า 99 เปอร์เซ็นต์ทีเดียว อีกทั้งยังเก็บรักษาได้ง่ายเพราะเนื่องจากมีเลนส์ปิดหัวปิดท้ายกล้อง ทำให้ความชื้นหรือฝุ่นไม่สามารถเข้าไปในกล้องได้โดยง่าย จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับมือสมัครเล่นทั่วไป แต่กล้องชนิดนี้หากมีหน้ากล้องที่ใหญ่ขึ้นจะทำให้มีราคาแพงขึ้นจากกล้องชนิดอื่นมาก และสามารถผลิตได้ขนาดหน้ากล้องเล็ก และ เลนส์ที่มีคุณภาพไม่ดีมักจะมีความคลาดสีของเลนส์ เพราะดัชนีความหักเหของแสงไม่เท่ากันทำให้แสงสีต่าง ๆ มักมีจุดโฟกัสไม่เท่ากันและเกิดรุ้งบริเวณขอบภาพในที่สุด วิธีการแก้ปัญหาในอดีตได้พยายามแก้ปัญหามานานแล้ว โดยการเพิ่มความยาวโฟกัสเลนส์วัตถุจนทำให้มีความคลาดสีน้อยลงแต่ยุ่งยากมาก และไม่สะดวกเป็นอย่างยิ่งสำหรับกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงของกาลิเลโอนั้น เลนส์วัตถุจะเป็นเลนส์นูน และเลนส์ตาจะเป็นจากเลนส์เว้า ซึ่งข้อดีของการใช้ระบบเลนส์แบบนี้คือภาพที่ได้จะเป็นภาพหัวตั้งโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์อื่นมาช่วย แต่ข้อเสียของการใช้เลนส์เว้าเป็นเลนส์ตาคือระบบกล้องจะมีมุมมองภาพที่แคบมาก ต่อมา โยฮันเนส เคปเลอร์ได้ใช้เลนส์นูนเป็นเลนส์ตาของกล้องโทรทรรศน์แทน ซึ่งทำให้ระบบกล้องโทรทรรศน์ให้ภาพกลับหัว และมีมุมมองภาพกว้างขึ้น ระบบเลนส์แบบนี้ได้ถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และใช้งานมาจนถึงปัจจุบัน

ความคลาดสีของกล้องโทรทรรศน์หักเหแสง

หากว่าเราใช้ปริซึมมาส่องกับแสงแดดจะพบว่า ปริซึมจะแตกแสงออก 7 สีด้วยกันเพราะปริซึมจะหักเหแสงเหล่านั้น และถ้าสังเกตให้ดีเข้าไปอีกจะเห็นว่าสีที่หักเหมานั้นแต่ละสีจะยาวออกมาจากแท่งแก้วปริซึมไม่เท่ากันและเราจะเรียกปรากฏการณ์เหล่านี้ว่าดัชนีความหักเหของสีไม่เท่ากันและถ้าหากมาใช้กับเลนส์เราจะเรียกว่าความคลาดสีหรือ ความคลาดรงค์ นั่นเอง

ความคลาดสีจะพบได้กับเลนส์ที่มีคุณภาพต่ำโดยเกิดจากการที่สีของแสงต่างมีดัชนีความหักเหของไม่เท่ากันทำให้สีแต่ละสีไม่สามารถมารวมกันที่จุดรวมภาพจัดเดียวกันได้และทำให้เกิดรุ้งที่ขอบภาพ และในที่สุดภาพที่ได้มีแสงสีไม่ครบในภาพ และแสงที่หายไปจะเกินออกตรงขอบภาพ

ในอดีตได้มีการพยายามแก้ความคลาดสีด้วยการเพิ่มความยาวโฟกัสของเลนส์วัตถุขึ้นแต่จะทำให้กล้องยาวมากหลายสิบเมตรทำให้การที่จะขยายกล้องหันหาดาวที่ต้องการศึกษาเป็นไปด้วยความยุ่งยากและคุณภาพที่ได้ก็ไม่ดีเท่าที่ควร

แสดงถึงความคลาดสีที่เกิดขึ้น

ปัจจุบัน เราแก้ปัญหาความคลาดสีของกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงได้โดยการใช้เลนส์เว้า และเลนส์นูน ที่มีดัชนีหักเหแสงแตกต่างกันมาประกอบ เป็นเลนส์ 2 ชิ้นที่สามารถแก้ให้แสงสีเขียวและแดงมีจุดโฟกัสใกล้กันมากขึ้นได้ เรียกว่าเลนส์ Doublet Achromatic และมีการใช้เลนส์ถึง 3 ชิ้น (Triplet Apochromatic) หรือมากกว่าได้ และอาจมีการใช้ชิ้นเลนส์พิเศษเช่นเลนส์ ED (Extra-Low Dispersion) หรือเลนส์ Fluorite เพื่อให้ภาพที่มีความคลาดสีน้อยที่สุด แต่การใช้เลนส์จำนวนมาก หรือชิ้นเลนส์พิเศษเหล่านี้ ทำให้กล้องโทรทรรศน์มีราคาสูงขึ้นมากเช่นกัน

