ในวิชาฟิสิกส์ ความเร็วหลุดพ้น คือ
อัตราเร็วที่พลังงานจลน์บวกกับพลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุแล้วมีค่าเป็นศูนย์ [nb 1] ความเร็วหลุดพ้น คือ ความเร็วที่จะพาวัตถุไปได้ไกลจนพ้นจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของโลกได้พอดี ถ้าต้องการส่งยานอวกาศออกไปให้พ้นจากสนามโน้มถ่วงของโลก ต้องทำให้ยานอวกาศเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วหลุดพ้น ความเร็วหลุดพ้นมีค่าประมาณ 11.2 km/s หรือ 40,320 km/h สำหรับวัตถุทรงกลมสมมาตร ความเร็วหลุดพ้นที่ระยะทางค่าหนึ่งคำนวณได้จากสูตร [1] เมื่อ G คือ ค่าคงที่โน้มถ่วงสากล (the universal gravitational constant) (G = 6.67×10−11 m3 kg−1 s−2), M คือมวลของดาวเคราะห์, ดวงดาว หรือ วัตถุอื่น ๆ, และ r
คือระยะทางจากศูนย์กลางของแรงโน้มถ่วง [nb 2] ในสมการนี้แรงเสียดทานในชั้นบรรยากาศ (แรงฉุดของอากาศ) จะไม่ถูกนำมาพิจารณา จรวดนั้นจะสามารถเคลื่อนที่ออกมาจากปล่องแห่งแรงโน้มถ่วง (gravity well) ได้อย่างแท้จริงโดยไม่จำเป็นต้องใช้ความเร็วหลุดพ้นเพื่อการทำเช่นนั้น แต่สามารถบรรลุผลอย่างเดียวกันได้ที่ความเร็วใด ๆ
กับโหมดที่เหมาะสมของเครื่องยนต์และเชื้อเพลิงที่เพียงพอ ความเร็วหลุดพ้นจะถูกนำไปประยุกต์ใช้กับแนววิถีการเคลื่อนที่ของวัตถุในอากาศ (ballistic trajectories) แต่เพียงเท่านั้น คำว่า ความเร็วหลุดพ้น อันที่จริงแล้วเรามักเรียกชื่อกันผิด ๆ และมันก็มักจะถูกต้องมากขึ้นถ้าจะเรียกว่า อัตราเร็วหลุดพ้น (escape speed) เนื่องจากค่าอัตราเร็วนี้ เป็นปริมาณสเกลาร์ซึ่งมีความเป็นอิสระจากทิศทาง (สมมติว่าดาวเคราะห์ไม่หมุนและไม่สนใจแรงเสียดทานในบรรยากาศหรือผลทางสัมพัทธภาพ) การเดินทางสู่อวกาศ
ช่วยให้ทราบกำเนิด ความเป็นมาและอนาคตของระบบสุริยะ
ความเร็วหลุดพ้นแต่ถ้าจะให้ยายนั้นโคจรรอบโลกจะต้องทำให้ความเร็วสุดท้ายของยานมีค่าเท่ากับความเร็วโคจรรอบโลก ยานจึงจะโคจรไปรอบโลกได้
การเคลื่อนที่ของนิวตันที่ว่า ทุก ๆ แรงกิริยาจะมีแรงปฏิกิริยาซึ่งมีขนาดเท่ากันกระทำในทิศตรงกันข้าม จรวจมีการเผาไหม้ เชื้อเพลิงขับดันไปข้างหลัง แต่ตัวจรวดจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้า
ในแนวดิ่งอีกแนวหนึ่งด้วยความเร็วของวัตถุที่ตกลงมา จึงประกอบด้วยความเร็วตามแนวราบ และความเร็วตามแนวดิ่งร่วมกัน ถ้าเพิ่มความเร็วตามแนวราบมากขึ้นจนถึงความเร็วขนาดหนึ่ง วัตถุจะไม่ตกลงสู่พื้นโลก ความเร็วขนาดนี้เรียกว่า ความเร็วโคจร รอบโลก (Orbital Velocity) ยิ่งสูงขึ้นไปความเร็วโคจรรอบโลก จะยิ่งช้าลง ที่ระดับความสูง 1,000 กิโลเมตร ความเร็ว โคจรรอบโลก 26,452 กิโลเมตรต่อชั่วโมง 1 รอบโลก
