จรวดเอสแอลเอส จอมพลังรุ่นใหม่ของนาซา
ภารกิจอาร์เทมิส 1 ได้ทะยานขึ้นสู่อวกาศแล้วเมื่อเวลา 13:47 น. ของวันที่ 16 พฤจิกายน 2565 เป้าหมายคือ มุ่งหน้าสู่ดวงจันทร์ตามก้าวแรกในภารกิจนำมนุษย์กลับไปดวงจันทร์อีกครั้งขององค์การนาซา
เมื่อเรามองภาพการส่งจรวดของอาร์เทมิส1 สิ่งหนึ่งที่เห็นโดดเด่นเป็นสง่าบนฐานส่งจรวดคือ จรวดลำยักษ์สูงเสียดฟ้าที่มีชื่อว่า เอสแอลเอส (Space Launch System) ซึ่งได้ชื่อว่าเป็นจรวดที่ทรงพลังที่สุดในโลกที่ยังประจำการอยู่
จรวดเอสแอลเอสในภารกิจอาร์เทมิส1 มีความสูง 98.1 เมตร มีจรวดใหญ่สีส้มเข้มเป็นลำแกน และมีจรวดเล็กสองลำสีขาวขนาบข้าง เมื่อมองเผิน ๆ อาจรู้สึกว่าจรวดรุ่นนี้มีความละม้ายคล้ายคลึงกับกระสวยอวกาศ ซึ่งเป็นระบบขนส่งอวกาศของนาซาที่ปลดระวางไปแล้ว ต่างเพียงแค่เอายานโคจรที่มีรูปร่างคล้ายเครื่องบินออกเท่านั้นเอง หากใครคิดว่าเอสแอลเอสคือกระสวยอวกาศที่ถอดยานโคจรออกก็เกือบถูกเลยทีเดียว เพราะวิศวกรออกแบบจรวดเอสแอลเอสโดยใช้ระบบขับดันของกระสวยอวกาศเป็นพื้นฐานจริง ๆ
ไม่เพียงแต่พัฒนาขึ้นมาจากกระสวยอวกาศเท่านั้นแม้แต่ชิ้นส่วนจรวดบางชิ้นรวมถึงเครื่องยนต์ก็ถอดเอาจากกระสวยอวกาศมาใช้ ดังนั้นจะกล่าวว่าเอสแอลเอสเป็นทายาทสายตรงของกระสวยอวกาศก็ไม่ผิดนัก
มาทบทวนความหลังกันสักนิดกระสวยอวกาศ คือยานขนส่งอวกาศของนาซาที่เป็นที่คุ้นตากันมากที่สุด มีทั้งสิ้นห้าลำ ได้แก่ แชลเลนเจอร์ ดิสคัฟเวอรี โคลัมเบีย แอตแลนติส และเอนเดฟเวอร์ มีลักษณะเหมือนจรวดมัดติดกับเครื่องบิน ส่วนประกอบหลักของกระสวยอวกาศมีสามส่วน ได้แก่ จรวดเชื้อเพลิงแข็ง ถังเชื้อเพลิงภายนอก และ ยานโคจร จรวดเชื้อเพลิงแข็งคือจรวดลำผอมสีขาวสองลำที่อยู่ด้านข้าง เป็นจรวดขับดันที่ใช้เชื้อเพลิงแข็ง เป็นส่วนที่ให้กำลังหลักในการยกยานขึ้นสู่ท้องฟ้า ส่วนชิ้นส่วนทรงกระบอกใหญ่สีส้มเข้มลำกลางที่ดูคล้ายจรวดคือถังเชื้อเพลิงภายนอก ไม่มีเครื่องยนต์ที่ด้านท้าย จึงไม่ใช่จรวด ภายในมีถังบรรจุไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจนเหลวซึ่งใช้เป็นเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์สำหรับยานโคจร ยานโคจรคือส่วนที่ดูเหมือนเครื่องบิน เป็นส่วนที่ลูกเรืออาศัยอยู่และเป็นยานสำหรับบรรทุกสัมภาระขึ้นสู่อวกาศ เช่นดาวเทียมหรือมอดูลสถานีอวกาศต่าง ๆ ท้ายยานโคจรคือเครื่องยนต์หลัก ที่มีท่อลำเลียงเชื้อเพลิงมาจากถังเชื้อเพลิงภายนอก
การเดินทางของกระสวยอวกาศในช่วงขาขึ้นจะขึ้นแบบจรวดนั่นคือจะพุ่งขึ้นจากแท่นส่งจรวดในแนวดิ่ง ส่วนขากลับโลกจะลงแบบเครื่องบิน โดยยานโคจรจะร่อนลงบนรันเวย์เหมือนเครื่องบินทั่วไป เมื่อเริ่มออกเดินทาง จรวดเชื้อเพลิงแข็งและเครื่องยนต์หลักในยานโคจรจะจุดขึ้นเกือบพร้อมกันเพื่อผลักดันกระสวยอวกาศทั้งหมดขึ้นจากฐานส่ง หลังจากทะยานขึ้นสู่ท้องฟ้าได้ราว 2 นาที เมื่อเชื้อเพลิงในจรวดเชื้อเพลิงแข็งหมดก็จะปลดตัวเองออกไป ตัวถังเปล่าของจรวดเชื้อเพลิงแข็งจะตกลงสู่มหาสมุทรโดยมีร่มชูชีพประคอง รอให้เรือมาลากกลับเข้าฝั่งเพื่อชำระชะล้างและแยกส่วนเพื่อรอการนำไปประกอบใช้ซ้ำในเที่ยวบินอื่นต่อไป
หลังจากที่ปลดจรวดเชื้อเพลิงแข็งออกไปแล้วส่วนที่เหลือได้แก่ยานโคจรและถังเชื้อเพลิงภายนอกจะมุ่งหน้าต่อไปโดยแรงขับของเครื่องยนต์หลัก เมื่อกระสวยอวกาศใกล้เข้าสู่วงโคจรรอบโลก ก็จะปลดถังเชื้อเพลิงภายนอกทิ้งไป เครื่องยนต์หลักก็ไม่ได้ใช้งานอีกต่อไป การดันยานเข้าสู่วงโคจรจะเป็นหน้าที่ของเครื่องยนต์ชุดเล็กอีกชุดหนึ่งที่อยู่ด้านท้ายยานโคจร
เมื่อจะกลับเข้าสู่โลกยานโคจรจะกลับตัวแล้วเดินเครื่องท้ายยานเพื่อลดความเร็วลง ทำให้ระดับวงโคจรลดต่ำลงอย่างช้า ๆ จนในที่สุดก็เข้าสู่บรรยากาศโลก หลังจากนั้นยานโคจรก็จะกลายเป็นเครื่องร่อนที่จะประคองตัวจนมาลงจอดบนรันเวย์ เป็นอันเสร็จสิ้นการเดินทาง
ในแต่ละเที่ยวบินของกระสวยอวกาศมีเพียงถังเชื้อเพลิงภายนอกเท่านั้นที่ต้องทิ้งไปส่วนจรวดเชื้อเพลิงแข็งและยานโคจรจะนำไปใช้งานซ้ำได้ในภายหลัง กระสวยอวกาศจึงเป็นอวกาศยานแบบใช้ซ้ำบางส่วน
ส่วนประกอบหลักของเอสแอลเอสคือจรวดเชื้อเพลิงแข็ง จรวดแกน และจรวดตอนที่สอง
การวางตำแหน่งสัมภาระของเอสแอลเอสได้หวนกลับไปใช้แบบดั้งเดิมนั่นคือนำสัมภาระทั้งหมดของจรวดไปไว้ที่ส่วนยอดจรวด ไม่ใช้ยานโคจรแบบเครื่องบินอีกต่อไป นอกจากนี้ยังละทิ้งแนวคิดการเป็นอวกาศยานใช้ซ้ำของกระสวยอวกาศไปจนหมดสิ้น ชิ้นส่วนทุกชิ้นของจรวดเอสแอลเอสจะถูกใช้เพียงครั้งเดียว ไม่มีการนำกลับมาใช้ซ้ำ
จรวดสีขาวผอมเพรียวสองลำด้านข้างเป็นจรวดเชื้อเพลิงแข็งใช้ชิ้นส่วนแบบเดียวกับจรวดเชื้อเพลิงแข็งของกระสวยอวกาศ แต่เพิ่มจำนวนปล้องจาก 4 ปล้องเป็น 5 ปล้อง จรวดเชื้อเพลิงแข็งของเอสแอลเอสจึงดูผอมเพรียว เพราะยาวกว่า ส่งแรงขับได้นานกว่า มีความสูง 53.8 เมตร เส้นผ่านศูนย์กลาง 3.6 เมตร หนัก 727 ตัน
เชื้อเพลิงคือผงอะลูมินัมผสมแอมโมเนียมเพอร์คลอเรตประสานด้วยอะคริโลโนไตรล์โพลีบิวทาไดอีน ให้แรงยก 16,000 กิโลนิวตันต่อท่อน
จรวดเชื้อเพลิงแข็งนี้มีเวลาทำงานสั้นที่สุดเพียง126 วินาที แต่เป็นส่วนสำคัญที่สุดในการพาเอสแอลเอสขึ้นสู่ท้องฟ้า เพราะข้อดีสำคัญของจรวดเชื้อเพลิงแข็งคือให้แรงขับสูงมาก แรงขับ 75 เปอร์เซ็นต์ของเอสแอลเอสมาจากจรวดเชื้อเพลิงแข็งนี้
ส่วนจรวดสีส้มเข้มลำกลางเป็นจรวดจริงๆ ด้านใต้ติดเครื่องยนต์อาร์เอส-25 สี่เครื่องที่ถอดมาจากยานโคจรของกระสวยอวกาศ มีความสูง 64.6 เมตร เส้นผ่านศูนย์กลาง 8.4 เมตรเท่ากับถังเชื้อเพลิงภายนอกของกระสวยอวกาศ ใช้ไฮโดรเจนเหลว 2 ล้านลิตรเป็นเชื้อเพลิง และออกซิเจนเหลว 741,941 ลิตรเป็นออกซิไดเซอร์ เครื่องยนต์อาร์เอส-25 แต่ละเครื่องให้แรงขับ 2,278 กิโลนิวตันในสุญญากาศ หรือ 1,852 กิโลนิวตันที่ระดับน้ำทะเล
สีส้มเข้มของจรวดแกนของเอสแอลเอสไม่ใช่สีที่ทาตกแต่งจรวดแต่เป็นสีของโฟมที่เคลือบตัวถังจรวดเพื่อเป็นฉนวนกันความเย็นรั่วไหล จรวดลำแกนของเอสแอลเอสใช้ออกซิเจนเหลวและไฮโดรเจนเหลวซึ่งเย็นจัด เมื่อมีการถ่ายของเหลวทั้งสองมายังถังเก็บภายในจรวด จะเสียความเย็นผ่านถังไป จึงต้องมีการฉีดพ่นโฟมเคลือบเพื่อเป็นฉนวนกันความเย็นรั่วไหล โฟมนี้เดิมมีสีเหลือง แต่เมื่อตากแดดสีจึงคล้ำลงกลายเป็นสีส้มเข้ม ถังเชื้อเพลิงภายนอกของกระสวยอวกาศและตัวจรวดของจรวดตระกูลเดลตาก็เคลือบด้วยโฟมฉนวนชนิดนี้เหมือนกันจึงดูมีสีส้มเข้มเหมือนกัน
โฟมฉนวนนี้เองที่เป็นต้นเหตุของปัญหาจนนำมาสู่โศกนาฏกรรมของกระสวยอวกาศโคลัมเบียในปี2546 เนื่องจากขณะส่งจรวด โฟมชิ้นใหญ่ชิ้นหนึ่งได้หลุดจากถังเชื้อเพลิงภายนอกมากระแทกเข้าใส่ขอบปีกของยานโคจร ชิ้นส่วนที่ขอบปีกทำจากคาร์บอน-คาร์บอนเสริมแรงที่ทนความร้อนสูงได้ดีแต่เปราะบางมาก เมื่อถูกชนจึงแตกหักและเกิดรอยรั่วที่ปีก รอยรั่วนี้ไม่ก่อปัญหาขณะขึ้นสู่อวกาศและขณะยังอยู่ในวงโคจร แต่ในขากลับโลก ความร้อนจากการปะทะบรรยากาศได้รั่วไหลผ่านรอยรั่วเข้าไปทำลายตัวยานจนแหลกสลาย มนุษย์อวกาศทั้งเจ็ดคนเสียชีวิต อย่างไรก็ตามปัญหานี้จะไม่เกิดกับเอสแอลเอสเพราะไม่มียานโคจรที่เปราะบางเกาะอยู่ด้านข้าง
ถัดจากท่อนแรกของลำแกนขึ้นไปคือจรวดตอนบนที่มีชื่อว่า ไอซีพีเอส (ICPS--Interim Cryogenic Propulsion Stage) มีความสูง 13 เมตร ใช้เครื่องยนต์เครื่องเดียว เป็นเครื่องยนต์อาร์แอล 10 เครื่องยนต์ชนิดนี้เป็นแบบเดียวกับที่ใช้ในเครื่องยนต์ท่อนที่สองในจรวดเดลตา 4 ของยูไนเต็ตลอนช์อัลไลอันซ์ ให้แรงขับดัน 110 กิโลนิวตัน ใช้ไฮโดรเจนเหลวเป็นเชื้อเพลิง
เมื่อขึ้นจากฐานส่งจรวดเชื้อเพลิงแข็งและจรวดแกนจะจุดขึ้นเกือบพร้อมกัน ทั้งสามท่อนให้แรงขับรวม 39 ล้านนิวตัน ซึ่งมากกว่าจรวดแซตเทิร์น 5 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์
