ทำไมรัสเซียถึงไม่ใช้จรวดเชื้อเพลิงแข็ง

เคยสงสัยกันมั้ยว่าเวลารัสเซียปล่อยจรวดขึ้นวงโคจร เราจะไม่เห็นเคยเห็นทางรัสเซียใช้จรวดเชื้อเพลิงแข็งเลย แต่ถ้าเราหันไปมองทางฝั่งของสหรัฐฯ เรามักจะเห็นประเทศนี้นำจรวดเชื้อเพลิงแข็งออกมาใช้กันบ่อยพอสมควร อย่างเช่นพวกจรวดของ ULA ที่มีการนำของพวกนี้มาใช้ รวมไปจนถึงโครงการอวกาศระดับตำนานอย่างโครงการกระสวยอวกาศที่มีจรวดเชื้อเพลิงแข็งไซส์เบิ้ม ๆ ที่ทุกวันนี้ก็ยังนำมาใช้กับจรวด SLS ในโครงการ Artemis

อ่าน – Solid Booster กลับมาแล้วในรอบ 10 ปี ประกอบร่างกับ SLS Core เตรียม Artemis 1

ทีนี้ต้องอธิบายย้อนกลับไปก่อนว่าจรวดเชื้อเพลิงแข็งที่เราเห็นใช้คู่กับจรวดเชื้อเพลิงเหลวกันอยู่ทุกวันนี้นั้นเป็นเพราะว่ากำลังแรงขับเดิมจากเชื้อเพลิงเหลวนั้นไม่เพียงพอต่อการดันให้จรวดทั้งลำที่บรรทุก Payload ขึ้นสู่วงโคจรที่เป็นเป้าหมายได้ ประกอบกับจรวดเชื้อเพลิงแข็งนั้นสามารถให้แรงขับที่มากเมื่อเทียบกับความซับซ้อนของระบบสร้างแรงขับ ไม่จำเป็นต้องผ่านปั๊มผ่านระบบท่อที่ยุ่งยากเหมือนเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงเหลว แถมยังมีราคาที่ถูกกว่าแบบเชื้อเพลิงเหลวมากถ้าให้เทียบกับค่าเชื้อเพลิงและงบประมาณในการประกอบเครื่องยนต์

กลายเป็นว่าจรวดเชื้อเพลิงแข็งในยุคสำรวจอวกาศเกิดมาเพื่อเสริมกำลังแรงขับให้กับจรวดทั้งลำ แต่แล้วทีนี้มันไม่ดีตรงไหน ทำไมรัสเซียถึงไม่นิยมทั้ง ๆ ที่มันถูกกว่าประหยัดกว่า ประเด็นนี้ต้องยก Study Case ที่สร้างบทเรียนราคาแพงให้กับเหล่าวิศวกรที่ทำงานด้านนี้อย่าง Disaster of Challenger เมื่อปี 1986 โดยอย่างที่ทุกคนทราบกันดีว่าเป็นเหตุการณ์กระสวยอวกาศ Challenger ได้เกิดระเบิดขึ้นขณะกำลังทะยานขึ้นสู่อวกาศและได้คร่าชีวิตนักบินอวกาศทั้ง 7 ในภารกิจนั้น