ยานอวกาศหรือดาวเทียมจะติดกับจรวจท่อนสุดท้าย จรวจจะขึ้นจากฐานยิงในแนวดิ่งเพื่อให้เวลาเดินทางในบรรยากาศโลก สั้นที่สุด ทั้งนี้เพื่อไม่ให้เสียดทานกับบรรยากาศมากเกินไป จรวจทุกท่อนจะมีเชื้อเพลิงในตัวเองจรวจท่อน 1 เมื่อใช้เชื้อเพลิง หมดแล้วจะสลัดตัวเองหลุดออก เหลือแต่ท่อนถัดไปพุ่งขึ้นไปอีก ในที่สุดจะเหลือดาวเทียม หรือยานอวกาศกับจรวจท่อนสุดท้าย โคจรอยู่ เมื่อความเร็วถึงความเร็วโคจรรอบโลกแล้ว เครื่องยนต์จรวจจะหยุดทำงาน ปล่อยดาวเทียมหรือยานอวกาศ โคจรต่อไป และถ้าความเร็วช้าลงหรือผิดเส้นทาง จึงจะใช้เครื่องยนต์จรวจช่วยปรับเส้นทางและความเร็ว ถึงแรงโน้มถ่วงแล้ว ถ้าส่งมนุษย์ขึ้นไปด้วยก็จะต้อง คำนึงถึง สภาพไร้น้ำหนัก ความดันและอุณหภูมิ ตลอดจนการดำรงชีวิต ในลักษณะพิเศษ สภาพไร้น้ำหนัก เป็นสภาพที่เสมือน ว่าไม่มีแรงดึงดูดของโลกกระทำต่อสิ่งมีชีวิตนั้น เกิดขึ้นเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกที่ดึงดูดยาน สมดุลกับแรงหนีศูนย์กลาง ที่ยานอวกาศจะหนีจากโลก มนุษย์ในยายจึงเสมือนไม่มีน้ำหนัก สภาพไร้น้ำหนักก่อให้เกิดอุปสรรคในการดำรงชีวิต เครื่องใช้ ต่าง ๆ จะลอยไปมา น้ำจะไม่อยู่ในแก้ว การรับประทานอาหาร ขับถ่าย และนอน จะต้องอยู่ในสภาพผิดจากสภาพบนพื้นโลก การส่งดาวเทียม ยานอวกาศ และสถานีอวกาศ
ที่ขึ้นสู่อวกาศ แล้วกลับมายังโลกได้อีกเรียกว่า ยานขนส่งอวกาศหรือกระสวยอวกาศ (Space Shuttle) ยานขนส่งอวกาศ มีรูปร่างเหมือนเครื่องบินแต่ใช้เครื่องยนต์จรวด 3 เครื่องติดอยู่ส่วนท้าย และมีจรวดขนาดเล็ก ติดอยู่รอบตัวยานอีก 44 เครื่อง สำหรับปรับทิศทางการโคจร จรวดขนาดเล็กนี้ใช้เชื้อเพลิงในตัวยาน ยานขนส่งอวกาศขึ้นจากฐานยิงจรวดโดยใช้จรวดเชื้อเพลิงแข็ง 2 เครื่อง เมื่อขึ้นไปจนเชื้อเพลิงแข็งหมด จรวด 2 เครื่องจะแยกตัวออก ถ้าเชื้อเพลิงภายนอกที่อยู่ตรงกลางจะส่งเชื้อเพลิงให้จรวด 3 เครื่อง ในยานขับดันต่อไป เมื่อถึงวงโคจรรอบโลก ถ้าเชื้อเพลิงจะกลับตกลงมาสู่บรรยากาศ ไม่ต้องนำกลับมาใช้อีกยานจะโคจรรอบโลกต่อไป
หลังเสร็จภารกิจระร่อนเข้าสู่บรรยากาศของโลก จะลงจอดเช่นเดียวกับเครื่องบิน ชีวิตนักบินอวกาศ
ผู้ที่ผ่านการคัดเลือกจะต้องเข้าค่ายอบรมทั้งด้านทฤษฎีและปฏิบัติ ใช้เวลาอย่างน้อย 1 ปี สำหรับขั้นพื้นฐาน ส่วนขั้นอื่น ๆ ใช้เวลาตามความสำคัญของหน้าที่และภาระรับผิดชอบ
ต่างกันออกไป บางคนทำหน้าที่นักวิทยาศาสตร์อวกาศ ซึ่งจะต้องขึ้นไปทดลองวิทยาศาสตร์กันในอวกาศก็มี
