Green Propellant Infusion Mission อนาคตของเชื้อเพลิงสะอาดในจรวด
GPIM Final Integration ที่มา - spaceth.co
จากพื้นฐานความรู้เรื่องจรวด เชื้อเพลิงจรวดแบ่งได้ 2 แบบ ใหญ่ ๆ คือ เชื้อเพลิงแบบแข็ง (Solid propellant) และเชื้อเพลิงแบบเหลว (Liquid propellant) โดยเชื้อเพลิงแบบแข็งจะใช้ Oxidizer จำพวก Ammonium nitrate , Ammonium dinitramide, Potassium nitrate ใช้ร่วมกับผงเชื้อเพลิงอย่าง Aluminium Beryllium, RDX และ HMX เพื่อจุดระเบิด เชื้อเพลิงแบบแข็งเป็นเชื้อเพลิงที่จุดแล้วดับไม่ได้และก็จุดใหม่ไม่ได้ ใช้แล้วต้องใช้ให้หมด นิยมใช้ใน Booster เชื้อเพลิงอีกชนิดก็คือเชื้อเพลิงเหลวซึ่งเป็นที่นิยมในปัจจุบัน
ปัจจุบันเชื้อเพลิงที่เราใช้ในจรวดส่วนใหญ่เป็นเชื้อเพลิงแบบ Cryogenic เหลว ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้คู่กับ Oxidizer อย่าง Liquid Oxygen (LOX) เนื่องจากการเผาไหม้จำเป็นต้องมี Oxidizer ซึ่งทำหน้าที่ช่วยให้ไฟติด (Reactant) เชื้อเพลิง Cryogenic เหลวจึงต้องมี Oxidizer ไปด้วย คู่กับ Oxidizer ก็คือตัวเชื้อเพลิงที่ติดไฟได้ (Flammable) เชื้อเพลิงแบบ Cryogenic ปัจจุบันที่นิยมใช้กัน ได้แก่
- Kerosene (RP-1) ใช้คู่กับ LOX ปัจจุบันใช้ในจรวด Atlas V, Falcon 9, Falcon Heavy, Soyuz และอื่น ๆ
- Liquid Hydrogen (LH-2) ใช้คู่กับ LOX ปัจจุบันใช้ใน Centaur Second Stage, Delta IV, H-IIA, Ariane 5 และกำลังจะถูกนำมาใช้ใน Space Launch System (SLS) ส่วน Core
- Liquid Methane (CH4) ใช้คู่กับ LOX ปัจจุบันยังไม่มีจรวดลำไหนใช้ แต่มียานที่กำลังจะนำมาใช้อยู่อย่างเช่น New Glenn และ Starship ของ SpaceX
ซึ่งในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเทคโนโลยีเชื้อเพลิงใหม่สำหรับ "Green Propellant Infusion Mission" หรือ GPIM ซึ่งเป็นภารกิจสำหรับการสาธิตเทคโนโลยีเชื้อเพลิงใหม่ที่หันไปใช้เชื้อเพลิงเคมีที่สะอาดและมีประสิทธิภาพในเวลาเดียวกันสำหรับจรวด โดยเนั้นที่การลดต้นทุนในการดูแลและความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมและบุคคล
โดย GPIM ไม่ใช่ภารกิจที่แค่พัฒนาเชื้อเพลิงให้มันเสร็จ ๆ แล้วก็จบ ๆ ไป แต่เป็นการเอาเชื้อเพลิงที่พัฒนาขึ้นมาจริง ๆ เอาไปใช้จริงด้วย โดยเชื้อเพลิงที่ว่านี้ถูกพัฒนาโดย U.S Air Force Research Laboratory (AFRL) หรือแล็บของกองทัพอากาศสหรัฐอเมริกา เชื้อเพลิงนี่มีชื่อทางการทดลองว่า AF-M315E มีชื่อทางเคมีว่า Hydroxylammonium nitrate (NH3OHNO3) หรือ HAN ซึ่งจริง ๆ แล้ว Hydroxylammonium nitrate ที่ว่านี่มันก็คือค็อกเทลของเชื้อเพลิงกับ Oxidizer นั่นเอง คือการเอาทั้งเชื้อเพลิงและ Oxidizer มาผสมเป็นอันเดียวกันเลย ไม่เหมือนเชื้อเพลิงเมื่อก่อนที่ต้องแยก Oxidizer กับเชื้อเพลิงออกจากกันแล้วค่อยเอามารวมกันตอนจุดระเบิดอย่าง LOX กับ RP-1
นักวิจัยเชื้อเพลิงขณะกำลังทำการทดสอบเชื้อเพลิง AF-M315E ที่มา - AFRL
โดน Hydroxylammonium nitrate มีสถานีไม่เสถียรเพราะว่าในตัวมันเองมีทั้ง Reducing agent และ Oxidizer ในตัวเดียวกันโดย Reducing agent คือ ส่วนของ Hydroxylammonium และมี Oxidizer เป็น Nitrate มีสถานะเป็น Analogous ต่อ Ammonium nitrate (โครงสร้างคล้ายกัน)
