บทที่ 8 เทคโนโลยีอวกาศ

กล้องโทรทรรศน์ 

คืออุปกรณ์ที่ใช้ขยายวัตถุท้องฟ้าโดยอาศัยหลักการรวมแสง เพื่อให้สามารถมองเห็นวัตถุท้องฟ้าที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า หรือทำให้มองเห็นได้ชัดขึ้น และมีขนาดใหญ่ขึ้น กล้องโทรทรรศน์ได้ถูกคิดค้นขึ้นครั้งแรกเมื่อปี ค.ศ. 1608 โดยฮานส์ ช่างทำแว่นคนหนึ่งซึ่งต่อมาค้นพบว่าหากนำเลนส์มาวางเรียงกับให้ได้ระยะที่ถูกต้องเลนส์สามารถขยายภาพที่อยู่ไกลๆได้ใกล้ขึ้น และ 1 ปีต่อมา กาลิเลโอ กาลิเลอิ ก็ได้ นำมาสำรวจท้องฟ้าเป็นครั้งแรกซึ่งในตอนนั้นเป็นกล้องหักเหแสงที่มีกำลังขยาย ไม่ถึง 30 เท่า เท่านั้นแต่ก็ทำให้เห็นรายละเอียดต่างๆมากมายของดวงดาวต่างๆที่ยังไม่เคย เห็นมาก่อนทำให้เป็นจุดเริ่มต้นของการเริ่มมาสำรวจท้องฟ้าโดยใช้กล้อง โทรทรรศน์ในที่สุด

กล้องโทรทรรศน์ชนิดหักเหแสง

 

กล้องโทรทรรศน์ชนิดหักเหแสงเป็นกล้องที่ถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรกโดยฮานส์ ช่างทำแว่นคนหนึ่ง ซึ่งต่อมาค้นพบว่าหากนำเลนส์มาวางเรียงกันให้ได้ระยะที่ถูกต้องเลนส์สามารถขยายภาพที่อยู่ไกลๆได้ใกล้ขึ้น และ 1 ปีต่อมา กาลิเลโอ กาลิเลอี ก็ได้ นำมาสำรวจท้องฟ้าเป็นครั้งแรกโดยตัวกล้องจะมีเลนส์ 2 ตัวขึ้นไปคือ เลนส์วัตถุ และเลนส์ตา โดยเลนส์วัตถุจะทำหน้าที่รับภาพจากวัตถุ แล้วหักเหแสงไปยังเลนส์ใกล้ตา ซึ่งเลนส์ใกล้ตาจะทำหน้าที่ขยายภาพจากเลนส์วัตถุอีกทีหนึ่ง โดยลักษณะการวางเลนส์จะใช้เลนส์วัตถุที่มี ความยาวโฟกัส ยาว และเลนส์ใกล้ตาที่มีความยาวโฟกัสสั้น โดยในการวางเลนส์ จะวางเลนส์วัตถุ (ความยาวโฟกัสยาว) ไว้ด้านหน้า และเลนส์ใกล้ตา (ความยาวโฟกัสสั้น) ไว้ด้านหลัง โดยระยะห่างของเลนส์ 2 ตัวนี้คือ ความยาวโฟกัสเลนส์วัตถุ + ความยาวโฟกัสเลนส์ตา เป็นต้น

สำหรับกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงของกาลิเลโอนั้น เลนส์วัตถุจะเป็นเลนส์นูน และเลนส์ตาจะเป็นจากเลนส์เว้า ซึ่งข้อดีของการใช้ระบบเลนส์แบบนี้คือภาพที่ได้จะเป็นภาพหัวตั้งโดยไม่ต้อง ใช้อุปกรณ์อื่นมาช่วย แต่ข้อเสียของการใช้เลนส์เว้าเป็นเลนส์ตาคือระบบกล้องจะมีมุมมองภาพที่แคบ มาก ต่อมา โยฮันเนส เคปเลอร์ได้ ใช้เลนส์นูนเป็นเลนส์ตาของกล้องโทรทรรศน์แทน ซึ่งทำให้ระบบกล้องโทรทรรศน์ให้ภาพกลับหัว และมีมุมมองภาพกว้างขึ้น ระบบเลนส์แบบนี้ได้ถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และใช้งานมาจนถึงปัจจุบัน

