4. การส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจร

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

รูปจรวดส่งดาวเทียมจีพีเอส Fifth GPS IIR(M)  

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

รูปโครงการจรวดส่งสถานีอวกาศนานาชาติโซยูส

การส่งดาวเทียมทางกระสวยอวกาศ

      ในการปล่อยดาวเทียมด้วยจรวดขับดัน เป้าหมายที่ต้องการก็คือการส่งจรวดที่บรรจุดาวเทียมให้พุ่งทะยานผ่านความหนาของชั้นบรรยากาศ โดยให้มีความเร็วในการพุ่งขึ้นให้เร็วมากที่สุด และจะต้องเผาผลาญเชื้อเพลิงให้น้อยที่สุด

รูปอุปกรณ์ใช้ในระบบนำทางเฉื่อย

       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) รอบตรงกลาง  

คำถามตัวบูสต์ จะเสริมจากการปล่อยที่เส้นศูนย์สูตรได้อย่างไร?

เรามาคิดกันอย่างคร่าว ๆ ดังนี้

เราสามารถคำนวณเส้นรอบวงของโลกโดยการคูณกันของเส้นผ่านศูนย์กลางกับค่า p (Pi:ไพ: p= 3.1416) เส้นผ่านศูนย์กลางของโลกที่เส้นศูนย์สูตร (D) เท่ากับ 12,753 กิโลเมตร (7,926 ไมล์)

เส้นรอบวงของโลกที่เส้นศูนย์สูตร = p x D

= 3.1416 x 12,753 km

= 40,065 km

ดังนั้น เส้นรอบวงของโลกที่เส้นศูนย์สูตร มีค่า 40,065 กิโลเมตร (24,900 ไมล์)

โลกหมุนรอบตัวเอง 1 รอบใช้เวลา 24 ชั่วโมง

ความเร็วการหมุนของโลก = เส้นรอบวงของโลกหารด้วยเวลาโลกหมุนรอบตัวเอง

= 40,065 km/24hr

= 1,669 km/hr

ณ จุดหนึ่งบนพื้นผิวโลกที่เส้นศูนย์สูตร จะมีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 1,669 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (1,038 ไมล์ต่อชั่วโมง) (น่าคิดนะ เราอยู่บนพื้นโลกตลอดเวลานี้ เราเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 1,669 กิโลเมตรต่อชั่วโมงเชียวนะ!!)

      ฐานปล่อยยานอวกาศฐานหนึ่งได้แก่ ฐานปล่อยจรวดที่แหลมคานาเวรอล (Canaveral) รัฐฟลอริดา (Florida) สหรัฐอเมริกา จะมีความเร็วของโลกค่านี้อยู่ ซึ่งเป็นสถานที่ที่เหมาะในการปล่อยยานอวกาศ โดยไม่จำเป็นต้องเสริมตัวบูสต์ขนาดใหญ่มาก แต่จะใช้ความเร็วในการหมุนตัวของโลกเข้าช่วย

ฐานปล่อยจรวดที่แหลมคานาเวรอล รัฐฟลอริดา

รูปการปล่อยจรวดที่แหลมคานาเวรอล

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

รูปจุดปล่อยยานอวกาศ39-A ณ ศูนย์อวกาศเคเนดี้

      ความแตกต่างในความเร็วพื้นผิวโลกระหว่างเส้นศูนย์สูตร และศูนย์อวกาศเคเนดี้ มีค่าประมาณ 229 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (144 ไมล์ต่อชั่วโมง)

      ทีนี้มาพิจารณาที่จรวดสามารถทำความเร็วได้เป็นพันไมล์ต่อชั่วโมง คุณอาจสงสัยว่าทำไมความเร็วที่มีความแตกต่างกัน 229 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ในภารกิจที่กระทำ จะมีผลอย่างไรต่อการปล่อยยาน

คำตอบก็คือจรวดจะบินขึ้นได้จะต้องมี น้ำมันเชื้อเพลิง และน้ำหนักบรรทุก ซึ่งจะมีน้ำหนักบรรทุกที่มาก ยกตัวอย่างในวันที่ 11 กุมภาพันธ์ ปี 2000 มีการปล่อยยานอวกาศเอนเดเวอร์ (Endeavor) พร้อมกับภารกิจ “การส่งยานอวกาศเรดาร์ทำแผนที่” จะต้องบรรทุกน้ำหนักทั้งหมดถึง 2,050,447 กิโลกรัม (4,520,415 ปอนด์)

