เทคโนโลยีอวกาศ -...

เทคโนโลยอวกาศ เทคโนโลยอวกาศ คอ เทคโนโลยทใชในการส ารวจอวกาศหรอ ใชศกษาโลกของเราจากอวกาศและการศกษาปรากฏการณตาง ๆในเอกภพ มอะไรบาง - ดาวเทยม - จรวด ยานอวกาศ ยานส ารวจ - กลองโทรทรรศนอวกาศ - สถานอวกาศ สถานควบคมดาวเทยม - อปกรณเพอการด ารงชวตของนกบนอวกาศ

กลองโทรทรรศน

กลองโทรทรรศนแบงเปน 2 ประเภท 1. แบบหกเหแสง 2. แบบสะทอนแสง

กลองโทรทรรศนแบบหกเหแสง(refracting telescope)

-ป 1608 ฮานส ลเพอรฮย ชางท าแวนชาวดตช ผคนพบคณสมบตการขยายภาพ เมอน าเลนสนนสองชนมาวางเรยงกนในระยะทเหมาะสม - ป1609 กาลเลโอ กาลเลอ เปนบคคลแรกทรเร มน ากลองมาใชสงเกตดวงดาว ขยายแค 30 เทา ซงเปนจดเรมตนของกลองโทรทรรศน

กลองโทรทรรศนแบบสะทอนแสง (refrecting telescope) -ป 1663 เจมส เกรกอร นกคณตศาสตรชาวสกอต แตในเวลานนไมสามารถหาชางฝนกระจกตามแบบได - ป 1668 เซอร ไอแซค นวตน ออกแบบและประดษฐกลองโทรทรรศนแบบสะทอนแสงของเขาขนมาได

ขอด -คลาดเคลอนนอย -สรางใหมขนาดใหญได -ราคาถก -นยมใช

ขอเสย -ความคมชดลดลง

กลองโทรทรรศนแบบผสม (catadioptric telescope) -เปนกลองโทรทรรศนทมทงใชเลนส และกระจกท างานรวมกน ทนยมใชกน คอ ชมดท -แคสสเกรน

อปกรณทางทศนศาสตรเปนสวนส าคญของกลองโทรทรรศน แตสงทส าคญอกสวนหนง คอ -ฐานตงกลอง เนองจากการหมนรอบตวเองของโลก ท าใหเหนดาวเปลยนต าแหนงอยตลอดเวลา ฐานตงกลองแบงออกเปน 2 ชนด คอ

ฐานตงกลองแบงออกเปน 2 ชนด คอ

1. ฐานระบบขอบฟา มแกนไดในแนวนอนโดยบอกคาเปน

มมทศ (azimuth) และแนวต ง บอก เ ปนมม เ งย (altitude) ตามระบบพกดขอบฟา งายตอการสราง แตระบบควบคมการเคลอนทจะซบซอนถาตองการตามดาวใหพอดตลอดเวลา เนองจากมการเปลยนต าแหนงทงสองแกนดวยอตราทไมคงท

2. ฐานระบบศนยสตร มแกนหมนสองแกนตามระบบพกด

ศนยสตร ท าใหหมนกลองเลยนแบบการขนตกของดาวจรงในแนวทศตะวนออก ตะวนตก ซงเปนแกนของคา ไรตแอสเซนชน(right ascension) แกนนจะหมนตามดาวดวยอตราเทากบการหมนรอบตวเองของโลก สวนอกแกนใชส าหรบชต าแหนงดาวทมคาเดคลเนชน (declination) ในแนวทศเหนอใตทตองการเทานน ไมยงยาก

ไรตแอสเซนชน(right ascension) หรอ R.A. วด

จากจดวสนตวษวตไปทางทศตะวนออกตามแนวเสนศนยสตรฟาจนถงเสนทบอกมมชวโมงของดาว (เสนวงกลมใหญทลากจากขวฟาเหนอผานดาวตงฉากกบเสนศนยสตรและผานไปยงขวฟาใต) หนวยของไรตแอสเซนชน(right ascension) เปนหนวยชวโมง นาท และวนาท ซงสมพนธกบมมเพราะไดมาจากการหมนรอบตวเองของโลก คอ โลกหมนรอบตวเอง 1 รอบ เปนมม 360 องศาหรอเทากบ 24 ชวโมง

