บทที่ 8 เรื่อง เทคโนโลยีอวกาศ

             เทคโนโลยีอวกาศเป็นการนำหลักการทางวิทยาศาสตร์ไปใช้ในการขยายขอบเขตการศึกษาค้นคว้าทางด้านดาราศาสตร์และอวกาศ และประยุกต์ความรู้ที่ได้มาพัฒนาความเป็นอยู่ของมนุษย์เพื่อความอยู่รอดอย่างมีความสุขและยั่งยืน

- กล้องโทรทรรศน์เป็นเครื่องมือขยายขอบเขตการเห็นของมนุษย์ ช่วยขยายให้เห็นรายละเอียดของดาวเคราะห์และวัตถุท้องฟ้าบางอย่าง ซึ่งนำไปสู่การปรับแก้ทฤษฎีความเชื่อให้สอดคล้องกับสิ่งที่พบเห็นในธรรมชาติ

1. กล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสง (Reflect telescope)

หลักการของกล้องโทรทัศน์ชนิดสะท้อนแสง
กล้องจะรับแสงที่เข้ามากระทบกับกระจกเว้าที่อยู่ท้ายกล้องที่เราเรียกว่า Primary Mirror แล้วรวมแสง สะท้อนกับกระจกระนาบหรือ ปริซึม เราเรียกว่า Secondary Mirror ที่อยู่กลางลำกล้อง เข้าสู่เลนซ์ตาขยายภาพอีกทีหนึ่ง

อัตราขยายของกล้อง = ความยาวโฟกัสของกระจกเว้า / ความโฟกัสของเลนซ์ตา

โครงสร้างภายในของกล้องแบบนิวโทเนียน หรือ กล้องแบบสะท้อนแสง

ข้อดีของกล้องชนิดนี้
1. ใช้กระจกเว้าเป็นตัวรวมแสง ทำให้สามารถสร้างขนาดใหญ่มากๆได้ ซึ่งจะมีราคาถูกกว่าเลนซ์ที่มีขนาดเท่ากัน
2. โดยทั้วไปกล้องชนิดนี้จะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5-6 นิ้วขึ้นไป ทำให้มีการรวมแสงได้มากเหมาะที่จะใช้สังเกตวัตถุระยะไกลๆ เช่น กาแลกซี เนบิวล่า เพราะมีความเข้มแสงน้อยมาก
3. ภาพที่ได้จากกล้องแบบสะท้อนแสง จะไม่กลับภาพซ้ายขวาเหมือนกล้องแบบหักเหแสง แต่การมองภาพอาจจะ หัวกลับบ้าง ขึ้นอยู่กับลักษณะการมองจากกล้องเพราะเป็นการมองที่หัวกล้อง ไม่ใช่ที่ท้ายกล้อง เหมือนกล้องแบบหักเหแสง
ข้อเสียของกล้องชนิดนี้
1. การสร้างนั้นยุ่งยากซับซ้อนมาก
2. มีกระจกบานที่สองสะท้อนภาพอยู่กลางลำกล้อง ทำให้กีดขวางทางเดินของแสง หากเส้นผ่านศูนย์กลาง กล้องเล็กมากๆ ดังนั้นกล้องแบบสะท้อนแสงนี้จะมักมีขนาดใหญ่ ตั้งแต่ 4.5 นิ้วขึ้นไป

2. กล้องโทรทรรศน์ชนิดหักเหแสง (Refract telescope)

เป็นอุปกรณ์ที่สามารถขยายวัตถุที่อยู่ในระยะไกล กาลิเลโอ เป็นบุคคลแรกที่ประดิษฐกล้องชนิดนี้ขึ้น ประกอบด้วยเลนซ์นูนอย่างน้อยสองชิ้น คือ เลนซ์วัตถุ (Object Lens)เป็นเลนซ์ด้านรับแสงจากวัตถุ ซึ่งจะมีความยาวโฟกัสยาว (Fo) และเลนซ์ตา (Eyepieces) เป็นเลนซ์ที่ติดตาเราเวลามอง ซึ่งมีความยาวโฟกัสสั้น (Fe) กว่าเลนซ์วัตถุมากๆ

อัตราการขยายของกล้อง = ความยาวโฟกัสเลนซ์วัตถุ Fo /ความยาวโฟกัสเลนซ์ตา Fe

หลักการของกล้องโทรทัศน์ชนิดหักเหแสง
เลนซ์วัตถุจะรับแสงจากวัตถุที่ระยะไกลๆแล้วจะเกิดภาพที่ตำแหน่งโฟกัส(Fo) เสมอ แล้ว เลนซ์ตัวที่สอง หรือ เลนซ์ตา (Fe) จะขยายภาพจากเลนซ์วัตถุอีกครั้ง ซึ่งต้องปรับระยะของเลนซ์ตา เพื่อให้ภาพจากเลนซ์วัตถุที่ตำแหน่ง Fo อยู่ใกล้กับ โฟกัสของเลนซ์ตา Fe และทำให้เกิดภาพชัดที่สุด

โครงสร้างภายในของกล้องแบบหักเหแสง ที่เลนซ์วัตถุมักจะให้เลนซ์สองแบบที่ทำมาจากวัสดุคนละประเภท เพื่อลดอาการคลาดสี

