Home arrow บทความวิทยาศาสตร์ arrow วิทยาการ พฤษภาคม 55 ข่าวสด
  
เมนูอื่นๆ
Home บทความวิทยาศาสตร์ เซ็นสมุดเยี่ยม
วิทยาการ พฤษภาคม 55 ข่าวสด PDF พิมพ์

หน้า 29

วันที่ 29 พฤษภาคม พ.ศ. 2555

ส่องอดีต-มองปัจจุบัน กระแสการบินแห่งอนาคต

จันท์เกษม รุณภัย รายงาน (เรียบเรียงจากบทความเรื่อง The Jets of the Future เม.ย.55, เว็บไซต์ popsci.com)

นับตั้งแต่การคิดค้นปล่อยบอลลูนขึ้น สู่ท้องฟ้าได้เป็นครั้งแรกปี 2326 โดยพี่น้องตระกูลมงต์กอลฟีเยร์ ที่ประเทศฝรั่งเศส "เทคโนโลยีการบิน" ซึ่งก่อกำเนิดจากภาพฝันของผู้คนรอบโลกก็แปรสภาพจากความฝันมาเป็นความจริง

เหตุการณ์ประวัติศาสตร์ดังกล่าวจุดประกายความตื่นตัวให้กับนักวิทยาศาสตร์ไปทั่วทุกหนแห่ง นำมาซึ่งสิ่งประดิษฐ์ที่ มีคุณูปการมหาศาลดังที่ได้เห็นกันอยู่ในปัจจุบันทั้งด้านการคมนาคมที่รวดเร็ว และการสำรวจพื้นที่ในโลกไปจนถึงนอกโลก

นวัตกรรมอย่างเครื่องบินนั้นใช้การลองผิดลองถูกและสั่งสมองค์ความรู้มานานหลากหลายผู้คน ที่สำคัญได้แก่ ปี 2352 เซอร์จอร์จ เคย์ลีย์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ผู้ได้รับขนานนามว่า "บิดาแห่งวงการการบิน" ได้อุทิศชีวิตของตนค้นคว้าวิจัยจนพบความสัมพันธ์ของแรงที่กระทำต่อเครื่องบิน 4 แรง ได้แก่ แรงยก แรงดึงดูดโลก แรงขับไปข้างหน้า และแรงฉุด ซึ่งต่อมากลายเป็นหลักพื้นฐานการบินในอากาศพลศาสตร์

ตามมาด้วยในปี 2434 นายอ๊อตโต ลิเลียนธาล วิศวกรชาวเยอรมัน มนุษย์คนแรกผู้คิดค้นเครื่องร่อนสำเร็จ (เดอร์วิตเซอร์ ไกลเดอร์) และลงจอดได้อย่างปลอดภัย แม้เครื่องร่อนของนายลิเลียนทัลยังไม่สมบูรณ์

แต่ข้อมูลการค้นคว้าทั้งหมดที่ผ่านมาและวีรกรรมของลิเลียนธาล เป็นข้อพิสูจน์ว่า มนุษย์สามารถเหาะเหินอยู่บนอากาศได้ และในที่สุดผลงานนี้เองที่กลายเป็นแรงบันดาลใจให้กับผู้คนมากมายรวมถึงสองพี่ น้องตระกูลไรต์ สัญชาติอเมริกัน ซึ่งในปี 2446 ได้รับยกย่องให้เป็นหนึ่งในผู้คิดค้นเครื่องบินปีกตรึงติดเครื่องยนต์ใบพัดที่สามารถควบคุมได้ลำแรกของโลก

ในช่วงศตวรรษที่ 20 เทคโนโลยีการบินรุดหน้าอย่างต่อเนื่อง จนได้รับการกล่าวขวัญให้เป็น "ศตวรรษแห่งวงการการบิน" โดยสงครามใหญ่ในช่วงดังกล่าว เช่น สงครามโลกครั้งที่ 1-2 และสงครามเย็น มีส่วนอย่างมากในการกระตุ้นให้เกิดการพัฒนาเทคโนโลยีการบิน

