กระสวยอวกาศ

ใบความรู้ เรอ่ื ง กระสวยอวกาศ จรวดเป็นอุปกรณ์ราคาแพง เม่ือถูกส่งข้ึนสู่อวกาศแล้วไม่สามารถนามาใช้ใหม่ได้ การส่งจรวด แต่ละคร้ังจึงส้ินเปลืองมาก นักวิทยาศาสตร์จึงพัฒนาแนวคิดในการสร้างยานขนส่งขนาดใหญ่ท่ีสามารถ เดนิ ทางข้ึนสู่อวกาศแลว้ เดินทางกลับส่โู ลกให้นามาใชใ้ หม่ได้หลายคร้ัง เรยี กว่า \"กระสวยอวกาศ\" ภาพท่ี 1 กระสวยอวกาศ https://www.baanjomyut.com/library_2/space_shuttle/ กระสวยอวกาศ คอื เครอ่ื งบนิ อวกาศ ที่ทะยานข้ึนเหมือนจรวดไปโคจรรอบโลกมีปีก และกลับสู่โลก จะรอ่ นลงตามรันเวย์ กระสวยอวกาศสามารถนามาใช้ไดห้ ลายๆ ครั้งได้ สว่ นสาคัญของกระสวยอวกาศ เรียกว่า ออร์บิเตอร์ (orbiter) มันจะพาลูกเรือและสัมภาระไปยังอวกาศในขณะท่ีจะส่งกระสวยอวกาศขึ้นไป กระสวย อวกาศ จะอยู่ที่ฐานส่งโดยจะต้ังชี้ข้ึนไปคล้ายจรวด ข้างๆ ออร์บิเตอร์ จะมีแท้งค์น้ามันขนาดใหญ่ ซึ่งเรียกว่า แท้งค์ด้านนอก (External Tank) ซึ่งมันจะเก็บออกซิเจนและไฮโดรเจนในขณะที่มันขึ้นเช้ือเพลิงเหล่านี้จะถูก สบู เข้าไปยงั เครื่องยนต์หลัก 3 เครื่อง ของออร์บิเตอร์ นอกจากนี้ยังมีแท้งค์ขนาดเล็กที่อยู่ข้างๆ ออร์บิเตอร์บน ฐานสง่ เพ่อื ใหแ้ รงผลกั ดันพเิ ศษในขณะส่งกระสวยขนึ้ ซ่ึงเรียกวา่ Solid Fuel Rocket Booster กระสวยอวกาศ เกิดจากการริเร่ิมขององค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติสหรัฐอเมริกา (นาซา) เมื่อปี 2512 หลังสหรัฐฯ ประสบผลสาเร็จเป็นชาติแรก ที่สามารถส่งมนุษย์อวกาศขึ้นไปยืนบนผิว ดวงจันทร์ ความริเริ่มดงั กลา่ วอยบู่ นพื้นฐานความต้องการจะสร้างสถานีในอวกาศ เพ่ือเป็นท่ีพักขนถ่ายอุปกรณ์ และมนุษย์ โดยยานจะต้องใช้งานได้ดังเครื่องบินพาณิชย์เพื่อให้ค่าใช้จ่ายถูกลง แต่ก็ต้องไม่เหมือนจรวดส่ง ดาวเทยี มทใี่ ชง้ านไดค้ ร้ังเดยี วหรือเพยี งไมก่ ่คี รง้ั กต็ ้องทิง้

\"กระสวยอวกาศ\" (Space Shuttle) มีองคป์ ระกอบประกอบ 3 ส่วนตามภาพท่ี 2 ดังน้ี  จรวดเชือ้ เพลงิ แข็ง (Solid Rocket Booster) จานวน 2 ชุด ติดตั้งขนาบกับถังเช้ือเพลิงภายนอกทั้งสองข้าง มีหน้าท่ีขับดันให้ยานขนส่ง อวกาศทง้ั ระบบทะยานขน้ึ ส่อู วกาศ  ถังเช้ือเพลิงภายนอก (External Tank) จานวน 1 ถัง ติดตั้งอยู่ตรงกลางระหว่างจรวด