ซึ่งมันมีน้ำหนักขนาดมหึมา ที่ต้องทำให้ยานสามารถเอาชนะน้ำหนักเหล่านี้และต้องทะยานขึ้นให้ได้ นอกเหนือจากน้ำหนักยานแล้ว มันยังต้องเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก และเอาชนะความเร็วการหมุนของโลก ที่มีความแตกต่างกัน 229 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และนี่คือความแตกต่างกันระหว่างการปล่อยยานที่บริเวณเส้นศูนย์สูตร กับสถานีปล่อยยานที่ศูนย์อวกาศเคเนดี้

      ทันทีที่จรวดพุ่งขึ้นสู่อากาศ สูงขึ้นไปประมาณ 193 กิโลเมตร (120 ไมล์) ขึ้นไป ระบบนำทางของจรวดจะจุดจรวดขนาดเล็ก ตอนนี้ก็จะเกิดการแยกชิ้นส่วนยานออกไป ให้เครื่องยนต์ชั้นต่อไปทำงานต่อ เมื่อถึงตำแหน่งที่เข้าวงโคจรดาวเทียมก็จะถูกปล่อยออกมา และจะใช้เครื่องยนต์ของดาวเทียมในการที่จะควบคุมให้อยู่ในวงโคจรดาวเทียมนั้น ๆ  

ระบบนำทางเฉื่อย (Inertial Guidance Systems: IGS)

การบรรจุอุปกรณ์นำทางเฉื่อยในจรวด

      จรวดจะต้องมีการควบคุมอย่างแม่นยำที่จะปล่อยดาวเทียมไปสู่วงโคจร ระบบนำทางเฉื่อยภายในจรวดทำหน้าที่ควบคุมให้สิ่งเหล่านี้เป็นไปได้ไอจีเอส ทำให้ตำแหน่งของจรวดพุ่งไปอย่างถูกต้อง และแม่นยำเที่ยงตรง ตรงตามเป้าหมายที่จะไป ภายในไอจีเอส จะมีอุปกรณ์ที่สำคัญอยู่สองส่วนดังนี้

- ไจโรสโคป (Gyroscopes) หรือเครื่องมือวัดการหมุนวน หน้าที่ของมันคือ ท้าทายแรงดึงดูดของโลก ทำไว้สำหรับเป็นเข็มทิศให้กับอากาศยาน และยานอวกาศ เพื่อไม่ให้หลงทิศทางรายละเอียดลึก ๆ ส่วนรายละเอียดจะยังไม่กล่าวในที่นี้

-

รูปไจโรสโคปอย่างง่าย

รูปไจโรสโคปที่ติดตั้งในอวกาศยาน

วิดีโอแสดงหลักการทำงานของไจโรสโคปก่อนที่จะมีการพัฒนานำมาใช้ในการบิน และอวกาศ

- มิเตอร์วัดความเร่ง (Accelerometers) ซึ่งตั้งอยู่ในวงแหวนอยู่กับที่ ในแกนไจโรสโคป อยู่ในทิศทางที่เหมือนกัน ไจโรสโคปจะเสถียร ตั้งอยู่บนแท่นที่บรรจุมิเตอร์วัดความเร่ง การเปลี่ยนแปลงความเร่งในแนวแกน 3 แกน ทำให้รู้ถึงทิศทางอย่างแน่ชัดที่จรวดถูกปล่อยไป และทราบถึงความเร่งของจรวดในขณะที่บินอยู่

ดังนั้น อุปกรณ์เหล่านี้จะทำให้ระบบนำทางเฉื่อย สามารถทำการคำนวณตำแหน่งจรวด และเป้าหมายในอวกาศได้อย่างแม่นยำ

วิดีโอแอนิเมทชันการปล่อยดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจร

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“อนาคตเป็นของคนที่เชื่อในความฝันของตัวเองเท่านั้น

The future belongs to those who believe in the beauty of their dreams.”
                                                                                                        Eleanor Roosevelt