กล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสง

กล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสง สร้างได้สำเร็จครั้งแรกในปี ค.ศ. 1668 โดย ไอแซค นิวตันซึ่งในตอนนั้นถือเป็นเรื่องที่ใหม่มากสำหรับวงการดาราศาสตร์ในสมัยนั้น หลักการทำงานของกล้องสะท้อนแสงจะใช้กระจกเว้าสะท้อนแสงแทนที่จะใช้เลนส์ในการหักเหแสง โดยยังมีหลักการที่คล้ายคลึงอยู่บ้างคือ จะใช้กระจกเว้าที่มีความยาวโฟกัสยาว (เหมือนเลนส์วัตถุของกล้องหักเหแสง) สะท้อนแสงจากวัตถุเข้าที่กระจกรองซึ่งจะสะท้อนแสงของวัตถุเข้าที่เลนส์ตาและเข้าตาของผู้ใช้ในที่สุด โดยกล้องชนิดนี้มีข้อดีคือกล้องสามารถที่จะผลิตให้มีขนาดหน้ากล้องใหญ่มาก ๆ ได้ซึ่งจะทำให้สำรวจวัตถุที่จางบนท้องฟ้าได้ดีขึ้น และเมื่อเทียบกับกล้องหักเหแสงหากหน้ากล้องเท่ากันแล้วกล้องแบบสะท้อนแสงจะมีราคาถูกกว่ามาก แต่ทั้งนี้ก็มีราคาเริ่มต้นที่ไม่ถูกนักเหมือนกับกล้องหักเหแสง และกล้องชนิดนี้ยังสามารถใช้สำรวจช่วงคลื่นได้หลากหลายกว่ากล้องหักเหแสง เพราะช่วงคลื่นเหล่านั้นจะไม่ถูกดูดซับโดยแก้วของเลนส์อีกทั้งยังไม่พบปัญหาเรื่องความคลาดสีของกล้องหักเหแสงออกไปจนหมดเพราะกล้องใช้หลักการการสะท้อนจะไม่มีปัญหาเรื่องความคลาดสีเข้ามาเกี่ยวข้อง

แต่กล้องชนิดนี้มีข้อเสียคือตรงหน้ากล้องจะมีกระจกรองบังหน้ากล้องอยู่ (เพื่อสะท้อนแสงจากกระจกเว้าเข้าสู่เลนส์ตา) จึงทำให้แสงผ่านเข้าได้น้อยลงและทำให้ภาพมืดลงด้วยด้วยสาเหตุนี่กล้องชนิดสะท้อนแสงจะต้องมีขนาดหน้ากล้องใหญ่เพื่อชดเชยข้อเสียดังกล่าวและจะทำให้ราคาแพงขึ้นด้วยแต่ถึงอย่างไรก็ดีผู้ศึกษามักจะนิยมใช้กล้องสะท้อนแสงมากกว่ากล้องหักเหแสงเพราะมีราคาที่ถูกกว่าเมื่อหน้ากล้องเท่ากันและสามารถเลือกซื้อกล้องที่มีหน้ากล้องใหญ่ ๆ ได้

ระบบฐานตั้งกล้องดูดาว

ในการใช้กล้องดูดาวอุปกรณ์ที่สำคัญไม่แพ้กันเลยคือขาตั้งกล้องซึ่งจะทำให้ที่ตั้งกล้องไว้และหันกล้องไปในทิศทางที่ถูกต้องและล็อกอยู่ที่วัตถุนั้นเพื่อให้ผู้ศึกษาสามารถที่จะศึกษาวัตถุนั้นได้อย่างง่ายดาย แต่ในการสำรวจท้องฟ้านั้นขาตั้งกล้องกล้องจะต้องมีความแม่นยำและเที่ยงตรง รวมทั้งมั่นคงเป็นพิเศษทั้งนี้เพราะการสำรวจดวงดาวนั้นมีมุมในการหันขาตั้งกล้องที่สั้นมากๆอีกทั้งหากกล้องมีกำลังขยายที่สูงเข้าไปอีกการสั่นเพียงเล็กน้อยของขาตั้งกล้องจะทำให้ภาพนั้นสั่นไหวมากและไม่สามารถที่จะสำรวจท้องฟ้าได้เลยยังไม่รวมถึงการที่ดาวจะเคลื่อนที่ไปเรื่อยๆบนท้องฟ้าตามการหมุนของโลก ซึ่งหากสังเกตด้วยตาเปล่าก็จะไม่สามารถสังเกตเห็นได้แต่ในกำลังขยายสูงๆจะเห็นได้ว่าดาว กำลังเคลื่อนที่อยู่ซึ่งการเคลื่อนที่นี้จะทำให้ดาวหลุดออกนอกกล้องอย่างรวดเร็วและไม่สามารถสำรวจวัตถุนั้นได้จึงต้องใช้ขาตั้งกล้องที่มีความสามารถต่างๆเข้ามาทดแทนปัญหานี้ต่อไป

