เชื้อเพลิงจรวดประเภทต่าง ๆ มีอะไรบ้าง? เรียนรู้เกี่ยวกับเชื้อเพลิงจรวดที่เป็นของแข็งและของเหลว และการเปลี่ยนแปลงของเชื้อเพลิงจรวดเมื่อเวลาผ่านไป

การออกแบบจรวดเป็นเรื่องเกี่ยวกับการแลกเปลี่ยน: สินค้าทุกปอนด์พิเศษที่จรวดจำเป็นต้องยกขึ้นจากพื้นผิวโลกต้องใช้เชื้อเพลิงมากขึ้น ในขณะที่เชื้อเพลิงใหม่ทุกๆ บิตจะเพิ่มน้ำหนักให้กับจรวด น้ำหนักกลายเป็นปัจจัยที่ใหญ่กว่าเมื่อพยายามหายานอวกาศที่ไกลถึงดาวอังคาร ลงจอดที่นั่น และกลับมาอีกครั้ง ดังนั้น ผู้ออกแบบภารกิจจึงต้องมีไหวพริบและมีประสิทธิภาพมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เมื่อต้องค้นหาว่าจะบรรจุอะไรไว้บนเรือเพื่อมุ่งสู่อวกาศและต้องใช้จรวดชนิดใด

ข้ามไปที่มาตรา

เชื้อเพลิงจรวด 2 ประเภท
จรวดต้องการอะไรอีกนอกจากเชื้อเพลิง?
เชื้อเพลิงจรวดมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป?
เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ MasterClass ของ Chris Hadfield

Chris Hadfield สอนการสำรวจอวกาศ Chris Hadfield สอนการสำรวจอวกาศ

อดีตผู้บัญชาการของสถานีอวกาศนานาชาติสอนคุณเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ของการสำรวจอวกาศและสิ่งที่จะเกิดขึ้นในอนาคต

เรียนรู้เพิ่มเติม

เชื้อเพลิงจรวด 2 ประเภท

เชื้อเพลิงหลักที่ใช้ในการนำจรวดออกจากพื้นโลกมีอยู่ 2 ประเภท คือ ของแข็งและของเหลว ในสหรัฐอเมริกา NASA และหน่วยงานด้านอวกาศส่วนตัวใช้ทั้งสองอย่าง

จรวดแบบแข็งนั้นเรียบง่ายและเชื่อถือได้ เช่นเดียวกับเทียนโรมัน และเมื่อจุดไฟแล้วจะไม่มีการหยุดพวกมัน: พวกมันจะเผาไหม้จนกว่ามันจะหมด และไม่สามารถควบคุมเพื่อควบคุมแรงขับได้ เชื้อเพลิงแข็งเป็นส่วนผสมที่ปกติจะประกอบด้วยตัวออกซิไดเซอร์ที่เป็นของแข็ง (เช่น แอมโมเนียมไนเตรต แอมโมเนียมไดไนตราไมด์ แอมโมเนียมเปอร์คลอเรต โพแทสเซียมไนเตรต) ในสารยึดเกาะพอลิเมอร์ (สารยึดเกาะ) ผสมกับสารประกอบที่มีพลัง (เช่น HMX, RDX) สารเติมแต่งโลหะ (เช่น . เบริลเลียม อะลูมิเนียม) พลาสติไซเซอร์ สารเพิ่มความคงตัว และตัวปรับอัตราการเผาไหม้ (เช่น คอปเปอร์ออกไซด์ เหล็กออกไซด์)
จรวดเหลวให้แรงขับแบบดิบน้อยกว่า แต่สามารถควบคุมได้ ทำให้นักบินอวกาศควบคุมความเร็วของจรวดได้ และแม้กระทั่งปิดและเปิดวาล์วจรวดเพื่อปิดและเปิดจรวด ตัวอย่างของเชื้อเพลิงเหลว ได้แก่ ออกซิเจนเหลว (LOX); ไฮโดรเจนเหลว หรือไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ร่วมกับไฮดราซีน (N2H4), MMH หรือ UDMH

สารขับดันแก๊สบางครั้งใช้ในบางงาน แต่ส่วนใหญ่ใช้ไม่ได้กับการเดินทางในอวกาศ สารขับดันเจลสนใจนักฟิสิกส์บางคนเนื่องจากแรงดันไอต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับสารขับเคลื่อนของเหลว ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงของการระเบิด สารขับดันเจลทำตัวเหมือนสารขับดันที่เป็นของแข็งในการจัดเก็บและเหมือนจรวดของเหลวที่ใช้งานอยู่

จุดประสงค์ของการเขียนเรียงความอธิบายคืออะไร

จรวดต้องการอะไรอีกนอกจากเชื้อเพลิง?