ข้อดีของกล้องแบบหักเหแสง
1. เป็นกล้องพื้นฐานที่สร้างได้ไม่ยากนัก
2. โดยทั่วไปจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยๆจึงมีน้ำหนักเบา
ข้อเสียของกล้องแบบหักเหแสง
1. เนื่องจากมีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อย ทำให้ปริมาณการรับแสงน้อยไม่เหมาะใช้ดูวัตถุไกลๆอย่าง กาแลกซีและเนบิวล่า
2. ใช้เลนซ์เป็นตัวหักเหแสง ทำให้เกิดการคลาดสีได้หากใช้เลนซ์คุณภาพไม่ดีพอ จึงต้องมีการใช้เลนซ์ หลายชิ้นประกอบกันทำให้มีราคาสูง
3. ภาพที่ได้จากกล้องแบบหักเหแสงจะให้ภาพหัวกลับและกลับซ้ายขวา คืออ่านตัวหนังสือไม่ได้นั่นเอง ดังนั้นกล้องแบบนี้จะต้องมี diagonal prism เพื่อช่วยแก้ไขภาพ

ประวัติการส่งยานอวกาศ

- พ. ศ. 1775 ชาวจีนใช้จรวดขับดันลูกธนูเป็นอาวุธ

- ประเทศไทยเล่นบั้งไฟในงานบุญ ( ไม่ได้บันทึกปี)

- พ. ศ. 2446 ไซออล คอฟสกี (Tsiokovski) ชาวรัสเซียได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้บุกเบิกความคิดในการเกิดทางระหว่างดาว ซึ่งต้องเดินทางผ่านห้วงอากาศ

- พ. ศ. 2469 โรเบิร์ต กอดดาร์ด (Robert Goddard) ชาวอเมริกันประสบความสำเร็จในการใช้จรวดเชื้อเพลิงเหลว

การส่งดาวเทียมและยานอวกาศขึ้นสู่อวกาศจะต้องอาศัยเทคโนโลยีจรวดเพื่อเอาชนะแรงดึงดูดของโลก ต่อมามีการพัฒนาระบบการขนส่งอวกาศซึ่งประกอบด้วย จรวดเชื้อเพลิงแข็ง ถังเชื้อเพลิงภายนอก และยานขนส่งอวกาศ ทำให้การส่งดาวเทียมและยานอวกาศมีประสิทธิภาพมากขึ้น สามารถนำชิ้นส่วนบางอย่างที่ใช้แล้วนำกลับมาใช้ใหม่ ตลอดจนการแก้ปัญหาเพื่อให้มนุษย์สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ในยานอวกาศด้วยการออกกำลังกาย

ความรู้วิทยาศาสตร์พื้นฐานกับการพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศ

- การส่งและควบคุมติดตามดาวเทียมและยานอวกาศอาศัยจรวดที่มีแรงขับดันจากเชื้อเพลิงเป็นหลัก ซึ่งเป็นไปตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 3 ของนิวตัน แรงกิริยาที่แก๊สร้อนถูกขับออกมาจากการเผาไหม้ เท่ากับแรงปฏิกิริยาที่กระทำต่อจรวด ส่งผลให้จรวดเคลื่อนที่ในทิศตรงข้าม ดังนั้นแรงดันของจรวดจะแปรตามความเร็วของแก๊สที่ถูกขับออกมาจากจรวด

- การพบอัตราส่วนที่เหมาะสมของเชื้อเพลิงกับสารที่ให้ออกซิเจน ซึ่งรวมกันเป็นสารขับดัน เช่น อัตราส่วนของสารขับดันที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนเหลว ( เชื้อเพลิง) กับออกซิเจนเหลว เป็น 1 : 1.5 โดยน้ำหนัก เป็นต้น

- ความรู้เกี่ยวกับความเร็วในวงโคจรของยานอวกาศที่ระดับความสูงต่าง ๆ โดยที่ยานอวกาศไม่ตกลงมาสู่พื้นโลก เช่น ที่ความสูง 160 กิโลเมตร ยานอวกาศต้องโคจรด้วยความเร็วประมาณ 7.8 กิโลเมตรต่อวินาที

- ความรู้เกี่ยวกับการผลิตพลังงานไฟฟ้าในอวกาศ ซึ่งอาจผลิตได้จากแหล่งต่อไปนี้

- เซลล์สุริยะ (solar cells)

- เซลล์เชื้อเพลิง (fuel cells)

- เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

จากความรู้และการพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศก่อให้เกิดประโยชน์ต่อมนุษย์ในด้านต่าง ๆ เช่น การพยากรณ์อากาศ โดยอาศัยข้อมูลจากดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา การสำรวจทรัพยากรของโลกจากดาวเทียมสำรวจทรัพยากร การสื่อสารโทรคมนาคมจากดาวเทียมสื่อสาร และการสังเกตการณ์ดาราศาสตร์จากดาวเทียมที่มีกล้องโทรทรรศน์และอุปกรณ์ดาราศาสตร์ และกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

ผลของความก้าวหน้าด้านอวกาศ

จากการสำรวจอวกาศทำให้เกิดความรู้ทางวิทยาศาสตร์เพิ่มขึ้นเป็นอย่างมาก ทั้งความรู้เกี่ยวกับโลก อวกาศในห้วงลึก และการพัฒนาเทคโนโลยีที่จำเป็นต่อโครงการอวกาศ เป็นผลให้มนุษย์ได้รับประโยชน์จากความรู้ดังกล่าว ได้แก่

- ความก้าวหน้าของระบบโทรคมนาคม

- การใช้ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรธรรมชาติ

- ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีด้วยเครื่องมือวัด เครื่องมือตรวจจับ วัสดุศาสตร์ และเทคโนโลยีพลังงาน

- การเพิ่มพูนความรู้ในเชิงลึกและกว้างทางดาราศาสตร์