ฐานตั้งกล้องชนิดมุมเงย-มุมทิศ (Alt-azimuth Mount) ฐานตั้งกล้องชนิดนี้จะคุ้นเคยกันดีเพราะเป็นขาตั้งกล้องชนิดเดียวกับขาตั้งกล้องถ่ายภาพโดยทั่วไป ฐานตั้งกล้องชนิดนี้มีแกนหมุน 2 แกน คือแกนหมุนในแนวราบเพื่อปรับมุมทิศ และแกนหมุนในแนวดิ่งเพื่อปรับมุมเงย ข้อดีของขาตั้งชนิดนี้คือใช้งานง่ายและมีราคาถูก ส่วนข้อเสียสำคัญคือ ขาตั้งกล้องชนิดนี้ ต้องใช้การหมุนมอเตอร์ทั้ง 2 แกน เพื่อติดตามการเคลื่อนที่ขึ้นตกของวัตถุท้องฟ้า ทำให้ไม่สามารถติดตามวัตถุท้องฟ้าได้นิ่ง พอที่จะใช้ในงานถ่ายภาพทางดาราศาตร์ได้ และทำให้เกิดปัญหาการหมุนของภาพ (Field Rotation) เมื่อใช้ถ่ายภาพเป็นระยะเวลานานอีกด้วย

ฐานตั้งกล้องชนิดอิเควทอเรียล (Equatorial Mount) ฐานตั้งกล้องชนิดนี้ออกแบบมาสำหรับการใช้งานทางดาราศาสตร์โดยเฉพาะ ประกอบไปด้วยแกนหมุน 2 แกนที่มีแกนหนึ่งชี้ไปที่ขั้วฟ้าเหนือ (ใกล้กับดาวเหนือ) เรียกว่า Polar Axis และอีกแกนหนึ่งที่หมุนตั้งฉากกัน เรียกว่าแกนเดคลิเนชัน  (Declination Axis) ฐานตั้งกล้องชนิดนี้มีการใช้งานอ้างอิงกับระบบพิกัดศูนย์สูตรฟ้า ซึ่งแกน Polar นั้น ทำหน้าที่เปลี่ยนพิกัด Right Ascension และ แกนเดคลิเนชั่นทำหน้าที่เปลี่ยนพิกัด Declination เพื่อเล็งไปที่วัตถุท้องฟ้าที่ต้องการ และเมื่อเวลาผ่านไป ดาวจะเคลื่อนที่รอบขั้วฟ้าเหนือ ทำให้เราสามารถติดตามดาวด้วยการหมุนแกน Polar เพียงแกนเดียวได้ ทำให้ฐานตั้งชนิดนี้สามารถติดตามวัตถุท้องฟ้าได้แม่นยำกว่า และเหมาะกับการใช้งานทางดาราศาสตร์มากกว่าแบบแรก ในการใช้งานจริง เราจะติดมอเตอร์เพื่อขับแกน Polar เพื่อให้กล้องตามดาวได้ตลอดเวลา

ฐานตั้งกล้องคอมพิวเตอร์ (Computerized Mount) เป็นฐานตั้งกล้องที่มีการฝังระบบคอมพิวเตอร์ลงไป ทำให้สามารถชี้ไปที่วัตถุท้องฟ้าที่กำหนดได้อัตโนมัติ โดยการระบุวัตถุที่ต้องการลงไปบนระบบควบคุม ซึ่งอาจเป็นรีโมต หรือโปรแกรมคอมพิวเตอร์ ฐานตั้งกล้องจะรับพิกัดของวัตถุนั้นจากฐานข้อมูล และหมุนกล้องไปที่วัตถุนั้น

กำลังขยาย

กำลังขยายของกล้องโทรทรรศน์จะเท่ากับ ความยาวโฟกัสเลนส์ใกล้วัตถุหรือกระจกเว้า / โฟกัสเลนส์ใกล้ตา และความไวแสงเท่ากับ ความยาวโฟกัส / ขนาดหน้ากล้อง

