กระสวยอวกาศ

กระสวยอวกาศ

จรวดเป็นอุปกรณ์ราคาแพง เมื่อถูกส่งขึ้นสู่อวกาศแล้วไม่สามารถนำมาใช้ใหม่ได้ การส่งจรวดแต่ละครั้งจึงสิ้นเปลืองมาก นักวิทยาศาสตร์จึงพัฒนาแนวคิดในการสร้างยานขนส่งขนาดใหญ่ที่สามารถเดินทางขึ้นสู่อวกาศแล้วเดินทางกลับสู่โลกให้นำมาใช้ใหม่ได้หลายครั้ง เรียกว่า "กระสวยอวกาศ" (Space Shuttle) มีองค์ประกอบประกอบ 3 ส่วนตามภาพที่ 1 ดังนี้  จรวดเชิ้อเพลิงแข็ง (Solid Rocket Booster) จำนวน 2 ชุด ติดตัั้งขนาบกับถังเชื้อเพลิงภายนอกทั้งสองข้าง มีหน้าที่ขับดันให้ยานขนส่งอวกาศทั้งระบบทะยานขึ้นสู่อวกาศ  ถังเชื้อเพลิงภายนอก (External Tank) จำนวน 1 ถัง ติดตั้งอยู่ตรงกลางระหว่างจรวดเชื้อเพลิงแข็งทั้งสองด้าน มีหน้าที่บรรทุกเชื้อเพลิงเหลว ซึ่งมีท่อลำเลียงเชื้อเพลิงไปทำการสันดาปในเครื่องยนต์ซึ่งติดตั้งอยู่ทางด้านท้ายของกระสวยอวกาศ  ยานขนส่งอวกาศ (Orbiter) ทำหน้าที่เป็นยานอวกาศ ห้องทำงานของนักบิน ห้องปฏิบัติการของนักวิทยาศาสตร์ และบรรทุกสัมภาระที่จะไปปล่อยในวงโคจรในอวกาศ เช่น ดาวเทียม หรือชิ้นส่วนของสถานีอวกาศ เป็นต้น  เมื่อปฏิบัติภารกิจสำเร็จแล้ว ยานขนส่งอวกาศจะทำหน้าที่เป็นเครื่องร่อน นำนักบินอวกาศและนักวิทยาศาสตร์กลับสู่โลกโดยร่อนลงสนามบิน  ด้วยเหตุนี้ยานขนส่งอวกาศจึงต้องมีปีกไว้สำหรับสร้างแรงยก แรงต้านทาน และควบคุมท่าทางการบินขณะที่กลับสู่ชั้นบรรยากาศของโลก  ยานขนส่งอวกาศสามารถนำมาใช้ใหม่ได้หลายครั้ง  ภาพที่ 1 ส่วนประกอบของกระสวยอวกาศ ขั้นตอนการทำงานของกระสวยอวกาศ  กระสวยอวกาศยกตัวขึ้นจากพื้นโลก โดยใช้กำลังขับดันหลักจากจรวดเชื้อเพลิงแข็ง 2 ชุด และใช้แรงดันจากเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวซี่งติดตั้งอยู่ทางด้านท้ายของยานขนส่งอวกาศเป็นตัวควบคุมวิถีของกระสวยอวกาศ ดังภาพที่ 2  หลังจากทะยานขึ้นสู่ท้องฟ้าได้ 2 นาที ได้ระยะสูงประมาณ 46 กิโลเมตร เชื้อเพลิงแข็งถูกสันดาปหมด จรวดเชื้อเพลิงแข็งถูกปลดออกให้ตกลงสู่พื้นผิวมหาสมุทร โดยกางร่มชูชีพเพื่อชะลออัตราการร่วงหล่น และมีเรือมารอลากกลับ เพื่อนำมาทำความสะอาดและบรรจุเชื้อเพลิงเพื่อใช้ในภารกิจครั้งต่อไป  กระสวยอวกาศยังคงทะยานขึ้นสู่อวกาศต่อไปยังระดับความสูงของวงโคจรที่ต้องการ โดยเครื่องยนต์หลักที่อยู่ด้านท้ายของยานขนส่งอวกาศจะดูดเชื้อเพลิงเหลวจากถังเชื้อเพลิงภายนอก มาสันดาปจนหมดภายในเวลา  5 นาที แล้วสลัดถังเชื้อเพลิงภายนอกทิ้งให้เสียดสีกับชั้นบรรยากาศจนลุกไหม้หมดก่อนตกถึงพื้นโลก ณ เวลานั้นยานขนส่งอวกาศจะอยู่ในระดับความสูงของวงโคจรที่ต้องการเป็นที่เรียบร้อยแล้ว ภาพที่ 2 ขั้นตอนการส่งกระสวยอวกาศ  ยานขนส่งอวกาศเข้าสู่วงโคจรอบโลกด้วยแรงเฉื่อย โดยมีเชื้อเพลิงสำรองภายในยานเพียงเล็กน้อยเพื่อใช้ในการปรับทิศทาง เมื่อถึงตำแหน่ง ความเร็ว และทิศทางที่ต้องการ จากนั้นนำดาวเทียมที่เก็บไว้ในห้องเก็บสัมภาระออกมาปล่อยเข้าสู่วงโคจร ซึ่งจะเคลื่อนที่โดยอาศัยแรงเฉื่อยจากยานขนส่งอวกาศนั่นเอง  ภาพที่ 3 แสดงให้เห็นยานขนส่งอวกาศกำลังใช้แขนกลยกกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลออกจากห้องเก็บสินค้าที่อยู่ด้านบน เพื่อส่งเข้าสู่อวงโคจรรอบโลก ภาพที่ 3 ยานขนส่งอวกาศกำลังส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเข้าสู่วงโคจร จากนั้นยานขนส่งอวกาศจะเคลื่อนที่จากออกมา  โดยยานขนส่งอวกาศสามารถปรับท่าทางการบินโดยใช้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวขนาดเล็ก ซึ่งเรียกว่า "ทรัสเตอร์" (Thrusters) หลายชุดซึ่งติดตั้งอยู่รอบยาน ดังในภาพที่ 3  ยกตัวอย่างเช่น หากต้องการให้ยานก้มหัวลง ก็จะจุดทรัสเตอร์หัวยานด้านบนและทรัสเตอร์ท้ายยานด้านล่างพร้อมๆ กัน เมื่อได้ทิศทางที่ต้องการก็จะจุดทรัสเตอร์ในทิศตรงการข้ามเพื่อหยุดการเคลื่อนไหว   หากต้องการหันยานไปทางขวามือ ก็จุดทรัสเตอร์หัวยานด้านซ้ายและทรัสเตอร์ท้ายยานด้านขวาพร้อมๆ กัน เมื่อได้ทิศทางที่ต้องการจุดทรัสเตอร์ในทิศตรงการข้ามเพื่อหยุดการเคลื่อนไหว ภาพที่ 4 การปรับทิศทางของกระสวยอวกาศ เมื่อเสร็จสิ้นภารกิจในวงโคจร ยานขนส่งอวกาศจะใช้ปีกในการต้านทานอากาศเพื่อชะลอความเร็ว และสร้างแรงยกเพื่อร่อนลงสู่สนามบินในลักษณะคล้ายเครื่องร่อนซึ่งไม่มีแรงขับเคลื่อนใดๆ  นอกจากแรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อตัวยาน ดังนั้นเมื่อตัดสินใจจะทำการลงแล้วต้องลงให้สำเร็จ ยานขนส่งอวกาศจะไม่สามารถเพิ่มระยะสูงได้อีก  หลังจากที่ล้อหลักแตะพื้นสนามบินก็จะปล่อยร่มชูชีพเพื่อชะลอความเร็ว เพื่อให้ใช้ระยะทางบนทางวิ่งสั้นลง ดังภาพที่ 5 ภาพที่ 5 ยานขนส่งอวกาศกางร่มชูชีพเพื่อชะลอความเร็วขณะลงจอด ที่มา:http://www.lesa.biz/space-technology/space-shuttle