บทที 8 เทคโนโลยีอวกาศ

เทคโนโลยีอวกาศ

          

    

กล้องโทรทรรศน์

   กล้องโทรทรรศน์ (Telescope) หรือ กล้องดูดาว เป็นทัศนูปกรณ์ซึ่งประกอบด้วย เลนส์นูนสองชุดทำงานร่วมกัน หรือ กระจกเงาเว้าทำงานร่วมกับเลนส์นูน เลนส์นูนหรือกระจกเงาเว้าขนาดใหญ่ที่อยู่ด้านใกล้วัตถุทำหน้าที่รวมแสง ส่วนเลนส์นูนที่อยู่ใกล้ตาทำหน้าที่เพิ่มกำลังขยาย การเพิ่มกำลังรวมแสงช่วยให้นักดาราศาสตร์มองเห็นวัตถุที่มีความสว่างน้อย  การเพิ่มกำลังขยายช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถมองเห็นรายละเอียดของวัตถุมากขึ้น 

        กล้องโทรทรรศน์มีสามประเภท คือ กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง และกล้องโทรทรรศน์แบบผสม  กล้องส่องทางไกลชนิดสองตา มีหลักการทำงานเช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง เพียงแต่ใช้ปริซึมหักเหแสงไปมาเพื่อลดระยะความยาวของลำกล้อง  

        ขาตั้งกล้องโทรทรรศน์มีสองประเภทคือ ขาตั้งแบบอัลตาซิมูธ สามารถปรับกล้องตามมุมทิศและมุมเงิน ขาตั้งแบบศูนย์สูตร ช่วยหันกล้องติดตามดาว เนื่องจากการหมุนรอบตัวเองของโลก 