การขนส่งและการโคจรของดาวเทียม

     การขนส่งและการโคจรของดาวเทียม   

   ดาวเทียมที่โคจรอยู่รอบโลกเรานั้น เรามีการส่งออกสู่วงโคจรโดยการใช้ จรวด (Rocket) หรือส่งด้วยการบรรทุกไปกับกระสวยอวกาศ (Space shuttle) ในโลกนี้มีอยู่หลายประเทศที่มีศักยภาพในการส่งดาวเทียมออกสู่อวกาศ ยกตัวอย่างเช่น สหรัฐอเมริกา, รัสเซีย, จีน ฯลฯ

รูปโครงการจรวดส่งสถานีอวกาศนานาชาติโซยูส 

      ในการปล่อยดาวเทียมด้วยจรวดขับดัน เป้าหมายที่ต้องการก็คือการส่งจรวดที่บรรจุดาวเทียมให้พุ่งทะยานผ่านความหนาของชั้นบรรยากาศ โดยให้มีความเร็วในการพุ่งขึ้นให้เร็วมากที่สุด และจะต้องเผาผลาญเชื้อเพลิงให้น้อยที่สุด

       หลังจากปล่อยจรวดทะยานขึ้นฟ้าไปแล้ว กัปตันผู้ควบคุมยานจะคอยควบคุมกลไก ระบบนำทางเฉื่อย (Inertial guidance system) เพื่อใช้ในการปรับหัวฉีดของจรวด บังคับทิศทางทิศทางจรวด ให้เป็นไปตามแผนการบิน (Flight plan) แผนการบินส่วนใหญ่จะนำจรวดพุ่งไปทางทิศตะวันออก เพราะว่าโลกหมุนไปทางทิศตะวันออก (เหตุผลง่าย ๆ ก็คือเป็นการเสริมแรงให้กับจรวดที่ปล่อย เพื่อให้จรวดพุ่งไปโดยเผาผลาญเชื้อเพลิงได้น้อย เปรียบเหมือนกับการที่เราเหวี่ยงลูกตุ้มและปล่อยลูกตุ้มออกไป) นอกจากแรงเสริมของการหมุนของโลกแล้ว ตัวจรวดจะมีตัวบูสต์ (Boost:ตัวเสริม) เสริมแรงให้จรวดมีความแรงอีกทางด้วย

วิดีโอจำลองตัวอย่างการส่งดาวเทียมไปวนดวงจันทร์

ฐานปล่อยจรวดที่ดีจะตั้งไว้ที่แนวเส้นหรือใกล้เส้นศูนย์สูตร ซึ่งเป็นจุดที่โลกมีระยะเส้นรอบวงที่มากที่สุด และหมุนเร็วแรงที่สุด (ข้อน่าสังเกต: โลกมีสัณฐานเป็นทรงกลมแบน) อุ้ยอ้ายรอบตรงกลาง

 ณ จุดหนึ่งบนพื้นผิวโลกที่เส้นศูนย์สูตร จะมีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 1,669 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (1,038 ไมล์ต่อชั่วโมง) (ตลอดเวลาเราเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 1,669 กิโลเมตรต่อชั่วโมงเชียวนะ!!) ฐานปล่อยยานอวกาศฐานหนึ่งได้แก่ ฐานปล่อยจรวดที่แหลมคานาเวรอล (Canaveral) รัฐฟลอริดา (Florida) สหรัฐอเมริกา จะมีความเร็วของโลกค่านี้อยู่ที่เหมาะในการปล่อยยานอวกาศ โดยไม่จำเป็นต้องเสริมตัวบูสต์ขนาดใหญ่มาก แต่จะใช้ความเร็วในการหมุนตัวของโลกเข้าช่วย

      ในอเมริกายังมีอีกที่หนึ่งได้แก่ จุดปล่อยยาน 39-A (Launch complex 39-A) ที่ศูนย์อวกาศเคเนดี้ (Kennedy space center) เป็นที่ที่หนึ่งที่สามารถปล่อยยานได้อย่างดี ตำแหน่งที่ตั้งคือ ที่ 28 องศา 36 นาที 29.7014 วินาที ละติจูดเหนือ มีความเร็วการหมุนของโลกอยู่ที่ค่า 1,440 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (894 ไมล์ต่อชั่วโมง) จะเห็นได้ว่าความเร็วการหมุนของโลกต่ำกว่าที่แหลมคานาเวรอลนิดหนึ่ง