ในการที่จะนำวัตถุขึ้นสู่อวกาศ แน่นอนว่าคุณต้องมีเชื้อเพลิง คุณต้องใช้ออกซิเจนในการเผาไหม้ พื้นผิวแอโรไดนามิกและเครื่องยนต์ที่สั่นไหวเพื่อบังคับทิศทาง และที่ไหนสักแห่งเพื่อให้สิ่งที่ร้อนออกมาเพื่อให้แรงขับเพียงพอ

เชื้อเพลิงและออกซิเจนถูกผสมและจุดไฟภายในเครื่องยนต์จรวด จากนั้นส่วนผสมที่ระเบิดและลุกไหม้จะขยายตัวและเทออกทางด้านหลังของจรวดเพื่อสร้างแรงขับที่จำเป็นในการขับเคลื่อนไปข้างหน้า เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เครื่องบินซึ่งทำงานในชั้นบรรยากาศและสามารถนำอากาศไปรวมกับเชื้อเพลิงเพื่อทำปฏิกิริยาการเผาไหม้ได้ จรวดจำเป็นต้องสามารถทำงานในที่ว่างในอวกาศซึ่งไม่มีออกซิเจน ดังนั้น จรวดจึงต้องไม่เพียงบรรทุกเชื้อเพลิงเท่านั้น แต่ยังต้องจัดหาออกซิเจนด้วย เมื่อคุณดูจรวดบนแท่นปล่อยจรวด สิ่งที่คุณเห็นส่วนใหญ่เป็นเพียงแค่ถังเชื้อเพลิงและออกซิเจน ซึ่งจำเป็นต่อการเข้าสู่อวกาศ

Chris Hadfield สอนการสำรวจอวกาศ Dr. Jane Goodall สอนการอนุรักษ์ Neil deGrasse Tyson สอนการคิดเชิงวิทยาศาสตร์และการสื่อสาร Matthew Walker สอนวิทยาศาสตร์ของการนอนหลับที่ดีขึ้น

เชื้อเพลิงจรวดมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป?

มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในเคมีพื้นฐานของเชื้อเพลิงจรวดตั้งแต่เริ่มต้นการบินในอวกาศ แต่มีการออกแบบในการทำงานสำหรับจรวดที่ประหยัดเชื้อเพลิงมากขึ้น

เพื่อที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพ จรวดจะต้องกินน้ำมันน้อยลง ซึ่งหมายความว่าเชื้อเพลิงจะต้องไหลออกมาทางด้านหลังให้เร็วที่สุดเพื่อให้มีโมเมนตัมตามที่ต้องการและบรรลุแรงขับแบบเดียวกัน ก๊าซไอออไนซ์ที่ขับผ่านหัวฉีดจรวดโดยใช้เครื่องเร่งแม่เหล็ก มีน้ำหนักน้อยกว่าเชื้อเพลิงจรวดแบบเดิมอย่างมาก อนุภาคไอออไนซ์จะถูกผลักออกทางด้านหลังของจรวดด้วยความเร็วสูงอย่างเหลือเชื่อ ซึ่งจะชดเชยน้ำหนักหรือมวลของพวกมันเพียงเล็กน้อย

การขับดันด้วยไอออนทำงานได้ดีสำหรับการขับเคลื่อนที่ยาวนานและยั่งยืน แต่เนื่องจากมันสร้างแรงกระตุ้นจำเพาะที่ต่ำกว่า จนถึงตอนนี้มันใช้งานได้กับดาวเทียมขนาดเล็กที่อยู่ในวงโคจรอยู่แล้วเท่านั้น และยังไม่ได้ขยายขนาดสำหรับยานอวกาศขนาดใหญ่ การทำเช่นนี้จะต้องใช้แหล่งพลังงานที่ทรงพลัง—บางทีอาจเป็นนิวเคลียร์ หรือสิ่งที่ยังไม่ได้ประดิษฐ์ขึ้น

เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการสำรวจอวกาศใน MasterClass ของ Chris Hadfield