บทที่ 3 : เทคโนโลยีอวกาศ

เทคโนโลยีอวกาศ  - ใบงานที่ 6

 1 กล้องโทรทรรศน์
กำลังขยายของกล้องโทรทรรศน์ คำนวณจากอัตราส่วนระหว่างความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ (fo) กับความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้ตา (fe)
ตัวอย่าง  กล้องโทรทรรศน์ประกอบด้วยเลนส์ใกล้ตาซึ่งมีความยาวโฟกัส 12 เซนติเมตร และเลนส์ใกล้วัตถุมีความยาวโฟกัส 72 เซนติเมตร กล้องโทรทรรศน์อันนี้มีกำลังขยายกี่เท่าและมีความยาวกล้องเท่าไร
1.1 กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง (Refractor)
        เป็นกล้องโทรทรรศน์ที่ใช้เลนส์ในการรวมแสง สามารถพบเห็นโดยทั่วไป มีใช้กันอย่างแพร่หลาย กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงส่วนมากมีขนาดเล็ก เหมาะสำหรับใช้สังเกตการณ์พื้นผิวดวงจันทร์และดาวเคราะห์ เนื่องจากให้ภาพคมชัด แต่มีข้อเสียคือ เมื่อส่องดูดาวที่สว่างมาก อาจมีความคลาดสี ถ้าหากคุณภาพของเลนส์ไม่ดีพอ
ภาพที่ 1  กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง
        กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงโดยทั่วไป ไม่เหมาะกับงานสำรวจ เนบิวลา และกาแล็กซี เนื่องจากเทห์วัตถุประเภทนี้ มีความสว่างน้อย จำเป็นต้องใช้กำลังรวมแสงสูง เลนส์ขนาดใหญ่ที่มีความยาวโฟกัสสั้น สร้างยาก และมีราคาแพงมาก เลนส์ที่มีขนาดใหญ่ ทำให้ลำกล้องยาวและมีน้ำหนักมาก ไม่สะดวกต่อการใช้งาน
1.2 กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง (Reflector)
         กล้องโทรทรรศน์ชนิดนี้ถูกคิดค้นโดย “เซอร์ ไอแซค นิวตัน“ จึงมีอีกชื่อหนึ่งว่า “กล้องโทรทรรศน์นิวโทเนียน” (Newtonian telescope) กล้องโทรทรรศน์ชนิดนี้ใช้กระจกเว้าแทนเลนส์นูน ทำให้มีราคาประหยัด กระจกขนาดใหญ่ให้กำลังรวมแสงสูง จึงเหมาะสำหรับใช้สังเกตการณ์ เทห์วัตถุที่อยู่ไกลมาก และไม่สว่าง เช่น เนบิวลา และ กาแล็กซี ถ้าเปรียบเทียบกับกล้องแบบหักเหแสง ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันแล้ว กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง จะมีราคาถูกกว่าประมาณสองเท่า
ภาพที่ 2  กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง
        อย่างไรก็ตาม กล้องนิวโทเนียนมีกระจกทุติยภูมิ ตรงปากลำกล้อง เพื่อสะท้อนแสงฉากขึ้นสู่เลนส์ตา ซึ่งอยู่ทางข้างลำกล้อง จึงเป็นอุปสรรคขวางทางเดินของลำแสง เมื่อเปรียบเทียบกล้องแบบหักเหแสง ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน กล้องแบบหักเหแสงจะให้ภาพสว่าง และคมชัดกว่า) และในทำนองเดียวกับกล้องชนิดหักเหแสง ยิ่งใช้กระจกขนาดใหญ่ และมีความยาวโฟกัสมากขึ้น ลำกล้องก็จะต้องใหญ่โตเทอะทะ และมีน้ำหนักมาก