รูปจุดปล่อยยานอวกาศ39-A ณ ศูนย์อวกาศเคเนดี้

จุดปล่อย 39-A (Launch complex 39-A) ศูนย์อวกาศเคเนดี้ (Kennedy space center) เป็นที่แห่งหนึ่งของการปล่อยอย่างสะดวกสบาย คือตำแหน่งที่ 28 องศา 36 นาที 29.7014 วินาที ละติจูดเหนือ มีความเร็วการหมุนของโลกอยู่ที่ค่าประมาณ 1,440 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (894 ไมล์ต่อชั่วโมง) ความแตกต่างในความเร็วพื้นผิวโลกระหว่างเส้นศูนย์สูตร และศูนย์อวกาศเคเนดี้ มีค่าประมาณ 229 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (144 ไมล์ต่อชั่วโมง)

ทีนี้มาพิจารณาที่จรวดสามารถทำความเร็วได้เป็นพันไมล์ต่อชั่วโมง คุณอาจสงสัยว่าทำไมมีความแตกต่างกัน 144 ไมล์ต่อชั่วโมงในภารกิจที่กระทำ คำตอบก็คือจรวด มีบินไปพร้อมกับน้ำมันเชื้อเพลิง และน้ำหนักบรรทุก มีความหนักมาก ดูตัวอย่าง 11 กุมภาพันธ์ ปี 2000 มีการปล่อยยานอวกาศเอนเดเวอร์ (Endeavor) พร้อมกับ “ปฏิบัติการยานอวกาศเรดาร์ทำแผนที่” มีความต้องการยกน้ำหนักทั้งหมด 2,050,447 กิโลกรัม (4,520,415 ปอนด์) มันมีขนาดมหึมาที่ต้องทำการทะยานขึ้นเพื่อเอาชนะน้ำหนักทั้งหมด, ความโน้มถ่วงของโลก และความเร็วการหมุนของโลก ที่ 144 ไมล์ต่อชั่วโมง เมื่อเป็นเช่นนั้นจะต้องมีเชื้อเพลิงที่มากเพียงพอ ที่จะปล่อยจากเส้นศูนย์สูตรได้จริง

ทันทีที่จรวดพุ่งขึ้นสู่อากาศ ประมาณ 193 กิโลเมตร (120 ไมล์) ขึ้นไป ระบบนำทางของจรวดจะจุดจรวดขนาดเล็ก ตอนนี้เพียงพอที่จะกลับปล่อยเครื่องยนต์ไปสู่ตำแหน่งแนวนอน ดาวเทียมก็จะถูกปล่อยจากจุดนี้ จรวดจะติดเครื่องยนต์อีกครั้งเพื่อให้แน่ใจถึงในการแยกออกระหว่าง ยานจรวด และดาวเทียม

ระบบนำทางเฉื่อย (Inertial Guidance Systems: IGS) 

      จรวดจะต้องควบคุมอย่างแม่นยำที่จะปล่อยยานดาวเทียมไปสู่วงโคจร ระบบนำทางเฉื่อยภายในจรวดทำหน้าที่ควบคุมให้เป็นไปได้ IGS ทำให้ตำแหน่งของจรวดพุ่งไปอย่างถูกต้อง และแม่นยำเที่ยงตรง ตรงตามเป้าหมายที่จะไป ภายใน IGS มีอุปกรณ์ที่สำคัญสองส่วนดังนี้

     ไจโรสโคป (Gyroscopes) หรือเครื่องมือวัดการหมุนวน หน้าที่ของมันคือ ท้าทายแรงดึงดูดของโลก ทำไว้สำหรับเป็นเข็มทิศให้กับอากาศยาน และยานอวกาศ เพื่อไม่ให้หลงทิศทางรายละเอียดลึก ๆ จะยังไม่กล่าวในที่นี้                   