นำมาซึ่งการปฏิวัติระบบขับเคลื่อนเครื่องบินจากเครื่องยนต์ใบพัดเปลี่ยนเป็น "เครื่องยนต์เจ็ต" ซึ่งอาศัยหลักการดูดอากาศเข้าไปสันดาปกับเชื้อเพลิงก่อให้เกิดแรงขับไปข้างหน้าออกทางด้านหลังเครื่อง ยนต์ ถูกคิดค้นขึ้นในปี 2483 โดยนายแฟรงก์ วิตเติ้ล ชาวอังกฤษ และนายฮันส์ วอน โอเฮน ชาวเยอรมัน

ต่อมาในปี 2490 นักบิน ชาร์ลส์ เอลวูด ยีเกอร์ หรือ ชัก ยีเกอร์ แห่งกองทัพสหรัฐ เป็นมนุษย์คนแรกที่ขับเครื่องบินทะลุกำแพงเสียง (ซาวด์ แบริเออร์) อย่างเป็นทางการ (ความเร็วเสียงอยู่ที่ราว 340 เมตรต่อวินาที) ด้วยเครื่องบินทดสอบ เอ็กซ์-1 และการพัฒนาดังกล่าวรุดหน้าไปอีกขั้นในช่วงสงครามเย็น คือ เทคโนโลยีสำหรับการส่งยานอวกาศออกไปนอกโลกด้วยเครื่องยนต์จรวด

ปัจจุบันเครื่องยนต์เจ็ตนั้นใช้อย่างแพร่หลายทั้งด้านพลเรือนและการทหาร แต่ในยุคนี้ที่พลังงานเป็นเงินเป็นทอง และราคาน้ำมันผันผวนมีแนวโน้มแพงขึ้นเรื่อยๆ ผนวกกับปัญหาสภาพอากาศโลกเปลี่ยน แปลงแปรปรวน เทคโนโลยีการบินจำเป็นต้องพัฒนาไปอีกขั้นเพื่อรับมือกับความท้าทายใหม่ๆ

โดยองค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติแห่งสหรัฐ หรือ นาซ่า ได้ร้องขอไปยังบริษัทเอกชนผู้นำด้านการพัฒนาเทคโนโลยีอากาศยานของโลก ให้ช่วยแก้ไขปัญหาใหญ่ของการบินเชิงพาณิชย์ คือ ราคาตั๋วโดยสารที่แพงขึ้นเรื่อยๆ จากต้นทุนด้านเชื้อเพลิง

และมีโจทย์สำคัญอยู่ที่ต้องการเครื่อง บินที่เงียบ สะอาด รวมทั้งใช้พลังงานได้มีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งบางส่วนก็เริ่มถูกเข็นออกมาเผยโฉมให้เห็นกันบ้างแล้ว ดังตัวอย่างต่อไปนี้

เริ่มที่เครื่องบินต้นแบบ "บ็อกซ์ วิง เจ็ต" ได้รับการออกแบบและพัฒนาโดย บริษัทล็อกฮีด มาร์ติน หนึ่งในผู้นำด้านการพัฒนาเทคโนโลยีอากาศยานรบของสหรัฐอเมริกา

สร้างเป็นรูปเป็นร่างขึ้นมาจากการที่วิศวกรของล็อกฮีด มาร์ติน ตั้งโจทย์หาทางที่จะลดอัตราการเผาผลาญเชื้อเพลิงของเครื่องบินลงโดยไม่ต้องปฏิรูปการออกแบบสถาปัตยกรรมพื้นฐานของเครื่องบิน โดยประยุกต์ใช้วัสดุที่มีน้ำหนักเบาจากเครื่องบินขับไล่ประจัญบาน เอฟ-22 แร็พเตอร์ และเอฟ-35 ไลต์นิ่งทู เขี้ยวเล็บรุ่นใหม่ล่าสุดของทัพฟ้าสหรัฐ และออกแบบปีกแบบใหม่ที่ช่วยเพิ่มอัตราส่วนระหว่างแรงยกต่อแรงฉุด ได้ร้อยละ 16 ส่งผลให้บ็อกซ์ วิง เจ็ต สามารถบินได้ระยะทางไกลขึ้นด้วยอัตราเผาผลาญเชื้อเพลิงที่ลดลง และยังสามารถจอดในโรงเก็บเครื่องบินทั่วไปได้