ประเภทของกล้องโทรทรรศน์

กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง         กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง (Refractor telescope) เป็นกล้องโทรทรรศน์ที่ใช้เลนส์นูนในการรวมแสง  มีใช้กันอย่างแพร่หลายสามารถพบเห็นได้ทั่วไป กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงส่วนมากมักมีขนาดเล็กเนื่องจากเลนส์นูนส่วนใหญ่มีโฟกัสยาว (เลนส์โฟกัสสั้นสร้างยากและมีราคาสูงมาก) ดังนั้นถ้าเป็นกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่จะยาวเกะกะ ลำกล้องมีน้ำหนักมาก เปลืองพื้นที่ในการติดตั้ง จึงไม่เป็นที่นิยมใช้ในหอดูดาว  กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงเหมาะสำหรับใช้ศึกษาวัตถุที่สว่างมาก เช่น ดวงจันทร์และดาวเคราะห์  แต่ไม่เหมาะสำหรับการสังเกตวัตถุที่มีขนาดใหญ่แต่สว่างน้อย เช่น เนบิลาและกาแล็กซี  เนื่องจากมีกำลังรวมแสงน้อยและให้กำลังขยายมากเกินไป ภาพที่ได้จึงมีสว่างน้อยและมีขนาดใหญ่จนไม่สามารถมองเห็นภาพรวมของวัตถุ  ภาพที่ 1 กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง         เลนส์ที่ใช้ในกล้องโทรทรรศน์เป็นเลนส์อรงค์ (Achromatic lens) ซึ่งมีสมบัติในการแก้ความคลาดสี  แสงที่ตาเห็น (Visible light) เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีความยาวคลื่นตั้งแต่ 400 - 700 นาโนเมตร สีม่วงมีความยาวคลื่นสั้นที่สุด สีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุด   เมื่อแสงมีความยาวคลื่นไม่เท่ากันถูกหักเหผ่านเลนส์ จุดโฟกัสที่เกิดขึ้นจึงไม่ใช่จุดเดียวกันทำให้เกิด "ความคลาดสี" (Chromatic aberration) ดังภาพที่ 2  เมื่อนำมาส่องก็จะมองเห็นขอบวัตถุเป็นสีรุ้ง ดังนั้นหากนำมาส่องมองดาวก็จะไม่ทราบเลยว่า ดาวที่ดูอยู่นั้นแท้ที่จริงเป็นสีอะไร  ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงออกแบบเลนส์อรงค์ขึ้นมาโดยใช้แก้วคราวน์ (Crown) และแก้วฟลินท์ (Flint) ซึ่งมีดัชนีการหักเหแสงตรงข้ามกัน มาประกบกันเพื่อทำให้แสงทุกความยาวคลื่นหักเหมารวมที่จุดโฟกัสเดียวกันดังภาพที่ 3  เลนส์อรงค์มีน้ำหนักมากและราคาแพงมาก การประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่จึงเลี่ยงไปใช้กระจกเว้าแทน  ภาพที่ 2 ความคลาดสีซึ่งเกิดขึ้นจากเลนส์เดี่ยว ภาพที่ 3 เลนส์อรงค์ช่วยลดความคลาดสี กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง          กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง (Reflector telescope) ถูกคิดค้นโดย เซอร์ ไอแซค นิวตัน  บางครั้งจึงถูกเรียกว่า "กล้องโทรทรรศน์แบบนิวโทเนียน" (Newtonian telescope) กล้องโทรทรรศน์แบบนี้ใช้กระจกเว้าทำหน้าที่เลนส์ใกล้วัตถุแทนเลนส์นูน รวบรวมแสงส่งไปยังกระจกทุติยภูมิซึ่งเป็นกระจกเงาระนาบขนาดเล็กติดตั้งอยู่ในลำกล้อง   สะท้อนลำแสงให้ตั้งฉากออกมาที่เลนส์ตาที่ติดตั้งอยู่ที่ด้านข้างของลำกล้อง ดังภาพที่ 4   ภาพที่ 4 กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง             กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ส่วนมากเป็นกล้องโทรทรรศนสะท้อนแสง เนื่องจากกระจกเว้ามีน้ำหนักเบาและราคาถูกกว่าเลนส์อรงค์  นอกจากนั้นกระจกเว้ายังสามารถสร้างให้มีความยาวโฟกัสสั้นได้ง่าย  หอดูดาวจึงนิยมติดตั้งกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงขนาดใหญ่ซึ่งมีกำลังรวมแสงสูง ทำให้สามารถสังเกตเห็นวัตถุที่มีความสว่างน้อยและอยู่ไกลมาก เช่น เนบิวลาและกาแล็กซี   อย่างไรก็ตามเมื่อเปรียบเทียบกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงกับกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงที่มีขนาดเท่ากัน กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงจะให้ภาพสว่างและคมชัดกว่า เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงมีกระจกทุติยภูมิอยู่ในลำกล้องซึ่งเป็นอุปสรรคขวางทางเดินของแสง ทำให้ความสว่างของภาพลดลง  นอกจากนั้นภาพที่เกิดจากหักเหผ่านเลนส์อรงค์ยังมีความคมชัดและสว่างกว่าภาพที่ได้จากการสะท้อนของกระจกเว้า กล้องโทรทรรศน์ชนิดผสม                   กล้องโทรทรรศน์แบบผสม (Catadioptic telescope) เป็นกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงที่ใช้การสะท้อนแสงกลับไปมาเพื่อให้ลำกล้องมีขนาดสั้นลง โดยใช้กระจกนูนเป็นกระจกทุติยภูมิช่วยบีบลำแสงทำให้ลำกล้องสั้นกระทัดรัด แต่ยังคงกำลังขยายสูงดังภาพที่ 5 