ให้ถึงความเร็วหลุดพ้นนั้น นักบินอวกาศจะถูกดลงกับพื้นด้วยแรงอันเกิดจากการที่จรวดเร่งความเร็วทำให้รู้สึกว่า มีน้ำหนักตัวเพิ่มขึ้น 4 ถึง 5 เท่า ถ้าจะยืนอยู่คงทนไม่ได้ นักบินอวกาศจึงต้องครึ่งนั่งครึ่งนอนหันหน้าสู่ทิศ ที่จรวดพุ่งขึ้นไป ทั้งนี้นักบินอวกาศต้องได้รับการฝึกเพื่อให้ทนต่อแรงจีนี้ โดยมีอุปกรณ์การฝึกเป็นโครงเหล็ก เหวี่ยงห้องฝึกหมุนไปอย่างเร็ว ให้นักบันอวกาศอยู่ในห้องฝึกนั้น
คือสภาพที่เหมือนไม่มีแรงโน้มถ่วงกระทำต่อทุกสิ่งในยานอวกาศ เมื่ออยู่ในสภาพไร้น้ำหนัก ของใช้ที่จับมาวาง ตรงหน้าจะลอยอยู่ได้ แม้แต่ตัวนักบินอวกาศเองก็ลอยไปมาได้ การบังคับตัวเองไม่ให้หมุนคว้างไปชนอะไรจึงต้อง มีการฝึกหัดโดยมีการฝึกบนเครื่องบินที่บินโค้งเป็นครึ่งวงกลมอย่างหนึ่ง และฝึกในอ่างน้ำขนาดใหญ่อีกอย่างหนึ่ง นักบินอวกาศจะสวมชุดพิเศษลงไปอยู่ในน้ำ ชุดนี้จะพยุงให้ตัวนักบินอวกาศมีความหนาแน่นเท่ากับน้ำพอดี จึงสามารถล่องลอยไปในน้ำได้เหมือนกับสภาพไร้น้ำหนักที่จะเกิดในอวกาศนั้น
ในที่เงียบสงัด หรือมืดสนิท สภาพเช่นนี้ถ้าไม่ได้รับการฝึก จะส่งผลทางจิตใจแก่นักบินอวกาศมากจึงต้องมีการให้ นักบินอวกาศใช้ชีวิตแบบต่าง ๆ เช่น อยู่อย่างโดดเดี่ยว หรืออยู่เป็นหมู่คณะที่ต้องอัธยาศัยเข้ากันได้ ถ้าจะไป สู่อวกาศเป็นหมู่ นอกจากนี้นักบินอวกาศจะได้รับการฝึกให้สามารถแก้ไขปัญหาเฉพาะหน้า เช่น กรณีเกิดวงจรไฟฟ้าขัดข้อง หรือ การแก้ไขเครื่องมือต่าง ๆ ที่จำเป็น การดำรงชีวิตในอวกาศก็เป็นอีกเรื่องหนึ่งที่ต้องฝึกหัด เช่น การกิน การนอน การขับถ่าย ซึ่งมีสภาพไม่เหมือนบนพื้นโลก จะต้องใช้ชุดอวกาศเป็นเพื่อป้องกันรังสีและอุณหภูมิสูงได้
ชุดอวกาศ การปรับอุณหภูมิในยาน การใช้ออกซิเจน และการระบายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ก็เป็นระบบที่มีอยู่ แม้กระทั่งขยะ ที่มีก็ต้องเก็บด้วยวิธีพิเศษ เพื่อนำมาทิ้งบนพื้นโลก ไม่ให้ล่องลอยเป็นมลภาวะในอวกาศ การปฏิบัติงานนอกยานยิ่งต้องมีวิธีฝึก กันอย่างพิเศษ เช่น กรณีสายอวกาศของวิทยุติดต่อขัดข้องต้องออกไปแก้ไขกันในอวกาศ จะมีการสวมชุดอวกาศออกปฏิบัติการ ซึ่งอาจมีสายหรือท่อจากยานติดกับนักบินอวกาศนั้นไปด้วย ซึ่งปฏิบัติการนอกยานนี้มีบ่อยครั้งในกรณีต่าง ๆ เช่น ไปถ่ายภาพ ไปเก็บวัสดุที่หลุดออกไปไปซ่อมแผงเซลล์สุริยะ หรือแม้กระทั่งไปเก็บดาวเทียมที่ชำรุดหรือไปซ่อมดาวเทียม