รูปไจโรสโคปอย่างง่าย 

วิดีโอแสดงหลักการทำงานของไจโรสโคปก่อนที่จะมีการพัฒนานำมาใช้ในการบิน และอวกาศ

          มิเตอร์วัดความเร่ง (Accelerometers) ซึ่งตั้งอยู่ในวงแหวนอยู่กับที่ ในแกนไจโรสโคป อยู่ในทิศทางที่เหมือนกัน ไจโรสโคปจะเสถียร ตั้งอยู่บนแท่นที่บรรจุมิเตอร์วัดความเร่ง การเปลี่ยนแปลงความเร่งในแนวแกน 3 แกน ทำให้รู้ถึงทิศทางอย่างแน่ชัดที่จรวดถูกปล่อยไป และทราบถึงความเร่งของจรวดในขณะที่บินอยู่
ดังนั้น IGS สามารถคำนวณตำแหน่งจรวด และเป้าหมายในอวกาศได้อย่างแม่นยำ
การออกแบบวงโคจรของดาวเทียมขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการใช้งานดาวเทียม ระดับความสูงของดาวเทียมมีความสัมพันธ์กับคาบเวลาในวงโคจรตามกฎของเคปเลอร์ข้อที่ 3 (กำลังสองของคาบวงโคจรของดาวเทียม แปรผันตาม กำลังสามของระยะห่างจากโลก) ดังนั้น ณ ระดับความสูงจากผิวโลกระดับหนึ่ง ดาวเทียมจะต้องมีความเร็วในวงโคจรค่าหนึ่ง มิฉะนั้นดาวเทียมอาจตกสู่โลกหรือหลุดจากวงโคจรรอบโลก ดาวเทียมวงโคจรต่ำเคลื่อนที่เร็ว ดาวเทียมวงโคจรสูงเคลื่อนที่ช้า 

        

                ในการออกแบบวงโคจรของดาวเทียม  นอกจากความสูงของวงโคจรแล้ว  ยังต้องคำนึงถึงทิศทางของวงโคจร เนื่องโลกหมุนรอบตัวเอง  นักวิทยาศาสตร์จะต้องคำนึงถึงพื้นที่บนพื้นผิวโลกที่ต้องการให้ดาวเทียมเคลื่อนที่ผ่าน  เราสามารถจำแนกประเภทของวงโคจร ตามระยะสูงของวงโคจรได้ดังนี้ 

• วงโคจรระยะต่ำ (Low Earth Orbit “LEO”) อยู่สูงจากพื้นโลกไม่เกิน 1,000 กม. เหมาะสำหรับการถ่ายภาพรายละเอียดสูง ติดตามสังเกตการณ์อย่างใกล้ชิด  แต่เนื่องจากวงโคจรประเภทนี้อยู่ใกล้พื้นผิวโลกมาก ภาพถ่ายที่ได้จึงครอบคลุมพื้นที่เป็นบริเวณแคบ และไม่สามารถครอบคลุมบริเวณใดบริเวณหนึ่งได้นาน เนื่องจากดาวเทียมต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก  ดาวเทียมวงโคจรต่ำจึงนิยมใช้วงโคจรขั้วโลก (Polar  Orbit) หรือใกล้ขั้วโลก (Near Polar Orbit)  ดาวเทียมจะโคจรในแนวเหนือ-ใต้ ขณะที่โลกหมุนรอบตัวเอง ดาวเทียมจึงเคลื่อนที่ผ่านเกือบทุกส่วนของพื้นผิวโลก

• วงโคจรระยะปานกลาง (Medium Earth Orbit “MEO”) อยู่ที่ระยะความสูงตั้งแต่ 1,000 กิโลเมตร จนถึง 35,000 กิโลเมตร  สามารถถ่ายภาพและส่งสัญญาณวิทยุได้ครอบคลุมพื้นที่ได้เป็นบริเวณกว้างกว่าดาวเทียมวงโคจรต่ำ  แต่หากต้องการสัญญาณให้ครอบคลุมทั้งโลกจะต้องใช้ดาวเทียมหลายดวงทำงานร่วมกันเป็นเครือข่ายและมีทิศทางของวงโคจรรอบโลกทำมุมเฉียงหลายๆ ทิศทาง  ดาวเทียมที่มีวงโคจรระยะปานกลางส่วนมากเป็นดาวเทียมนำร่อง เช่น เครือข่ายดาวเทียม GPS ประกอบด้วยดาวเทียมจำนวน 24 ดวง  ทำงานร่วมกันดังภาพที่ 3 โดยส่งสัญญาณวิทยุออกมาพร้อมๆ กัน ให้เครื่องรับที่อยู่บนพื้นผิวโลกเปรียบเทียบสัญญาณจากดาวเทียมแต่ละดวง เพื่อคำนวณหาตำแหน่งพิกัดที่ตั้งของเครื่องรับ
• วงโคจรประจำที่ (Geosynchonus Earth Orbit “GEO”) อยู่สูงจากพื้นโลกประมาณ 35,786 กม. มีเส้นทางโคจรอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตร (Equatorial Orbit) ดาวเทียมจะหมุนรอบโลกด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับโลกหมุนรอบตัวเองทำให้ดูเหมือนลอยนิ่งอยู่เหนือพื้นผิวโลกตำแหน่งเดิมอยู่ตลอดเวลา จึงถูกเรียกว่า “ดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า” (Geo-stationary Earth Orbit “GSO”)  เนื่องจากดาวเทียมวงโคจรชนิดนี้อยู่ห่างไกลจากโลกและสามารถลอยอยู่เหนือพื้นโลกตลอดเวลา จึงนิยมใช้สำหรับการถ่ายภาพโลกทั้งดวง เฝ้าสังเกตการณ์เปลี่ยนแปลงของบรรยากาศ  และใช้ในการโทรคมนาคมข้ามทวีป  อย่างไรก็ตามดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าจะต้องลอยอยู่ที่ระดับสูง 35,786 กิโลเมตรเท่านั้น  วงโคจรแบบนี้จึงมีดาวเทียมอยู่หนาแน่น และกำลังจะมีปัญหาการแย่งพื้่นที่ในอวกาศ