อย่างไรการทำงานของกระจกนูนทำให้ภาพที่เกิดขึ้นบนระนาบโฟกัสมีความโค้ง จึงจำเป็นต้องติดตั้งเลนส์ปรับแก้ (Correction plate) ไว้ที่ปากลำกล้องเพื่อทำงานร่วมกับกระจกทุติยภูมิ ในการชดเชยความโค้งของระนาบโฟกัส โดยที่เลนส์ปรับแก้ไม่ได้มีอิทธิพลต่อกำลังรวมแสงและกำลังขยายเลย ภาพที่ 5 กล้องโทรทรรศน์ชนิดผสม              กล้องโทรทรรศน์แบบผสมถูกออกแบบขึ้นมาเพื่อให้มีลำกล้องสั้นและสะดวกในการติดตั้งอุปกรณ์ เช่น เลนส์ตาหรือกล้องถ่ายภาพไว้ที่ด้านหลังของกล้อง (ดังเช่นกล้องโทรทรรศแบบหักเหแสง) กล้องโทรทรรศน์แบบนี้มีความยาวโฟกัสมากเหมาะสำหรับใช้สำรวจวัตถุขนาดเล็ก เช่น ดาวเคราะห์ เนบิวลาและกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกล  แต่ไม่เหมาะสำหรับการสังเกตวัตถุขนาดใหญ่ เช่น กระจุกดาวเปิด เนบิวลา และกาแล็กซีที่อยู่ใกล้  กล้องโทรทรรศน์แบบผสมเป็นที่นิยมในหมู่นักดูดาวสมัครเล่นเพราะมีขนาดกระทัดรัด ขนย้ายสะดวก  แต่ไม่เหมาะสำหรับใช้ในงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เนื่องจากเลนส์ปรับแก้ที่อยู่ด้านหน้ากรองรังสีบางช่วงความยาวคลื่นออกไป  จรวด     อวกาศอยู่สูงเหนือศีรษะขึ้นไปเพียงหนึ่งร้อยกิโลเมตรแต่การที่จะขึ้นไปถึงมิใช่เรื่องง่าย  เมื่อสามร้อยปีมาแล้ว  เซอร์ไอแซค นิวตัน (Sir Isaac Newton) นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ ผู้คิดค้นทฤษฎีเรื่องแรงโน้มถ่วงของโลก  อธิบายว่า หากเราขึ้นไปอยู่บนที่สูงแล้วปล่อยวัตถุให้หล่น วัตถุจะตกลงสู่พื้นในแนวดิ่ง เมื่อออกแรงขว้างวัตถุออกไปในทิศทางขนานกับพื้น วัตถุจะเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้ง (A) ดังในภาพที่ 1   แรงลัพธ์ซึ่งเกิดขึ้นจากแรงที่เราขว้างและแรงโน้มถ่วงของโลกรวมกันทำให้วัตถุเคลื่อนที่เป็นวิถีโค้ง   ถ้าเราออกแรงมากขึ้น วิถีการเคลื่อนที่ของวัตถุจะโค้งน้อยลง วัตถุจะยิ่งตกไกลขึ้น (B)   และหากเราออกแรงมากจนวิถีของวัตถุขนานกับความโค้งของโลก วัตถุจะไม่ตกสู่พื้นโลกแต่จะโคจรรอบโลกเป็นวงกลม (C) เราเรียกการตกในลักษณะเช่นนี้ว่า “การตกอย่างอิสระ” (Free fall)  และนี่คือหลักการส่งยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจรรอบโลก หากเราเพิ่มแรงให้กับวัตถุมากขึ้นไปอีกก็จะได้วงโคจรเป็นรูปวงรี (D)  และถ้าเราส่งวัตถุด้วยความเร็ว 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที วัตถุจะไม่หวนกลับคืนมาแต่จะเดินทางออกสู่ห้วงอวกาศ (E) เราเรียกความเร็วนี้ว่า “ความเร็วหลุดพ้น” (Escape speed) และนี่คือหลักการส่งยานอวกาศไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่น ภาพที่ 1 หลักการส่งยานอวกาศ              หมายเหตุ: ในทางปฏิบัติเราไม่สามารถส่งวัตถุขึ้นสู่อวกาศในแนวราบได้ เพราะโลกมีบรรยากาศห่อหุ้มอยู่ ความหนาแน่นของอากาศจะต้านทานให้วัตถุเคลื่อนที่ช้าลงและตกสู่พื้นเสียก่อนที่จะเข้าสู่วงโคจร  ด้วยเหตุนี้นักวิทยาศาสตร์จึงออกแบบวิถีของจรวดให้ขึ้นสู่ท้องฟ้าในแนวดิ่ง แล้วค่อยปรับวิถีให้โค้งขนานกับผิวโลกเมื่อเหนือชั้นบรรยากาศในภายหลัง              จรวด (Rocket) เป็นเครื่องยนต์ที่ใช้ขับเคลื่อนพาหนะสำหรับขนส่งอุปกรณ์หรือมนุษย์ขึ้นสู่อวกาศ จรวดสามารถเดินทางไปในอวกาศ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องอาศัยออกซิเจนในบรรยากาศมาใช้ในการสันดาปเชื้อเพลิง ทั้งนี้เพราะว่าจรวดมีถังบรรจุออกซิเจนอยู่ในตัวเอง  จรวดที่ใช้เดินทางไปสู่อวกาศจะต้องมีแรงขับเคลื่อนสูงมากและต่อเนื่อง เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก (Gravity) ซึ่งมีความเร่ง 9.8 เมตร/วินาที2  ในการเดินทางจากพื้นโลกสู่วงโคจรรอบโลก จรวดทำงานตามกฎของนิวตัน 3 ข้อดังนี้  กฎข้อที่ 3 “แรงกริยา = แรงปฏิกิริยา” จรวดปล่อยแก๊สร้อนออกทางท่อท้ายด้านล่าง (แรงกริยา) ทำให้จรวดเคลื่อนที่ขึ้นสู่อากาศ (แรงปฏิกิริยา)  กฏข้อที่ 2 "ความเร่งของจรวดแปรผันตามแรงขับของจรวด แต่แปรผกผันกับมวลของจรวด" (a = F/m) ดังนั้นจรวดต้องเผาไหม้เชื้อเพลิงอย่างต่อเนื่อง เพื่อสร้างความเร่งเอาชนะแรงโน้มถ่วง  และเพื่อให้ได้ความเร่งสูงสุด นักวิทยาศาสตร์จะต้องออกแบบให้จรวดมีมวลน้อยที่สุดแต่มีแรงขับดันมากที่สุด  กฎข้อที่ 1 "กฎของความเฉื่อย" เมื่อจรวดนำดาวเทียมหรือยานอวกาศเข้าสู่วงโคจรรอบโลกแล้ว จะดับเครื่องยนต์เพื่อเคลื่อนที่ด้วยแรงเฉื่อย ให้ได้ความเร็วคงที่ เพื่อรักษาระดับความสูงของวงโคจรให้คงที่  ภาพที่ 2 จรวดอารีอาน นำดาวเทียมไทยคมขึ้นสู่วงโคจร