หลังจากขึ้นพ้นพื้นโลกไปได้สองนาทีเศษเชื้อเพลิงในจรวดเชื้อพลิงแข็งก็หมดไปและถูกปลดออกไปก่อน ขณะนั้นจรวดมีความเร็วประมาณ 6,400 กิโลเมตรต่อชั่วโมง สูงจากพื้นดิน 43 กิโลเมตร จรวดแกนที่ยังเดินเครื่องอยู่จะทำหน้าที่ต่อไปอีกจนเวลาผ่านไป 8 นาทีเศษ เมื่อจรวดมีความเร็วใกล้ถึงความเร็วที่ต้องใช้ในวงโคจรรอบโลก จรวดแกนจะถูกปลดออกไป หลังจากนั้นจรวดตอนบนจะทำหน้าที่ต่อ ตั้งแต่ดันยานเข้าสู่วงโคจรรอบโลก ซึ่งมีความเร็วประมาณ 28,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง จากนั้นก็จะผลักดันให้มีความเร็วสูงขึ้นถึง 36,200 กิโลเมตรต่อชั่วโมงเพื่อให้พ้นจากวงโคจรและมุ่งหน้าสู่ดวงจันทร์ จรวดตอนบนของเอสแอลเอสจึงมีระยะเวลาทำงานนานที่สุด
เมื่อพ้นวงโคจรโลกไปแล้วจรวดตอนบนก็จะถูกสลัดทิ้งไป เป็นอันหมดหน้าที่ของจรวดเอสแอลเอส พลังขับเคลื่อนต่อจากนี้ไปจะใช้เครื่องยนต์หลักของยานโอไรอันแทน
จรวดเอสแอลเอสจึงนับเป็นจรวดสองตอนตอนที่หนึ่งคือจรวดเชื้อเพลิงแข็งและจรวดแกน เนื่องจากเครื่องยนต์ทั้งสามลำนี้จุดขึ้นพร้อมกัน จึงนับเป็นตอนเดียวกัน และตอนที่สองคือจรวดตอนบน
จรวดเอสแอลเอสจะใช้ไอซีพีเอสเป็นจรวดตอนบนเพียงในอาร์เทมิส1-3 เท่านั้น นับจากอาร์เทมิส 4 จะใช้จรวดตอนบนอีกแบบหนึ่ง คือ อียูเอส (EUS--Exploration Upper Stagte) ซึ่งมีแรงขับสูงกว่า ใช้เครื่องยนต์อาร์แอล 10 ซี-3 (RL10C-3)
เมื่อเรามองภาพการส่งจรวดของอาร์เทมิส
ทายาทของกระสวยอวกาศ
จรวดเอสแอลเอสในภารกิจอาร์เทมิส
ไม่เพียงแต่พัฒนาขึ้นมาจากกระสวยอวกาศเท่านั้น
มาทบทวนความหลังกันสักนิด
การเดินทางของกระสวยอวกาศในช่วงขาขึ้นจะขึ้นแบบจรวด
หลังจากที่ปลดจรวดเชื้อเพลิงแข็งออกไปแล้ว
เมื่อจะกลับเข้าสู่โลก
ในแต่ละเที่ยวบินของกระสวยอวกาศมีเพียงถังเชื้อเพลิงภายนอกเท่านั้นที่ต้องทิ้งไป
คืนสู่สามัญ
ส่วนประกอบหลักของเอสแอลเอสคือ
การวางตำแหน่งสัมภาระของเอสแอลเอสได้หวนกลับไปใช้แบบดั้งเดิม
จรวดสีขาวผอมเพรียวสองลำด้านข้างเป็นจรวดเชื้อเพลิงแข็ง
เชื้อเพลิงคือผงอะลูมินัม
จรวดเชื้อเพลิงแข็งนี้มีเวลาทำงานสั้นที่สุดเพียง
ส่วนจรวดสีส้มเข้มลำกลางเป็นจรวดจริง
สีส้มเข้มของจรวดแกนของเอสแอลเอสไม่ใช่สีที่ทาตกแต่งจรวด
โฟมฉนวนนี้เองที่เป็นต้นเหตุของปัญหาจนนำมาสู่โศกนาฏกรรมของกระสวยอวกาศโคลัมเบียในปี
ถัดจากท่อนแรกของลำแกนขึ้นไป
เมื่อขึ้นจากฐานส่ง
หลังจากขึ้นพ้นพื้นโลกไปได้สองนาทีเศษ
เมื่อพ้นวงโคจรโลกไปแล้ว
จรวดเอสแอลเอสจึงนับเป็นจรวดสองตอน
จรวดเอสแอลเอสจะใช้ไอซีพีเอสเป็นจรวดตอนบนเพียงในอาร์เทมิส