เช้ือเพลิงแข็งทั้งสองด้าน มีหน้าที่บรรทุกเชื้อเพลิงเหลว ซ่ึงมีท่อลาเลียงเช้ือเพลิงไปทาการ สันดาปในเครอ่ื งยนต์ซ่ึงติดตง้ั อยทู่ างด้านท้ายของกระสวยอวกาศ  ยานขนส่งอวกาศ (Orbiter) ทาหน้าที่เป็นยานอวกาศ ห้องทางานของนักบิน ห้องปฏิบัติการของนักวิทยาศาสตร์ และบรรทุกสัมภาระที่จะไปปล่อยในวงโคจรในอวกาศ เช่น ดาวเทียม หรือชิ้นส่วนของสถานีอวกาศ เป็นต้น เมื่อปฏิบัติภารกิจสาเร็จแล้ว ยาน ขนส่งอวกาศจะทาหน้าท่ีเป็นเครื่องร่อน นานักบินอวกาศและนักวิทยาศาสตร์กลับสู่โลกโดย รอ่ นลงสนามบนิ ด้วยเหตนุ ้ียานขนสง่ อวกาศจึงต้องมีปีกไว้สาหรับสร้างแรงยก แรงต้านทาน และควบคุมท่าทางการบินขณะที่กลับสู่ช้ันบรรยากาศของโลก ยานขนส่งอวกาศสามารถ นามาใชใ้ หม่ได้หลายครั้ง ภาพท่ี 2 ส่วนประกอบของกระสวยอวกาศ http://www.lesa.biz/space-technology/rocket/space-shuttle

ข้นั ตอนการทางานของกระสวยอวกาศ 1. กระสวยอวกาศยกตัวขึ้นจากพื้นโลก โดยใช้กาลังขับดันหลักจากจรวดเช้ือเพลิงแข็ง 2 ชุด และใช้ แรงดันจากเคร่ืองยนต์เช้ือเพลิงเหลวซึ่งติดตั้งอยู่ทางด้านท้ายของยานขนส่งอวกาศเป็นตัวควบคุมวิถี ของกระสวยอวกาศ ดงั ภาพท่ี 3 2. หลังจากทะยานขึ้นสู่ท้องฟ้าได้ 2 นาที ได้ระยะสูงประมาณ 46 กิโลเมตร เช้ือเพลิงแข็งถูกสันดาป หมด จรวดเช้ือเพลิงแข็งถูกปลดออกให้ตกลงสู่พ้ืนผิวมหาสมุทร โดยกางร่มชูชีพเพ่ือชะลออัตราการ ร่วงหล่น และมีเรือมารอลากกลับ เพื่อนามาทาความสะอาดและบรรจุเช้ือเพลิงเพื่อใช้ในภารกิจคร้ัง ตอ่ ไป 3. กระสวยอวกาศยังคงทะยานข้ึนสู่อวกาศต่อไปยังระดับความสูงของวงโคจรท่ีต้องการ โดยเครื่องยนต์ หลักท่ีอยู่ด้านท้ายของยานขนส่งอวกาศจะดูดเชื้อเพลิงเหลวจากถังเช้ือเพลิงภายนอก มาสันดาปจน หมดภายในเวลา 5 นาที แล้วสลัดถังเชื้อเพลิงภายนอกท้ิงให้เสียดสีกับช้ันบรรยากาศจนลุกไหม้หมด ก่อนตกถึงพื้นโลก ณ เวลานั้นยานขนส่งอวกาศจะอยู่ในระดับความสูงของวงโคจรท่ีต้องการเป็นที่ เรยี บรอ้ ยแล้ว ภาพท่ี 3 ขั้นตอนการสง่ กระสวยอวกาศ http://www.lesa.biz/space-technology/rocket/space-shuttle 4. ยานขนสง่ อวกาศเข้าสู่วงโคจรอบโลกด้วยแรงเฉื่อย โดยมีเชอื้ เพลงิ สารองภายในยานเพียงเล็กน้อยเพ่ือ ใช้ในการปรบั ทศิ ทาง เมือ่ ถงึ ตาแหนง่ ความเร็ว และทิศทางท่ีต้องการ จากน้ันนาดาวเทียมท่ีเก็บไว้ใน ห้องเก็บสัมภาระออกมาปล่อยเข้าสู่วงโคจร ซ่ึงจะเคลื่อนท่ีโดยอาศัยแรงเฉื่อยจากยานขนส่งอวกาศ น่ันเอง ภาพท่ี 4 แสดงให้เห็นยานขนส่งอวกาศกาลังใช้แขนกลยกกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ออกจากหอ้ งเกบ็ สินคา้ ท่ีอย่ดู ้านบน เพื่อส่งเขา้ ส่วู งโคจรรอบโลก

ภาพท่ี 4 ยานขนสง่ อวกาศกาลงั สง่ กลอ้ งโทรทรรศน์อวกาศฮับเบลิ เขา้ สู่วงโคจร http://www.lesa.biz/space-technology/rocket/space-shuttle 5. จากน้ันยานขนส่งอวกาศจะเคล่ือนท่ีจากออกมา โดยยานขนส่งอวกาศสามารถปรับท่าทางการบิน โดยใช้เคร่ืองยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวขนาดเล็ก ซ่ึงเรียกว่า \"ทรัสเตอร์\" (Thrusters) หลายชุดซึ่งติด ตง้ั อยูร่ อบยาน ดังในภาพที่ 5 ยกตัวอย่างเช่น หากต้องการให้ยานก้มหัวลง ก็จะจุดทรัสเตอร์หัวยาน ดา้ นบนและทรสั เตอรท์ า้ ยยานดา้ นลา่ งพร้อมๆ กัน เม่ือไดท้ ศิ ทางท่ตี อ้ งการก็จะจุดทรัสเตอร์ในทิศตรง การข้ามเพื่อหยุดการเคลื่อนไหว หากต้องการหันยานไปทางขวามือ ก็จุดทรัสเตอร์หัวยานด้านซ้าย และทรัสเตอร์ท้ายยานด้านขวาพร้อมๆ กัน เม่ือได้ทิศทางท่ีต้องการจุดทรัสเตอร์ในทิศตรงการข้าม เพอื่ หยุดการเคลอ่ื นไหว ภาพที่ 5 การปรบั ทิศทางของกระสวยอวกาศ http://www.lesa.biz/space-technology/rocket/space-shuttle

6. เม่ือเสร็จส้ินภารกิจในวงโคจร ยานขนส่งอวกาศจะใช้ปีกในการต้านทานอากาศเพ่ือชะลอความเร็ว และสร้างแรงยกเพ่อื รอ่ นลงสสู่ นามบนิ ในลกั ษณะคล้ายเครื่องร่อนซ่ึงไม่มีแรงขับเคล่ือนใดๆ นอกจาก แรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทาต่อตัวยาน ดังนั้นเม่ือตัดสินใจจะทาการลงแล้วต้องลงให้สาเร็จ ยาน ขนส่งอวกาศจะไม่สามารถเพิ่มระยะสูงได้อีก หลังจากที่ล้อหลักแตะพื้นสนามบินก็จะปล่อยร่มชูชีพ เพอ่ื ชะลอความเรว็ เพอื่ ให้ใช้ระยะทางบนทางวง่ิ ส้นั ลง ดังภาพท่ี 6 ภาพที่ 6 ยานขนส่งอวกาศกางรม่ ชูชพี เพ่ือชะลอความเรว็ ขณะลงจอด http://www.lesa.biz/space-technology/rocket/space-shuttle กระสวยอวกาศของสหรัฐ ต้ังแต่เร่มิ โครงการถึงปัจจบุ ันมีดว้ ยกัน 6 ลา คือ 1. กระสวยอวกาศเอนเตอร์ไพรส์ (Enterprise) เป็นยานทดสอบเบ้ืองต้น นาซ่าสร้างขึ้นเป็นยานลา แรก แต่ส่งขึ้นไปบินเป็นลาดับ 2 สาหรับชื่อเอ็นเตอร์ไพรส์ได้มาจากชื่อยานขนส่งอวกาศในซีรีส์เร่ือง \"สตาร์ เทรค\" ภาพที่ 7 กระสวยอวกาศเอนเตอรไ์ พรส์ (Enterprise) http://119.46.166.126/self_all/selfaccess9/m3/701/lesson3/20.php