เดคลเนชน (declination) คอมมทดาวอยหางจากเสนศนยสตรฟา โดยวดตามแนววงกลมชวโมง ถาวดไปทางเหนอเดคลเนชนจะเปนบวก ถาวดไปทางใตเดคลเนชนจะเปนลบ -ขวฟาเหนอมคาเดคลเนชนเทากบ + 90 องศา และขวฟาใตมคาเดคลเนชนมคา -90 องศา ดาวทมเดคลเนชนเปน 0 จะอยบนเสนศนยสตรทองฟา ดาวทมเดคลเนชนเปนบวกจะอยซกฟาเหนอ ดาวทมเดคลเนชนเปนลบจะอยในซกฟาใต

รปเดคลเนชน

การขนสงและการโคจรของดาวเทยม

-มนษยอยากรวานอกโลกเปนอยางไร? -มนษยอยากรวาเมอมองจากนอกโลกเขามายงโลก โลกของเราเปนอยางไร? -แตมนษยมความรพนฐานทางวทยาศาสตรวา แรงโนมถวงของโลก

ค าถามมากมายทเกดขนในใจมนษย

•ใชยานพาหนะอะไร

•ออกแบบอยางไร

•ใชพลงงานจากแหลงใด

•ท าอยางไรยานพาหนะจงจะเอาชนะแรงโนมถวงของ

โลกได

•ถามนษยออกไปในอวกาศ จะเกดอะไรขนกบรางกาย

และตองเตรยมตวอยางไร

จะออกจากนอกโลกไดอยางไร

•สกบแรงโนมถวง •จรวดตองมแรงขบดนและความเรวสง •ความเรวจรวดตองมากกวา 7.91 กโลเมตรตอวนาท ซงเปนระดบทดาวเทยมจะสามารถโคจรรอบโลกในระดบต าทสด (บรเวณผวโลก) •ถาใชความเรวมากกวานดาวเทยมจะขนไปสอวกาศและโคจรอยในระดบทสงขน •ความเรว มากกวา 11.2 กโลเมตรตอวนาท ดาวเทยมจะหลดออกจากวงโคจรของโลก เรยก ความเรวหลดพน (escape velocity)

ตารางแสดงความเรวหลดพน

ความเรวจากผวโลกทจะขนถงวงโคจร (กโลเมตร/วนาท)

ความสงจากผวโลก (กโลเมตร)

7.91 0 (ผวโลก)

8.00 161

8.10 322

8.26 644

8.66 1,609

9.85 8,045

10.8 35,880

11.2

การปลอยจรวดทความเรวตาง ๆ

ในการสงดาวเทยมหรอยานอวกาศใหขนจากพนโลก จะตองใชความเรวในการสงยานอวกาศเพอสกบแรงโนมถวงของโลกใหขนไปโคจรรอบโลกทความสงตาง ๆ โดยพจารณาจากพลงงานจลน ทเปลยนไปเปนงานทใหยานอวกาศเคลอนท ดงน 2mv

2

1

r

GMm=mv

2

1 2 ไดมาจาก W = Fr r

GMm=

r

r.GMm=

2

จะได

r

GM2=ve

Ve คอ ความเรวหลดพน M คอ มวลของโลกเทากบ 5.98 x 1024 kg R คอ รศมของโลก 6,380 km m คอ มวลของจรวด G คอ คาความโนมถวง 6.67 x 1011

Nm2.kg-2

r คอ รศมของโลกรวมความสงจากผวโลก

ความเรวหลดพนทความสงตางๆ

ความสง (กโลเมตร)

ความเรวหลดพน (กโลเมตร/วนาท)

0 11.2

161 11.0

322 10.9

644 10.6

1,609 10.0

8,045 7.4

35,880 7.3

ตวอยาง ทผวโลก ยานอวกาศจะตองมความเรวเทาไร จงหลดออกไปนอกโลกได

r

GM2=ve

m10x380,6

kg10x98.5xkg.Nm10x67.6x2=v

3

242211

e

s/km2.11=ve

ดงนนทผวโลกจะมความเรวหลดพนเทากบ 11.2 กโลเมตรตอวนาท

การทดาวเทยมสามารถโคจรอยในวงโคจรรอบโลกไดนน จะตอง •มความเรวเฉพาะทเหมาะสมกบระดบความสงจากผวโลก •ดาวเทยมทโคจรอยใกลผวโลกจะโคจรดวยความเรวทมากกวาดาวเทยมทอยสงขนไป การทดาวเทยมโคจรไดนนเพราะ •แรงโนมถวงของโลกดงดาวเทยมดวยความเรงเขาสศนยกลางท าใหแรงดงดดของ โลก เทากบแรงสศนยกลาง