ข้อดีของกล้องโทรทรรศน์ชนิดนี้คือเป็นกล้องที่สร้างได้ง่ายและมีราคา เริ่มต้นที่ถูก และเมื่อมีขนาดของหน้ากล้องหรือขนาดของเลนส์วัตถุเท่ากันกล้องชนิดนี้เป็น กล้องชนิดที่สามารถให้แสงผ่านเข้าเลนส์ได้มากที่สุดเพราะไม่มีอะไรมาบังหน้า กล้องอยู่ จึงทำให้แสงผ่านเข้ากล้องได้มากกว่า 99 เปอร์เซ็นต์ทีเดียว อีกทั้งยังเก็บรักษาได้ง่ายเพราะเนื่องจากมีเลนส์ปิดหัวปิดท้ายกล้อง ทำให้ความชื้นหรือฝุ่นไม่สามารถเข้าไปในกล้องได้โดยง่าย จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับมือสมัครเล่นทั่วไป แต่กล้องชนิดนี้หากมีหน้ากล้องที่ใหญ่ขึ้นจะทำให้มีราคาแพงขึ้นจากกล้องชนิด อื่นมาก และสามารถผลิตได้ขนาดหน้ากล้องเล็ก และ เลนส์ที่มีคุณภาพไม่ดีมักจะมีความคลาดสีของเลนส์ เพราะดัชนีความหักเหของแสงไม่ เท่ากันทำให้แสงสีต่าง ๆ มักมีจุดโฟกัสไม่เท่ากันและเกิดรุ้งบริเวณขอบภาพในที่สุด วิธีการแก้ปัญหาในอดีตได้พยายามแก้ปัญหามานานแล้ว โดยการเพิ่มความยาวโฟกัสเลนส์วัตถุจนทำให้มีความคลาดสีน้อยลงแต่ยุ่งยากมาก และไม่สะดวกเป็นอย่างยิ่ง

กล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสง

 

กล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสงสร้างได้สำเร็จครั้งแรกในปี ค.ศ. 1668 โดย ไอแซค นิวตันซึ่งในตอนนั้นถือเป็นเรื่องที่ใหม่มากสำหรับวงการดาราศาสตร์ในสมัยนั้น หลักการทำงานของกล้องสะท้อนแสงจะใช้กระจกเว้าสะท้อน แสงแทนที่จะใช้เลนส์ในการหักเหแสง โดยยังมีหลักการที่คล้ายคลึงอยู่บ้างคือ จะใช้กระจกเว้าที่มีความยาวโฟกัสยาว (เหมือนเลนส์วัตถุของกล้องหักเหแสง) สะท้อนแสงจากวัตถุเข้าที่กระจกรองซึ่งจะสะท้อนแสงของวัตถุเข้าที่เลนส์ตาและ เข้าตาของผู้ใช้ในที่สุด โดยกล้องชนิดนี้มีข้อดีคือกล้องสามารถที่จะผลิตให้มีขนาดหน้ากล้องใหญ่มาก ๆ ได้ซึ่งจะทำให้สำรวจวัตถุที่จางบนท้องฟ้าได้ดีขึ้น และเมื่อเทียบกับกล้องหักเหแสงหากหน้ากล้องเท่ากันแล้วกล้องแบบสะท้อนแสงจะ มีราคาถูกกว่ามาก แต่ทั้งนี้ก็มีราคาเริ่มต้นที่ไม่ถูกนักเหมือนกับกล้องหักเหแสง และกล้องชนิดนี้ยังสามารถใช้สำรวจช่วงคลื่นได้หลากหลายกว่ากล้องหักเหแสง เพราะช่วงคลื่นเหล่านั้นจะไม่ถูกดูดซับโดยแก้วของเลนส์อีก ทั้งยังไม่พบปัญหาเรื่องความคลาดสีของกล้องหักเหแสงออกไปจนหมดเพราะกล้องใช้ หลักการการสะท้อนจะไม่มีปัญหาเรื่องความคลาดสีเข้ามาเกี่ยวข้อง

แต่กล้องชนิดนี้มีข้อเสียคือตรงหน้ากล้องจะมีกระจกรองบังหน้ากล้องอยู่ (เพื่อสะท้อนแสงจากกระจกเว้าเข้าสู่เลนส์ตา) จึงทำให้แสงผ่านเข้าได้น้อยลงและทำให้ภาพมืดลงด้วยด้วยสาเหตุนี่กล้องชนิด สะท้อนแสงจะต้องมีขนาดหน้ากล้องใหญ่เพื่อชดเชยข้อเสียดังกล่าวและจะทำให้ ราคาแพงขึ้นด้วยแต่ถึงอย่างไรก็ดีผู้ศึกษามักจะนิยมใช้กล้องสะท้อนแสง มากกว่ากล้องหักเหแสงเพราะมีราคาที่ถูกกว่าเมื่อหน้ากล้องเท่ากันและสามารถ เลือกซื้อกล้องที่มีหน้ากล้องใหญ่ ๆ ได้

 