2. กระสวยอวกาศโคลัมเบีย (Columbia) ถูกสร้างเป็นลาท่ี 2 แต่ข้ึนบินก่อน ทะยานสู่อวกาศ เมื่อ 12 เมษายน 2524 นับเป็นรุ่นบุกเบิกที่สามารถนากลับมาใช้งานใหม่ได้ เป็นการยุติยุคการใช้ จรวดสง่ นกั บินอวกาศทดี่ าเนินการมานาน 20 ปี ปัญหาของโคลัมเบียคือเป็นยานท่ีน้าหนักมากเกินไป และยังขาดอปุ กรณ์จาเป็นสาหรับใช้สร้างสถานีอวกาศนานาชาติในขณะนั้น ท่ีสุดโคลัมเบียก็ถึงจุดจบ ในวนั ท่ี 1 กุมภาพนั ธ์ 2546 เมอ่ื เกดิ การระเบดิ หลงั กลับสโู่ ลกเพยี ง 16 นาที ภาพท่ี 8 กระสวยอวกาศโคลัมเบีย (Columbia) http://119.46.166.126/self_all/selfaccess9/m3/701/lesson3/20.php 3. กระสวยอวกาศดิสคฟั เวอรี (Discovery) เป็นกระสวยอวกาศลาท่ี 3 ของนาซ่า ขึ้นไปในอวกาศคร้ัง แรกเม่ือ 30 สิงหาคม 2527 เป็นกระสวยอวกาศลาท่ีมีระยะปฏิบัติการยาวนานที่สุด ในบรรดา กระสวยอวกาศท้ังหมด ดิสคัฟเวอรีมีปฏิบัติการหลายชนิด ท้ังงานวิจัย และภารกิจร่วมกับสถานี อวกาศนานาชาติ กระสวยอวกาศลานี้ได้ชื่อมาจากเรือสารวจหลายลาในอดีตที่ชื่อดิสคัฟเวอรี ยานดิสคัฟเวอรีเป็นกระสวยอวกาศที่ข้ึนไปปล่อยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) รวมท้ังภารกิจซ่อมแซมกล้องฮับเบิลในครั้งท่ีสองและสามด้วย นอกจากน้ียังมีภารกิจ ปล่อยโพรบ้ ยูลิสซิส (Ulysses) และดาวเทยี ม TDRS สามดวง ภาพที่ 9 กระสวยอวกาศดสิ คัฟเวอรี (Discovery) http://119.46.166.126/self_all/selfaccess9/m3/701/lesson3/20.php

4. กระสวยอวกาศแอตแลนติส (Atlantis) ไปอวกาศครั้งแรกวันท่ี 3 ตุลาคม 2528 ถึงขณะนี้แอตแลน ตสิ ปฏิบัตภิ ารกิจท้งั หมดได้ 26 คร้ังแล้ว ล่าสุดเม่ือ 7 ตุลาคม 2545 และกลับสู่โลกในวันท่ี 18 เดือน และปีเดียวกัน สาหรับช่ือแอตแลนติส เดิมเป็นช่ือเรือสารวจของสถาบันสมุทรศาสตร์วู้ด โฮล ใน แมสซาชเู สตส์ ปฏิบัตภิ ารกจิ ช่วง พ.ศ.2473-2509 ภาพท่ี 10 กระสวยอวกาศแอตแลนตสิ (Atlantis) http://119.46.166.126/self_all/selfaccess9/m3/701/lesson3/20.php 5. กระสวยอวกาศชาลเลนเจอร์ (Challenger) ขน้ึ อวกาศคร้ังแรกวันที่ 4 เมษายน 2526 ปฏิบัติ ภารกจิ ท้ังส้นิ 10 ครั้ง ครง้ั สุดทา้ ยคอื 28 มกราคม 2529 ยานชาเลนเจอร์ได้ระเบดิ กลางอากาศหลงั ขน้ึ ฟ้าได้เพยี ง 73 วนิ าที ลูกเรอื 7 คน เสยี ชีวิตทงั้ หมด ภาพที่ 11 กระสวยอวกาศชาลเลนเจอร์ (Challenger) http://119.46.166.126/self_all/selfaccess9/m3/701/lesson3/20.php

6. กระสวยอวกาศเอนดฟี เวอร์ (Endeavour) NASA ได้กาหนดให้สรา้ งกระสวยอวกาศเอนเดฟเวอร์ ขนึ้ มาเพ่อื ใช้ทดแทนกระสวยอวกาศชาเลนเจอร์ ในวนั ท่ี 31 กรกฎาคม พ.ศ. 2530 เร่ิมบนิ คร้งั แรกใน วันท่ี พฤษภาคม พ.ศ. 2535 ภาพท่ี 12 กระสวยอวกาศเอนดฟี เวอร์ (Endeavour) http://119.46.166.126/self_all/selfaccess9/m3/701/lesson3/20.php กระสวยอวกาศเอนเดฟเวอร์ ได้รบั เลือกให้ปฏบิ ตั ิภารกิจสาคัญมากมาย เช่น ปล่อยดาวเทียมเชื่อมต่อ กับสถานีอวกาศเมียร์ของรัสเซีย กระสวยอวกาศเอนเดฟเวอร์ เป็นกระสวยอวกาศสุดท้ายของการ สร้างกระสวยอวกาศท้ังหมด ปัจจุบันมีกระสวยอวกาศใช้งานอยู่ 3 ลา คือ แอตแลนติส เอ็นดีฟเวอร์ และดสิ คฟั เวอรี การทางานของกระสวยอวกาศ 1. การควบคมุ ดาวเทยี ม ดาวเทียมสามารถส่งออกไปจากยานควบคุมไฟฟ้าและทดสอบการโคจรของมัน ดาวเทียมทีม่ ีสิ่งผิดปกติเลก็ น้อยสามารถนากลบั มาซ่อมแซมทหี่ อ้ งเก็บสินค้า ส่วนความเสียหายมาก ๆ ต้องนากลับมาซ่อมบนโลก วัตถุท่ีหมุนรอบโลกไม่มีน้าหนัก ดังนั้นการยกวัตถุดังกล่าวจึงไม่ต้องใช้ ความพยายามใด ๆ แต่ต้องเคล่ือนไหวมันอย่างระมัดระวัง การเคลื่อนย้ายดาวเทียมเข้าออกจากห้อง เก็บสินค้าจะมีแขนควบคุม ซ่ึงทางานโดยรีโมทคอนโทรลจากภายในยานออร์บิเตอร์ แขนควบคุมมี ความยาวกวา่ 16 หลา มันมีขอ้ ต่อเพื่อจะได้เคล่อื นไหวเหมือนแขนมนุษย์ 2. ห้องทดลองในอวกาศ อุปกรณ์ชนิดพิเศษอย่างหน่ึงท่ีกระสวยอวกาศได้นาไปด้วยคือ ห้องทดลอง อวกาศของยุโรป ซึ่งได้บินเป็นคร้ังแรกกับยานโคลัมเบียในเดือน พฤศจิกายน 1983 ห้องทดลอง อวกาศเป็นห้องทดลองท่ีนักวิทยาศาสตร์ใช้เป็นสถานท่ีทางาน เน่ืองจากภายในห้องนี้มีการรักษา ระดับความกดดันปกติภายในห้อง คนจึงสวมใส่ชุดธรรมดาได้ในขณะที่อยู่ภายในห้องดังกล่าว นักวทิ ยาศาสตร์เข้าไปในหอ้ งน้ีโดยผา่ นทางหอ้ งอดุ ตนั อวกาศ