หน้าแรก › ฟิสิกส์ › จรวดทำงานอย่างไร
ฟิสิกส์ · อวกาศ
จรวดทำงานอย่างไร
ขว้างมวลไปข้างหลังเพื่อขึ้นสู่วงโคจร
ในอวกาศไม่มีอะไรให้จรวดผลัก แต่จรวดก็เร่งความเร็วได้ถึงแปดกิโลเมตรต่อวินาที อีกสองสัปดาห์ จรวดของสหรัฐฯ ลำหนึ่งจะกลับมาบินอีกครั้ง หลังบูสเตอร์ตัวหนึ่งเสียหัวฉีดไป มาดูว่าจรวดทำงานอย่างไร ตั้งแต่บุญบั้งไฟที่ยโสธรไปจนถึงวงโคจร
หนังสามมิติโต้ตอบได้ 9 นาที 1903 ถึง ปัจจุบัน เผยแพร่ 30 ตุลาคม 2569
อ่านฉบับ English
สารบัญ บทนำ บทที่ I · ผลักและแรงผลักกลับ บทที่ II · ไฟและเชื้อเพลิง บทที่ III · สมการจรวด บทที่ IV · เครื่องยนต์และบูสเตอร์ บทที่ V · สู่วงโคจร บทส่งท้าย บทนำ ฟิสิกส์ · อวกาศ
ขว้างมวลไปข้างหลัง จรวดขึ้นสู่วงโคจรได้อย่างไร
วันที่ 12 กุมภาพันธ์ 2026 ไม่ถึงสามสิบวินาทีหลังออกจากฐาน หัวฉีด (nozzle) ของบูสเตอร์เชื้อเพลิงแข็งหนึ่งในสี่ตัวที่ติดข้างจรวดวัลแคน (Vulcan) เกิดขัดข้อง
จรวดยังขึ้นถึงวงโคจรได้ แต่ถูกสั่งงดบินนานเก้าเดือน ตอนนี้ United Launch Alliance ผู้สร้าง วางแผนส่งขึ้นบินอีกครั้งในวันที่ 13 พฤศจิกายน
ทำไมชิ้นส่วนเล็ก ๆ ชิ้นเดียวถึงสำคัญขนาดนี้ จะตอบได้ต้องเริ่มจากคำถามที่ง่ายกว่านั้น จรวดผลักอะไรเพื่อพาตัวเองขึ้นไป
ออกตัวด้วยบูสเตอร์ จรวดไต่ขึ้นด้วยบูสเตอร์เชื้อเพลิงแข็งหลายตัว ภาพนิ่งสร้างด้วย AI12 ก.พ. 2026 หัวฉีดบูสเตอร์เสียในเที่ยวบินที่ 4 (USSF-87)ก.พ.–ต.ค. สอบสวน ภารกิจทหารสี่ภารกิจย้ายไปจรวดอื่น13 พ.ย. 2026 กำหนดกลับมาบินช่วงพักของวัลแคน ทำไมไอเสียจึงดันจรวดไปข้างหน้า สมการจรวดและการแยกท่อน เครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวและบูสเตอร์เชื้อเพลิงแข็ง หัวฉีดเสียแล้วเกิดอะไรขึ้น ในภาพยนตร์นี้ บทที่ I · ผลักและแรงผลักกลับ บทที่ I
ผลักและแรงผลักกลับ จรวดผลักไอเสียของตัวเอง
จรวดไม่ได้ผลักพื้นหรือผลักอากาศ แต่ผลักไอเสียของตัวเอง ลองปล่อยลูกโป่งที่ไม่ได้มัดปาก มันจะพุ่งไปด้วยเหตุผลเดียวกัน อากาศพุ่งออกทางหนึ่ง ลูกโป่งก็พุ่งไปอีกทางหนึ่ง
ในเครื่องยนต์ เชื้อเพลิงเผาไหม้กับสารออกซิไดซ์ (oxidizer) ซึ่งเป็นสารที่ให้ออกซิเจนแก่การเผาไหม้ จนเกิดแก๊สร้อน แล้วเครื่องยนต์ก็ขว้างแก๊สนั้นออกทางท้ายด้วยความเร็วสูงมาก ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แก๊สจะผลักเครื่องยนต์กลับด้วยแรงเท่ากัน แรงผลักนั้นคือแรงขับ (thrust)
เพราะจรวดพกสารออกซิไดซ์ไปเอง จึงไม่ต้องใช้อากาศเลย นี่คือเหตุผลที่จรวดทำงานได้ในสุญญากาศของอวกาศ ซึ่งเครื่องยนต์ไอพ่นหรือใบพัดทำไม่ได้
แรงขับ เครื่องยนต์จรวดจุดทดสอบบนแท่น ภาพนิ่งสร้างด้วย AI“แรงขับเกิดขึ้นตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน”NASA “Rocket thrust” ศูนย์วิจัยเกล็นน์ของ NASA F rocket on gas = − F gas on rocket F_{\text{rocket on gas}} = -\,F_{\text{gas on rocket}} F rocket on gas = − F gas on rocket F F F แรง ขนาดเท่ากัน ทิศตรงข้าม กฎข้อที่สามของนิวตัน ไอพ่นใช้ออกซิเจนจากอากาศ จรวดพกทั้งเชื้อเพลิงและสารออกซิไดซ์ จรวดจึงทำงานได้ในสุญญากาศ จรวด กับ เครื่องยนต์ไอพ่น บทที่ I · ผลักและแรงผลักกลับ
แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยา
ศูนย์วิจัยเกล็นน์ของ NASA: แรงขับเกิดขึ้นตามกฎข้อที่สามของนิวตัน เครื่องยนต์เร่งไอเสียร้อนออกทางหัวฉีด และแรงปฏิกิริยาดันจรวดไปข้างหน้า สมการแรงขับของจรวดไม่มีพจน์ของอากาศที่ไหลเข้า เพราะจรวดพกสารออกซิไดซ์ไปเอง จึงทำงานได้ในสุญญากาศ ต่างจากเครื่องยนต์กังหันแก๊สหรือใบพัด
ลองดู: จุดเครื่องยนต์ แล้วดูไอเสียไปทางหนึ่ง จรวดไปอีกทางหนึ่ง
จรวดสามมิติเป็นแบบจำลองทั่วไปเพื่อการสอน ไม่ใช่สำเนาของจรวดลำใดจริง ขนาด เปลวไฟ และอนุภาคไอเสียวาดให้เห็นชัด ไม่ได้ตามสัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
NASA Glenn Research Center: rocket thrust แรงขับจะมากแค่ไหนขึ้นกับสองอย่าง คือมีแก๊สออกไปเท่าไรต่อวินาที และแก๊สนั้นออกไปเร็วแค่ไหน
นั่นคืองานของหัวฉีดรูประฆัง แก๊สถูกบีบผ่านคอคอด (throat) แคบ ๆ จนเร็วเท่าเสียง จากนั้น ต่างจากน้ำในสายยาง แก๊สที่เร็วกว่าเสียงจะยิ่งเร็วขึ้นเมื่อทางผ่านบานกว้างขึ้น จนเร็วถึงหลายกิโลเมตรต่อวินาที ถ้าไม่มีหัวฉีดที่ใช้การได้ แรงขับก็ลดลง จำเรื่องนี้ไว้ให้ดี เพราะจะได้ใช้ในบทที่สี่
วิศวกรวัดประสิทธิภาพเครื่องยนต์ด้วยแรงกระตุ้นจำเพาะ (specific impulse) คือแรงผลักรวมที่เชื้อเพลิงแต่ละกิโลกรัมให้ได้ เมื่อคิดเทียบกับน้ำหนักของมัน หน่วยจึงออกมาเป็นวินาที ยิ่งตัวเลขสูง ไอเสียก็ยิ่งเร็ว และจรวดก็ยิ่งใช้เชื้อเพลิงน้อยลง
F = m ˙ V e + ( p e − p 0 ) A e F = \dot{m}\,V_e + (p_e - p_0)\,A_e F = m ˙ V e + ( p e − p 0 ) A e m ˙ \dot{m} m ˙ มวลไอเสียต่อวินาที V e V_e V e ความเร็วไอเสียที่ปากหัวฉีด ( p e − p 0 ) A e (p_e - p_0)A_e ( p e − p 0 ) A e พจน์ความดัน เป็นศูนย์เมื่อความดันที่ปากหัวฉีดเท่ากับภายนอก สมการแรงขับของจรวด (NASA) ห้องเผาไหม้: แก๊สร้อน ความดันสูง คอคอด: จุดที่แคบที่สุด เร็วเท่าเสียง ส่วนบาน: แก๊สที่เร็วกว่าเสียงขยายตัวและเร็วขึ้น ผ่านหัวฉีด
มัค 1 ที่คอคอด จุดที่การไหลอั้นตัว
มัค > 1 ในส่วนบาน ยิ่งกว้างยิ่งเร็ว ความเร็วแก๊สในหัวฉีด (NASA) I s p = V e q g 0 I_{sp} = \dfrac{V_{eq}}{g_0} I s p = g 0 V e q V e q V_{eq} V e q ความเร็วไอเสียประสิทธิผล g 0 g_0 g 0 9.8 ม./วินาที² หน่วยจึงเป็นวินาที แรงกระตุ้นจำเพาะ (NASA) บทที่ I · ผลักและแรงผลักกลับ
แรงขับและแรงกระตุ้นจำเพาะ
NASA เกล็นน์: แรงขับ F = ṁ·Ve + (pe − p0)·Ae โดย ṁ คืออัตราการไหลของมวล ซึ่งถูกกำหนดที่คอคอดที่การไหลอั้นตัว Ve คือความเร็วที่ปากหัวฉีด ซึ่งขึ้นกับอัตราส่วนพื้นที่จากคอคอดถึงปากหัวฉีด และพจน์ความดันจะเป็นศูนย์เมื่อความดันที่ปากหัวฉีดเท่ากับความดันโดยรอบ แรงกระตุ้นจำเพาะคือแรงขับต่ออัตราการไหลของน้ำหนักเชื้อเพลิง เมื่อหารความเร็วไอเสียประสิทธิผลด้วย g₀ จะได้หน่วยเป็นวินาที
NASA เกล็นน์ การออกแบบหัวฉีด: การไหลอั้นตัวที่คอคอดซึ่งทำให้เร็วเท่าเสียง หลังจากนั้น ในการไหลที่เร็วกว่าเสียง พื้นที่ที่กว้างขึ้นทำให้ความเร็วเพิ่มขึ้น ขณะที่การไหลที่ช้ากว่าเสียงจะช้าลง
ลองดู: เพิ่มอัตราการไหลหรือความเร็วไอเสีย แล้วดูแรงขับเปลี่ยน ตัวเลขเป็นภาพประกอบ
จรวดสามมิติเป็นแบบจำลองทั่วไปเพื่อการสอน ไม่ใช่สำเนาของจรวดลำใดจริง ขนาด เปลวไฟ และอนุภาคไอเสียวาดให้เห็นชัด ไม่ได้ตามสัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
NASA Glenn Research Center: rocket thrust ;
NASA Glenn Research Center: nozzle design ;
NASA Glenn Research Center: specific impulse บทที่ II · ไฟและเชื้อเพลิง บทที่ II
ไฟและเชื้อเพลิง จากดินปืนสู่ออกซิเจนเหลว
ความคิดนี้เก่าแก่มาก ทุกเดือนพฤษภาคมที่ยโสธร ชาวบ้านจุดบั้งไฟที่ทำเองจากท่อพลาสติกอัดดินปืน เพื่อขอฝนจากพญาแถน ก่อนเริ่มฤดูทำนา
บั้งไฟเป็นจรวดเชื้อเพลิงแข็ง คือเชื้อเพลิงและสารออกซิไดซ์ผสมกันเป็นก้อนแข็งก้อนเดียว ที่เผาไหม้ไปจนหมด ส่วนจรวดเชื้อเพลิงเหลวจะเก็บเชื้อเพลิงกับสารออกซิไดซ์ไว้คนละถัง แล้วสูบเข้าไปในเครื่องยนต์
วันที่ 16 มีนาคม 1926 ที่ฟาร์มท่ามกลางหิมะในเมืองออเบิร์น รัฐแมสซาชูเซตส์ โรเบิร์ต ก็อดดาร์ด ปล่อยจรวดเชื้อเพลิงเหลวลำแรก ใช้น้ำมันเบนซินกับออกซิเจนเหลว บินอยู่ราวสองวินาทีครึ่ง ขึ้นสูง 41 ฟุต และตกห่างออกไป 184 ฟุต ในแปลงกะหล่ำปลี
บุญบั้งไฟ ยโสธร บั้งไฟทำเองบนค่ายไม้ไผ่ ภาพนิ่งสร้างด้วย AIแข็ง: เชื้อเพลิงกับสารออกซิไดซ์ผสมกันเป็นก้อนเดียว เหลว: เก็บแยกถัง แล้วสูบเข้าเครื่องยนต์ ก็อดดาร์ด 1926: น้ำมันเบนซิน + ออกซิเจนเหลว เชื้อเพลิงแข็ง กับ เชื้อเพลิงเหลว ออเบิร์น แมสซาชูเซตส์ ทุ่งหิมะกับโครงจรวดยุคแรก ภาพนิ่งสร้างด้วย AI
~2.5 วินาที ในอากาศ
41 ฟุต สูงราว 12.5 ม.
184 ฟุต ไกลราว 56 ม. การบินครั้งแรกของก็อดดาร์ด 16 มี.ค. 1926 (NASA) บทที่ III · สมการจรวด บทที่ III
สมการจรวด ราคาของความเร็ว
ยี่สิบสามปีก่อนก็อดดาร์ดจะได้บิน ในปี 1903 ครูชาวรัสเซียชื่อคอนสตันติน ซิออลคอฟสกี ตีพิมพ์งานศึกษาว่าจรวดจะไปถึงอวกาศได้อย่างไร งานนี้แสดงว่าความเร็วของจรวดขึ้นอยู่กับความเร็วของไอเสีย และยังเสนอให้ใช้เชื้อเพลิงเหลว ก่อนที่จะมีใครบินด้วยมันจริงถึงสองทศวรรษ
ทุกวันนี้เราเขียนเป็นสมการจรวด ความเร็วที่เพิ่มขึ้นเท่ากับความเร็วไอเสีย คูณลอการิทึมธรรมชาติของอัตราส่วนมวล คือมวลจรวดตอนเต็ม หารด้วยมวลตอนเชื้อเพลิงหมด
ลอการิทึมนี่แหละคือตัวปัญหา เพิ่มเชื้อเพลิงเป็นสองเท่า ความเร็วไม่ได้เพิ่มเป็นสองเท่า ลองเพิ่มอัตราส่วนมวลดู แล้วจะเห็นว่าความเร็วโตขึ้นช้าแค่ไหน
คาลูกา รัสเซีย ห้องทำงานของครูคนหนึ่งในต้นทศวรรษ 1900 ภาพนิ่งสร้างด้วย AI1898 ส่งให้วารสาร1903 ตีพิมพ์: จรวดส่งยานสู่วงโคจร เชื้อเพลิงเหลวบทความของซิออลคอฟสกี (Centennial of Flight) Δ v = V e ln ( m full m empty ) \Delta v = V_{e}\,\ln\!\left(\dfrac{m_{\text{full}}}{m_{\text{empty}}}\right) Δ v = V e ln ( m empty m full ) Δ v \Delta v Δ v ความเร็วที่เปลี่ยนไป V e V_e V e ความเร็วไอเสีย m full / m empty m_{\text{full}} / m_{\text{empty}} m full / m empty อัตราส่วนมวล สมการจรวดอุดมคติ (NASA) อัตราส่วนมวล 2 2.4 อัตราส่วน 4 4.8 อัตราส่วน 10 7.9 อัตราส่วน 20 10.3
ความเร็วที่ได้ เมื่อไอเสียเร็ว ≈3.43 กม./วินาที (Isp ≈ 350 วินาที) คำนวณจากสมการ โดยไม่คิดแรงโน้มถ่วงและแรงต้านอากาศบทที่ III · สมการจรวด
ซิออลคอฟสกีกับสมการจรวด
คณะกรรมการฉลองครบร้อยปีการบินของสหรัฐฯ: ซิออลคอฟสกี (1857–1935) ครูในแคว้นคาลูกา ส่งบทความ “สำรวจอวกาศด้วยอุปกรณ์จรวด” ไปเมื่อปี 1898 และได้ตีพิมพ์ในปี 1903 บทความนี้อธิบายการใช้จรวดส่งยานขึ้นวงโคจร แสดงว่าความเร็วและพิสัยของจรวดถูกจำกัดด้วยความเร็วไอเสีย และเสนอให้ใช้เชื้อเพลิงเหลว NASA เกล็นน์ “สมการจรวดอุดมคติ”: Δu = Veq·ln(MR) โดย MR คือมวลตอนเต็มหารด้วยมวลตอนว่าง และ Veq = Isp·g₀ สมการนี้ไม่คิดแรงยกและแรงต้าน ส่วนแรงโน้มถ่วงจะหักออกเท่ากับ g₀ คูณเวลาที่เครื่องยนต์ทำงาน
ลองดู: ตัวเลขบนจอใช้ความเร็วไอเสีย 3.4 กม./วินาที ใกล้กับตัวอย่างของ NASA สำหรับเครื่องยนต์ไฮโดรเจน–ออกซิเจนที่ Isp ≈ 350 วินาที
จรวดสามมิติเป็นแบบจำลองทั่วไปเพื่อการสอน ไม่ใช่สำเนาของจรวดลำใดจริง ขนาด เปลวไฟ และอนุภาคไอเสียวาดให้เห็นชัด ไม่ได้ตามสัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
US Centennial of Flight Commission: Konstantin Tsiolkovsky ;
NASA Glenn Research Center: the ideal rocket equation ดาวเทียมที่จะอยู่ในวงโคจรต่ำ ที่ความสูงราว 300 กิโลเมตร ต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วราว 7.8 กิโลเมตรต่อวินาที หรือราว 28,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
NASA ยกตัวอย่างการคำนวณไว้ ถ้าใช้เครื่องยนต์ไฮโดรเจนกับออกซิเจนที่ดี มวลจรวดตอนเต็มต้องมากราวสิบเท่าของมวลตอนว่าง นั่นแปลว่าราวร้อยละ 90 ของสิ่งที่ตั้งอยู่บนฐานคือเชื้อเพลิง และสัมภาระ (payload) มีเพียงราวร้อยละ 1
จรวดจึงแทบจะเป็นถังเชื้อเพลิงบินได้ ที่มีสัมภาระชิ้นเล็ก ๆ อยู่บนยอด สัมภาระที่เพิ่มขึ้นทุกกิโลกรัม ต้องใช้เชื้อเพลิงเพิ่มอีกหลายกิโลกรัม และเชื้อเพลิงนั้นก็ต้องใช้เชื้อเพลิงอีกเพื่อยกตัวมันเอง
7.8 กม./วินาที วงโคจรวงกลมที่ 300 กม. รอบละราว 90 นาที
11.2 กม./วินาที ความเร็วหลุดพ้น: ออกจากโลกไปเลย ความเร็ว (ESA) ส่วนใหญ่คือถัง ส่วนถังเชื้อเพลิงในโรงงานจรวด ภาพนิ่งสร้างด้วย AIเชื้อเพลิง ~90% โครงสร้างและเครื่องยนต์ ~9% สัมภาระ ~1%
จรวดบนฐาน ตามตัวอย่างของ NASA
~350 วินาที แรงกระตุ้นจำเพาะ เครื่องยนต์ไฮโดรเจน–ออกซิเจน
~10 อัตราส่วนมวลที่ต้องใช้สำหรับวงโคจรสูง 200 ไมล์ ตัวอย่างการคำนวณของ NASA สัมภาระมากขึ้น ต้องใช้เชื้อเพลิงมากขึ้น เชื้อเพลิงมากขึ้น ก็ต้องยกน้ำหนักมากขึ้น เชื้อเพลิงจึงต้องมีเชื้อเพลิงของตัวเองอีก ก้อนหิมะที่โตขึ้นเรื่อย ๆ บทที่ III · สมการจรวด
ความโหดร้ายของสมการ
ESA: ดาวเทียมในวงโคจรวงกลมสูง 300 กม. ต้องมีความเร็วราว 7.8 กม./วินาที (28,000 กม./ชม.) และโคจรครบรอบในราว 90 นาที ความเร็วหลุดพ้นคือ 11.2 กม./วินาที NASA เกล็นน์: เครื่องยนต์ไฮโดรเจนเหลว–ออกซิเจนเหลวที่มี Isp ราว 350 วินาที ถ้าจะขึ้นสู่วงโคจรสูง 200 ไมล์ (Δu ≈ 25,000 ฟุต/วินาที) ต้องมีอัตราส่วนมวลราว 10 แปลว่าราวร้อยละ 90 ของน้ำหนักตอนออกตัวคือเชื้อเพลิง และสัมภาระมีเพียงราวร้อยละ 1
“โครงสร้างและเครื่องยนต์” คือส่วนที่เหลือจากตัวอย่างของ NASA หลังหักเชื้อเพลิงและสัมภาระ
จรวดสามมิติเป็นแบบจำลองทั่วไปเพื่อการสอน ไม่ใช่สำเนาของจรวดลำใดจริง ขนาด เปลวไฟ และอนุภาคไอเสียวาดให้เห็นชัด ไม่ได้ตามสัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
ESA Kids: space velocity ;
NASA Glenn Research Center: the ideal rocket equation มีวิธีโกงสมการได้นิดหน่อย คือทิ้งน้ำหนักที่ไม่ต้องใช้แล้ว เรียกว่าการแยกท่อน (staging) ซิออลคอฟสกีเองก็ศึกษาจรวดหลายท่อนไว้ด้วย
เมื่อท่อนแรกใช้เชื้อเพลิงหมด มันจะแยกตัวหลุดออกไปพร้อมเครื่องยนต์หนัก ๆ แล้วท่อนที่สองที่เล็กกว่าจะจุดเครื่อง โดยไม่ต้องแบกน้ำหนักที่ไร้ประโยชน์เหล่านั้นอีก
ลองเปรียบเทียบดู มวลรวมเท่ากัน เครื่องยนต์เหมือนกัน สัมภาระเท่ากัน แต่ถ้าสร้างเป็นสองท่อน จรวดจะได้ความเร็วเพิ่มขึ้นราวร้อยละ 30
การแยกท่อน ท่อนแรกหลุดออกเหนือโลก ภาพนิ่งสร้างด้วย AIถังเปล่าคือน้ำหนักที่ไร้ประโยชน์ ทิ้งไปแล้ว ส่วนที่เหลือมีอัตราส่วนมวลสูงขึ้น แต่ละท่อนใช้เครื่องยนต์ที่เหมาะกับงานของตัวเองได้ ทำไมการแยกท่อนจึงช่วยได้ จรวดลำเดียวกัน สร้างสองแบบ (ภาพประกอบ) มวลตอนออกตัว 100 ตัน สัมภาระ 2 ตัน ไอเสีย 3.4 กม./วินาที ตัวเลขมวลสมมติบทที่ III · สมการจรวด
การแยกท่อน
คณะกรรมการฉลองครบร้อยปีการบินของสหรัฐฯ: ซิออลคอฟสกีขยายการศึกษาบูสเตอร์หลายท่อนในทศวรรษ 1920 และ 1930 การเปรียบเทียบบนจอใช้สมการจรวดอุดมคติของ NASA กับจรวดสมมติหนัก 100 ตัน สัมภาระ 2 ตัน ความเร็วไอเสีย 3.4 กม./วินาที ถ้าเป็นท่อนเดียวที่มีเชื้อเพลิง 90 ตัน โครงสร้าง 8 ตัน จะได้ความเร็วราว 7.9 กม./วินาที ถ้าแบ่งเป็นท่อนแรกเชื้อเพลิง 70 ตัน โครงสร้าง 6 ตัน และท่อนสองเชื้อเพลิง 20 ตัน โครงสร้าง 2 ตัน จะได้ราว 4.1 + 6.1 ≈ 10.3 กม./วินาที
ลองดู: สลับระหว่างท่อนเดียวกับสองท่อน
จรวดสามมิติเป็นแบบจำลองทั่วไปเพื่อการสอน ไม่ใช่สำเนาของจรวดลำใดจริง ขนาด เปลวไฟ และอนุภาคไอเสียวาดให้เห็นชัด ไม่ได้ตามสัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
US Centennial of Flight Commission: Konstantin Tsiolkovsky ;
NASA Glenn Research Center: the ideal rocket equation บทที่ IV · เครื่องยนต์และบูสเตอร์ บทที่ IV
เครื่องยนต์และบูสเตอร์ เชื้อเพลิงเหลวสำหรับแรงผลักยาว ๆ เชื้อเพลิงแข็งสำหรับแรงส่ง
วัลแคน ซึ่งบินครั้งแรกในเดือนมกราคม 2024 ผสมจรวดทั้งสองแบบไว้ด้วยกัน ท่อนแรก หรือท่อนหลัก (core stage) เผามีเทนเหลวกับออกซิเจนเหลวในเครื่องยนต์ขนาดใหญ่สองเครื่อง ส่วนท่อนบนเผาไฮโดรเจนเหลวกับออกซิเจน
ถ้าจะบรรทุกของหนักขึ้น ก็ติดบูสเตอร์เชื้อเพลิงแข็งไว้ด้านข้าง จะไม่ติดเลย สองตัว สี่ตัว หรือหกตัวก็ได้ บูสเตอร์ให้แรงผลักมหาศาลในช่วงนาทีแรก ๆ แล้วก็หลุดทิ้งไป จะใช้แบบไหนขึ้นกับว่าสัมภาระหนักแค่ไหนและต้องขึ้นไปสูงเพียงใด
เมื่อติดบูสเตอร์ครบหกตัว วัลแคนยกของได้ราว 27 ตันขึ้นสู่วงโคจรต่ำ ลองเพิ่มบูสเตอร์ดู แล้วดูแรงขับตอนออกตัวเพิ่มขึ้น
ท่อนแรก: เครื่องยนต์ BE-4 สองเครื่อง มีเทน + ออกซิเจนเหลว ท่อนบน Centaur V: เครื่องยนต์ RL10 สองเครื่อง ไฮโดรเจน + ออกซิเจน ความสูง: 61.6 ม. (แบบมาตรฐาน) วัลแคน เซนทอร์ (วิกิพีเดีย) ชิ้นส่วนขนาดใหญ่ ท่อนจรวดบนแท่นขนย้าย ภาพนิ่งสร้างด้วย AI
0 · 2 · 4 · 6 บูสเตอร์เชื้อเพลิงแข็ง GEM 63XL
27,200 กก. สู่วงโคจรต่ำ เมื่อติดหกตัว กำลังยก (วิกิพีเดีย) บทที่ IV · เครื่องยนต์และบูสเตอร์
เชื้อเพลิงเหลวและแข็งร่วมกัน