ดาวเทียม

 

    ดาวเทียม (Satellite) คือ อุปกรณ์ที่มนุษย์สร้างขึ้นแล้วปล่อยไว้ในวงโคจรรอบโลก เพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ เช่น ถ่ายภาพ ตรวจอากาศ โทรคมนาคม และปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ เป็นต้น ดาวเทียมถูกส่งขึ้นสู่อวกาศโดยติดตั้งบนจรวดหรือยานขนส่งอวกาศ​  ดาวเทียมดวงแรกของโลกเป็นของสหภาพโซเวียตชื่อ สปุตนิก 1 (Sputnik 1)  ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 4 ตุลาคม 2500 (ภาพที่ 1) นับเป็นจุดเริ่มต้นของยุคอวกาศ  

ภาพที่ 1 ดาวเทียมสปุตนิก 1 

        ห้าสิบกว่าปีผ่านไปนับตั้งแต่สปุตนิก 1 ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศจนถึงปัจจุบัน ได้มีการส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรรอบโลกมากกว่า 30,000 ดวง เพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ  ดาวเทียมทั้งหลายจึงมีขนาด รูปร่าง ลักษณะแตกต่างกัน อย่างไรก็ตามดาวเทียมส่วนใหญ่มีองค์ประกอบหลักที่คล้ายคลึงกันดังอธิบายประกอบภาพที่ 2 ดังนี้ 

• ระบบนำร่อง เป็นระบบคอมพิวเตอร์และไจโรสโคป ซึ่งมีหน้าที่ตรวจสอบตำแหน่งของดาวเทียม โดยการเปรียบเทียบกับตำแหน่งของดาวฤกษ์  สัญญาณวิทยุจากสถานีบนโลกหรือสัญญาณจากดาวเทียมจีพีเอส
• ระบบควบคุมและสื่อสาร ประกอบด้วย คอมพิวเตอร์ที่เก็บรวมรวมข้อมูล และประมวลผลคำสั่งต่างๆ ที่ได้รับจากส่วนควบคุมบนโลก โดยมีอุปกรณ์วิทยุและเสาอากาศ เพื่อใช้ในการรับส่งข้อมูล
• ระบบเซ็นเซอร์ และอุปกรณ์วิทยาศาสตร์อื่นๆ ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของภารกิจ เช่น ดาวเทียมสำรวจโลกติดตั้งเซ็นเซอร์ตรวจจับช่วงคลื่นต่างๆ, ดาวเทียมปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ติดตั้งห้องทดลอง, ดาวเทียมทำแผนที่ติดตั้งเรดาร์และกล้องถ่ายภาพ ข้อมูลที่ได้จากระบบนี้จะถูกส่งกลับสู่โลกโดยใช้เสาอากาศส่งคลื่นวิทยุ
• ระบบพลังงาน ทำหน้าที่ผลิตพลังงานและกักเก็บไว้เพื่อแจกจ่ายไปยังระบบไฟฟ้าของดาวเทียม โดยมีแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar cells) ไว้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า แต่ดาวเทียมขนาดใหญ่อาจมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
• ระบบเครื่องยนต์  ดาวเทียมขนาดใหญ่ที่มีอายุใช้งานยาว จะมีเครื่องยนต์ซึ่งทำงานคล้ายกับเครื่องอัดอากาศ และปล่อยออกทางปลายท่อ มีหน้าที่สร้างแรงขับดันเพื่อรักษาระดับความสูงของวงโคจร  เนื่องจากที่ระดับวงโคจรในอวกาศยังคงมีโมเลกุลอยู่อย่างเบาบาง แต่ดาวเทียมโคจรด้วยความเร็วสูง โมเลกุลอากาศสามารถสร้างแรงเสียดทานให้ดาวเทียมเคลื่อนที่ช้าลงและเคลื่อนที่ต่ำลง หากไม่รักษาระยะสูงไว้ ในที่สุดดาวเทียมก็จะตกลงสู่พื้นโลก  

ภาพ 2 ส่วนประกอบของดาวเทียมธีออส

วงโคจรของดาวเทียม

       การออกแบบวงโคจรของดาวเทียมขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการใช้งานดาวเทียม ระดับความสูงของดาวเทียมมีความสัมพันธ์กับคาบเวลาในวงโคจรตามกฎของเคปเลอร์ข้อที่ 3 (กำลังสองของคาบวงโคจรของดาวเทียม แปรผันตาม กำลังสามของระยะห่างจากโลก) ดังนั้น ณ ระดับความสูงจากผิวโลกระดับหนึ่ง ดาวเทียมจะต้องมีความเร็วในวงโคจรค่าหนึ่ง มิฉะนั้นดาวเทียมอาจตกสู่โลกหรือหลุดจากวงโคจรรอบโลก ดาวเทียมวงโคจรต่ำเคลื่อนที่เร็ว ดาวเทียมวงโคจรสูงเคลื่อนที่ช้า 

        นักวิทยาศาสตร์คำนวณหาค่าความเร็วในวงโคจรได้โดยใช้ “กฎความโน้มถ่วงแห่งเอกภพของนิวตัน” (Newton's Law of Universal Gravitation) “วัตถุสองชิ้นดึงดูดกันด้วยแรงซึ่งแปรผันตามมวลของวัตถุ แต่แปรผกผันกับระยะทางระหว่างวัตถุยกกำลังสอง” ดังนี้ 

                แรงสู่ศูนย์กลาง = แรงโน้มถ่วงของโลก 

                       mv²/r      = G (Mm/r2)

                               v    =  (GM/r)^1/2 

โดยที่ v = ความเร็วของดาวเทียม

          M = มวลของโลก

          m = มวลของดาวเทียม

          r = ระยะทางระหว่างศูนย์กลางของโลกกับดาวเทียม

          G = ค่าคงที่ของแรงโน้มถ่วง = 6.67 x 10-11 Nm2/kg2

ตัวอย่างที่ 1 ถ้าต้องการส่งดาวเทียมให้โคจรรอบโลกที่ระดับสูง 35,780 กิโลเมตร ดาวเทียมจะต้องมีความเร็วในวงโคจรเท่าไร  

                                      r  = 6,380 km (รัศมีโลก) + 35,786 km (ระยะสูงของวงโคจร) = 4.23 x 10⁷ km

                                      v  =  (GM/r)^1/2   

                                          =  {(6.67 x 10^-11 Nm2/kg2)(5.98 x 10²⁸ kg)/(4.23 x 10⁷)} ^{1/2
                                          =  11,052 กิโลเมตร}

ประเภทของดาวเทียม

เราสามารถจำแนกประเภทของดาวเทียมตามประโยชน์การใช้งานได้ดังนี้

• ดาวเทียมทำแผนที่ เป็นดาวเทียมที่มีวงโคจรต่ำ (LEO) ที่ระดับความสูงไม่เกิน 800 กิโลเมตร เพื่อให้ได้ภาพที่มีรายละเอียดสูง และเป็นดาวเทียมที่มีวงโคจรใกล้ขั้วโลก (Polar orbit) เพื่อให้สแกนพื้นผิวถ่ายภาพได้ครอบคลุมทุกพื้นที่ของโลก ภาพถ่ายดาวเทียมที่ได้สามารถนำไปใช้ในการทำแผนที่ ผังเมือง และการทำจารกรรมสอดแนมทางการทหาร  ภาพที่ 1 เป็นภาพถ่ายรายละเอียดสูงของพระบรมมหาราชวัง ซึ่งถ่ายโดยดาวเทียม GeoEye-1 ที่ความสูง 680 กิโลเมตร ความเร็วในวงโคจร 27,359 กิโลเมตรต่อชั่วโมง  ดาวเทียมทำแผนที่ที่มีชื่อเสียงได้แก่ Ikonos, QuickBird ซึ่งสามารถดูภาพแผนที่ใน Google Maps
  
  
  
  ภาพที่ 1 ภาพถ่ายรายละเอียดสูงของดาวเทียมวงโคจรต่ำ (ที่มา: GeoEye)
• ดาวเทียมสำรวจทรัพยากร เป็นดาวเทียมวงโคจรต่ำที่มีวงโคจรแบบใกล้ขั้วโลก (Near Polar Orbit) ที่ระยะสูงประมาณ 800 กิโลเมตร จึงไม่มีรายละเอียดสูงเท่าภาพถ่ายที่ได้จากดาวเทียมทำแผนที่ เพราะเน้นการครอบคลุมพื้นที่เป็นบริเวณกว้าง และทำการบันทึกภาพได้ทั้งในช่วงแสงที่ตามองเห็นและรังสีอินฟราเรด เนื่องจากโลกแผ่รังสีอินฟราเรดออกมา จึงสามารถบันทึกภาพได้แม้ในเวลากลางคืน ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรที่มีชื่อเสียงมากได้แก่ LandSat, Terra และ Aqua (MODIS Instruments)  ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรของไทยมีชื่อว่า ธีออส (Theos)  ภาพท่ี 2 เป็นภาพถ่ายพื้นที่น้ำท่วมของประเทศไทย โดยอุปกรณ์ MODIS ที่ติดตั้งในดาวเทียม Terra
  
  
  
  ภาพที่ 2 พื้นที่น้ำท่วมของประเทศไทย
• ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา มีวงโคจรหลายระดับขึ้นอยู่กับการออกแบบในการใช้งาน   ดาวเทียม NOAA มีวงโคจรต่ำถ่ายภาพรายละเอียดสูงดังภาพที่ 3 ส่วนดาวเทียม GOES และ MTSAT มีวงโคจรค้างฟ้าอยู่ที่ระดับสูงถ่ายภาพมุมกว้างครอบคลุมทวีปและมหาสมุทรดังภาพที่ 4  นักอุตุนิยมวิทยาใช้ภาพถ่ายดาวเทียมในการพยากรณ์อากาศและติดตามการเคลื่อนที่ของพายุจึงสามารถช่วยป้องกันความเสียหายและชีวิตคนได้เป็นจำนวนมาก
  
  
  
  
  ภาพที่ 3 ภาพถ่ายดาวเทียม NOAA 
  
  
  
