ประเภทของจรวด

เราแบ่งประเภทของจรวดตามชนิดของเชื้อเพลิงออกเป็น 3 ประเภท คือ
  1. จรวดเชื้อเพลิงแข็ง มีโครงสร้างไม่ซับซ้อน แต่เมื่อการเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้นแล้ว ไม่สามารถหยุดได้ ตัวอย่างของจรวดเชื้อเพลิงแข็งได้แก่ บั้งไฟภาคอีสาน จรวดทำลายรถถัง เป็นต้น 

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


    ภาพที่ 1 จรวดเชื้อเพลิงเหลวและจรวดเชื้อเพลิงแข็ง

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

ภาพที่ 2 จรวดเชื้อเพลิงไอออน (ที่มา: The Why Files)

        จรวดแต่ละประเภทมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกันดังข้อมูลในตารางที่ 1  จรวดเชิ้อเพลิงแข็งมีแรงขับดันสูงสุดเนื่องจากการสันดาปเชื้อเพลิงรุนแรง สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมากและปฏิบัติการได้ไม่นาน จึงเหมาะสำหรับใช้ขับเคลื่อนยานอวกาศหรือดาวเทียมขึ้นสู่วงโครรรอบโลก   จรวดเชื้อเพลิงเหลวมีแรงขับดันปานกลางมีความปลอดภัยสูง เหมาะสำหรับการใช้งานภายในวงโคจร  จรวดไอออนมีแรงขับดันต่ำ ประหยัดเชื้อเพลิง จึงสามารถปฏิบัติการได้เป็นระยะเวลานาน เหมาะสำหรับการเดินทางระยะไกลระหว่างดาว ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงของดาวช่วยอยู่แล้ว 

ตารางที่ 1 เปรียบเทียบคุณสมบัติของจรวดแต่ละประเภท 

  จรวดเชื้อเพลิงแข็ง จรวดเชื้อเพลิงเหลว จรวดไอออน
โครงสร้าง เรียบง่าย สลับซับซ้อน เรียบง่าย
ขนาด มีมากมายหลายขนาด ขนาดใหญ่ เพราะต้องบรรทุกถังออกซิเจนไว้ภายใน ขนาดเล็ก
แรงขับดันมากที่สุดมาก น้อยที่สุด
ความสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง สูงที่สุด สูง น้อยมาก
ระยะเวลาที่ใช้สันดาป สั้นที่สุด ปานกลาง นานที่สุด
พิสัยปฏิบัติการ ใกล้ที่สุด  ปานกลางไกลที่สุด
ความปลอดภัยในการเดินทาง อันตรายมากที่สุด
เนื่องจากไม่สามามรถควบคุมการสันดาปได
 มีท่อทางและวาล์ว
จำนวนมาก 
อาจมีการรั่วไหลของเชือเพลิง 
 ปลอดภัยที่สุด 
เพราะใช้แก๊สเฉื่อยเป็นเชื้อเพลิง
ภารกิจที่เหมาะสม
 เอาชนะแรงโน้มถ่วงโลก 
 เพื่อทะยานขึ้นสู่วงโคจรรอบโลก
 ขับเคลื่อนในวงโคจร
และเดินทางระหว่างโลกกับดวงจันทร์
 การเดินทางระหว่างดาว

จรวดหลายท่อน

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

ภาพที่่ 3 ตัวอย่างจรวดหลายท่อน (ที่มา: Nextbigfuture)

        ภาพที่ 3 แสดงขนาดเปรียบเทียบของจรวดหลายท่อนชนิดต่างๆ 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