วิศวกรของล็อกฮีด มาร์ติน ใช้การเปรียบเทียบกับเครื่องบินเชิงพาณิชย์รุ่น 747 ของโบอิ้ง ซึ่งเผาผลาญเชื้อเพลิงราว 5 แกลลอน ต่อ 1 นอติคอลไมล์ (ใช้น้ำมัน 1 ลิตร ได้ระยะทางราว 95 เมตร) และเข้าใจดีว่าราคาเชื้อเพลิงที่มากขึ้น หมายถึง ค่าโดยสารที่แพงขึ้นสำหรับผู้บริโภค ทางคณะผู้ออก แบบจึงตัดสินใจปรับปรุงเครื่องยนต์ใบพัดเทอร์โบ (เทอร์โบแฟน) ให้เป็นใบพัดเทอร์โบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากขึ้นร้อยละ 40 ส่งผลให้อากาศที่ถูกดูดเข้าไปถูกปล่อยผ่านแกนเครื่องยนต์สันดาปไปเป็นจำนวนครั้งคงที่หนึ่งๆ ต่ออัตรารอบหมุน แทนที่จะดูดเข้าไปสันดาปกับเชื้อเพลิงทั้งหมดเหมือนในเครื่องยนต์ใบพัดเทอร์โบทั่วไป

ผลที่ได้คือ ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงเพิ่มขึ้นร้อยละ 22 ที่ความเร็วต่ำกว่าเสียง โดยเมื่อเทียบกับเครื่องบินเชิงพาณิชย์ทั่วไปจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าร้อยละ 50

สถาปัตยกรรมใหม่ของปีกแบบ "บ็อกซ์ วิง เจ็ต" ยังช่วยให้นักบินลดระดับความสูงลงได้ด้วยองศาที่ชันมากกว่าด้วยพลังของเครื่องยนต์ที่ต่ำกว่าเดิม ส่งผลให้เสียงรบกวนลดลง 35 เดซิเบล และลดระยะทางก่อนถึงลู่วิ่งลงได้ร้อยละ 50 ซึ่งบ็อกซ์ วิง เจ็ต มีกำหนดเผยโฉมภายในปี 2568

เครื่องบินต้นแบบอีกลำหนึ่งที่กำลังได้รับการพัฒนาอยู่ในสังกัดของล็อกฮีด มาร์ติน คือ "ซูเปอร์โซนิก กรีน แมชชีน" ออกแบบมาเพื่อจุดประกายการบินเชิงพาณิชย์แบบเหนือเสียงอีกครั้งนับตั้งแต่การประกาศปลดประจำการเจ้านกยักษ์โดยสาร "คองคอร์ด" ของฝรั่งเศส เมื่อ 23 พ.ย.2546 เนื่องจากเสียงดัง มลพิษสูง และมีประสิทธิ ภาพด้านการใช้เชื้อเพลิงต่ำ

อย่างไรก็ดี ความต้องการของผู้บริโภคด้านการเดินทางที่รวดเร็วเหนือเสียงนั้นยังคงมีอยู่ นำมาสู่การริเริ่มพัฒนาทายาทใหม่ของคองคอร์ด โดยวิศวกรของล็อกฮีด มาร์ติน ได้เสนอคอนเซ็ปต์ของเครื่องบินนี้ในปี 2553 ซึ่งมีความเร็วสูงสุดอยู่ที่ 1.6 มัค (ความเร็วเป็น 1.6 เท่าของความเร็วเสียง) ด้วยเครื่องยนต์ใบพัดเทอร์โบรอบผันแปร ที่สามารถเปลี่ยนมาทำงานเป็นเครื่องยนต์ใบพัดเทอร์โบแบบทั่วไปได้ขณะออกบินและลงจอด ช่วยให้ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงสูงขึ้น

