นิรนาม

ผู้เขียน : นิรนาม

อัพเดท: 15 ม.ค. 2015 08.24 น. บทความนี้มีผู้ชม: 314841 ครั้ง

www.thummech.com
ดาวเทียม คือเทคโนโลยีด้านอวกาศ หนึ่งในปัญญาประดิษฐ์ที่มนุษย์ได้สร้างสรรค์ขึ้นมาใช้งาน ใช้ในการทำหน้าที่เฝ้าสังเกต, สอดแนม, ค้นหา, ตรวจการณ์, พยากรณ์ ฯลฯ บทความนี้จะนำท่านผู้อ่านมาทำความรู้จักกับเครื่องกลที่ลอยอยู่ในอวกาศที่เรียกกันว่า "ดาวเทียม"


4. การส่งดาวเทียมสู่วงโคจร

4. การส่งดาวเทียมสู่วงโคจร

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

 

รูปจรวดส่งดาวเทียม ARIANE 44L

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) อุ้ยอ้ายรอบตรงกลาง

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

  = 1669 km/hr

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

 

ฐานปล่อยจรวดที่แหลมคานาเวรอล รัฐฟลอริดา

 

รูปการปล่อยจรวดที่แหลมคานาเวรอล

 

      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)

 

 

การบรรจุอุปกรณ์นำทางเฉื่อยในจรวด

      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

 


บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที