ทฤษฎีการยิงนำส่งจรวดด้วยแรงโน้มถ่วงของโลก

เทคโนโลยีด้านอวกาศถือเป็นอีกเทคโนโลยีที่ได้รับการจับตามองว่าจะเป็นสิ่งสำคัญและจำเป็นสำหรับโลกในยุคอนาคต จากอดีตตั้งแต่ ปี ค.ศ.1957 ที่สหภาพโซเวียตได้ส่งดาวเทียมดวงแรกของโลก “Sputnik 1” ขึ้นสู่วงโคจรได้สำเร็จ เทคโนโลยีดาวเทียมได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อสนับสนุนในภารกิจต่าง ๆ ของมนุษย์

หากมองย้อนไปยังจุดเริ่มต้นของการนำส่งวัตถุขึ้นไปบนอวกาศที่มีระยะทางจากพื้นโลกถึงอวกาศ ซึ่งมีระยะทางประมาณ 100 กิโลเมตรนั้น เป็นเรื่องไม่ง่ายเนื่องจากโลกมีแรงโน้มถ่วง (Gravitation Force) แต่เมื่อ 300 ปี มาแล้ว มีนักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษเป็นผู้คิดค้นทฤษฎีเรื่องแรงโน้มถ่วงของโลก
คือ เซอร์ ไอแซค นิวตัน (Sir Isaac Newton)

รูปทฤษฎีเรื่องแรงโน้มถ่วงของโลก

จากรูปทฤษฎีเรื่องแรงโน้มถ่วงของโลก อธิบายได้ ดังนี้

(A) หากเราขึ้นไปอยู่บนที่สูงแล้วปล่อยวัตถุให้หล่นลงมา วัตถุจะตกลงสู่พื้นในแนวดิ่ง เมื่อเราออกแรงขว้างวัตถุในทิศทางที่ขนานกับพื้นวัตถุจะเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้ง
(B) แรงลัพธ์ซึ่งเกิดจากการที่ขว้างวัตถุร่วมกับการที่โดนแรงดึงดูดของโลก วัตถุจะเคลื่อนที่เป็นวิถีโค้ง ถ้าเราออกแรงมากขึ้นวิถีโค้งลงน้อยลง และวัตถุจะตกไกลขึ้น
(C) หากเราออกแรงขว้างมากเกินไปจนวิถีวัตถุขนานกับความโค้งของโลก วัตถุจะไม่ตกสู่พื้นแต่วัตถุจะโคจรรอบโลกเป็นวงกลม
(D) การตกในลักษณะนี้เรียกว่า “การตกอิสระ” (Free fall) เป็นการส่งยานอวกาศเข้าสู่ชั้นบรรยากาศเพื่อทำการโคจรรอบโลก หากเราเพิ่มแรงให้กับวัตถุมากขึ้นอีกวัตถุจะโคจรรอบโลกเป็นรูปวงรี
(E) ถ้าเราส่งวัตถุด้วยความเร็ว 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที วัตถุจะไม่หวนกลับมาแต่จะออกไปสู่ห้วงอวกาศ เราเรียกความเร็วนี้ว่า “ความเร็วหลุดพ้น” (Escape speed) และนี้คือการส่งยานอวกาศไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ

ในทางปฏิบัติเราไม่สามารถส่งวัตถุขึ้นสู่อวกาศในแนวราบได้ เพราะโลกมีบรรยากาศห่อหุ้มอยู่ ความหนาแน่นของอากาศจะต้านทานให้วัตถุเคลื่อนที่ช้าลงและตกสู่พื้นเสียก่อน ที่จะเข้าสู่วงโคจร ด้วยเหตุนี้นักวิทยาศาสตร์จึงออกแบบวิถีของจรวดให้ขึ้นสู่ท้องฟ้าในแนวดิ่ง แล้วค่อยปรับวิถีโค้งให้ขนานกับพื้นผิวของโลกเมื่อเหนือชั้นบรรยากาศในภายหลัง