ขณะที่ห้องสันดาปภายในเครื่องยนต์เจ็ต ถูกออกแบบมาให้ปล่อยก๊าซพิษไนโตรเจน ออกไซด์ ลดลงร้อยละ 75 รวมทั้งปีกหางรูปตัววีกลับหัวผนวกกับเครื่องยนต์เจ็ตใต้ปีกโน้มหลังจะช่วยตัดปัญหาเสียงรบกวนที่เกิดจากการทะลุม่านเสียง หรือปรากฏการณ์ โซนิก บูม ที่สร้างมลภาวะทางเสียงและเป็นสาเหตุหลักที่นำไปสู่การปลดประจำการเครื่องบินคองคอร์ด

นายปีเตอร์ โคเอ็น หัวหน้าหน่วยตรวจสอบโครงการเหนือเสียงของนาซ่า กล่าวว่า หลักการของการออกแบบเพื่อให้เกิดเสียงจากปรากฏการณ์โซนิก บูม น้อยที่สุด คือ การควบคุมพลัง ตำแหน่ง และปฏิสัมพันธ์ของมวลอากาศรอบตัวเครื่อง ส่งผลให้เสียงจากเดิมที่จะดังมากเป็นระยะๆ หากได้ยินจากบนพื้นดินจะมีเสียงดังเหลือพอๆ กับเครื่องดูดฝุ่นทั่วไป โดยซูเปอร์โซนิก กรีน แมชชีน มีกำหนดจะเผยโฉมภายใน 2573

ต้นแบบเครื่องบินแห่งอนาคตอีกหนึ่งลำที่น่าสนใจไม่แพ้กัน คือ "ชูการ์ โวลต์" ที่กำลังอยู่ระหว่างการพัฒนาโดยบริษัทโบอิ้ง ยักษ์ใหญ่ในอุตสาหกรรมเครื่องบินเชิงพาณิชย์ของสหรัฐ

คอนเซ็ปต์การออกแบบของโบอิ้งค่อนข้างจะแตกต่างออกไปจากสองลำข้างต้น คือ การปิดการทำงานของเครื่องยนต์เจ็ตเพื่อประหยัดเชื้อเพลิง ซึ่งการปิดเครื่องยนต์เจ็ตย่อมหมายถึงการใช้พลังขับเคลื่อนจากแหล่งขับเคลื่อนอื่นที่ใช้พลังงานอื่นด้วย ในกรณีนี้คือใบพัดที่ใช้พลังงานมาจากมอเตอร์ซึ่งดึงพลังงานไฟฟ้ามาจากแบตเตอรี่ จึงได้ชื่อว่า ระบบขับเคลื่อนแบบพันธุ์ผสม (ไฮบริด โปรพัลชั่น) คอยขับเคลื่อนชูการ์ โวลต์ ซึ่งขนาดเท่ากับโบอิ้ง 737 มีรัศมีการบิน 3,500 นอติคอลไมล์ (6,482 กิโลเมตร)

โดยระบบจะดึงพลังงานจากทั้งแบต เตอรี่และเชื้อเพลิงขณะขึ้นบินและลงจอด ทำให้ใช้ระยะทางลู่วิ่งเพียง 4,000 ฟุต (1.2 กิโลเมตร) แต่เมื่อร่อนอยู่บนอากาศ นักบินสามารถเปลี่ยนมาใช้ระบบไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวได้เพื่อประหยัดพลังงาน นอกจากนี้ วิศวกรของโบอิ้งยังมีแผนจะปรับเปลี่ยนสถาปัตยกรรมปีกใหม่ด้วย

นายมาร์ตี แบรดลีย์ หัวหน้าหน่วยตรวจสอบโครงการชูการ์ โวลต์ ของโบอิ้ง ระบุว่า สถาปัตยกรรมปีกแบบใหม่ คือ การออกแบบให้ปีกมีความบางกว่าเดิม แต่สยายออกได้กว้างขึ้น ส่งผลให้แรงยกเพิ่มขึ้นและแรงฉุดลดลง โดยขณะอยู่บนพื้นดินปีกของชูการ์ โวลต์ จะสามารถพับขึ้นเก็บได้เพื่อเข้าจอดซ่อมบำรุงในโรงเก็บเครื่องบินทั่วไปได้ ซึ่งทั้งหมดจะทำให้ชูการ์ โวลต์ เป็นเครื่องบินที่มีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องบินพาณิชย์ทั่วไป ราวร้อยละ 55 รวมทั้งปลดปล่อยก๊าซพิษคาร์บอนไดออกไซด์ ลดลงร้อยละ 60 และก๊าซพิษไนตรัส ออกไซด์ ลดลงร้อยละ 80 โดยชูการ์ โวลต์ มีกำหนดจะเผยโฉม ภายในปี 2578

ทั้งสามตัวอย่างแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มของการบินเชิงพาณิชย์ในอนาคต แม้จะยังเป็นเพียงคอนเซ็ปต์ แต่ความฝันและจินตนาการก็ถือเป็นจุดเริ่มต้นของความก้าวหน้าเสมอ



< ก่อนหน้า   ถัดไป >
ขณะนี้มี 28 บุคคลทั่วไป ออนไลน์
สถิติผู้เยี่ยมชม
ผู้เยี่ยมชม: 10055996  คน
หนังสืออิเล็กทรอนิกส์
ฟิสิกส์ 1 (ภาคกลศาสตร์)
ฟิสิกส์ 1 (ความร้อน)
ฟิสิกส์ 2
กลศาสตร์เวกเตอร์
โลหะวิทยาฟิสิกส์
เอกสารคำสอนฟิสิกส์ 1
ฟิสิกส์ 2 (บรรยาย)
ฟิสิกส์พิศวง
สอนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
ทดสอบออนไลน์
วีดีโอการเรียนการสอน
แผ่นใสการเรียนการสอน
เอกสารการสอน PDF
หน้าแรกในอดีต

ทั่วไป
การทดลองเสมือน
บทความพิเศษ
ตารางธาตุ(ไทย1)
พจนานุกรมฟิสิกส์
ลับสมองกับปัญหาฟิสิกส์
ธรรมชาติมหัศจรรย์
สูตรพื้นฐานฟิสิกส์
การทดลองมหัศจรรย์
กิจกรรมการทดลองทางวิทยาศาสตร์

บททดสอบ
แบบฝึกหัดกลาง
แบบฝึกหัดโลหะวิทยา
แบบทดสอบ
ความรู้รอบตัวทั่วไป
อะไรเอ่ย ?
ทดสอบ(เกมเศรษฐี)
คดีปริศนา
ข้อสอบเอนทรานซ์
เฉลยกลศาสตร์เวกเตอร์
แบบฝึกหัดออนไลน์

สรรหามาฝาก
คำศัพท์ประจำสัปดาห์
ความรู้รอบตัว
การประดิษฐ์แของโลก
ผู้ได้รับโนเบลสาขาฟิสิกส์
นักวิทยาศาสตร์เทศ
นักวิทยาศาสตร์ไทย
ดาราศาสตร์พิศวง
สุดยอดสิ่งประดิษฐ์
การทำงานของอุปกรณ์ทางฟิสิกส์
การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ

การเรียนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
การวัด
เวกเตอร์
การเคลื่อนที่แบบหนึ่งมิติ
การเคลื่อนที่บนระนาบ
กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
การประยุกต์กฎของนิวตัน
งานและพลังงาน
การดลและโมเมนตัม
การหมุน
สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง
การเคลื่อนที่แบบคาบ
ความยืดหยุ่น
กลศาสตร์ของไหล
กลไกการถ่ายโอนความร้อน
เทอร์โมไดนามิก
คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร
คลื่น
การสั่น และคลื่นเสียง
ไฟฟ้าสถิต
สนามไฟฟ้า
ความกว้างของสายฟ้า
ตัวเก็บประจุ
ศักย์ไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้า
สนามแม่เหล็ก
การเหนี่ยวนำ
ไฟฟ้ากระแสสลับ
ทรานซิสเตอร์
สนามแม่เหล็กไฟฟ้า
แสงและการมองเห็น
ทฤษฎีสัมพัทธภาพ
กลศาสตร์ควอนตัม
โครงสร้างของอะตอม
นิวเคลียร์

สมัครสมาชิก
เพื่อรับเอกสารเพิ่ม!