ตัวอย่าง
 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble space Telescope:HST) เป็นดาวเทียมที่มีความซับซ้อนมาก สร้างขึ้นโดยตั้งชื่อตามเอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันและทีมงาน กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลถูกส่งเข้าวงโคจรของโลกด้วยยานขนส่งดิสคัฟเวอรี เมื่อวันที่ 25 เมษายน พ.ศ.2533
           กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเป็นกล้องชนิดสะท้อนแสงกระจกเว้า มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.4 เมตร ตัวกล้องกว้าง 4.3 เมตร ยาว 13.3 เมตร หนักประมาณ 11,360 กิโลกรัม ใช้พลังงานจากแผงเซลล์สุริยะที่ปีก 2 ข้าง กระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้ถูกเก็บไว้ในแบตเตอรีนิกเกิล-ไฮโดรเจนขนาดใหญ่ 6 ตัว โคจรอยู่สูงจากพื้นผิวโลก 512 กิโลเมตร (320 ไมล์) เพื่อปฏิบัติงานเหนือพื้นผิวโลก สามารถหลีกเลี่ยงปัญหาของการมองผ่านบรรยากาศของโลก และสามารถตรวจสอบการแผ่รังสีอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดได้ และยังสามารถสังเกตวัตถุท้องฟ้าได้ไกลถึง 14,000 ล้านปีแสง อุปกรณ์สำคัญที่ติดตั้งไปกับกล้องคือ ระบบคอมพิวเตอร์ กล้องถ่ายภาพมุมกว้าง เครื่องตรวจวัดสเปกตรัม เครื่องปรับทิศทางของกล้องโดยใช้ระบบควบคุมจากภาคพื้นดิน
           ตลอดเวลา 11 ปีที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลอยู่ในอวกาศได้ถ่ายภาพมาแล้วมากกว่า 390,000 ภาพ จากเป้าหมาย 15,700 แห่ง บนท้องฟ้า โคจรรอบโลกมากกว่า 64,240 รอบ หรือ 1.6 พันล้านไมล์ เทียบได้กับเดินทางไปกลับดวงอาทิตย์มาแล้ว 9 รอบ ในแต่ละวันจะส่งข้อมูลกลับมา 3-4 จิกะไบต์
กล้องโทรทัศน์อวกาศฮับเบิล
ที่มาhttp://topicstock.pantip.com/wahkor/topicstock/2009/02/X7483534/X7483534-11.jpg
1.3 กล้องโทรทรรศน์ชนิดผสม (Catadioptic)
ภาพที่ 3  กล้องโทรทรรศน์ชนิดผสม
      กล้องโทรทรรศน์แบบผสมแบ่งเป็นชนิดย่อย ๆ ได้หลายชนิด อาทิเช่น ชมิดท์-แคสสิเกรนส์ (Schmidt-Cassegrains), มักซูตอฟ-แคสสิเกรนส์ (Maksutov-Cassegrains) ซึ่งแต่ละชนิดจะมีความแตกต่างกันไป ตามองค์ประกอบทางทัศนูปกรณ์ ซึ่งอาจใช้เลนส์หรือกระจกผสมกัน แต่โดยหลักการแล้ว กล้องประเภทนี้เป็นกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง ซึ่งใช้กระจก 2 ชุด สะท้อนแสงกลับไปกลับมา เพื่อช่วยลดความยาวและน้ำหนักของลำกล้อง กล้องโทรทรรศน์แบบผสมบางชนิด อาจมีการนำเอาเลนส์มาใช้ในการแก้ไขภาพให้คมชัด แต่มิใช่เพื่อจุดประสงค์ในการรวมแสง ดังเช่น เลนส์ของกล้องแบบหักเหแสง เราจะพบว่า กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่อยู่ในหอดูดาว ส่วนใหญ่ มักจะเป็นกล้องโทรทรรศน์