  ภาพที่ 4 ภาพถ่ายดาวเทียม MTSAT
• ดาวเทียมเพื่อการนำร่อง Global Positioning System "GPS" เป็นระบบบอกตำแหน่งพิกัดภูมิศาสตร์บนพื้นโลก ซึ่งประกอบด้วยเครือข่ายดาวเทียมจำนวน 32 ดวง โคจรรอบโลกในทิศทางต่างๆ ที่ระยะสูง 20,000 กิโลเมตรส่งสัญญาณมาบนโลกพร้อมๆ กัน  แต่เนื่องจากดาวเทียมแต่ละดวงอยู่ห่างจากเครื่องรับบนพื้นโลกไม่เท่ากันดังภาพที่ 5  เครื่องรับจึงได้รับสัญญาณจากดาวเทียมแต่ละดวงไม่พร้อมกัน วงจรอิเล็คทรอนิกส์ในเครื่องรับ GPS นำค่าเวลาที่แตกต่างมาคำนวณหาพิกัดภูมิศาสตร์บนพื้นโลก ปัจจุบันเครื่องรับ GPS เป็นที่นิยมใช้กันในหมู่นักเดินทางมีทั้งแบบมือถือ ติดตั้งบนรถ เรือ และเครื่องบิน
  
  
  
  ภาพที่ 5 ระบบ GPS
• ดาวเทียมโทรคมนาคม เช่น Intelsat, Thaicom ส่วนใหญ่เป็นดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า (Geo-stationary Orbit) เพื่อถ่ายทอดสัญญาณจากทวีปหนึ่งไปยังอีกทวีปหนึ่ง ข้ามส่วนโค้งของโลก ดาวเทียมค้างฟ้า 1 ดวง สามารถส่งสัญญาณครอบคลุมพื้นที่การติดต่อประมาณ 1/3 ของผิวโลก และถ้าจะให้ครอบคลุมพื้นที่ทั่วโลก จะต้องใช้ดาวเทียมในวงโคจรนี้อย่างน้อย 3 ดวง ดังภาพที่ 6  อย่างไรก็ตามดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าจะลอยอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตรโลกเท่านั้น ดังนั้นสัญญาณจะไม่สามารถครอบคลุมบริเวณขั้วโลกได้เลย 

ภาพที่ 6 พื้นที่สัณญานปกคลุมของดาวเทียมค้างฟ้า 

• ดาวเทียมภารกิจพิเศษ  นอกจากดาวเทียมทั่วไปที่ใช้งานเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันตามที่กล่าวไปแล้ว ยังมีดาวเทียมอีกหลายชนิดที่ส่งขึ้นไปเพื่อปฏิบัติภารกิจพิเศษเฉพาะทาง เช่น ดาวเทียมเพื่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ กล้องโทรทรรศน์อวกาศ  ดาวเทียมจารกรรม ดาวเทียมทางทหาร  ดาวเทียมประเภทนี้มีระยะสูงและรูปแบบของวงโคจรต่างๆ กันขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการใช้งาน ภาพที่ 7 คือ ดาวเทียม Coronaซึ่งใช้สำหรับการลาดตระเวนทางทหาร
  
  
  
  

  
  ภาพที่ 7 ดาวเทียมลาดตระเวนทางทหาร 

ยานอวกาศ

      ยานอวกาศ (Spacecraft) หมายถึง ยานพาหนะที่นำมนุษย์หรืออุปกรณ์อัตโนมัติขึ้นไปสู่อวกาศ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อสำรวจโลกหรือเดินทางไปยังดาวดวงอื่น ยานอวกาศมี 2 ประเภท คือ ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม และยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุม  

        ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม (Manned Spacecraft) มีขนาดใหญ่ เพราะต้องมีปริมาตรพอที่มนุษย์อยู่อาศัยได้ และยังต้องบรรทุกปัจจััยต่างๆ ที่มนุษย์ต้องการ เช่น อากาศ อาหาร และเครื่องอำนวยความสะดวกในการยังชีพ เช่น เตียงนอน ห้องน้ำ  ดังนั้นยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุมจึงมีมวลมาก  การขับดันยานอวกาศที่มีมวลมากให้มีอัตราเร่งสูงจำเป็นต้องใช้จรวดที่บรรทุกเชื้อเพลิงจำนวนมาก ซึ่งทำให้มีค่าใช้จ่ายสูงมาก  ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุมได้แก่ ยานอะพอลโล (Apollo) ซึ่งนำมนุษย์ไปยังดวงจันทร์  

ภาพที่ 1 ยานอะพอลโล
(ที่มา: NASA)

        ยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุม (Unmanned Spacecraft) มีขนาดเล็กมากเมื่อเปรียบเทียบกับยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม ยานอวกาศชนิดนี้มีมวลน้อยไม่จำเป็นต้องใช้จรวดนำส่งขนาดใหญ่ จึงมีความประหยัดเชื้อเพลิงมาก อย่างไรก็ตามในการควบคุมยานในระยะไกลไม่สามารถใช้วิทยุควบคุมได้ เนื่องจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต้องใช้เวลาในการเดินทาง ยกตัวอย่างเช่น ดาวเสาร์อยู่ไกลจากโลกประมาณ 1 พันล้านกิโลเมตร หรือ 1 ชั่วโมงแสง  หากส่งคลื่นวิทยุไปยังดาวเสาร์ คลื่นวิทยุต้องใช้เวลานานถึง 1 ชั่วโมง ดังนั้นการควบคุมให้ยานเลี้ยวหลบหลีกก้อนน้ำแข็งบริเวณวงแหวนจะไม่ทัน  ยานอวกาศประเภทนี้จึงต้องมีสมองกลคอมพิวเตอร์และระบบซอฟต์แวร์ซึ่งฉลาดมาก เพื่อให้ยานอวกาศสามารถต้องปฏิบัติภารกิจได้เองทุกประการและแก้ไขปัญหาเฉพาะหน้าได้ทันท่วงที  เหตุผลอีกส่วนหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์นิยมใช้ยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุมในงานสำรวจระยะบุกเบิกและการเดินทางระยะไกล เนื่องจากการออกแบบยานไม่ต้องคำนึงถึงปัจจัยในการดำรงชีวิต ทำให้ยานสามารถเดินทางระยะไกลได้เป็นระยะเวลานานนอกเหนือขีดจำกัดของมนุษย์   ยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุมได้แก่ ยานแคสินี (Cassini spacecraft) ซึ่งใช้สำรวจดาวเสาร์ เป็นต้น

ภาพที่ 2 ยานแคสสีนี

(ที่มา: NASA)

        ยุคอวกาศเริ่มขึ้นเมื่อสหภาพส่งดาวเทียมสปุตนิก 1 (Sputnik 1) ขึ้นสู่อวกาศในปี พ.ศ.2500 หลังจากนั้นการแข่งขันทางอวกาศในยุคสมัยของสงครามเย็นก็เริ่มขึ้น  ดาวเทียมที่ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเป็นลำดับที่ 2 ไม่ใช่ของสหรัฐอเมริกา แต่เป็นดาวเทียมสปุตนิก 2 (Sputnik 2) และสุนัขชื่อ ไลก้า (Laika) ของสหภาพโซเวียต และนักบินอวกาศคนแรกของโลกเป็นเป็นชาวรัสเซียชื่อ ยูริ กาการิน (Yuri Gagarin) ขึ้นสู่วงโคจรโลกด้วยยานอวกาศวอสต็อก (Vostok) ในปี พ.ศ.2504  ด้วยเหตุนี้ประธานาธิบดีจอห์น เอฟ เคเนดี้ จึงสนับสนุนโครงการอะพอลโลขององค์การ NASA จนนักบินอวกาศคนแรกที่เหยียบพื้นผิวดวงจันทร์คือ นีล อาร์มสตรอง (Neil Armstrong) โดยยานอะพอลโล 11 (Apollo 11) เมื่อปี พ.ศ.2512  จนกระทั่งสงครามเย็นสิ้นสุดลง ประเทศมหาอำนาจต่างๆ ได้ร่วมมือกันก่อสร้างสถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station) หรือ ISS ขึ้นไปโคจรรอบโลกตั้งแต่ปี พ.ศ.2541 เป็นต้นมา 

ภาพที่ 3 สถานีอวกาศนานาชาติ
(ที่มา: NASA)

หลักการส่งยานอวกาศ

 เมื่อสามร้อยปีมาแล้ว  เซอร์ไอแซค นิวตัน (Sir Isaac Newton) นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ ผู้คิดค้นทฤษฎีเรื่องแรงโน้มถ่วงของโลก อธิบายว่า หากเราขึ้นไปอยู่บนที่สูง และปล่อยวัตถุให้หล่นจากมือ วัตถุก็จะตกลงสู่พื้นในแนวดิ่ง เมื่อออกแรงขว้างวัตถุออกไปในทิศทางขนานกับพื้น วัตถุจะเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้ง (A)   เนื่องจากแรงลัพธ์ซึ่งเกิดขึ้นจากแรงที่เราขว้างและแรงโน้มถ่วงของโลกรวมกัน วัตถุจึงมีวิถีการเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งดังในภาพที่ 1   ถ้าหากเราออกแรงมากขึ้น วิถีการเคลื่อนที่ของวัตถุจะโค้งน้อยลง ก้อนหินจะยิ่งตกไกลขึ้น (B)   และหากเราออกแรงมากจนวิถีของวัตถุขนานกับความโค้งของโลก วัตถุก็จะไม่ตกสู่พื้นโลกแต่จะโคจรรอบโลกเป็นวงโคจรรูปวงกลม (C) เราเรียกการตกในลักษณะนี้ว่า “การตกอย่างอิสระ” (Free fall)   นี่เองคือหลักการส่งยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจรรอบโลก หากเราเพิ่มแรงให้กับวัตถุมากขึ้นไปอีกก็จะได้วงโคจรเป็นรูปวงรี (D)   และถ้าเราออกแรงขว้างวัตถุไปด้วยความเร็ว 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที วัตถุจะไม่หวนกลับคืนมาแต่จะเดินทางออกสู่ห้วงอวกาศ (E) เราเรียกความเร็วนี้ว่า “ความเร็วหลุดพ้น” (Escape velocity) และนี่คือหลักการส่งยานอวกาศไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่น