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล 

 

คือ กล้องโทรทรรศน์ในวงโคจรของโลกที่กระสวยอวกาศดิสคัฟเวอรีนำส่งขึ้นสู่วงโคจรเมื่อเดือนเมษายน ค.ศ. 1990 ตั้งชื่อตามนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันชื่อ เอ็ดวิน ฮับเบิล กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลไม่ได้เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศตัวแรกของโลก แต่มันเป็นหนึ่งในเครื่องมือวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์การศึกษาดาราศาสตร์ที่ทำให้นักดาราศาสตร์ค้นพบปรากฏการณ์สำคัญต่าง ๆ อย่างมากมาย กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลเกิดขึ้นจากความร่วมมือระหว่างองค์การนาซาและองค์การอวกาศยุโรป โดยเป็นหนึ่งในโครงการหอดูดาวเอกขององค์การนาซาที่ประกอบด้วย กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล กล้องรังสีแกมมาคอมป์ตัน กล้องรังสีเอกซ์จันทรา และกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์

 ดาวเทียม 

 (อังกฤษ: satellite) คือ สิ่งประดิษฐ์ที่มนุษย์คิดค้นขึ้น ที่สามารถโคจรรอบโลก โดยอาศัยแรงดึงดูดของโลก ส่งผลให้สามารถโคจรรอบโลกได้ในลักษณะเดียวกันกับที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก และโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ วัตถุประสงค์ของสิ่งประดิษฐ์นี้เพื่อใช้ ทางการทหาร การสื่อสาร การรายงานสภาพอากาศ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์เช่นการสำรวจทางธรณีวิทยาสังเกตการณ์สภาพของอวกาศ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวอื่นๆ รวมถึงการสังเกตวัตถุ และดวงดาว ดาราจักร ต่างๆ

ความสัมพันธ์ระหว่างระดับสูงของดาวเทียมกับคาบวงโคจรรอบโลก

ความสูงจากผิวโลก (กิโลเมตร)	ความเร็วในวงโคจร (กิโลเมตรต่อชั่วโมง)	คาบเวลาในการโคจรรอบโลก 1 รอบ
160 1,609 35,786	28,102 25,416 11,052	1 ชั่วโมง 27.7 นาที 1 ชั่วโมง 57.5 นาที 24 ชั่วโมง

ประเภทของดาวเทียม แบ่งเป็น 5 ชนิดคือ

1. ดาวเทียมสื่อสาร
2. ดาวเทียมสำรวจ
3. ดาวเทียมพยากรณ์อากาศ
4. ดาวเทียมทางการทหาร
5. ดาวเทียมด้านวิทยาศาสตร์

ยานอวกาศ 

คือพาหนะหรืออุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อใช้ทำงานในอวกาศเหนือ ผิวโลก ยานอวกาศนี้อาจเป็นได้ทั้งแบบมีคนบังคับหรือแบบไม่มีคนบังคับก็ได้ สำหรับภารกิจของยานอวกาศนี้จะมีทั้ง การสื่อสารทั่วไป, การสำรวจโลก, การทำเส้นทาง เป็นต้น บางทีคำว่ายานอวกาศนี้ยังใช้เรียกอธิบาย ดาวเทียม ได้ด้วยเช่นกัน

เชื้อเพลิงที่ใช้ในการส่งยานอวกาศเป็นเชื้อเพลิง

           ในปี พ.ศ. 2446 ไชออลคอฟสกี (Tsiolkovaki) ชาวรัสเซีย  ค้นคว้าเกี่ยวกับเชื้อเพลิงสำหรับใช้ในเครื่องยนต์จรวด   เสนอว่าการใช้เชื้อเพลิงแข็งอย่างเดียวจะไม่มีแรงขับดันสูงพอที่จะนำยาน อวกาศพ้นจากพื้นโลกขึ้นสู่อวกาศได้   ควรใช้เชื้อเพลิงเหลว   ซึ่งแยกเชื้อเพลิงและสารที่ช่วยในการเผาไหม้ออกจากกันการนำจรวดมาต่อเป็น ชั้นๆ   จะช่วยลดมวลของจรวดลงเพราะว่าจรวดชั้นแรกใช้เชื้อเพลิงหมดก็ปลดทิ้งไป   และให้จรวดชั้นต่อไปทำหน้าที่ต่อ   จนถึงจรวดชั้นสุดท้ายที่ติดกับดาวเทียมหรือยานอวกาศ   จะมีความเร็วสุดท้ายพอที่จะเอาชนะแรงดึงดูดของโลกขึ้นสู่อวกาศได้
          หลักการส่งยานอวกาศของไวออลคอฟสกีถือเป็นหลักการสำคัญในการเดินทางสู่อวกาศ
          ในปี พ.ศ. 2469 โรเบิร์ต กอดดาร์ด (Robert Goddard) ชาวอเมริกัน   ประสบความสำเร็จในการสร้างจรวดเชื้อเพลิงเหลว   โดยใช้ออกซิเจนเหลวเป้นสารที่ช่วยในการเผาไหม้อยู่ในถังหนึ่ง   และไฮโดรเจนเหลวเป็นเชื้อเพลิงอยู่ในอีกถังหนึ่ง
          ได้มีการพัฒนาจรวดเชื้อเพลิงเหลวมาเป็นลำดับ   กระทั่งสหภาพโซเวียตประสบความสำเร็จในการใช้จรวดสามท่อนสำหรับส่งยานอวกาศ   หรือดาวเทียมที่มีน้ำหนักมากขึ้นสู่อวกาศ   เนื่องจากการแข่งขันกันระหว่างประเทศมหาอำนาจ