2r

GMm

r

mv 2

2r

GMm

r

mv 2=

r

GM=v

V คอ ความเรวในการโคจรของดาวเทยม M คอ มวลของโลกเทากบ 5.98 x 1024 kg m คอ มวลของดาวเทยม G คอ คาคงตวความโนมถวง 6.67 x 1011

Nm2.kg-2

r คอ ระยะทางจากศนยกลางโลกถงดาวเทยม

ความสงจากพนโลก (กโลเมตร)

ความเรวในวงโคจร (กโลเมตร/วนาท)

คาบของการโคจร

0 7.91 1 ชวโมง 24.3 นาท

161 7.80 1 ชวโมง 27.7 นาท

322 7.70 1 ชวโมง 30.8 นาท

644 7.53 1 ชวโมง 37.5 นาท

1,609 7.06 1 ชวโมง 57.7 นาท

8,045 5.26 4 ชวโมง 46.6 นาท

35,880 3.07 24 ชวโมง

ความเรวของดาวเทยมในวงโคจรรอบโลกทความสงตาง ๆ จากพนโลกและคาบของการโคจร

ตวอยาง ถาตองการสงดาวเทยมใหโคจรรอบโลกทระดบความสง 36,000 km ดาวเทยมตองโคจรดวยความเรวเทาไรจงจะอยในวงโคจรได (r = 6,380 + 36,000 km ประมาณ 4.23 x 107 เมตร)

r

GM=v

m10x23.4

kg10x98.5xkg.Nm10x67.6=v

7

242211

s/km07.3=v

ดาวเทยมตองโคจรดวยความเรว 3.07 กโลเมตรตอวนาทหรอ 11,052 กโลเมตรตอชวโมง

จรวด

จรวดเปนเทคโนโลยอวกาศทไดรบการพฒนามาอยางยาวนาน มหลกฐานทางประวตศาสตรพบวา 100 ป กอนครสตศกราช

เรมจากความตองการสฟากฟาของมนษย

- การสงสงของไปในอวกาศ - หาแหลงพลงงานตาง ๆ

มการออกแบบอปกรณนานาชนด เพอ

ตวอยาง เชน - การทดลองของนกประดษฐชาวกรกทถกขนานนามมา เปนฮโรแหงอเลกซานเดรย ได ออกแบบเครองกลทใชอนตรกรยาระหวางความรอนและน า สงประดษฐนเรยกวา แอโอลไพล (aeolipile) ซงมาจาก Aeolus เทพเจาแหงลมของกรก ดงภาพ โดยมภาชนะใสน าและตอทอสงไอน ามายงลกบอลกลมทตดทอรปตวแอล เมอไอน าผานออกมาทางทอนกจะท าใหเกดแรงปฏกรยาหรอแรงผลกดน(trust) จากไอน าทถกพนออกมาดนให ลกบอลหมนไปได

รป

วานห (wan - Hoo) เปนชาวจนคนแรกทตองการจะเดนทางไปยงดวงจนทร ในชวง ครสตศกราช ท 16 และอาจเปนนกบนอวกาศคนแรกของโลก เขาได ประดษฐเกาอทตดจรวดจ านวน 47 ลกเอาไวโดยรอบ และเมอท าการจดชนวนเพอปลอยตวกเกดเสยงกมปนาทพรอมกบควนจ านวนมาก และเมอควนจางหายไป กไมมใครไดพบวานหอกเลย

บนทกของชาวจนทตอสกบชาวมองโกลใน พ.ศ.1775 กลาวถงการใชประโยชนจากจรวดวา “ไดใช

จรวดขบดนลกธนพงเขาหาฝายตรงขาม” บงไฟของไทยกมหลกการเชนเดยวกบจรวด แตความเรวยงไมสงมากพอทจะเคลอนทออกจากโลกได

