จรวดเป็นส่วนสำคัญของการสำรวจและความก้าวหน้าของมนุษย์ในอวกาศ เครื่องจักรอันน่าทึ่งเหล่านี้ควบคุมกฎแห่งฟิสิกส์เพื่อหลีกหนีจากแรงโน้มถ่วงของโลกและออกไปผจญภัยในจักรวาล บทเรียนนี้จะสำรวจแนวคิดพื้นฐานของวิทยาศาสตร์จรวด รวมถึงประวัติ วิธีการทำงานของจรวด และการประยุกต์ในการสำรวจอวกาศ
จรวด เป็นยานพาหนะที่ออกแบบมาเพื่อขนส่งน้ำหนักบรรทุกหรือมนุษย์จากพื้นผิวโลกสู่อวกาศ จรวดทำงานบนหลักการของการกระทำและปฏิกิริยา ตามที่อธิบายไว้ใน กฎการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน ซึ่งระบุว่าในทุกการกระทำจะมีปฏิกิริยาที่เท่ากันและตรงกันข้าม หลักการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการทำความเข้าใจว่าจรวดสามารถขับเคลื่อนตัวเองสู่อวกาศได้อย่างไร
ประวัติความเป็นมาของจรวดย้อนกลับไปในจีนโบราณ ซึ่งมีการบันทึกการใช้จรวดขับเคลื่อนครั้งแรกเพื่อจุดประสงค์ในการจุดพลุและการทหาร อย่างไรก็ตาม จุดเปลี่ยนที่แท้จริงของเทคโนโลยีจรวดมาพร้อมกับผลงานของ โรเบิร์ต เอช. ก็อดดาร์ด นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันที่ประสบความสำเร็จในการปล่อยจรวดเชื้อเพลิงเหลวลำแรกในปี พ.ศ. 2469 สิ่งนี้ปูทางไปสู่การพัฒนาจรวดที่มีความซับซ้อนมากขึ้นซึ่งสามารถบรรทุกมนุษย์ได้ในที่สุด และดาวเทียมขึ้นสู่อวกาศ
จรวดทำงานบนหลักการพื้นฐานของการขับไล่มวลด้วยความเร็วสูง ซึ่งสร้างแรงผลักดันในทิศทางตรงกันข้าม สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ทางคณิตศาสตร์โดย สมการจรวด :
\( \Delta v = v_e \ln \left( \frac{m_i}{m_f} \right) \)ที่ไหน:
สมการนี้แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพของจรวดขึ้นอยู่กับความเร็วไอเสียของจรวดและอัตราส่วนของมวลเริ่มต้นต่อมวลสุดท้ายอย่างไร
จรวดมีหลายประเภท ขึ้นอยู่กับชนิดของจรวดที่ใช้:
จรวดจำนวนมากได้รับการออกแบบให้มีหลายขั้นตอนเพื่อเข้าถึงอวกาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ละด่านจะมีเครื่องยนต์และจรวดของตัวเอง เมื่อเชื้อเพลิงในด่านหนึ่งหมด ด่านนั้นจะถูกทิ้งเพื่อลดน้ำหนัก ปล่อยให้ด่านต่อไปเดินทางต่อไปได้ เทคนิคการจัดเตรียมนี้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและความสามารถในการบรรทุกของจรวดได้อย่างมาก
จรวดได้ปฏิวัติวิธีที่เราสำรวจและใช้พื้นที่ มีหลายแอปพลิเคชัน ได้แก่ :
ภารกิจจรวดหลายภารกิจถือเป็นเหตุการณ์สำคัญในการสำรวจอวกาศ:
อนาคตของเทคโนโลยีจรวดมีแนวโน้มที่น่าเหลือเชื่อ โดยมีความก้าวหน้าที่มุ่งเน้นไปที่การนำกลับมาใช้ใหม่ ประสิทธิภาพ และความยั่งยืน บริษัทอย่าง SpaceX และ Blue Origin กำลังเป็นผู้นำในการพัฒนาจรวดที่สามารถลงจอดและตกแต่งใหม่ได้หลายเที่ยวบิน ซึ่งช่วยลดต้นทุนการเดินทางในอวกาศได้อย่างมาก นอกจากนี้ ยังมีการวิจัยเทคโนโลยีการขับเคลื่อนใหม่ๆ เช่น เครื่องขับไอออนและการขับเคลื่อนความร้อนนิวเคลียร์ เพื่อให้สามารถปฏิบัติภารกิจอวกาศได้นานขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น
จรวดเป็นรากฐานสำคัญของการสำรวจและการใช้พื้นที่ของเรา ตั้งแต่ยุคแรกๆ ของดอกไม้ไฟที่ใช้ดินปืนไปจนถึงจรวดหลายขั้นที่ซับซ้อนในปัจจุบัน เครื่องจักรอันน่าทึ่งเหล่านี้ได้เปิดโอกาสให้มนุษยชาติออกไปนอกโลกของเราและสำรวจพื้นที่อันกว้างใหญ่ ในขณะที่เทคโนโลยีก้าวหน้า ความเป็นไปได้ในการสำรวจและการเดินทางที่ขับเคลื่อนด้วยจรวดยังคงขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ซึ่งมีแนวโน้มว่าจะเกิดอนาคตอันน่าตื่นเต้นสำหรับการดำรงอยู่ของมนุษยชาติในจักรวาล