วิกิพีเดีย (วัลแคน เซนทอร์): ปล่อยครั้งแรก 8 มกราคม 2024 จากแหลมคานาเวอรัล บรรทุกยานลงดวงจันทร์ Peregrine (ยานลงจอดขัดข้องหลังแยกตัว ส่วนจรวดทำงานตามที่คาดไว้) ท่อนแรกมีเครื่องยนต์ BE-4 สองเครื่อง เผามีเทนเหลวกับออกซิเจนเหลว ท่อนบน Centaur V มีเครื่องยนต์ RL10 สองเครื่อง เผาไฮโดรเจนเหลวกับออกซิเจนเหลว ติดบูสเตอร์เชื้อเพลิงแข็ง GEM 63XL ของ Northrop Grumman ได้ 0, 2, 4 หรือ 6 ตัว สูง 61.6 ม. ในแบบมาตรฐาน และส่งของขึ้นวงโคจรต่ำได้ถึง 27,200 กก. เมื่อติดบูสเตอร์หกตัว
ลองดู: แท่งแรงขับเป็นค่าเปรียบเทียบเพื่อประกอบคำอธิบาย จรวดสามมิติเป็นแบบจำลองทั่วไป ไม่ใช่รูปร่างจริงของวัลแคน
จรวดสามมิติเป็นแบบจำลองทั่วไปเพื่อการสอน ไม่ใช่สำเนาของจรวดลำใดจริง ขนาด เปลวไฟ และอนุภาคไอเสียวาดให้เห็นชัด ไม่ได้ตามสัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
Wikipedia: Vulcan Centaur ทีนี้ลองนึกภาพบูสเตอร์สี่ตัวที่ดันไปพร้อมกัน ในเที่ยวบินที่สองของวัลแคนเมื่อตุลาคม 2024 และอีกครั้งในเที่ยวบินที่สี่เมื่อกุมภาพันธ์ 2026 หัวฉีดของบูสเตอร์ตัวหนึ่งเกิดเสีย
เมื่อไม่มีหัวฉีด บูสเตอร์ก็เร่งแก๊สให้เร็วไม่ได้ แรงขับจึงลดลง จรวดด้านหนึ่งจึงดันน้อยกว่าอีกด้าน ลองทำให้หัวฉีดเสียดูเองก็ได้ วิศวกรจาก ULA, Northrop Grumman ผู้ผลิตบูสเตอร์ และกองกำลังอวกาศ ร่วมกันสืบหาและพบปัจจัยที่เกี่ยวข้องหลายข้อ
ทั้งสองครั้ง ท่อนหลักชดเชยแรงที่หายไปได้ และจรวดยังขึ้นถึงวงโคจรที่วางไว้ แต่กองกำลังอวกาศสหรัฐฯ ก็พักการส่งภารกิจด้วยวัลแคน และย้ายภารกิจสี่ภารกิจไปใช้จรวดอื่น เที่ยวบินเดือนพฤศจิกายนจะใช้หัวฉีดที่ออกแบบใหม่ ขณะที่การทดสอบยังดำเนินต่อไป
หัวฉีด หัวฉีดที่ไหม้เกรียมบนแท่นทดสอบ ภาพนิ่งสร้างด้วย AI
< 30 วินาที หลังออกจากฐาน หัวฉีดเสีย
3 + 1 บูสเตอร์เต็มแรงสามตัว อ่อนแรงหนึ่งตัว
วงโคจร ยังไปถึงตามแผน เที่ยวบิน 4 วันที่ 12 ก.พ. 2026 (Spaceflight Now) สอบสวนโดย ULA, Northrop Grumman และกองกำลังอวกาศ ภารกิจทหารสี่ภารกิจย้ายไป SpaceX เที่ยวบินถัดไป: ดาวเทียม Amazon Leo 40 ดวง หลังเดือนกุมภาพันธ์ บทที่ IV · เครื่องยนต์และบูสเตอร์
เมื่อหัวฉีดเสีย
Spaceflight Now: ในเที่ยวบินที่สองของวัลแคน หัวฉีดของมอเตอร์ GEM 63XL หนึ่งในสองตัวแตกออก ในเที่ยวบินที่สี่ (USSF-87 วันที่ 12 กุมภาพันธ์ 2026) หัวฉีดของบูสเตอร์หนึ่งในสี่ตัวเสียภายในไม่ถึง 30 วินาทีหลังออกจากฐาน แต่จรวดยังขึ้นถึงวงโคจรที่ตั้งไว้แม้แรงขับจะลดลงและไม่สมดุล ทีมสอบสวนจาก ULA, Northrop Grumman และกองกำลังอวกาศสหรัฐฯ พบปัจจัยหลายข้อ เที่ยวบินถัดไปจะใช้หัวฉีดที่ปรับปรุงแบบ ขณะที่การทดสอบยังดำเนินต่อ วิกิพีเดีย: ในเที่ยวบินที่ 2 (4 ตุลาคม 2024) บูสเตอร์เสียหัวฉีด และหลังเที่ยวบินที่ 4 กองกำลังอวกาศพักการส่งภารกิจความมั่นคงด้วยวัลแคน Air & Space Forces Magazine: ภารกิจสี่ภารกิจย้ายจากวัลแคนไป SpaceX
ลองดู: ทำให้หัวฉีดเสีย ในแบบจำลองนี้เครื่องยนต์หลักหันมุมเพื่อรักษาทิศทางจรวด ซึ่งเป็นวิธีบังคับทิศทางที่ใช้กันทั่วไป มุมที่แสดงขยายให้เห็นชัดกว่าจริง