• วงโคจรูปวงรี (Highly Elliptical Orbit “HEO”) เป็นวงโคจรออกแบบสำหรับดาวเทียมที่ปฏิบัติภารกิจพิเศษเฉพาะกิจ  เนื่องจากดาวเทียมความเร็วในวงโคจรไม่คงที่  เมื่ออยู่ใกล้โลกดาวเทียมจะเคลื่อนที่ใกล้โลกมาก และเคลื่อนที่ช้าลงเมื่อออกห่างจากโลกตามกฎข้อที่ 2 ของเคปเลอร์  ดาวเทียมวงโคจรรูปวงรี ส่วนมากเป็นดาวเทียมที่ปฏิบัติงานด้านวิทยาศาสตร์ เช่น ศึกษาสนามแม่เหล็กโลก เนื่องจากสามารถมีระยะห่างจากโลกได้หลายระยะดังภาพที่ 5  หรือเป็นดาวเทียมจารกรรมซึ่งสามารถบินโฉบเข้ามาถ่ายภาพพื้นผิวโลกด้วยระยะต่ำมากและปรับวงโคจรได้

ระบบขนส่งอวกาศ

          ระบบขนส่งอวกาศ

        ยานขนส่งอวกาศนับเป็นก้าวกระโดดครั้งยิ่งใหญ่อีกครั้งหนึ่งของมนุษย์ชาติที่จะช่วยสานฝันให้เป็นจริงตามจินตนาการหลาย ๆ ด้านในวงการอวกาศ ยานอวกาศที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้หลายครั้ง ไม่ใช่ใช้เพียงแค่ครั้งเดียวแล้วทิ้งไปหรือตั้งแสดงตามพิพิธภัณฑ์เหมือนยานอวกาศรุ่นก่อน ๆ ทำให้มนุษย์สามารถสำรวจอวกาศและทำกิจกรรมต่าง ๆ ในอวกาศได้อย่างจริงจังและลดค่าใช้จ่ายลงไปมาก และเมื่อความเคยชินในการใช้งานมีมากขึ้น ต่อไปมันจะเหมือนกับพาหนะโดยสารธรรมดาลำหนึ่งเหมือนเรือเหมือนเครื่องบินที่มนุษย์คุ้นเคยในการใช้เดินทางเพียงแต่ยานขนส่งอวกาศนำพามนุษย์ล่องลอยขึ้นสู่ห้วงอวกาศที่กว้างใหญ่ไพศาล