ใน พ.ศ. 2446 ไชออลคอฟสก(Tsiolkovski) ของชาวรสเซย คนควาเกยวกบเชอเพลงส าหรบใชในเครองยนตจรวด เสนอวา การใชเชอเพลงแขงจะไมมแรงขบดนสงพอทจะน ายานอวกาศพนจากพนโลกขนส

อวกาศได - ควรใชเชอเพลงเหลว ซงแยกเชอเพลงและสารทชวยในการเผาไหมออกจากกน - การน าจรวดมาตอเปนทอน ๆ จะชวยลดมวลของจรวดลง และเมอจรวดทอนแรกใชเชอเพลงหมดกปลดทงไป และใชจรวดทอนตอไปท าหนาทตอ จนถงจรวดทอนสดทายทตดกบดาวเทยมหรอยานอวกาศ ท าใหยานอวกาศมความเรวสงพอทจะตอสกบแรงดงดดของโลกและโคจรรอบโลก

- พ.ศ. 2496 รอเบรต กอดดารด (Robert Goddard) ชาวอเมรกน ประสบความส าเรจในการสรางจรวดเชอเพลงเหลว โดยใชออกซเจนเหลวเปนสารทชวยในการเผาไหมอยในถงหนง และไฮโดรเจนเหลวเปนเชอเพลงอยในอกถงหนง และมการพฒนามาเปนล าดบ - สหภาพโซเวยตประสบความส าเรจในการใช

จรวดสามทอนส าหรบสงยานอวกาศหรอดาวเทยมทมน าหนกมากขนสอวกาศ และเรมมการพฒนาคนควาอยางรวดเรว เนองจากการแขงขนกนระหวางประเทศมหาอ านาจ

ฟอน บราวน (von Braun) ชาวเยอรมนผสรางจรวดว 2 ไดน าความรเรองจรวดพฒนาในสหรฐอเมรกาภายหลงสงครามโลกครงท 2 จนท าใหสหรฐอเมรกาสามารถสงยานอะพอลโล 11 ไปลงดวงจนทรไดเปนครงแรกของโลกในเดอน กรกฎาคม 2512 โดยอาศยจรวด 3 ทอน ชอวาจรวดแซทเทรน 5 ซงเปนจรวดเชอเพลงเหลว กอนไปลงบนดวงจนทร สหรฐไดพฒนาจรวดขนาดตาง ๆ เพอสงดาวเทยมออกไปโคจรรอบโลกตามดวยการสงลงขนไปโคจรรอบโลก สวนโครงการสงมนษยออกไปนอกโลกของสหรฐฯเรมตนดวย - โครงการเมอรควร (มมนษยอวกาศขนไปกบยานอวกาศครงละ 1 คน) - โครงการเจมน(มมนษยอวกาศขนไปกบยานอวกาศ 2 คน) - โครงการอะพอลโล(มมนษยอวกาศ 3 คน ขนไปกบยานกอนการลงดวงจนทร)

สวนประกอบของยานอวกาศอะพอลโลแตละล า ประกอบดวย 3 สวน หรอ 3 โมดล

1. ยานบงคบการ (command module)

2. ยานบรการ (service module)

3. ยานลงดวงจนทร (lunar module)

ยานอะพอลโลทลงดวงจนทร

1. อะพอลโล 11 ,12 ,14, 15,16 และ 17

2. มนษยลงดวงจนทร 12 คน สวนอก 6 คน โคจรรอบดวงจนทร

3. มนษยคนแรกทลงดวงจนทรกบยานอะพอลโล 11 คอ นล อารมสตรอง

4. ดน หนดวงจนทรทน ากลบมาทโลกรวม 382 กโลกรม

5. ยคหลง ๆ มนษยอวกาศไดน ารถลนารโรเวอรไปวงส ารวจบนดวงจนทรดวย

ประเภทของจรวด แบงตามชนดเชอเพลง

1. จรวดเชอเพลงแขง มโครงสรางไมซบซอน โดยจะมการเผาไหมของแทงเชอเพลงจนหมด จรวดประเภทนไมสามารถหยดหรอควบคมได เมอใชเชอเพลงแขงหมดกจะสลดถงเชอเพลงแขงทงลงทะเล

2. จรวดเชอเพลงเหลว มโครงสรางทซบซอนกวา เพราะตองมถงเกบเชอเพลงเหลว และออกซเจนเหลวทใชในการสนดาป ตองมทอลมและปมเพอล าเลยงเชอเพลงเขาหองเครองยนตเพอท าการเผาไหม จรวดเชอเพลงเหลวสามารถควบคมไดมากกวาโดยการควบคมลกสบและลนปดเปดในการผสมเชอเพลงได

- ปจจบนมการพฒนาการใชการเรงโดยอนภาคทมประจไฟฟาหรอไอออนของธาต ซงไดทดลองใชกาซซนอนและท าใหประจพรอมทงเรงดวยความตางศกยสงแลวปลอยออกทางหวฉด ดวยอตราเรงประมาณ 35 กโลเมตรตอวนาทตอวนาท ซงเรวกวาเชอเพลงเหลวทถกสนดาปและพนออกทางหวฉดกวา 10 เทา - สหรฐฯไดทดลองใชระบบขบดนดวยไอออนนกบโครงการ Deep Space 1 เปนการส ารวจดาวเคราะหนอยและดาวหาง ยานอวกาศไดบรรจกาซซนอนประมาณ 74 กโลกรม โดยใหความเรงประมาณ 4.3 กโลเมตรตอวนาทตอวนาท ซงเปนความเรงทมากกวายานอวกาศรนกอนและใหแรงผลกทท าใหยานอยไดนานถง 678 วน นบเปนการขบเคลอนดวยแรงผลกทยาวนานอยางทไมมเครองยนตใดท าไดมากอน

1. ระบบเดม การขนสงดาวเทยมและยานอวกาศแตละครงไมมสวนใดน ากลบมาใชไดใหม

- สนเปลองคาใชจายในการส ารวจอวกาศสง มาก

นกวทยาศาสตรคดวา ท าอยางไรจงจะประหยดและมประสทธภาพ ตองมการพฒนา...........

2. ระบบใหม ยานอวกาศประกอบดวย 3 สวน 1. จรวดเชอเพลงแขง คอสวนทอยขนาบทงสองขางของถง

เชอเพลงภายนอก 2. ถงเชอเพลงภายนอก คอสวนทยานอวกาศเกาะอย ซงเปน

ถงเชอเพลงไฮโดรเจนเหลวและออกซเจนเหลว 3. ยานขนสงอวกาศ มมวลรวมเมอขนจากฐานประมาณ

2,041,200 กโลกรม มวลเมอยานรอนลงจอดประมาณ 96,163 กโลกรม ยานขนสงอวกาศท าหนาทในการปลอยดาวเทยม โดยใชแขนกลยกดาวเทยมออกไปปลอยในอวกาศ ซงบงคบดวยสปรงดดดาวเทยมออกไปจากหองบรรทกสมภาระ หรอใชแขนกลยนไปจบดาวเทยมเพอน ามาซอมเมอดาวเทยมช ารด

ในการสงระบบยานขนสงอวกาศแตละครง -บรรทกนกบนอวกาศได 7-10 คน -มหองบรรทกดาวเทยมและอปกรณอน ๆ -สวนประกอบของสถานอวกาศนานาชาต -ปฎบตการแตละครงจะกนเวลา 1 สปดาหถง 1 เดอน

การกลบสพน -ใชการรอนลงจอดคลายกบเครองบน -มวสดปองกนความรอนทเกดจากการเสยดสกบชนบรรยากาศของโลกตดปองกนไวดานลางตลอดล าตวเครอง -สวนประกอบของสถานอวกาศนานาชาต -ปฎบตการแตละครงจะกนเวลา 1 สปดาหถง 1 เดอน

โครงการเกยวกบยานอวกาศ ม 6 โครงการ 1. โครงการเอนเตอรไพรส(Enterprise) 2. โครงการโคลมเบย (Columbi) ระเบดตอนกลบแผนปองกนความรอนรว

3. โครงการดสคฟเวอร (Discovery) 4. โครงการแอตแลนตส (Atlantis) 5. โครงการแชลแลนเจอร (Challenger) ระเบด 6. โครงการเอนเดฟเวอร (Endeavour)