จรวดสามมิติเป็นแบบจำลองทั่วไปเพื่อการสอน ไม่ใช่สำเนาของจรวดลำใดจริง ขนาด เปลวไฟ และอนุภาคไอเสียวาดให้เห็นชัด ไม่ได้ตามสัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
Spaceflight Now (28 Oct 2026): United Launch Alliance announces mid-November return to flight for Vulcan ;
Wikipedia: Vulcan Centaur ;
Air & Space Forces Magazine (Oct 2026): ULA says Vulcan will launch again in November after a months-long pause บทที่ V · สู่วงโคจร บทที่ V
สู่วงโคจร พุ่งในแนวราบ ให้เร็วมาก
การขึ้นสู่วงโคจรไม่ใช่แค่การขึ้นให้สูง แต่คือการพุ่งไปในแนวราบให้เร็วมาก จรวดจะไต่ขึ้นพ้นอากาศหนาแน่นก่อน แล้วค่อย ๆ เอียงตัว ใช้เชื้อเพลิงส่วนใหญ่ไปกับการเร่งความเร็วในแนวราบ เมื่อเร็วถึงความเร็ววงโคจร มันจะตกอ้อมโลกไปเรื่อย ๆ แทนที่จะตกกลับลงมา
ผู้ไปถึงก่อนใครคือสปุตนิก 1 ที่สหภาพโซเวียตส่งขึ้นเมื่อวันที่ 4 ตุลาคม 1957 เป็นทรงกลมกว้าง 58 เซนติเมตร หนัก 83.6 กิโลกรัม โคจรรอบโลกทุก 98 นาที
ทุกวันนี้จรวดขนดาวเทียมไปทีละหลายดวง ดาวเทียมสำรวจโลก THEOS-2 ของไทยขึ้นไปกับจรวดเวกาของยุโรปจากเฟรนช์เกียนาในเดือนตุลาคม 2023 และเที่ยวบินถัดไปของวัลแคนก็จะขนดาวเทียมอินเทอร์เน็ตถึง 40 ดวงพร้อมกัน
เส้นโค้งสู่วงโคจร ภาพถ่ายเปิดหน้ากล้องนานของการปล่อยจรวดยามค่ำ ภาพนิ่งสร้างด้วย AIสปุตนิก 1 วันที่ 4 ต.ค. 1957 แบบจำลองแบบพิพิธภัณฑ์ของทรงกลมเล็กที่มีเสาอากาศสี่เส้น: 58 ซม. 83.6 กก. (NASA) ภาพนิ่งสร้างด้วย AI
58 ซม. เส้นผ่านศูนย์กลาง ราวลูกบอลชายหาด
83.6 กก. มวล
98 นาที ต่อหนึ่งรอบ สปุตนิก 1 (NASA) ดาวเทียมทั้งชุด ดาวเทียมแบบแบนซ้อนกันในฝาครอบสัมภาระ ภาพนิ่งสร้างด้วย AIบทส่งท้าย จรวดทุกลำ ตั้งแต่บั้งไฟบนค่ายไม้ไผ่ที่ใช้เป็นฐานยิงไปจนถึงวัลแคน ทำงานด้วยหลักการเดียวกัน ขว้างมวลไปข้างหลังให้เร็ว แล้วจรวดก็จะพุ่งไปข้างหน้า จากทุ่งนายโสธรถึงแหลมคานาเวอรัล ฟิสิกส์ก็เป็นแบบเดียวกัน
สมการจรวดทำให้การขึ้นสู่วงโคจรมีราคาแพง จรวดส่วนใหญ่คือเชื้อเพลิง และทุกชิ้นส่วนเล็ก ๆ ไปจนถึงหัวฉีดของบูสเตอร์ ต้องทำงานได้สมบูรณ์
หัวฉีดแบบใหม่จะไหวไหมในวันที่ 13 พฤศจิกายน ลองดูการปล่อยจรวดครั้งนั้น ตอนนี้คุณรู้แล้วว่าต้องดูอะไร
1903 ซิออลคอฟสกีตีพิมพ์ฟิสิกส์ของการบินด้วยจรวด1926 จรวดเชื้อเพลิงเหลวของก็อดดาร์ด1957 สปุตนิก 1 ขึ้นถึงวงโคจร2023 ส่งดาวเทียม THEOS-2 ของไทย2024 วัลแคนบินครั้งแรก13 พ.ย. 2026 วัลแคนกลับมาบินตามกำหนดจรวด ทีละก้าว ภาพนิ่งสร้างด้วย AI จรวดสามมิติเป็นแบบจำลองทั่วไป ตัวคำนวณใช้สมการจรวดอุดมคติ เกี่ยวกับภาพยนตร์นี้ ออกตัว: บูสเตอร์หกตัวจุดพร้อมกัน สองนาทีแรก: บูสเตอร์เผาหมดแล้วหลุด แยกท่อน: ท่อนบนจุดเครื่อง ดูอะไรในวันปล่อยจรวด
