จรวด หนึ่งในความพยายามที่น่าทึ่งที่สุดที่มนุษย์เคยทำ คือการสำรวจอวกาศ ส่วนใหญ่ของความประหลาดใจคือความซับซ้อน การสำรวจอวกาศนั้นซับซ้อนเพราะมีปัญหา และอุปสรรคมากมายที่ต้องแก้ไข คุณมีสิ่งต่างๆ เช่น สุญญากาศของอวกาศ ปัญหาการจัดการความร้อน ความยากลำบากในการกลับเข้ามาใหม่ กลศาสตร์วงโคจร อุกกาบาตขนาดเล็ก และเศษซากอวกาศ รังสีคอสมิก และแสงอาทิตย์ และโลจิสติกส์ของการมีห้องสุขาในสภาพแวดล้อมไร้น้ำหนัก
แต่ปัญหาที่ใหญ่ที่สุด คือการควบคุมพลังงานให้เพียงพอ เพื่อให้ยานอวกาศลอยขึ้นจากพื้น นั่นคือที่มาของเครื่องยนต์จรวด ในแง่หนึ่งเครื่องยนต์จรวดนั้นเรียบง่ายมาก จนคุณสามารถสร้าง และบินจรวดรุ่นของคุณเองได้ในราคาไม่แพงมาก ในทางกลับกัน เครื่องยนต์จรวด และระบบเชื้อเพลิง นั้นซับซ้อนมากจนมีเพียง 3 ประเทศเท่านั้น ที่เคยส่งคนขึ้นสู่วงโคจร เมื่อคนส่วนใหญ่นึกถึงมอเตอร์หรือเครื่องยนต์ พวกเขานึกถึงการหมุน
ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์เบนซินแบบลูกสูบในรถยนต์ จะผลิตพลังงานในการหมุนเพื่อขับเคลื่อนล้อ มอเตอร์ไฟฟ้าผลิตพลังงานในการหมุน เพื่อขับเคลื่อนพัดลมหรือหมุนจาน เครื่องยนต์ไอน้ำถูกใช้ทำสิ่งเดียวกัน เช่นเดียวกับกังหันไอน้ำ และกังหันแก๊สส่วนใหญ่ เครื่องยนต์จรวดมีความแตกต่างกันโดยพื้นฐาน เครื่องยนต์จรวดเป็นเครื่องยนต์ปฏิกิริยา หลักการพื้นฐานในการขับเคลื่อนเครื่องยนต์จรวด คือหลักการอันโด่งดังของไอแซก นิวตัน ที่กล่าวว่า ทุกการกระทำย่อมมีปฏิกิริยาที่เท่าเทียมกัน และตรงกันข้าม
เครื่องยนต์จรวดขว้างมวลไปในทิศทางหนึ่ง และได้รับประโยชน์จากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในอีกทิศทางหนึ่ง แนวคิดเรื่องการขว้างมวล ได้รับประโยชน์จากปฏิกิริยา อาจเข้าใจได้ยากในตอนแรก เพราะนั่นดูเหมือนจะไม่ใช่สิ่งที่เกิดขึ้น เครื่องยนต์ จรวด ดูเหมือนจะเกี่ยวกับเปลวไฟ เสียงและแรงดัน และการขว้างสิ่งของ มาดูตัวอย่างบางส่วนเพื่อให้เห็นภาพความเป็นจริงได้ดีขึ้น หากคุณเคยยิงปืนลูกซองโดยเฉพาะปืนลูกซอง 12 เกจขนาดใหญ่ คุณจะรู้ว่ามันมีลูกเตะอยู่มาก นั่นคือเมื่อคุณยิงปืน มันจะเตะไหล่ของคุณกลับด้วยแรงมหาศาล
การเตะนั้นเป็นปฏิกิริยา ปืนลูกซองกำลังยิงโลหะประมาณ 1 ออนซ์ ในทิศทางเดียวด้วยความเร็วประมาณ 700 ไมล์ต่อชั่วโมง และปฏิกิริยาตอบสนองที่ไหล่ของคุณ หากคุณสวมโรลเลอร์สเกต หรือยืนบนสเกตบอร์ดเมื่อคุณยิงปืน ปืนก็จะทำหน้าที่เหมือนเครื่องยนต์จรวด และคุณจะตอบสนองด้วยการกลิ้งไปในทิศทางตรงกันข้าม หากคุณเคยเห็นท่อดับเพลิงขนาดใหญ่ คุณอาจสังเกตเห็นว่าต้องใช้แรงมากในการจับท่อ บางครั้งคุณจะเห็นนักดับเพลิง 2 หรือ 3 คนถือท่อ ท่อทำหน้าที่เหมือนเครื่องยนต์จรวด
สายยางพ่นน้ำไปในทิศทางเดียว และนักผจญเพลิงกำลังใช้กำลัง และน้ำหนักเพื่อตอบโต้ปฏิกิริยา ถ้าพวกเขาปล่อยสายยาง มันจะเหวี่ยงไปรอบๆ ด้วยแรงมหาศาล ถ้านักผจญเพลิงทุกคนยืนอยู่บนสเกตบอร์ด สายยางจะผลักพวกเขาไปด้านหลังด้วยความเร็วสูง เมื่อคุณเป่าลูกโป่ง และปล่อยให้มันลอยไปทั่วทั้งห้องก่อนที่จะหมดอากาศ คุณได้สร้างเครื่องยนต์จรวด ในกรณีนี้ สิ่งที่ถูกโยนออกไปคือโมเลกุลของอากาศภายในลูกโป่ง หลายคนเชื่อว่าโมเลกุลของอากาศไม่มีน้ำหนักอะไร
แต่มันมีน้ำหนัก การกระทำ และปฏิกิริยา สถานการณ์เบสบอลในอวกาศ ลองนึกภาพสถานการณ์ต่อไปนี้ คุณกำลังสวมชุดอวกาศ และกำลังลอยอยู่ในอวกาศข้างๆกระสวยอวกาศ คุณมีลูกเบสบอลอยู่ในมือ หากคุณขว้างลูกเบสบอล ร่างกายของคุณจะตอบสนองโดยการเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามกับลูกบอล สิ่งที่ควบคุมความเร็วที่ร่างกายของคุณเคลื่อนที่ออกไป คือน้ำหนักของลูกเบสบอลที่คุณขว้าง และความเร่งที่คุณนำไปใช้กับมัน มวลคูณด้วยความเร่งคือแรง f=m*a
อะไรก็ตามที่คุณใช้กับลูกเบสบอล จะถูกทำให้เท่ากันด้วยแรงปฏิกิริยาที่เหมือนกัน ซึ่งใช้กับร่างกายของคุณ m*a=m*a สมมติว่าลูกเบสบอลหนัก 1 ปอนด์ และร่างกายของคุณบวกกับชุดอวกาศหนัก 100 ปอนด์ คุณขว้างลูกเบสบอลออกไปด้วยความเร็ว 32 ฟุตต่อวินาที 21 ไมล์ต่อชั่วโมง กล่าวคือ คุณเร่งลูกเบสบอลหนัก 1 ปอนด์ด้วยแขนของคุณ เพื่อให้ได้ความเร็ว 21 ไมล์ต่อชั่วโมง ร่างกายของคุณตอบสนอง แต่มันหนักกว่าลูกเบสบอล 100 เท่า
ดังนั้นจึงเคลื่อนที่ออกไปด้วยความเร็วหนึ่งในร้อยของลูกเบสบอล หรือ 0.32 ฟุตต่อวินาที 0.21 ไมล์ต่อชั่วโมง หากคุณต้องการสร้างแรงขับลูกเบสบอลให้มากขึ้น คุณมี 2 ทางเลือก เพิ่มมวลหรือเพิ่มความเร่ง คุณสามารถขว้างลูกเบสบอลที่หนักกว่า หรือโยนลูกเบสบอลทีละลูก เพิ่มมวล หรือคุณสามารถขว้างลูกเบสบอลให้เร็วขึ้น เพิ่มความเร่งของลูกเบสบอล แต่นั่นคือทั้งหมดที่คุณสามารถทำได้ โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์จรวดจะพ่นมวลออก มาในรูปของก๊าซแรงดันสูง เครื่องยนต์จะพ่นมวลของก๊าซออกไปในทิศทางเดียว
เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาในทิศทางตรงกันข้าม มวลมาจากน้ำหนักของเชื้อเพลิงที่เครื่องยนต์จรวดเผาไหม้ กระบวนการเผาไหม้ช่วยเร่งมวลเชื้อเพลิง ให้พุ่งออกมาจากหัวฉีดจรวดด้วยความเร็วสูง การที่เชื้อเพลิงเปลี่ยนสถานะจากของแข็งหรือของเหลวเป็นก๊าซ เมื่อเกิดการเผาไหม้ไม่ได้ทำให้มวลของเชื้อเพลิงเปลี่ยนแปลง หากคุณเผาเชื้อเพลิงจรวดหนึ่งปอนด์ ไอเสีย 1 ปอนด์ จะไหลออกทางหัวฉีดในรูปของก๊าซอุณหภูมิสูง และความเร็วสูง รูปร่างเปลี่ยนแต่มวลไม่เปลี่ยน กระบวนการเผาไหม้ช่วยเร่งมวล
นานาสาระ: ดาวอังคาร การอธิบายและศึกษาข้อมูลว่าบนดาวอังคารมีน้ำจริงหรือไม่