ไฟไหม้ยาน หรือจรวดระเบิดมาแล้วซึ่งจะเห็นได้ว่าปฏิบัติการด้านอวกาศนี้เป็นปฏิบัติการที่ต้องอาศัยความรู้ความชำนาญ อย่างยิ่ง แม้จะมีเครื่องคอมพิวเตอร์ช่วยควบคุมมากมาย โอกาสทำงานพลาดก็ยังเกิดขึ้นบ่อย ๆ ซึ่งเป็นบนเรียนนำมาแก้ไข จุดบกพร่องให้ดีขึ้น มีห้องนั่งรับประทาน อาหาร มีห้องครัวที่ใช้พลังงานไฟฟ้า แต่บางกรณีต้องเป็นอาหารใส่ถุงบีบเข้าปากเพื่อกันการฟุ้งกระจายส่วนการขับถ่ายนั้น ยานอวกาศขนาดใหญ่มีห้องน้ำห้องส้วมพร้อม ซึ่งระบบสุญญากาศดูดสิ่งขับถ่ายไปใส่ถุงพลาสติกสำหรับทิ้ง โดยมีสารซับน้ำ อยู่ในถุงด้วย ในชุดอวกาศก็มีที่เก็บปัสสาวะซึ่งมีสารซับน้ำเช่นกันสรุปว่าการกินอยู่และการขับถ่ายได้รับการดัดแปลงให้เหมาะสม กับสภาพในอวกาศนั่นเอง การที่จะส่งดาวเทียมหรือยานอวกาศขึ้นไปในอวกาศจะต้องใช้ความเร็วเท่าใดจึงทำให้หลุดจากวงโคจรของโลกได้จรวดต้องมีความเร็วอย่างน้อยที่สุด 40,320 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (25,039 ไมล์ต่อชั่วโมง) เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก และทะยานขึ้นสู่อวกาศ ความเร็วนี้เรียกว่า ความเร็วหลุดพ้น (Escape velocity) ความเร็วหลุดพ้นที่บินอยู่ในโลกต้องใช้มากในการส่งดาวเทียมปล่อยเข้าสู่วงโคจร
ข้อใดคือความเร็วหลุดพ้นในการส่งยานอวกาศออกไปสำรวจนอกโลกในวิชาฟิสิกส์ ความเร็วหลุดพ้น คือ อัตราเร็วที่พลังงานจลน์บวกกับพลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุแล้วมีค่าเป็นศูนย์ ความเร็วหลุดพ้น คือ ความเร็วที่จะพาวัตถุไปได้ไกลจนพ้นจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของโลกได้พอดี ถ้าต้องการส่งยานอวกาศออกไปให้พ้นจากสนามโน้มถ่วงของโลก ต้องทำให้ยานอวกาศเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วหลุดพ้น ...
จรวดที่พายานออกไปต้องมีความเร็วที่ผิวโลกมากกว่าเท่าใดการส่งดาวเทียมและยานอวกาศจากพื้นโลกสู่อวกาศ ต้องเอาชนะแรงดึงดูด หรือ แรงโน้มถ่วงของโลก จึง ต้องอาศัยจรวดที่มีแรงขับดันและความเร็วสูง ซึ่งต้องมากกว่า 7.91 กิโลเมตรต่อวินาที ถ้าความเร็วจรวดเป็น 8.26 กิโลเมตรต่อวินาที ยานจะขึ้นไปโคจรรอบโลกที่ความสูง 644 กิโลเมตร
แรงที่ทำให้กระสวยอวกาศพุ่งขึ้นสู่ท้องฟ้า คือแรงอะไร *การเดินทางออกสู่อวกาศต้องส่งยานอวกาศออกไปนอกโลกให้พ้นแรงโน้มถ่วงของโลก ซึ่งยานอวกาศต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วหลุดพ้น ประมาณ 11.2 กิโลเมตร/วินาที จึงจะพ้นอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงโลกพอดี
|
การส่งยานอวกาศขึ้นบนท้องฟ้าและโคจรอยู่ในอวกาศได้ต้องใช้ความเร็วหลุดพ้นที่มีค่าเท่าใด
ลิขสิทธิ์ © 2024 th.frojeostern Inc.