โดยข้อมูลจากแล็บ AFRL ระบุว่าเชื้อเพลิง AF-M315E ซึ่งตอนนี้ถูกใช้เป็นเชื้อเพลิง Monopropellant มีประสิทธิภาพในการเผาไหม้มากกว่าเชื้อเพลิง Monopropellant แบบ Hydrazine ถึง 50% และยิ่งไปกว่านั้นเชื้อเพลิง AF-M315E หนาแน่นมากกว่า Hydrazine ประมาณ 45% หมายความว่าถังเชื้อเพลิงสามารถเก็บเชื้อเพลิง AF-M315E ได้มากกว่า Hydrazine ที่ปริมาตรเท่ากัน ซึ่ง AF-M315E จะเป็นต้นแบบของเชื้อเพลิงในภารกิจ GPIM โดยตัวเชื้อเพลิง AF-M315E มีความเป็นพิษต่ำมากเมื่อเทียบกับ Hydrazine ถึงขั้นที่ไม่ต้องใส่อุปกรณ์ป้องกันอะไรเลยในขณะที่ทำงานกับตัวเชื้อเพลิงแค่ถุงมือเสื้อแว่นก็พอ ไม่เหมือน Hydrazine ที่มาทั้ง Hazmat Suit
นอกจากนี้เชื้อเพลิง AF-M315E ยังทนอุณหภูมิได้ดีมาก ๆ อีกด้วย โดยสามารถทนอุณหภูมิที่เย็นถึง -140 องศาเซลเซียส ได้โดยที่เชื้อเพลิงไม่แข็งซะก่อนแต่เปลี่ยนสถานะเพียงเล็กน้อยกึ่งของแข็งของเหลวและเมื่อต้องการใช้เชื้อเพลิงก็ใช้ความร้อนเพียงเล็กน้อยเพื่อละลายโครงสร้างกึ่งของแข็งของเหลวให้เป็นของเหลวเหมือนเดิมเพื่อใช้งานต่อ นอกจากนี้การที่ AF-M315E เป็นเชื้อเพลิงแบบผสมระหว่าง Oxidizer และตัวเชื้อเพลิงเองรวมถึงมีประสิทธิภาพมากกว่า Hydrazine หมายความว่าในอนาคต ยานอาจจะไม่ต้องมีถังเชื้อเพลิงแยกระหว่าง Oxidizer และ เชื้อเพลิงอีกต่อไปซึ่งประหยัดพื้นที่มากกว่าเดิมและยังมีประสิทธิภาพมากกว่าเดิมด้วย
หลังจากการทดสอบในห้องปฏิบัติการเสร็จสิ้นแล้วต่อไปก็เป็นการใช้จริง เชื้อเพลิง AF-M315E ถูกนำไปใช้ในภารกิจ Space Test Program 2 หรือ STP-2 ซึ่งเป็นภารกิจที่กระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกาจ้างให้ SpaceX ส่งยานอวกาศและดาวเทียมต่างกว่า 25 ดวงขึ้นสู่วงโคจร หนึ่งในนั้นเป็นดาวเทียมของภารกิจ GPIM ระบบการทดลอง GPIM อยู่บน Platform BCP 100 (Ball Configurable Platform 100) ซึ่งเป็นของบริษัท Aerojet Rocketdyne ซึ่งผลิตและพัฒนาระบบขับเคลื่อนของจรวดต่าง ๆ โดยภารกิจ STP-2 ถูกส่งขึ้นสู่วงโคจรเมื่อวันที่ 24 มิถุนายน 2019 เวลา 11:30 PM EDT ด้วยจรวด Falcon Heavy ของ SpaceX
โดยบนยาน GPIM จะมีอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมด 3 ตัว คือ อุปกรณ์จำแนกชั้น Ionosphere และ Thermosphere อุปกรณ์วัดความหนาแน่นของพลาสมาและอุณหภูมิ และสุดท้ายคืออุปกรณ์หลีกเลี่ยงการชนในอวกาศ โดยระหว่างที่ GPIM อยู่ในวงโคจร มันจะใช้อุปกรณ์ทั้ง 3 นี้ติดตามตำแหน่งของมันเองเพื่อใช้ Thruster พร้อมเชื้อเพลิงรุ่นใหม่ของมันในการปรับวงโคจรและทำ Station-keeping
โดยภายในระยะเวลาภารกิจของ GPIM มันจะทดลองใช้เชื้อเพลิง AF-M315E ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงสะอาดอันใหม่ที่อยู่ในระหว่างการทดสอบเพื่อใช้ในการทำ Attitude control และ station-keeping และการปรับวงโคจรต่าง ๆ เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของเชื้อเพลิง AF-M315E เทียบกับเชื้อเพลิงแบบ Hydrazine
หลังการทดสอบ ผลการทดสอบทั้งหมดจะถูกส่งให้ NASA รวมถึงต้นแบบของถังเชื้อเพลิงสำหรับเชื้อเพลิง AF-M315E ให้กับ NASA เพื่อทดสอบเชื้อเพลิงอีกรอบสำหรับเป็นทางเลือกของเชื้อเพลิง Monopropellant ของยานอวกาศในอนาคตให้แล็บอย่าง JPL นั่นเอง
อ้างอิง
Green Propellant Infusion Mission (GPIM) Overview จาก ww.nasa.gov
- 5
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
