เชื้อเพลิงไฮดราซีน (จันทรายาน 2 ของอินเดีย - ตอน 4/5)
เพื่อที่จะพุ่งไปข้างหน้า ยานอวกาศจะต้องทิ้งบางอย่างไปข้างหลัง
ยิ่งใช้เชื้อเพลิงที่พุ่งออกไปด้วยความเร็วได้มากเท่าไหร่ ยิ่งเป็นการใช้มวลอย่างคุ้มค่า
โครงสร้างโมเลกุลของเมทิลไฮดราซีน
เชื้อเพลิงที่อินเดียเลือกของจันทรายาน คือ เมทิลไฮดราซีน (Methyhydrazine, CH3NHNH2) กับ ไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ในไนตริกออกไซด์ (MON-3, N2O4)
จันทรายานสองมีน้ำหนักรวม 3.8 ตัน กว่าครึ่งเป็นเชื้อเพลิงสองชนิดนี้ ซึ่งกินน้ำหนักรวมถึง 2.5 ตัน เหลือน้ำหนักตัวยานสุทธิแค่ 1.3 ตัน
หากเฉลี่ยโดยมวล สูตรโครงสร้างเคมีของยานทั้งลำ ก็จะมีแค่สองสารนี้เป็นหลัก
เพราะเหตุใดจึงเป็นสารคู่นี้? น้ำมันที่เราใช้ในรถยนต์ดีเซลหรือเครื่องบิน (ประมาณ C12H26) หาได้ง่ายกว่า แต่สิ่งที่ขาดไปคือในอวกาศไม่มีออกซิเจน (O2) จรวดที่ใช้น้ำมันจะต้องมีถังออกซิเจนเหลวด้วย และไม่ได้ลุกไหม้ทันทีที่สัมผัสออกซิเจน
ไฮดราซีน (Hydrazine, N2H4) สารที่เก็บพลังงานสูงและคายพลังงานได้ด้วยตัวเอง จึงถูกนำมาใช้เป็นระบบฉุกเฉินของจรวด ทำให้ได้ยานอวกาศที่ใช้เชื้อเพลิงเพียงชนิดเดียว
สารที่คล้ายกันโดยเติมหมู่เมทิลลงไป (CH3) จะได้เมทิลไฮดราซีนซึ่งไม่ได้ทำปฏิกิริยาเอง แต่ทำปฏิกิริยาทันทีกับไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ (Hypergolic bipropellant)
การใช้สองสารนี้ เป็นตัวเลือกที่นิยมที่สุดสำหรับยานสำรวจดวงจันทร์ แต่ทั้งสองสารเป็นสารเคมีอันตรายต่อระบบหายใจ ลุกไหม้ และกัดกร่อนรุนแรง
ไดเมทิลไฮดราซีนถูกใช้ในจรวดเช่นกัน การมีหมู่เมทิลเพิ่มขึ้นทำให้เก็บรักษาได้นานกว่าและง่ายกว่า แม้จะยังเป็นสารที่อันตรายมาก
จรวด GSLV ของอินเดียเป็นจรวดส่วนน้อยที่ยังใช้เชื้อเพลิงนี้ โดยปัจจุบันจรวดจำนวนหนึ่งเปลี่ยนไปใช้ไฮโดรเจนเหลวซึ่งแพงขึ้นหน่อย เนื่องจากต้องการถังที่ใหญ่ขึ้นและต้องเก็บรักษาที่อุณหภูมิต่ำ
ยานสำรวจดวงจันทร์แทบทุกลำใช้ ไฮดราซีน หรือ เมทิลไฮดราซีน ยกเว้นเพียง Smart-1 ของยุโรปที่ใช้เครื่องยนต์ไอออนซีนอน (Xe)
ปฏิกิริยาเคมีที่รุนแรงของเมทิลไฮดราซีนนั้นอาจผลักก๊าซออกไปด้วยความเร็วระดับ 2 กิโลเมตรต่อวินาที
แต่เครื่องยนต์ไอออนนั้นใช้สนามไฟฟ้าเร่งไอออนของซีนอนให้พุ่งออกไปด้วยความเร็วกว่า 20 กิโลเมตรต่อวินาที
ปัญหาอยู่ที่ว่าเครื่องยนต์ไอออนเร่งอนุภาคได้ทีละน้อย สร้างแรงเพียง 0.06 นิวตัน น้อยกว่าเครื่องยนต์ลงจอดของจันทรายาน 4,000 นิวตัน เกือบแสนเท่า
ที่สุดโต่งของอีกด้านหนึ่ง หลายคนอาจจินตนาการแสงเป็นเชื้อเพลิงความเร็วสูงเกือบ 3 แสนกิโลเมตรต่อวินาที
แนวคิดนี้เรียกว่า Solar sail เคยถูกทดลองจริงเมื่อปี 2010 โดยยาน Ikaros ของญี่ปุ่นกางว่าวขนาด 14x14 เมตร ยังได้แรงขับเพียง 0.001 นิวตัน
เมทิลไฮดราซีนและไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ จะยังคงเป็นเชื้อเพลิงสำคัญในการลงจอดบนดวงจันทร์ในอนาคตอันใกล้
แต่เมื่อยานมีขนาดใหญ่ขึ้น ตัวเลือกอื่นๆ เช่น ไฮโดรเจน มีเทน โพรเพน เอทานอล หรือเทคโนโลยีอื่นก็อาจเป็นไปได้
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