ระบบการขนส่งอวกาศ 

ถูกพัฒนาและออกแบบให้สามารถนำชิ้นส่วนบางอย่างที่ใช้แล้วกลับมาใช้ใหม่ให้มากที่สุด ระบบขนส่งอวกาศประกอบด้วย 3 ส่วนหลัก คือ จรวดเชื้อเพลิงแข็ง ถังเชื้อเพลิงภายนอกและยานขนส่งอวกาศ มวลรวมเมื่อ ขึ้นจากฐานประมาณ 2,041,200 กิโลกรัม มวลเมื่อยานร่อนลงจอดประมาณ 96,163 กิโลกรัม 

สถานีอวกาศนานาชาติ 

(อังกฤษ: International Space Station; ISS) เป็นห้องทดลองและสถานอำนวยความสะดวกสำหรับงานค้นคว้าวิจัยในระดับนานาชาติซึ่งถูกประกอบขึ้นในวงโคจรต่ำของโลก การก่อสร้างเริ่มต้นขึ้นตั้งแต่ปี ค.ศ. 1998 และมีแผนดำเนินการเสร็จสิ้นในปี ค.ศ. 2012 ขณะที่การปฏิบัติการจะดำเนินต่อไปอย่างน้อยจนถึงปี ค.ศ. 2020 หรืออาจเป็นไปได้ถึงปี ค.ศ. 2028 เราสามารถมองเห็นสถานีอวกาศนานาชาติได้ด้วยตาเปล่าจากพื้นโลก เนื่องจากสถานีอวกาศแห่งนี้เป็นสิ่งก่อสร้างที่ใหญ่ที่สุดที่อยู่ในระดับวงโคจรของโลก โดยมีมวลมากกว่าสถานีอวกาศใดๆที่มนุษย์เคยสร้างมาก่อนหน้านี้ทั้งหมด สถานีอวกาศนานาชาติทำหน้าที่เป็นห้องทดลองวิจัยอย่างถาวรในอวกาศ ทำการทดลองด้านต่าง ๆ ได้แก่ ชีววิทยา ชีววิทยามนุษย์ ฟิสิกส์ ดาราศาสตร์ และ อุตุนิยมวิทยา ซึ่งต้องอาศัยการทดลองในสภาวะที่มีแรงโน้มถ่วงน้อยมากๆ สถานีอวกาศแห่งนี้ยังทำหน้าที่เป็นสถานที่ทดสอบสำหรับระบบกระสวยอวกาศที่มี ประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ ซึ่งจำเป็นต้องใช้สำหรับปฏิบัติการระยะยาวเพื่อการไปสู่ดวงจันทร์และดาวอังคาร การทดลองและการบริหารสถานีอวกาศนานาชาติดำเนินการโดยคณะนักบินอวกาศซึ่งอยู่ปฏิบัติหน้าที่ในระยะยาว สถานีเริ่มปฏิบัติการนับแต่ลูกเรือถาวรคณะแรก คือ เอ็กซ์เพดิชั่น 1 ที่ไปถึงสถานีอวกาศตั้งแต่ 2 พฤศจิกายน ค.ศ. 2000 จนถึงเดือนมิถุนายน ค.ศ. 2011 คณะลูกเรือชุด เอ็กซ์เพดิชั่น 28 อยู่ในระหว่างปฏิบัติหน้าที่นับรวมแล้วปฏิบัติการนี้ได้ดำเนินการมาเป็นเวลากว่า 10 ปี และถือเป็นสถิติการอยู่อาศัยของมนุษย์ในอวกาศโดยไม่ขาดความต่อเนื่องที่ยาว นานที่สุดอีกด้วย