แบบนี้
ขาตั้งกล้องโทรทรรศน์ แบ่งเป็น 2 ประเภท
1. ขาตั้งแบบอัลตาซิมุธ (Alt-azimuth Mount)   เป็นขาตั้งกล้องแบบพื้นฐาน ซึ่งหันกล้องได้ 2 แกน คือ หันตามแนวราบทางข้าง และกระดกขึ้นลงในแนวดิ่ง ขากล้องชนิดนี้เหมาะสำหรับการใช้งานดูวิวทั่วไป ดูนก หรือดูดาว ซึ่งไม่ใช้กำลังขยายสูง โดยทั่วไปจะพบเห็นใน 2 ลักษณะคือ แบบสามขา (Tripod) และแบบด๊อบโซเนียน (Dobsonian) ซึ่งใช้กับกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง
ภาพที่ 4  ขาตั้งกล้องแบบอัลตาซิมุธ (ด๊อบโซเนียน)
2. ขาตั้งแบบอีเควทอเรียล (Equatorial Mount)    เป็นขาตั้งซึ่งมีแกนเอียงขนานกับแกนของโลก แกนนี้จะเล็งไปยังตำแหน่งขั้วฟ้า (ใกล้ดาวเหนือ) และหมุนด้วยความเร็วเท่ากับโลกหมุนรอบตัวเอง ทำให้ลำกล้องชี้ไปยังดาวที่ต้องการตลอดเวลา (เรามองเห็นดาวบนฟ้าเคลื่อนที่เนื่องจากโลกหมุนรอบแกนของตัวเอง) ขากล้องชนิดนี้เหมาะ สำหรับการดูดาวที่ต้องใช้กำลังขยายสูงและงานถ่ายภาพทางดาราศาสตร์แต่ไม่เหมาะสำหรับในการส่องดูวิวบนพื้นโลก เนื่องจากแกนหมุนของกล้องเอียง ทำให้การกวาดกล้องไปตามขอบฟ้า ทำได้ยากลำบาก นอกจากนั้นขาตั้งกล้องแบบนี้ ยังมีน้ำหนัก และราคาสูงมาก
ภาพที่ 5  ขาตั้งกล้องแบบอีเควทอเรียล
กล้องโทรทรรศน์ชนิดแสง มีข้อจำกัดในการตรวจจับวัตถุที่อยู่ห่างไกลออกไป คือ สามารถใช้สังเกตได้เฉพาะวัตถุที่มีแสงที่ตาเรามองเห็นได้เท่านั้น ส่วนคลื่นชนิดอื่นๆ ที่ตาเรามองไม่เห็น เช่น คลื่นวิทยุ รังสีอินฟราเรด เป็นต้น จะไม่สามารถสังเกตได้ จึงมีผู้ประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์วิทยุขึ้นมา เพื่อใช้ในการรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นต่างๆ กัน
1.4 กล้องโทรทรรศน์วิทยุ (radio telescope) เป็นกล้องโทรทรรศน์ที่สามารถรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่น ในช่วงคลื่นวิทยุจากวัตถุบางชนิดจากท้องฟ้าได้
ส่วนประกอบของกล้องโทรทรรศน์วิทยุมี 3 ส่วนคือ
           1) ส่วนรับสัญญาณ ทำหน้าที่รับและรวมสัญญาณไปอยู่ที่จุดโฟกัสของจาน
           2) ส่วนขยายสัญญาณ ทำหน้าที่ขยายสัญญาณที่ส่งมาจากส่วนรับสัญญาณ
           3) ส่วนบันทึกสัญญาณ ทำหน้าที่แปลสัญญาณที่ถูกขยายให้ออกมาเป็นภาพ หรือรหัสบนแผ่นกระดาษ หรือจอรับภาพเป็นภาพ
           กล้องโทรทรรศน์ที่กล่าวมาเป็นกล้องที่ตั้งอยู่บนโลกและโลกมีบรรยากาศห่อหุ้ม คลื่นแม่เหล็กในช่วงคลื่นสั้น เช่น คลื่นรังสีเอกซ์ หรือคลื่นรังสีแกมมาที่แผ่ออกมาจากดาว จะไม่สามารถผ่านบรรยากาศของโลกได้ ดังนั้นจึงได้มีการสร้างกล้องโทรทรรศน์แล้วส่งขึ้นไปในอวกาศ ได้แก่ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลและกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา
2 ระบบขนส่งอวกาศ
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
ภาพที่ 1 หลักการส่งยานอวกาศ
   หมายเหตุ: ในทางปฏิบัติเราไม่สามารถส่งวัตถุขึ้นสู่อวกาศในแนวราบได้ เพราะโลกมีบรรยากาศห่อหุ้มอยู่ ความหนาแน่นของอากาศจะต้านทานให้วัตถุเคลื่อนที่ช้าลงและตกสู่พื้นเสียก่อนที่จะเข้าสู่วงโคจร  ด้วยเหตุนี้นักวิทยาศาสตร์จึงออกแบบวิถีของจรวดให้ขึ้นสู่ท้องฟ้าในแนวดิ่ง แล้วค่อยปรับวิถีให้โค้งขนานกับผิวโลกเมื่อเหนือชั้นบรรยากาศในภายหลัง
      การปฏิบัติภารกิจสำหรับระบบขนส่งอวกาศมีหลากหลายหน้าที่ ตั้งแต่การทดลองทางวิทยาศาสตร์ (ในสภาวะไร้น้ำหนัก) การส่งดาวเทียม การประกอบกล้องโทรทรรศน์อวกาศ การส่งมนุษย์ไปบนสถานีอวกาศ ฯลฯ ยานอวกาศจึงถูกออกแบบสำหรับบรรทุกคนได้ประมาณ 7-10 คน ปฏิบัติภารกิจได้นานตั้งแต่ไม่กี่ชั่วโมงหรืออาจใช้เวลาถึง 1 เดือน สำหรับโครงการขนส่งอวกาศขององค์การนาซามีอยู่ด้วยกัน 6 โครงการ คือ
1. โครงการเอนเตอร์ไพรส์
2. โครงการโคลัมเบีย
3. โครงการดิสคัฟเวอรี
4. โครงการแอตแลนติส
5. โครงการแชลแลนเจอร์
6. โครงการเอนเดฟเวอร์
ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันว่าโครงการแชลแลนเจอร์และโครงการโคลัมเบียประสบความสูญเสียครั้งร้ายแรง เมื่อยานทั้งสองเกิดระเบิดขึ้นขณะอยู่บนท้องฟ้า โดยระบบขนส่งอวกาศแชลแลนเจอร์ระเบิดเมื่อวันที่ 28 มกราคม 2529 ระหว่างเดินทางขึ้นสู่อวกาศไม่เพียงกี่นาทีด้วยสาเหตจากการรั่วไหลของก๊าซเชื้อเพลิงอุณหภูมิสูงจากรอยต่อของจรวดเชื้อเพลิงแข็งด้านขวาของตัวยาน ทำให้ก๊าซอุณหภูมิสูงดังกล่าวลามไปถึงถังเชื้อเพลิงภายนอกที่บรรจุไฮโดรเจนเหลว จึงเกิดการเผาไหม้อย่างรุนแรงและเกิดระเบิดขึ้น คร่าชีวิตนักบินอวกาศ 7 คน ส่วนระบบขนส่งอวกาศโคลัมเบียเกิดระเบิดขึ้นเมื่อวันที่ 1 กุมภาพันธ์ 2546 (17 ปี หลังการระเบิดของยานแชลแลนเจอร์) โดยวิศวกรนาซาเชื่อว่าอาจเพราะตัวยานมีการใช้งานยาวนานจนอาจทำให้แผ่นกันความร้อนที่หุ้มยานชำรุด ทำให้เกิดระเบิดขึ้นหลังจากนักบินกำลังพยายามร่อนลงสู่พื้นโลก แต่ทั้งสองเหตุการณ์ในสหรัฐอเมริกายังไม่ร้ายแรงเท่าเหตุการณ์ระเบิดของจรวดของสหภาพโซเวียตขณะยังอยู่ที่ฐาน เมื่อวันที่ 24 ตุลาคม 2503 โดยมีผู้เสียชีวิตจากเหตุการณ์ดังกล่าวถึง 165 คน โศกนาฏกรรมเหล่านี้ที่เกิดขึ้นแม้จะทำให้เกิดความสูญเสียทั้งชีวิตและทรัพย์สิน แต่มนุษย์ก็ยังไม่เลิกล้มโครงการอวกาศ ยังมีความพยายามคิดและสร้างเทคโนโลยีใหม่ๆ เพื่อความปลอดภัยและลดค่าใช้จ่ายให้มากขึ้น ด้วยเป้าหมายหลักของโครงการขนส่งอวกาศในอนาคตคือการสร้างสถานีอวกาศถาวรและการทดลองทางวิทยาศาสตร์อื่นๆ
8.3 การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีอวกาศ
1. มีการใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ในการศึกษา พัฒนา และประดิษฐ์อุปกรณ์ถ่ายภาพในช่วงคลื่น ๆ จากระยะไกล
2. ทำให้เครื่องรับและส่งสัญญาณมีประสิทธิภาพมากขึ้น แล้วนำอุปกรณ์และเครื่องส่งสัญญาณไปประกอบเป็นดาวเทียม ที่ถูกส่งขึ้นไปโคจรจรอบโลก
3. ทำให้สามารถสังเกตสิ่งต่าง ๆ บนโลกได้ระยะไกลในเวลาอันรวดเร็ว
4. ได้เรียนรู้สิ่งต่าง ๆ เกี่ยวกับเอกภพ โลก ดวงจันทร์ และดาวอื่น ๆ
5. ความก้าวหน้าด้านเทคโนโลยีอวกาศ ช่วยเปิดเผยความลี้ลับในอดีต และก่อให้เกิดประโยชน์ต่อมนุษย์ในด้านต่าง ๆ มากมาย
+++คำถาม+++

1.เพราะเหตุใดจึงต้องส่งกล้องโทรทรรศน์ขึ้นไปโคจรรอบโลกในการศึกษาวัตถุท้องฟ้า
ตอบ กล้องโทรทรรศน์ที่ส่ง ขึ้นไปพร้อมยานอวกาศนั้น จะมีอุปกรณ์สำคัญติดตั้งไปกับกล้อง คือ ระบบคอมพิวเตอร์ กล้องถ่ายภาพมุมกว้าง เครื่องตรวจวัดสเปกตรัม เครื่องปรับทิศทางของกล้อง ซึ่งข้อมูลต่างๆ ที่ได้จากกล้อง จะทำให้เราได้เห็นรายละเอียดต่างๆ ของวัตถุท้องฟ้า ช่วยให้เกิดความเข้าใจถึงส่วนประกอบในระบบสุริยะ การกำเนิดของดาวฤกษ์ โครงสร้างและการเปลี่ยนแปลงของกาแล็กซี
2.ยานขนส่งอวกาศปล่อยดาวเทียมสื่อสารให้เข้าสู่วงจรโคจรได้อย่างไร
ตอบ ยานขนส่งอวกาศปล่อยดาวเทียมสื่อสารให้เข้าสู่วงโคจรได้ โดยให้อยู่เหนือผิวโลก 35,880 กิโลเมตร ในระดับนี้ดาวเทียมจะเคลื่อนที่รอบโลกเร็วเท่ากับโลกหมุนรอบตัวเอง ดาวเทียมสื่อสารจึงปรากฏอยู่ที่ตำแหน่งเดิมบนท้องฟ้าตลอดเวลา
3.ท่านคิดว่าการอาศัยอยุ่ในอวกาศของมนุษย์อวกาศเป็นระยะเวลานานๆ มีผลกระทบจ่อมนุษย์อวกาศเหล่านั้นอย่างไรบ้าง
ตอบ การอาศัยอยู่ในอวกาศของ มนุษย์อวกาศ ภายในสภาพแวดล้อมแห่งความถ่วงของอวกาศ นักบินอวกาศจะพยายามดำเนินชีวิตประจำวันให้เหมือนอยู่บนโลกมากที่สุด แต่เนื่องจากไม่ถูกดึงดูดจากแรงโน้มถ่วงของโลก จึงมีสภาพไร้น้ำหนัก การกิน การนอน และการออกกำลังกายจึงมีปัญหาและถ้าอยู่ในอวกาศ เป็นระยะเวลานานๆ จะมีผลต่อกล้ามเนื้อ กล้ามเนื้อทุกส่วนจะมีขนาดเล็กลง ระบบสูบฉีดโลหิต หัวใจทำงานช้าลง กระดูกจะมีความหนาแน่นน้อยลง กระดูกจึงเปราะและแตกหักง่าย
4.การสำรวจอวกาศมีผลดีและผลเสียต่อมนุษย์และโลกอย่างไร
ตอบ - มีผลดีต่อมนุษย์และต่อโลกคือทำให้เข้าใจเรื่องราวต่างๆคือ
ส่วนประกอบในระบบสุริยะ ,การกำเนิดของดาวฤกษ์, โครงสร้างและการเปลี่ยนแปลงของกาแล็กซี
วิวัฒนาการของเอกภพการกำเนิดของโลก,หาคำตอบว่า มนุษย์เกิดมาได้อย่างไรและ การป้องกันโลกไม่ให้เกิดอันตรายจากการชนของวัตถุในอวกาศ
- ผลเสียที่มีต่อมนุษย์และต่อโลก
สิ้นเปลืองงบประมาณและ เกิดอันตรายต่อมนุษย์ หากดาวเทียมหรือยานอวกาศตกลงมาสู่พื้นโลก เช่น สถานีอวกาศเมียร์



ข้อมูลจาก
•LESA

สมัครสมาชิก: บทความ (Atom)