         " ยานขนส่งอวกาศ  (Space Shuttle) ใช้แล้วใช้ใหม่ได้ โครงการยานขนส่งอวกาศ เป็นโครงการที่สืบทอดเจตนารมณ์มาจากโครงการสำรวจดวงจันทร์ของยานอะพอลโลที่มีการประยุกค์ความรู้ด้านอวกาศเดิมให้เกิดผลตอบแทนอย่างคุ้มค่า เพราะยานขนส่งอวกาศเสมือนเป็นรถบรรทุกขนส่งสัมภาระอะไรก็ได้ที่มีน้ำหนักไม่เกิน 29,500 กิโลกรัม สามารถบรรจุช่องบรรทุกขนาด 18 X 4.5 ตารางเมตรได้และยังเป็นยานกู้ภัย เพื่อช่วยมนุษย์อวกาศที่ติดอยู่ในวงโคจร (ช่วยนักบินอวกาศรัสเซียในสถานีอวกาศเมียร์) หรือเก็บดาวเทียมที่เสียหายมาซ่อมแซม เพื่อการใช้งานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ ผู้เชี่ยวชาญด้านอวกาศมักใช้คำว่า “ระบบยานขนส่งอวกาศ” มากกว่า “ยานขนส่งอวกาศ” เฉย ๆ ด้วยเหตุที่ส่วนประกอบแบ่งเป็น 2 ส่วนอย่างชัดเจนคือ มียานโคจร (Orbiter) และจรวดขับดัน (Booster rockets) ซึ่งถูกออกแบบให้เป็นมาตรฐานเหมือนกันหมดเพื่อสามารถใช้แทนกันได้ ดังนั้นเมื่อสังเกต “ระบบยานขนส่งอวกาศ” จะเห็นได้ว่ารูปลักษณะที่ดูคล้ายเครื่องบิน ซึ่งก็คือยานโคจรที่เกาะอยู่กับแท่งเชื้อเพลิงยักษ์ที่บรรจุเชื้อเพลิงเหลว (ออกซิเจนเหลวและไฮโดรเจนเหลว) เพื่อเป็นเชื้อเพลิงให้กับยานโคจร แท่งเชื้อเพลิงนี้ถูกขนาบข้างด้วยจรวดขับดันที่บรรจุเชื้อเพลิงแข็ง เพื่อช่วยขับดันให้ยานพุ่งทะยานสู่ท้องฟ้าด้วยความเร็วที่สามารถชนะแรงโน้มถ่วงของโลกได้ ช่วงกลางปี พ.ศ. 2518 ยานโคจรลำแรกคือยานโคจร 101 (Orbiter 101) ก็ได้รับการประกอบครั้งสุดท้ายให้เสร็จสมบูรณ์ ขณะที่ยานใกล้ประกอบเสร็จองค์การนาซาได้ตั้งชื่อยานลำนี้ว่า “คอนสติติวชั่น (Constitution) แต่บรรดาแฟนของภาพยนตร์ชุดสตาร์เทรค (Star Trek) ได้ทำจดหมายถึงประธานาธิบดีฟอร์ดมากกว่า 100,000 ฉบับขอให้ตั้งชื่อยานลำนี้ว่า “เอนเตอร์ไพรส์ (Enterprise)” ตามชื่อยานในภาพยนตร์ชุดดังกล่าว จึงเป็นที่มาของชื่อยานลำแรกของยานขนส่งอวกาศ "

การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีอวกาศ

ประโยชน์ของเทคโนโลยีอวกาศ

      ปัจจุบันสิ่งประดิษฐ์ที่อาศสัยความรู้ทางด้านเทคโนโลยีอวกาศมีมากมายหลายชิ้น  โดยเฉพาะการสร้างดาวเทียมประเภทต่าง ๆ ขึ้นมาช่วยอำนวยประโยชน์ต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์ในหลาย ๆ ด้าน ที่สำคัญ ได้แก่

การสื่อสาร

   ดาวเทียมสื่อสาร  เป็นดาวเทียมที่ทำหน้าที่เป็นสถานีรับส่งคลื่นวิทยุเพื่อการสื่อสารและโทรคมนาคม  ทั้งที่เป็นการสื่อสารภายในประเทศและระหว่างประเทศ  ส่วนใหญ่ใช้สำรับกิจการโทรศัพท์  โทรเลข  โทรสาร  รวมทั้งการถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์และสัญญาณวิทยุ

การพยากรณ์อากาศ

   ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา  ทำหน้าที่ส่งสัญญาณภาพถ่ายทางอากาศที่ประกอบด้วยข้อมูลทางอุตุนิยมวิทยา  เช่น  จำนวนและชนิดของเมฆ  ความแปรปรวนของอากาศ  ความเร็วลม  ความชื้น  อุณหภูมิ  ทำให้สามารถเตือนภัยที่เกิดจากธรรมชาติต่าง ๆ ไ้โดยเฉพาะการเกิดลาพายุ

การสำรวจทรัพยากรธรรมชาติ

   ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรธรรมชาติ  เป็นดาวเที่ยมที่ถูกใช้เป็นสถานีเคลื่อนที่สำรวจดูพื้นที่ผิวโลกและการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ ที่เกิดขึ้น  ทำให้ทราบข้อมูลทั้งทางด้านธรณีวิทยา  นิเวศวิทยา  เป็นประโยชน์ด้านการเกษตรและการอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติ เป็นต้น

อ้างอิง

รายวิชา โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ (ว30161)
Earth Science & Astronomy

เรื่อง เทคโนโลยีอวกาศ

จัดทำโดย

1.นายณัฐนันท์  นวลชุม
2.นางสาวศิรดา จอมจันทร์
3.นางสาวสิริน อัตตวิศาล

นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5/16

เสนอ
คุณครูกาญจนา ตุละ

โรงเรียนหาดใหญ่วิทยาลัย 

อ้างอิง

ระบบขนส่งอวกาศ  http://kanjanasite.wordpress.com/
การขนส่งและการโคจรของดาวเทียม  http://lovely1256.wordpress.com/
เทคโนโลยีอวกาศ www.l3nr.org
กล้องโทรทรรศน์  th.wikipedia.org/wiki/กล้องโทรทรรศน์
การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีอวกาศ http://www.thaigoodview.com/node/76342 

ขอขอบคุณ