อ่าน – บทพูดของอดีตประธานาธิบดี Reagan หลังโศกนาฏกรรมกระสวยอวกาศชาเลนเจอร์

ปัญหาในกรณีนี้เกิดจากชิ้นส่วนใน SRB ที่ทำงานไม่สมบูรณ์อย่าง O-ring ซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่ใช้ Seal รอยต่อระหว่าง Segment ของ SRB แต่ละท่อนเข้าด้วยกัน เมื่อตัว SRB เกิดการจุดระเบิดและเผาไหม้ ไอร้อนที่ได้จะไปทำให้ O-ring ขยายตัวและปิดกั้นไอร้อนไม่ให้รั่วออกนอกท่อนจรวด แต่ประเด็นมันอยู่ตรงที่ตัว O-ring นั้นแพ้สภาพอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำ ซึ่งตรงนี้จะทำให้ตัว O-ring ทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ โดย ณ ขณะนั้นปัญหานี้ยังไม่ได้ถูกศึกษาอย่างจริงจังและในอากาศวันที่ปล่อยกระสวย Challenger มีอุณหภูมิที่ค่อนข้างต่ำด้วย เลยกลายเป็นต้นตอของหายนะในครั้งนั้น และได้มีการออกแบบชิ้นส่วนที่ใช้ Seal ท่อน SRB เข้าด้วยกันให้รัดกุมกว่าเดิม

สามารถอ่านบันทึกการ Investigation ของภารกิจ Challenger ได้ที่ Chapter VI: An Accident Rooted in History

เลยอาจเป็นหนึ่งในเหตุผลที่ทางสหภาพโซเวียตยอมจ่ายแพงให้กับโครงการกระสวย Buran และจรวดรุ่นอื่น ๆ เพื่อสร้างบูสเตอร์ที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวแทน เพราะสถานที่ปล่อยหลักของของจรวดวงโคจรของสหภาพโซเวียตและรัสเซียอยู่ที่  Baikonur Cosmodrome ที่ตลอดทั้งปีมีอุณหภูมิเฉลี่ยเพียง 13 องศาเซลเซียสและสามารถต่ำลงไปได้ถึงลบ 40 องศา เลยดูไม่ค่อยคุ้มค่าที่จะทำจรวดเชื้อเพลิงแข็งมาเพื่อสร้างความเสี่ยงเพิ่มอีก ผิดกับประเทศใกล้เคียงอย่างญี่ปุ่นที่มีการใช้จรวดเชื้อเพลิงแข็งเสริมมาจนตอนนี้ก็มีการเตรียมอัพเกรดจากจรวด H-II มาเป็น H3  ก็ยังมีการใช้ SRB เพราะละติจูดสถานที่ส่งนั้นอยู่ต่ำกว่าทำให้มีสภาพอากาศที่มีอุณหภูมิสูงกว่าด้วย

แต่จนถึงทุกวันนี้ทางสหรัฐฯ ก็ได้เรียนรู้และมีพื้นฐานทางเทคโนโลยีจรวดมากขึ้นจึงออกแบบให้จรวดมีความปลอดภัยขึ้นได้เลยยังคงกล้าที่จะใช้จรวดเชื้อเพลิงแข็ง เพราะสภาพอากาศไม่ได้อันตรายกับตัว hardware มากนักเมื่อเทียบกับทางรัสเซีย แถมทุกวันนี้จรวดเชื้อเพลิงแข็งและ O-ring ก็ยังถูกประยุกต์ใช้กับกิจกรรมทำจรวดขนาดเล็กไว้เล่นกันของคนทั่วไปอีกด้วย ไปจนถึงการใช้จรวด Sounding Rocket สำหรับส่งดาวเทียมและ Payload ขนาดเล็กได้อีก (หรือที่เราชอบล้อว่าเป็นบั้งไฟฝรั่ง)

อ่าน – บั้งไฟฝรั่ง อาจช่วยนักวิทยาศาสตร์ศึกษา การเคลื่อนที่อากาศสนามจากแม่เหล็ก

สิ่งนี้เลยเป็นข้อเสียที่ทำให้ประเทศเขตหนาวต้องจ่ายแพงให้กับการทำจรวดเชื้อเพลิงเหลวเพื่อความปลอดภัยของของที่ส่งขึ้นอวกาศ และเราก็ยังไม่เคยเห็นการใช้งาน Solid Booster จากฝั่งรัสเซียเลยแม้แต่ครั้งเดียว

อ่าน – ออกแบบ Rocket Nozzle อย่างไร ทำไมเครื่องยนต์จรวดถึงหน้าตาแบบที่มันเป็น

เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co