เทคโนโลยีอวกาศ

     เทคโนโลยีอวกาศ คือการสำรวจสิ่งต่างๆที่อยู่นอกโลกของเราและสำรวจโลกของเราเองด้วย ปัจจุบันเทคโนโลยีอวกาศได้มีการพัฒนาไปเป็นอย่างมากเมื่อเทียบกับสมัยก่อน ทำให้ได้ความรู้ใหม่ๆมากขึ้น โดยองค์การที่มีส่วนมากในการพัฒนาทางด้านนี้คือองค์การนาซ่าของสหรัฐอเมริกา ได้มีการจัดทำโครงการขึ้นมากมาย ทั้งเพื่อการสำรวจดาวที่ต้องการศึกษาโดยเฉพาะและที่ทำขึ้นเพื่อศึกษาสิ่งต่างๆในจักรวาล การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีอวกาศนั้นมีทั้งด้านการสื่อสาร ทำให้การสื่อสารในปัจจุบันทำได้อย่างรวดเร็ว  การสำรวจทรัพยากรโลก ทำให้ทราบว่าปัจจุบันนี้โลกมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรบ้าง   และการพยากรณ์อากาศก็จะทำให้สามารถเตรียมพร้อมที่จะรับกับสถานการณ์ต่างๆที่อาจจะเกิดขึ้นต่อไปได้

กล้องโทรทรรศน์

     กล้องโทรทรรศน์ (Telescope) หรือ กล้องดูดาว เป็นทัศนูปกรณ์ซึ่งประกอบด้วย เลนส์นูนสองชุดทำงานร่วมกัน หรือ กระจกเงาเว้าทำงานร่วมกับเลนส์นูน เลนส์นูนหรือกระจกเงาเว้าขนาดใหญ่ที่อยู่ด้านใกล้วัตถุทำหน้าที่รวมแสง ส่วนเลนส์นูนที่อยู่ใกล้ตาทำหน้าที่เพิ่มกำลังขยาย การเพิ่มกำลังรวมแสงช่วยให้นักดาราศาสตร์มองเห็นวัตถุที่มีความสว่างน้อย  การเพิ่มกำลังขยายช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถมองเห็นรายละเอียดของวัตถุมากขึ้น

     กล้องโทรทรรศน์มีสามประเภท คือ กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง และกล้องโทรทรรศน์แบบผสม  กล้องส่องทางไกลชนิดสองตา มีหลักการทำงานเช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง เพียงแต่ใช้ปริซึมหักเหแสงไปมาเพื่อลดระยะความยาวของลำกล้อง 

     ขาตั้งกล้องโทรทรรศน์มีสองประเภทคือ ขาตั้งแบบอัลตาซิมูธ สามารถปรับกล้องตามมุมทิศและมุมเงิน ขาตั้งแบบศูนย์สูตร ช่วยหันกล้องติดตามดาว เนื่องจากการหมุนรอบตัวเองของโลก

     หลักการของกล้องโทรทรรศน์

     กล้องโทรทรรศน์ (Telescope) เป็นกล้องส่องทางไกลซึ่งนักดาราศาสตร์ใช้ศึกษาวัตถุท้องฟ้า มีสมบัติที่สำคัญ 2 ประการ คือ

• ความสามารถในการรวมแสง - กล้องโทรทรรศน์สามารถรวมแสงได้มากกว่าดวงตาของมนุษย์ ช่วยให้สามารถมองเห็นวัตถุซึ่งมีความสว่างน้อย เช่น เนบิวลา และกาแล็กซี
• ความสามารถในการขยาย - กล้องโทรทรรศน์ช่วยขยายขนาดของภาพ ทำให้มองเห็นรายละเอียดของวัตถุได้มากขึ้น เช่น หลุมบนดวงจันทร์ ดาวเคราะห์ ดาวคู่ เป็นต้น

     อุปกรณ์ที่สำคัญของกล้องโทรทรรศน์คือ เลนส์นูน มีหน้าที่รวมแสงให้มาตกที่จุดโฟกัส (Focus) เราเรียกระยะทางระหว่างจุดกึ่งกลางของเลนส์กับจุดโฟกัสว่า "ความยาวโฟกัส" (Focal length)

• หากใช้เลนส์นูนส่องมองวัตถุที่มีระยะใกล้กว่าความยาวโฟกัส เลนส์นูนจะช่วยในการขยายภาพ
• หากใช้เลนส์นูนส่องมองวัตถุที่มีระยะไกลกว่าความยาวโฟกัส เลนส์นูนจะข่วยในการรวมแสง แล้วให้ภาพหัวกลับดังภาพที่ 1

ภาพที่ 1 เลนส์นูนหักเหแสงให้ภาพหัวกลับ

     ฮานส์ ลิเพอร์ฮี (Hans Lipperhey) ช่างทำแว่นชาวดัตซ์ ด้ประดิษฐ์กล้องส่องทางไกลตัวแรกของโลกขึ้นในปี พ.ศ.2153  โดยการนำเลนส์นูนและเลนส์เว้ามาเรียงต่อกันโดยมีระยะห่างเท่ากับความยาวโฟกัสของเลนส์ทั้งสอง  ปีต่อมา กาลิเลโอ กาลิเลโอ นักดาราศาสตร์ชาวอิตาลีได้นำกล้องส่องทางไกลแบบนี้มาใช้ศึกษาวัตถุท้องฟ้า   นักวิทยาศาสตร์ในยุคต่อมาได้ปรับปรุงกล้องโทรทรรศน์โดยใช้เลนส์นูน 2 ชุด เลนส์ชุดหน้ามีขนาดใหญ่หันไปยังวัตถุที่ต้องการจะดูเรียกว่า "เลนส์ใกล้วัตถุ" (Objective Lens) มีหน้าที่รวบรวมแสง  เลนส์ชุดหลังมีขนาดเล็กใช้สำหรับมองเรียกว่า "เลนส์ใกล้ตา" (Eyepieces) มีหน้าที่เพิ่มกำลังขยาย เลนส์ทั้งสองเรียงต่อกันโดยมีระยะห่างเท่ากับความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ (fo) และความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้ตา (fe) รวมกันหรือ fo + fe  กล้องโทรทรรศน์แบบนี้ให้ภาพจริงหัวกลับดังที่แสดงในภาพที่ 2

ภาพที่ 2 การทำงานของเลนส์กล้องโทรทรรศน์

กำลังรวมแสง

     สมบัติที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของกล้องโทรทรรศน์คือ "กำลังรวมแสง" (Light-gathering power) กล้องโทรทรรศน์ช่วยให้นักดาราศาสตร์มองเห็นวัตถุในห้วงอวกาศที่อยู่ห่างไกล เช่น เนบิวลา กระจุกดาว และกาแล็กซีต่างๆ ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เนื่องจากแสงเดินทางมาจากระยะทางที่ไกลมาก ความเข้มของแสงจึงลดลง   เลนส์ของกล้องโทรทรรศน์มีพื้นที่รับแสงได้มากกว่าดวงตาของมนุษย์ จึงมีกำลังรวมแสงมากกว่า อย่างไรก็ตามเราไม่สามารถกำหนดค่ากำลังรวมแสงของเลนส์เป็นค่าเฉพาะได้ หากแต่กำหนดด้วยการเปรียบเทียบเป็นอัตราส่วนระหว่างเลนส์สองชุด

     ตัวอย่าง: เมื่อเปรียบเทียบเลนส์ของกล้องโทรทรรศน์ ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 500 มิลลิเมตร กับดวงตาของมนุษย์ (กระจกตาดำ) ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 5 มิลลิเมตร จะเห็นว่า เลนส์ของกล้องโทรทรรศน์มีขนาดใหญ่กว่าดวงตาของมนุษย์ = 500/5 = 100 เท่า  และมีกำลังรวมแสงมากกว่า 1002 = 10,000 เท่า  


กำลังขยาย

     นอกจากสมบัติในการรวมแสงแล้ว นักดาราศาสตร์ยังต้องการ กำลังขยาย (Magnification)


ในการศึกษารายละเอียดของวัตถุท้องฟ้า เช่น ลักษณะของดาวเคราะห์ ระยะห่างระหว่างดาวคู่  ซึ่งเราสามารถคำนวณกำลังขยายของกล้องโทรทรรศน์ด้วยสูตร

     กำลังขยาย = ความยาวของโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ/ความยาวของโฟกัสของเลนส์ใกล้ตา

                           = fo/fe

     ตัวอย่าง: ถ้าเลนส์ใกล้วัตถุมีความยาวโฟกัส 1000 มิลลิเมตร  เลนส์ใกล้ตามีความยาวโฟกัส 10 มิลลิเมตร กำลังขยายที่ได้คือ  fo/fe = 1000/10 = 100 เท่า

     เราสามารถเปลี่ยนกำลังขยายของกล้องโทรทรรศน์ให้เหมาะสมกับการใช้งานดังตารางที่ 1 โดยการเลือกใช้เลนส์ใกล้ตาที่มีความยาวโฟกัสมากขึ้นหรือน้อยลง อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติ เมื่อเพิ่มกำลังขยายขึ้น 2 เท่า ความสว่างของภาพจะลดลง 4 เท่า ขนาดของเลนส์ใกล้วัตถุเป็นตัวจำกัดกำลังขยายสูงสุด การใช้กำลังขยายสูงโดยที่เลนส์ใกล้วัตถุมีขนาดเล็กเกินไปจะได้ภาพคุณภาพต่ำและมืดเกินไป  โดยปกติกำลังขยายสูงสุดที่ใช้งานได้จริงมีค่าประมาณ 50 คูณด้วยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์ใกล้วัตถุซึ่งมีหน่วยเป็นนิ้ว ตัวอย่างเช่น กล้องขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 มิลลิเมตรหรือ 4 นิ้ว จะมีกำลังขยายที่ใช้งานได้ไม่เกิน 50 x 4 = 200 เท่า    

     นอกจากนั้นแม้ว่าเลนส์ใกล้วัตถุจะมีขนาดใหญ่มาก แต่เมื่อใข้กำลังขยายมากกว่า 400 เท่า จะเป็นการขยายภาพกระแสอากาศไปด้วย ภาพที่ได้จะเบลอสั่นเหมือนการมองดูปลาที่อยู่ในกระแสน้ำที่ไหลเชี่ยว  ด้วยเหตุนี้นักวิทยาศาสตร์จึงสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่บนยอดภูเขาสูงที่ซึ่งมีอากาศบาง หรือส่งกล้องโทรทรรศน์ขึ้นไปอยู่ในอวกาศเพื่อให้ภาพคมชัด เนื่องจากไม่มีบรรยากาศเป็นอุปสรรคขวางกั้นทางเดินของแสงเลย

การเปรียบเทียบกำลังการขยาย

• กำลังขยายต่ำ 10 - 20 เท่า  ใช้สำรวจกระจุกดาวขนาดใหญ่กาแล็กซี่แอนโดรมีดา ทางช้างเผือก และค้นหาดาวหาง   

  

         

                 

• กำลังขยายปานกลาง 20 - 70 เท่า ใช้งานทั่วไป สังเกตพื้นผิวดวงจันทร์   เนบิวลา กระจุกดาวเปิด เนบิวลา และกาแล็กซี   

• กำลังขยายสูง  70 - 200 เท่าใช้สังเกตดาวเคราะห์ และจำแนกวัตถุขนาดเล็ก เช่น ดาวคู่ ซึ่งอยู่ใกล้กันมาก      

อัตราส่วนโฟกัส

     อัตราส่วนโฟกัส (Focal ratio) เป็นสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่งของกล้องโทรทรรศน์ ซึ่งเป็นอัตราส่วนระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์วัตถุกับความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ ซึ่งมักแสดงด้วยอักษร f/ กำกับอยู่บนเลนส์ ตัวอย่างเช่น

•  เลนส์เส้นผ่านศูนย์กลาง 100 มิลลิเมตร ความยาวโฟกัส 500 มิลลิเมตร มีอัตราส่วนโฟกัส f/5
•  เลนส์เส้นผ่านศูนย์กลาง 100 มิลลิเมตร  ความยาวโฟกัส 1,000 มิลลิเมตร มีอัตราส่วนโฟกัส f/10

     การออกแบบกล้องโทรทรรศน์ให้เหมาะสมกับการใช้งาน ขึ้นอยู่กับการเลือกใช้เลนส์ใกล้วัตถุที่มีอัตราส่วนโฟกัสดังนี้

เลนส์นูนหรือกระจกเว้าที่มีค่า f/ น้อย (f/3 - f/7) มีกรวยรับแสงกว้าง ให้กำลังขยายต่ำ แต่ให้ภาพสว่าง เหมาสำหรับใช้ดูวัตถุขนาดใหญ่ที่มีความสว่างน้อย เช่น กาแล็กซี

เลนส์นูนหรือกระจกเว้าที่มีค่า f/ มาก (f/8 - f/15) มีกรวยรับแสงแคบ ให้กำลังขยายสูง แต่ให้ภาพไม่สว่าง เหมาะสำหรับใช้ดูวัตถุขนาดเล็กที่มีความสว่างมาก เช่น ดาวเคราะห์

หมายเหตุ:

        ห้ามใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องมองดูดวงอาทิตย์ โดยปราศจากแผ่นกรองแสงอาทิตย์ที่มีคุณภาพโดยเด็ดขาด เนื่องจากอาจทำให้ตาบอดได้

     ประเภทของกล้องโทรทรรศน์

กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง

     กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง (Refractor telescope) เป็นกล้องโทรทรรศน์ที่ใช้เลนส์นูนในการรวมแสง  มีใช้กันอย่างแพร่หลายสามารถพบเห็นได้ทั่วไป กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงส่วนมากมักมีขนาดเล็กเนื่องจากเลนส์นูนส่วนใหญ่มีโฟกัสยาว (เลนส์โฟกัสสั้นสร้างยากและมีราคาสูงมาก) ดังนั้นถ้าเป็นกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่จะยาวเกะกะ ลำกล้องมีน้ำหนักมาก เปลืองพื้นที่ในการติดตั้ง จึงไม่เป็นที่นิยมใช้ในหอดูดาว  กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงเหมาะสำหรับใช้ศึกษาวัตถุที่สว่างมาก เช่น ดวงจันทร์และดาวเคราะห์  แต่ไม่เหมาะสำหรับการสังเกตวัตถุที่มีขนาดใหญ่แต่สว่างน้อย เช่น เนบิลาและกาแล็กซี  เนื่องจากมีกำลังรวมแสงน้อยและให้กำลังขยายมากเกินไป ภาพที่ได้จึงมีสว่างน้อยและมีขนาดใหญ่จนไม่สามารถมองเห็นภาพรวมของวัตถุ

ภาพที่ 1 กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง

     เลนส์ที่ใช้ในกล้องโทรทรรศน์เป็นเลนส์อรงค์ (Achromatic lens) ซึ่งมีสมบัติในการแก้ความคลาดสี  แสงที่ตาเห็น (Visible light) เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีความยาวคลื่นตั้งแต่ 400 - 700 นาโนเมตร สีม่วงมีความยาวคลื่นสั้นที่สุด สีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุด   เมื่อแสงมีความยาวคลื่นไม่เท่ากันถูกหักเหผ่านเลนส์ จุดโฟกัสที่เกิดขึ้นจึงไม่ใช่จุดเดียวกันทำให้เกิด "ความคลาดสี" (Chromatic aberration) ดังภาพที่ 2  เมื่อนำมาส่องก็จะมองเห็นขอบวัตถุเป็นสีรุ้ง ดังนั้นหากนำมาส่องมองดาวก็จะไม่ทราบเลยว่า ดาวที่ดูอยู่นั้นแท้ที่จริงเป็นสีอะไร  ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงออกแบบเลนส์อรงค์ขึ้นมาโดยใช้แก้วคราวน์ (Crown) และแก้วฟลินท์ (Flint) ซึ่งมีดัชนีการหักเหแสงตรงข้ามกัน มาประกบกันเพื่อทำให้แสงทุกความยาวคลื่นหักเหมารวมที่จุดโฟกัสเดียวกันดังภาพที่ 3  เลนส์อรงค์มีน้ำหนักมากและราคาแพงมาก การประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่จึงเลี่ยงไปใช้กระจกเว้าแทน

ภาพที่ 2 ความคลาดสีซึ่งเกิดขึ้นจากเลนส์เดี่ยว

ภาพที่ 3 เลนส์อรงค์ช่วยลดความคลาดสี

กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง

     กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง (Reflector telescope) ถูกคิดค้นโดย เซอร์ ไอแซค นิวตัน  บางครั้งจึงถูกเรียกว่า "กล้องโทรทรรศน์แบบนิวโทเนียน" (Newtonian telescope) กล้องโทรทรรศน์แบบนี้ใช้กระจกเว้าทำหน้าที่เลนส์ใกล้วัตถุแทนเลนส์นูน รวบรวมแสงส่งไปยังกระจกทุติยภูมิซึ่งเป็นกระจกเงาระนาบขนาดเล็กติดตั้งอยู่ในลำกล้อง   สะท้อนลำแสงให้ตั้งฉากออกมาที่เลนส์ตาที่ติดตั้งอยู่ที่ด้านข้างของลำกล้อง ดังภาพที่ 4 

ภาพที่ 4 กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง

     กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ส่วนมากเป็นกล้องโทรทรรศนสะท้อนแสง เนื่องจากกระจกเว้ามีน้ำหนักเบาและราคาถูกกว่าเลนส์อรงค์  นอกจากนั้นกระจกเว้ายังสามารถสร้างให้มีความยาวโฟกัสสั้นได้ง่าย  หอดูดาวจึงนิยมติดตั้งกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงขนาดใหญ่ซึ่งมีกำลังรวมแสงสูง ทำให้สามารถสังเกตเห็นวัตถุที่มีความสว่างน้อยและอยู่ไกลมาก เช่น เนบิวลาและกาแล็กซี   อย่างไรก็ตามเมื่อเปรียบเทียบกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงกับกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงที่มีขนาดเท่ากัน กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงจะให้ภาพสว่างและคมชัดกว่า เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงมีกระจกทุติยภูมิอยู่ในลำกล้องซึ่งเป็นอุปสรรคขวางทางเดินของแสง ทำให้ความสว่างของภาพลดลง  นอกจากนั้นภาพที่เกิดจากหักเหผ่านเลนส์อรงค์ยังมีความคมชัดและสว่างกว่าภาพที่ได้จากการสะท้อนของกระจกเว้า

กล้องโทรทรรศน์ชนิดผสม

      กล้องโทรทรรศน์แบบผสม (Catadioptic telescope) เป็นกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงที่ใช้การสะท้อนแสงกลับไปมาเพื่อให้ลำกล้องมีขนาดสั้นลง โดยใช้กระจกนูนเป็นกระจกทุติยภูมิช่วยบีบลำแสงทำให้ลำกล้องสั้นกระทัดรัด แต่ยังคงกำลังขยายสูงดังภาพที่ 5 อย่างไรการทำงานของกระจกนูนทำให้ภาพที่เกิดขึ้นบนระนาบโฟกัสมีความโค้ง จึงจำเป็นต้องติดตั้งเลนส์ปรับแก้ (Correction plate) ไว้ที่ปากลำกล้องเพื่อทำงานร่วมกับกระจกทุติยภูมิ ในการชดเชยความโค้งของระนาบโฟกัส โดยที่เลนส์ปรับแก้ไม่ได้มีอิทธิพลต่อกำลังรวมแสงและกำลังขยายเลย

ภาพที่ 5 กล้องโทรทรรศน์ชนิดผสม

     กล้องโทรทรรศน์แบบผสมถูกออกแบบขึ้นมาเพื่อให้มีลำกล้องสั้นและสะดวกในการติดตั้งอุปกรณ์ เช่น เลนส์ตาหรือกล้องถ่ายภาพไว้ที่ด้านหลังของกล้อง (ดังเช่นกล้องโทรทรรศแบบหักเหแสง) กล้องโทรทรรศน์แบบนี้มีความยาวโฟกัสมากเหมาะสำหรับใช้สำรวจวัตถุขนาดเล็ก เช่น ดาวเคราะห์ เนบิวลาและกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกล  แต่ไม่เหมาะสำหรับการสังเกตวัตถุขนาดใหญ่ เช่น กระจุกดาวเปิด เนบิวลา และกาแล็กซีที่อยู่ใกล้  กล้องโทรทรรศน์แบบผสมเป็นที่นิยมในหมู่นักดูดาวสมัครเล่นเพราะมีขนาดกระทัดรัด ขนย้ายสะดวก  แต่ไม่เหมาะสำหรับใช้ในงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เนื่องจากเลนส์ปรับแก้ที่อยู่ด้านหน้ากรองรังสีบางช่วงความยาวคลื่นออกไป

จรวด

     อวกาศอยู่สูงเหนือศีรษะขึ้นไปเพียงหนึ่งร้อยกิโลเมตรแต่การที่จะขึ้นไปถึงมิใช่เรื่องง่าย  เมื่อสามร้อยปีมาแล้ว  เซอร์ไอแซค นิวตัน (Sir Isaac Newton) นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ ผู้คิดค้นทฤษฎีเรื่องแรงโน้มถ่วงของโลก  อธิบายว่า หากเราขึ้นไปอยู่บนที่สูงแล้วปล่อยวัตถุให้หล่น วัตถุจะตกลงสู่พื้นในแนวดิ่ง เมื่อออกแรงขว้างวัตถุออกไปในทิศทางขนานกับพื้น วัตถุจะเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้ง (A) ดังในภาพที่ 1   แรงลัพธ์ซึ่งเกิดขึ้นจากแรงที่เราขว้างและแรงโน้มถ่วงของโลกรวมกันทำให้วัตถุเคลื่อนที่เป็นวิถีโค้ง   ถ้าเราออกแรงมากขึ้น วิถีการเคลื่อนที่ของวัตถุจะโค้งน้อยลง วัตถุจะยิ่งตกไกลขึ้น (B)   และหากเราออกแรงมากจนวิถีของวัตถุขนานกับความโค้งของโลก วัตถุจะไม่ตกสู่พื้นโลกแต่จะโคจรรอบโลกเป็นวงกลม (C) เราเรียกการตกในลักษณะเช่นนี้ว่า “การตกอย่างอิสระ” (Free fall)  และนี่คือหลักการส่งยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจรรอบโลก หากเราเพิ่มแรงให้กับวัตถุมากขึ้นไปอีกก็จะได้วงโคจรเป็นรูปวงรี (D)  และถ้าเราส่งวัตถุด้วยความเร็ว 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที วัตถุจะไม่หวนกลับคืนมาแต่จะเดินทางออกสู่ห้วงอวกาศ (E) เราเรียกความเร็วนี้ว่า “ความเร็วหลุดพ้น” (Escape speed) และนี่คือหลักการส่งยานอวกาศไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่น

หลักการส่งยานอวกาศ

     หมายเหตุ: ในทางปฏิบัติเราไม่สามารถส่งวัตถุขึ้นสู่อวกาศในแนวราบได้ เพราะโลกมีบรรยากาศห่อหุ้มอยู่ ความหนาแน่นของอากาศจะต้านทานให้วัตถุเคลื่อนที่ช้าลงและตกสู่พื้นเสียก่อนที่จะเข้าสู่วงโคจร  ด้วยเหตุนี้นักวิทยาศาสตร์จึงออกแบบวิถีของจรวดให้ขึ้นสู่ท้องฟ้าในแนวดิ่ง แล้วค่อยปรับวิถีให้โค้งขนานกับผิวโลกเมื่อเหนือชั้นบรรยากาศในภายหลัง

จรวดอารีอาน นำด่วเทียมไทยคมขึ้นสู่วงโคจร

     จรวด (Rocket) เป็นเครื่องยนต์ที่ใช้ขับเคลื่อนพาหนะสำหรับขนส่งอุปกรณ์หรือมนุษย์ขึ้นสู่อวกาศ จรวดสามารถเดินทางไปในอวกาศ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องอาศัยออกซิเจนในบรรยากาศมาใช้ในการสันดาปเชื้อเพลิง ทั้งนี้เพราะว่าจรวดมีถังบรรจุออกซิเจนอยู่ในตัวเอง  จรวดที่ใช้เดินทางไปสู่อวกาศจะต้องมีแรงขับเคลื่อนสูงมากและต่อเนื่อง เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก (Gravity) ซึ่งมีความเร่ง 9.8 เมตร/วินาที2  ในการเดินทางจากพื้นโลกสู่วงโคจรรอบโลก จรวดทำงานตามกฎของนิวตัน 3 ข้อดังนี้

• กฎข้อที่ 3 “แรงกริยา = แรงปฏิกิริยา” จรวดปล่อยแก๊สร้อนออกทางท่อท้ายด้านล่าง (แรงกริยา) ทำให้จรวดเคลื่อนที่ขึ้นสู่อากาศ (แรงปฏิกิริยา)
• กฏข้อที่ 2 "ความเร่งของจรวดแปรผันตามแรงขับของจรวด แต่แปรผกผันกับมวลของจรวด" (a = F/m) ดังนั้นจรวดต้องเผาไหม้เชื้อเพลิงอย่างต่อเนื่อง เพื่อสร้างความเร่งเอาชนะแรงโน้มถ่วง  และเพื่อให้ได้ความเร่งสูงสุด นักวิทยาศาสตร์จะต้องออกแบบให้จรวดมีมวลน้อยที่สุดแต่มีแรงขับดันมากที่สุด
• กฎข้อที่ 1 "กฎของความเฉื่อย" เมื่อจรวดนำดาวเทียมหรือยานอวกาศเข้าสู่วงโคจรรอบโลกแล้ว จะดับเครื่องยนต์เพื่อเคลื่อนที่ด้วยแรงเฉื่อย ให้ได้ความเร็วคงที่ เพื่อรักษาระดับความสูงของวงโคจรให้คงที่

     ประเภทของจรวด

     เราแบ่งประเภทของจรวดตามชนิดของเชื้อเพลิงออกเป็น 3 ประเภท คือ

• จรวดเชื้อเพลิงแข็ง มีโครงสร้างไม่ซับซ้อน แต่เมื่อการเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้นแล้ว ไม่สามารถหยุดได้ ตัวอย่างของจรวดเชื้อเพลิงแข็งได้แก่ บั้งไฟภาคอีสาน จรวดทำลายรถถัง เป็นต้น

• จรวดเชื้อเพลิงเหลว มีโครงสร้างซับซ้อนกว่าจรวดเชื้อเพลิงแข็ง เพราะต้องมีถังเก็บเชื้อเพลิงเหลว และออกซิเจนเหลว (เพื่อช่วยให้เกิดการสันดาป) ซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง และยังต้องมีระบบปั๊มและท่อเพื่อลำเลียงเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเครื่องยนต์เพื่อทำการเผาไหม้ดังภาพที่ 1 ด้วยเหตุนี้จรวดเชื้อเพลิงเหลวจึงมีราคาสูง อย่างไรก็ตามจรวดเชื้อเพลิงเหลวมีข้อดีคือ สามารถควบคุมปริมาณการเผาไหม้ และปรับทิศทางของกระแสแก๊สได้ ทำให้ปลอดภัย ควบคุมทิศทางและความเร็วได้ง่าย

จรวดเชื้อเพลิงเหลว และ จรวดเชื้อเพลิงแข็ง

• จรวดไอออน ไม่ได้ใช้พลังงานจากการสันดาปเชื่้อเพลิงดังเช่นจรวดเชื้อเพลิงแข็งและจรวดเชื้อเพลิงเหลว แต่ใช้พลังงานไฟฟ้ายิงอิเล็กตรอนเข้าใส่อะตอมของแก๊สเฉื่อย เช่น ซีนอน (Xenon) ให้แตกเป็นประจุ แล้วเร่งปฏิกริยาให้ประจุเคลื่อนที่ออกจากท่อท้ายของเครื่องยนต์ด้วยความเร็วสูงเพื่อให้เกิดแรงดัน (แรงกริยา) ผลักจรวดให้เคลื่อนที่ไปด้านหน้า (แรงปฏิกริยา) จรวดไอออนมีขนาดเล็กจึงมีแรงขับเคลื่อนต่ำแต่มีความประหยัดสูง จึงเหมาะสำหรับใช้ในการเดินทางระหว่างดวงดาวเป็นระยะเวลานาน

จรวดไอออน  ที่มาของภาพ: The Why Files

จรวดหลายท่อน

     ภารกิจในอวกาศจะต้องเลือกใช้จรวดให้เหมาะสมกับภารกิจ วัตถุประสงค์หลักคือจะต้องใช้ลดมวลของจรวดเพื่อสร้างความเร่งสูงสุดให้แก่จรวดตามกฎของนิวตัน ข้อที่ 2: ความเร่ง = แรง / มวล) ดังนั้นวิศวกรจึงออกแบบสร้างจรวดหลายท่อน (Multistages Rocket) เรียงติดกันแบบอนุกรมหรือยึดติดกันแบบขนาน เมื่อเชื้อเพลิงตอนใดหมดก็จะปลดตอนนั้นทิ้งไปเพื่อให้จรวดมีความเร่งมากขึ้น

ภาพตัวอย่างจรวดหลายท่อน

      โดยปกติจรวดหลายท่อนจะนิยมใช้จรวดเชื้อเพลิงเหลวจำนวน 1 - 2 ท่อนเรียงต่อกันแบบอนุกรม ดังเช่น จรวด Falcon 9 เนื่องจากจรวดเชื้อเพลิงเหลวให้แรงขับสูงและมีความปลอดภัย อย่างไรก็ตามเพื่อให้เกิดความเร่งสูงขณะทะยานขึ้นจากพื้นโลก จึงมักจะติดตั้งจรวดเชื้อเพลิงแข็งซึ่งมีแรงขับดันสูงเรียกว่า "บูสเตอร์" (Booster) ประกบแบบขนาน ดังเช่น Falcon 9 Heavy  เชื้อเพลิงในจรวดบูสเตอร์จะถูกสันดาปหมดอย่างรวดเร็วภายในระยะเวลา 2-3 นาทีแรก หลังจากทะยานขึ้นจากพื้นโลก ก็จะถูกปลดทิ้งไป เพื่อให้จรวดท่อนที่เหลือเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร่งสูงสุด  สำหรับการขนส่งอุปกรณ์ขนาดใหญ่เช่น ยานอวกาศ จำเป็นต้องใช้จรวดขนาดใหญ่ซึ่งมีบูสเตอร์เป็นจรวดเชื้อเพลิงเหลว เช่น Falcon X heavy ดังภาพรองสุดท้ายด้านขวามือ โดยยานอวกาศซึ่งบรรจุอยู่ในกระเปาะส่วนบนสุดจะติดตั้งเครื่องยนต์จรวดไอออนไว้ภายใน เพื่อใช้ในการขับเคลื่อนออกจากวงโคจรโลกเพื่อเดินทางต่อไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่น  สำหรับการส่งยานอวกาศซึ่งมีมนุษย์ไปยังดวงจันทร์นั้น NASA เลือกใช้จรวดแซทเทอร์น 5 ซึ่งอยู่ด้านซ้ายสุด เป็นจรวดเชื้อเพลิงเหลว 3 ท่อน เนื่องจากมีแรงขับดันสูงและมีความปลอดภัยสูง

กระสวยอวกาศ

     

     จรวดเป็นอุปกรณ์ราคาแพง เมื่อถูกส่งขึ้นสู่อวกาศแล้วไม่สามารถนำมาใช้ใหม่ได้ การส่งจรวดแต่ละครั้งจึงสิ้นเปลืองมาก นักวิทยาศาสตร์จึงพัฒนาแนวคิดในการสร้างยานขนส่งขนาดใหญ่ที่สามารถเดินทางขึ้นสู่อวกาศแล้วเดินทางกลับสู่โลกให้นำมาใช้ใหม่ได้หลายครั้ง เรียกว่า "กระสวยอวกาศ" (Space Shuttle) มีองค์ประกอบประกอบ 3 ส่วนดังนี้

• 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

    ขั้นตอนการทำงานของกระสวยอวกาศ

1. กระสวยอวกาศยกตัวขึ้นจากพื้นโลก โดยใช้กำลังขับดันหลักจากจรวดเชื้อเพลิงแข็ง 2 ชุด และใช้แรงดันจากเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวซี่งติดตั้งอยู่ทางด้านท้ายของยานขนส่งอวกาศเป็นตัวควบคุมวิถีของกระสวยอวกาศ 
2. หลังจากทะยานขึ้นสู่ท้องฟ้าได้ 2 นาที ได้ระยะสูงประมาณ 46 กิโลเมตร เชื้อเพลิงแข็งถูกสันดาปหมด จรวดเชื้อเพลิงแข็งถูกปลดออกให้ตกลงสู่พื้นผิวมหาสมุทร โดยกางร่มชูชีพเพื่อชะลออัตราการร่วงหล่น และมีเรือมารอลากกลับ เพื่อนำมาทำความสะอาดและบรรจุเชื้อเพลิงเพื่อใช้ในภารกิจครั้งต่อไป
3. กระสวยอวกาศยังคงทะยานขึ้นสู่อวกาศต่อไปยังระดับความสูงของวงโคจรที่ต้องการ โดยเครื่องยนต์หลักที่อยู่ด้านท้ายของยานขนส่งอวกาศจะดูดเชื้อเพลิงเหลวจากถังเชื้อเพลิงภายนอก มาสันดาปจนหมดภายในเวลา  5 นาที แล้วสลัดถังเชื้อเพลิงภายนอกทิ้งให้เสียดสีกับชั้นบรรยากาศจนลุกไหม้หมดก่อนตกถึงพื้นโลก ณ เวลานั้นยานขนส่งอวกาศจะอยู่ในระดับความสูงของวงโคจรที่ต้องการเป็นที่เรียบร้อยแล้ว
4. ยานขนส่งอวกาศเข้าสู่วงโคจรอบโลกด้วยแรงเฉื่อย โดยมีเชื้อเพลิงสำรองภายในยานเพียงเล็กน้อยเพื่อใช้ในการปรับทิศทาง เมื่อถึงตำแหน่ง ความเร็ว และทิศทางที่ต้องการ จากนั้นนำดาวเทียมที่เก็บไว้ในห้องเก็บสัมภาระออกมาปล่อยเข้าสู่วงโคจร ซึ่งจะเคลื่อนที่โดยอาศัยแรงเฉื่อยจากยานขนส่งอวกาศนั่นเอง   
5. จากนั้นยานขนส่งอวกาศจะเคลื่อนที่จากออกมา  โดยยานขนส่งอวกาศสามารถปรับท่าทางการบินโดยใช้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวขนาดเล็ก ซึ่งเรียกว่า "ทรัสเตอร์" (Thrusters) หลายชุดซึ่งติดตั้งอยู่รอบยาน   ยกตัวอย่างเช่น หากต้องการให้ยานก้มหัวลง ก็จะจุดทรัสเตอร์หัวยานด้านบนและทรัสเตอร์ท้ายยานด้านล่างพร้อมๆ กัน เมื่อได้ทิศทางที่ต้องการก็จะจุดทรัสเตอร์ในทิศตรงการข้ามเพื่อหยุดการเคลื่อนไหว   หากต้องการหันยานไปทางขวามือ ก็จุดทรัสเตอร์หัวยานด้านซ้ายและทรัสเตอร์ท้ายยานด้านขวาพร้อมๆ กัน เมื่อได้ทิศทางที่ต้องการจุดทรัสเตอร์ในทิศตรงการข้ามเพื่อหยุดการเคลื่อนไหว 
6.  เมื่อเสร็จสิ้นภารกิจในวงโคจร ยานขนส่งอวกาศจะใช้ปีกในการต้านทานอากาศเพื่อชะลอความเร็ว และสร้างแรงยกเพื่อร่อนลงสู่สนามบินในลักษณะคล้ายเครื่องร่อนซึ่งไม่มีแรงขับเคลื่อนใดๆ  นอกจากแรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อตัวยาน ดังนั้นเมื่อตัดสินใจจะทำการลงแล้วต้องลงให้สำเร็จ ยานขนส่งอวกาศจะไม่สามารถเพิ่มระยะสูงได้อีก  หลังจากที่ล้อหลักแตะพื้นสนามบินก็จะปล่อยร่มชูชีพเพื่อชะลอความเร็ว เพื่อให้ใช้ระยะทางบนทางวิ่งสั้นลง

ดาวเทียม

     ดาวเทียม (Satellite) คือ อุปกรณ์ที่มนุษย์สร้างขึ้นแล้วปล่อยไว้ในวงโคจรรอบโลก เพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ เช่น ถ่ายภาพ ตรวจอากาศ โทรคมนาคม และปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ เป็นต้น ดาวเทียมถูกส่งขึ้นสู่อวกาศโดยติดตั้งบนจรวดหรือยานขนส่งอวกาศ​  ดาวเทียมดวงแรกของโลกเป็นของสหภาพโซเวียตชื่อ สปุตนิก 1 (Sputnik 1)  ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 4 ตุลาคม 2500 นับเป็นจุดเริ่มต้นของยุคอวกาศ  

ภาพดาวเทียมดวงแรกของโลก "สปุตนิก 1"

     ห้าสิบกว่าปีผ่านไปนับตั้งแต่สปุตนิก 1 ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศจนถึงปัจจุบัน ได้มีการส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรรอบโลกมากกว่า 30,000 ดวง เพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ  ดาวเทียมทั้งหลายจึงมีขนาด รูปร่าง ลักษณะแตกต่างกัน อย่างไรก็ตามดาวเทียมส่วนใหญ่มีองค์ประกอบหลักที่คล้ายคลึงกันดังนี้

• ระบบนำร่อง เป็นระบบคอมพิวเตอร์และไจโรสโคป ซึ่งมีหน้าที่ตรวจสอบตำแหน่งของดาวเทียม โดยการเปรียบเทียบกับตำแหน่งของดาวฤกษ์  สัญญาณวิทยุจากสถานีบนโลกหรือสัญญาณจากดาวเทียมจีพีเอส

• ระบบควบคุมและสื่อสาร ประกอบด้วย คอมพิวเตอร์ที่เก็บรวมรวมข้อมูล และประมวลผลคำสั่งต่างๆ ที่ได้รับจากส่วนควบคุมบนโลก โดยมีอุปกรณ์วิทยุและเสาอากาศ เพื่อใช้ในการรับส่งข้อมูล

• ระบบเซ็นเซอร์ และอุปกรณ์วิทยาศาสตร์อื่นๆ ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของภารกิจ เช่น ดาวเทียมสำรวจโลกติดตั้งเซ็นเซอร์ตรวจจับช่วงคลื่นต่างๆ, ดาวเทียมปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ติดตั้งห้องทดลอง, ดาวเทียมทำแผนที่ติดตั้งเรดาร์และกล้องถ่ายภาพ ข้อมูลที่ได้จากระบบนี้จะถูกส่งกลับสู่โลกโดยใช้เสาอากาศส่งคลื่นวิทยุ

• ระบบพลังงาน ทำหน้าที่ผลิตพลังงานและกักเก็บไว้เพื่อแจกจ่ายไปยังระบบไฟฟ้าของดาวเทียม โดยมีแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar cells) ไว้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า แต่ดาวเทียมขนาดใหญ่อาจมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

• ระบบเครื่องยนต์  ดาวเทียมขนาดใหญ่ที่มีอายุใช้งานยาว จะมีเครื่องยนต์ซึ่งทำงานคล้ายกับเครื่องอัดอากาศ และปล่อยออกทางปลายท่อ มีหน้าที่สร้างแรงขับดันเพื่อรักษาระดับความสูงของวงโคจร  เนื่องจากที่ระดับวงโคจรในอวกาศยังคงมีโมเลกุลอยู่อย่างเบาบาง แต่ดาวเทียมโคจรด้วยความเร็วสูง โมเลกุลอากาศสามารถสร้างแรงเสียดทานให้ดาวเทียมเคลื่อนที่ช้าลงและเคลื่อนที่ต่ำลง หากไม่รักษาระยะสูงไว้ ในที่สุดดาวเทียมก็จะตกลงสู่พื้นโลก

     ประเภทของดาวเทียม

     เราสามารถจำแนกประเภทของดาวเทียมตามประโยชน์การใช้งานได้ดังนี้

• ดาวเทียมทำแผนที่ เป็นดาวเทียมที่มีวงโคจรต่ำ (LEO) ที่ระดับความสูงไม่เกิน 800 กิโลเมตร เพื่อให้ได้ภาพที่มีรายละเอียดสูง และเป็นดาวเทียมที่มีวงโคจรใกล้ขั้วโลก (Polar orbit) เพื่อให้สแกนพื้นผิวถ่ายภาพได้ครอบคลุมทุกพื้นที่ของโลก ภาพถ่ายดาวเทียมที่ได้สามารถนำไปใช้ในการทำแผนที่ ผังเมือง และการทำจารกรรมสอดแนมทางการทหาร  ภาพที่ 1 เป็นภาพถ่ายรายละเอียดสูงของพระบรมมหาราชวัง ซึ่งถ่ายโดยดาวเทียม GeoEye-1 ที่ความสูง 680 กิโลเมตร ความเร็วในวงโคจร 27,359 กิโลเมตรต่อชั่วโมง  ดาวเทียมทำแผนที่ที่มีชื่อเสียงได้แก่ Ikonos, QuickBird ซึ่งสามารถดูภาพแผนที่ใน Google Maps

• ดาวเทียมสำรวจทรัพยากร เป็นดาวเทียมวงโคจรต่ำที่มีวงโคจรแบบใกล้ขั้วโลก (Near Polar Orbit) ที่ระยะสูงประมาณ 800 กิโลเมตร จึงไม่มีรายละเอียดสูงเท่าภาพถ่ายที่ได้จากดาวเทียมทำแผนที่ เพราะเน้นการครอบคลุมพื้นที่เป็นบริเวณกว้าง และทำการบันทึกภาพได้ทั้งในช่วงแสงที่ตามองเห็นและรังสีอินฟราเรด เนื่องจากโลกแผ่รังสีอินฟราเรดออกมา จึงสามารถบันทึกภาพได้แม้ในเวลากลางคืน ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรที่มีชื่อเสียงมากได้แก่ LandSat, Terra และ Aqua (MODIS Instruments)  ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรของไทยมีชื่อว่า ธีออส (Theos)  ภาพท่ี 2 เป็นภาพถ่ายพื้นที่น้ำท่วมของประเทศไทย โดยอุปกรณ์ MODIS ที่ติดตั้งในดาวเทียม Terra

• ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา มีวงโคจรหลายระดับขึ้นอยู่กับการออกแบบในการใช้งาน   ดาวเทียม NOAA มีวงโคจรต่ำถ่ายภาพรายละเอียดสูงดังภาพที่ 3 ส่วนดาวเทียม GOES และ MTSAT มีวงโคจรค้างฟ้าอยู่ที่ระดับสูงถ่ายภาพมุมกว้างครอบคลุมทวีปและมหาสมุทรดังภาพที่ 4  นักอุตุนิยมวิทยาใช้ภาพถ่ายดาวเทียมในการพยากรณ์อากาศและติดตามการเคลื่อนที่ของพายุจึงสามารถช่วยป้องกันความเสียหายและชีวิตคนได้เป็นจำนวนมาก

• ดาวเทียมเพื่อการนำร่อง Global Positioning System "GPS" เป็นระบบบอกตำแหน่งพิกัดภูมิศาสตร์บนพื้นโลก ซึ่งประกอบด้วยเครือข่ายดาวเทียมจำนวน 32 ดวง โคจรรอบโลกในทิศทางต่างๆ ที่ระยะสูง 20,000 กิโลเมตรส่งสัญญาณมาบนโลกพร้อมๆ กัน  แต่เนื่องจากดาวเทียมแต่ละดวงอยู่ห่างจากเครื่องรับบนพื้นโลกไม่เท่ากันดังภาพที่ 5  เครื่องรับจึงได้รับสัญญาณจากดาวเทียมแต่ละดวงไม่พร้อมกัน วงจรอิเล็คทรอนิกส์ในเครื่องรับ GPS นำค่าเวลาที่แตกต่างมาคำนวณหาพิกัดภูมิศาสตร์บนพื้นโลก ปัจจุบันเครื่องรับ GPS เป็นที่นิยมใช้กันในหมู่นักเดินทางมีทั้งแบบมือถือ ติดตั้งบนรถ เรือ และเครื่องบิน

• ดาวเทียมโทรคมนาคม เช่น Intelsat, Thaicom ส่วนใหญ่เป็นดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า (Geo-stationary Orbit) เพื่อถ่ายทอดสัญญาณจากทวีปหนึ่งไปยังอีกทวีปหนึ่ง ข้ามส่วนโค้งของโลก ดาวเทียมค้างฟ้า 1 ดวง สามารถส่งสัญญาณครอบคลุมพื้นที่การติดต่อประมาณ 1/3 ของผิวโลก และถ้าจะให้ครอบคลุมพื้นที่ทั่วโลก จะต้องใช้ดาวเทียมในวงโคจรนี้อย่างน้อย 3 ดวง ดังภาพที่ 6  อย่างไรก็ตามดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าจะลอยอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตรโลกเท่านั้น ดังนั้นสัญญาณจะไม่สามารถครอบคลุมบริเวณขั้วโลกได้เลย

• ดาวเทียมภารกิจพิเศษ  นอกจากดาวเทียมทั่วไปที่ใช้งานเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันตามที่กล่าวไปแล้ว ยังมีดาวเทียมอีกหลายชนิดที่ส่งขึ้นไปเพื่อปฏิบัติภารกิจพิเศษเฉพาะทาง เช่น ดาวเทียมเพื่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ กล้องโทรทรรศน์อวกาศ  ดาวเทียมจารกรรม ดาวเทียมทางทหาร  ดาวเทียมประเภทนี้มีระยะสูงและรูปแบบของวงโคจรต่างๆ กันขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการใช้งาน ภาพที่ 7 คือ ดาวเทียม Corona ซึ่งใช้สำหรับการลาดตระเวนทางทหาร

ยานอวกาศ

        

     ยานอวกาศ (Spacecraft) หมายถึง ยานพาหนะที่นำมนุษย์หรืออุปกรณ์อัตโนมัติขึ้นไปสู่อวกาศ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อสำรวจโลกหรือเดินทางไปยังดาวดวงอื่น ยานอวกาศมี 2 ประเภท คือ ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม และยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุม 

        

• ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม (Manned Spacecraft) มีขนาดใหญ่ เพราะต้องมีปริมาตรพอที่มนุษย์อยู่อาศัยได้ และยังต้องบรรทุกปัจจััยต่างๆ ที่มนุษย์ต้องการ เช่น อากาศ อาหาร และเครื่องอำนวยความสะดวกในการยังชีพ เช่น เตียงนอน ห้องน้ำ  ดังนั้นยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุมจึงมีมวลมาก  การขับดันยานอวกาศที่มีมวลมากให้มีอัตราเร่งสูงจำเป็นต้องใช้จรวดที่บรรทุกเชื้อเพลิงจำนวนมาก ซึ่งทำให้มีค่าใช้จ่ายสูงมาก  ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุมได้แก่ ยานอะพอลโล (Apollo) ซึ่งนำมนุษย์ไปยังดวงจันทร์  

•  ยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุม (Unmanned Spacecraft) มีขนาดเล็กมากเมื่อเปรียบเทียบกับยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม ยานอวกาศชนิดนี้มีมวลน้อยไม่จำเป็นต้องใช้จรวดนำส่งขนาดใหญ่ จึงมีความประหยัดเชื้อเพลิงมาก อย่างไรก็ตามในการควบคุมยานในระยะไกลไม่สามารถใช้วิทยุควบคุมได้ เนื่องจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต้องใช้เวลาในการเดินทาง ยกตัวอย่างเช่น ดาวเสาร์อยู่ไกลจากโลกประมาณ 1 พันล้านกิโลเมตร หรือ 1 ชั่วโมงแสง  หากส่งคลื่นวิทยุไปยังดาวเสาร์ คลื่นวิทยุต้องใช้เวลานานถึง 1 ชั่วโมง ดังนั้นการควบคุมให้ยานเลี้ยวหลบหลีกก้อนน้ำแข็งบริเวณวงแหวนจะไม่ทัน  ยานอวกาศประเภทนี้จึงต้องมีสมองกลคอมพิวเตอร์และระบบซอฟต์แวร์ซึ่งฉลาดมาก เพื่อให้ยานอวกาศสามารถต้องปฏิบัติภารกิจได้เองทุกประการและแก้ไขปัญหาเฉพาะหน้าได้ทันท่วงที  เหตุผลอีกส่วนหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์นิยมใช้ยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุมในงานสำรวจระยะบุกเบิกและการเดินทางระยะไกล เนื่องจากการออกแบบยานไม่ต้องคำนึงถึงปัจจัยในการดำรงชีวิต ทำให้ยานสามารถเดินทางระยะไกลได้เป็นระยะเวลานานนอกเหนือขีดจำกัดของมนุษย์   ยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุมได้แก่ ยานแคสินี (Cassini spacecraft) ซึ่งใช้สำรวจดาวเสาร์ เป็นต้น

     ยุคอวกาศเริ่มขึ้นเมื่อสหภาพส่งดาวเทียมสปุตนิก 1 (Sputnik 1) ขึ้นสู่อวกาศในปี พ.ศ.2500 หลังจากนั้นการแข่งขันทางอวกาศในยุคสมัยของสงครามเย็นก็เริ่มขึ้น  ดาวเทียมที่ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเป็นลำดับที่ 2 ไม่ใช่ของสหรัฐอเมริกา แต่เป็นดาวเทียมสปุตนิก 2 (Sputnik 2) และสุนัขชื่อ ไลก้า (Laika) ของสหภาพโซเวียต และนักบินอวกาศคนแรกของโลกเป็นเป็นชาวรัสเซียชื่อ ยูริ กาการิน (Yuri Gagarin) ขึ้นสู่วงโคจรโลกด้วยยานอวกาศวอสต็อก (Vostok) ในปี พ.ศ.2504  ด้วยเหตุนี้ประธานาธิบดีจอห์น เอฟ เคเนดี้ จึงสนับสนุนโครงการอะพอลโลขององค์การ NASA จนนักบินอวกาศคนแรกที่เหยียบพื้นผิวดวงจันทร์คือ นีล อาร์มสตรอง (Neil Armstrong) โดยยานอะพอลโล 11 (Apollo 11) เมื่อปี พ.ศ.2512  จนกระทั่งสงครามเย็นสิ้นสุดลง ประเทศมหาอำนาจต่างๆ ได้ร่วมมือกันก่อสร้างสถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station) หรือ ISS ขึ้นไปโคจรรอบโลกตั้งแต่ปี พ.ศ.2541 เป็นต้นมา

ขอขอบคุณข้อมูลจาก: http://www.lesa.biz

                                   http://www.thaigoodview.com