-ฝกสตวหลายชนด เชน สนข กระตาย และลง เปนตน เพอสงขนไปอยในอวกาศ -มนษยทจะขนอวกาศ จะตอง - ฝกความอดทน - ทดสอบรางกายใหมความแขงแรงแขงแกรงมากทสด เพอใหสามารถตอสกบแรงโนมถวงของโลกขณะขนมาจากผวโลก - สามารถอยในอวกาศในสภาพไรน าหนกได

รางกายจะมการเปลยนแปลงหลายอยาง - หวใจเตนชาลง - กลามเนอทกสวนมขนาดเลกลง - กระดกมความหนาแนนนอยลง กระดกจงเปราะ และแตกหกงาย

1. ดาวเทยมสอสาร ใชเพอการสอสารโทรคมนาคมทงในประเทศและระหวางประเทศ

- ประเทศไทยใช - ดาวเทยมอนเทลแซท(Intelsat มาจาก

International Telecommunication Sattellite Consortium)

- ดาวเทยมปาลาปา(Palapa) ของประเทศอนโดนเซย

- สถานภาคพนแหงแรกของไทยอยท อ.ศรราชา จ.ชลบร

ยงมดาวเทยมสอสารจ านวนมากทวงโคจรคางฟา เชน ดาวเทยมไทยคม ดาวเทยมปาลาปา ดาวเทยมเอเชยแซท ซงดาวเทยมเหลานจะสงสญญาณโทรทศนไปถงบานผชมโดยตรง

2. ดาวเทยมอตนยมวทยา - มอปกรณถายภาพและเกบขอมลของบรรยากาศระดบสง ชวยใหไดขอมลทส าคญในการพยากรณอากาศไดอยางถกตอง รวดเรว - การเฝาสงเกตการกอตว การเปลยนแปลง และการเคลอนตวของพายทเกดขนบนโลก - ชวยปองกนหรอบรรเทาความเสยหายรนแรงทจะเกดขนไดอยางมาก - ไดขอมลทส าคญมากในการพยากรณอากาศ

3. ดาวเทยมส ารวจทรพยากร - มอปกรณทใชส ารวจแหลงทรพยากรทส าคญ - เฝาสงเกตสภาวะแวดลอมทเกดบนโลก - ชวยเตอนเรองอทกภย และความแหงแลงทเกดขน การตดไมท าลายปา การทบถมของตะกอนปากแมน า แหลงปลาทชกชม - ดาวเทยมธออส (THEOS มาจาก Thailand Earth Observation System) เปนดาวเทยมส ารวจทรพยากรดวงแรกของประเทศไทย โครงการดาวเทยมส ารวจทรพยากรธออส รวมกบบรษท อดส แอสเตรยม (EADS ASTRIUM) ประเทศฝรงเศส - ประโยชนกบไทย ท าแผนท การเกษตร การใชทดน ปาไม การวางผงเมอง สภาพแวดลอม อทกภย ความมนคงของประเทศ

4. ดาวเทยมสงเกตการณดาราศาสตร เปนดาวเทยมทมกลองโทรทรรศนและอปกรณดาราศาสตรส าหรบศกษาวตถทองฟา 1.ประเภทโคจรอยรอบโลก 2. ประเภทโคจรผานไปใกลดาวเคราะห ตวอยาง กลองโทรทรรศนอวการฮบเบล(Hubble Space Telescope) เพอตงเปนเกยรตแก เอดวน ฮบเบล นกดาราศาสตรชาวอเมรกน กลองฮบเบลเปนชนดสะทอนแสง สองเหนไปได ไกลถง 14,000 ลานปแสง ซงกลองบนพนโลกสองได ไกลราว 2,000 ลานปแสง

กลองโทรทรรศนอวกาศรนท 2 คอ กลองโทรทรรศนอวกาศ เจมส เวบบ มขนาดกระจก 6.5 เมตร และวางแผนสงสวงโคจรทอยหางจากโลกเปนระยะทาง 1.5 ลานกโลเมตร ในป ค.ศ. 2013

ขอขอบคณ หนงสอเรยนรายวชาพนฐาน วทยาศาสตร โลกดาราศาสตรและอวกาศ ส าหรบนกเรยนทเนนวทยาศาสตร ชนมธยมศกษาปท 4-6 กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร สสวท.