ภาพที่ 1 หลักการส่งยานอวกาศ

        เราสามารถคำนวณหาความเร็วหลุดพ้นได้โดยประยุกต์  กฎความโน้มถ่วงแห่งเอกภพของนิวตัน (Newton's Law of Universal Gravitation) “วัตถุสองชิ้นดึงดูดกันด้วยแรงซึ่งแปรผันตามมวลของวัตถุ แต่แปรผกผันกับระยะทางระหว่างวัตถุยกกำลังสอง” กับสูตรพลังงานจลน์ ได้ดังนี้ 

                แรงหนีศูนย์กลาง (พลังงานจลน์) = แรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ (กฎความโน้มถ่วง)

                                          1/2 mv_es²         = G (Mm/r2)

                                               v_es         =  (2GM/r)^1/2 

โดยที่ v_es = ความเร็วหลุดพ้นของยานอวกาศ

          M = มวลของดาวเคราะห์ 

          m = มวลของยานอวกาศ

          r = ระยะทางระหว่างศูนย์กลางของดาวเคราะห์กับยานอวกาศ​ 

          G = ค่าคงที่ของแรงโน้มถ่วง = 6.67 x 10-11 Nm2/kg2

       เมื่อแทนค่าสูตรข้างต้นด้วยมวลและรัศมีของดาวแต่ละดวงในระบบสุริยะ จะได้ผลลัพธ์ในตารางที่ 1  จะพบว่า ความเร็วหลุดพ้นของดาวมวลมากมีค่ามากกว่าความเร็วหลุดพ้นของดาวมวลน้อย 

ตารางที่ 1 ความสัมพันธ์ระหว่างมวลของดาวกับความเร็วหลุดพ้น

ดาวในระบบสุริยะ	มวลของดาวเคราะห์ (x 1021 กิโลกรัม)	ความเร็วหลุดพ้น (กิโลเมตรต่อวินาที)
ดวงอาทิตย์ ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก ดวงจันทร์ ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส ดาวเนปจูน	1,989,100,000 330 4,868 5,974 73.5 642 1,898,600 568,460 86,869 102,430	617.5 4.3 10.3 11.2 2.4 5.0 59.5 35.6 21.2 23.6

        โลกมีมวลมากกว่าดวงจันทร์จึงมีแรงโน้มถ่วงมากกว่าดวงจันทร์ ในการส่งยานอวกาศไปยังดวงจันทร์จะต้องทำความเร็วหลุดพ้น 11.2 กิโลเมตร/วินาที เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกที่มีต่อยานอวกาศ  แต่ในการเดินทางออกจากพื้นผิวดวงจันทร์ ยานอวกาศต้องทำความเร็วหลุดพ้น 2.4 กิโลเมตร/วินาที เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงที่ดวงจันทร์มีต่อยานอวกาศ  ภาพที่ 2 เป็นแผนภาพแสดงการเดินทางไปกลับระหว่างโลกกับดวงจันทร์ของยานอะพอลโล (Apollo) จะเห็นว่า การเดินทางจากโลกไปยังดวงจันทร์จะต้องใช้จรวดแซทเทิร์น 5 (Saturn V) ซึ่งประกอบด้วยจรวดเชื้อเพลิงเหลวจำนวน 3 ท่อนสร้างความเร่งเพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก  แต่ในขากลับจากดวงจันทร์ไปยังโลก ใช้เพียงจรวดเชื้อเพลิงเหลวขนาดเล็กซึ่งติดตั้งอยู่ท้ายห้องนักบินอวกาศเพียงท่อนเดียว ก็สามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ และใช้แรงโน้มถ่วงของโลกดึงยานกลับมา 

ภาพที่ 2 วิถีของยานอะพอลโล
(ที่มา: Smithsonion)

        ส่วนในการส่งยานอวกาศไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นที่อยู่ห่างไกล เช่น การเดินทางไปยังดาวเสาร์ของยานแคสสินี (Cassini spacecraft) ไม่สามารถเดินทางจากโลกไปยังดาวเสาร์ได้โดยตรง เนื่องจากดาวเสาร์อยู่ไกลมาก เชื้อเพลิงที่จรวดบรรทุกได้ไม่มากพอ  นักวิทยาศาสตร์จึงออกแบบให้ยานอวกาศเดินทางไปโคจรรอบดวงอาทิตย์ก่อน 2 รอบ เพื่อสร้างโมเมนตัมเพิ่มความเร็ว แล้วใช้แรงเหวี่ยงจากดาวศุกร์ เหวี่ยงให้ยานเคลื่อนที่ไปยังโลก ต่อจากนั้นก็ใช้แรงเหวี่ยงจากโลกส่งให้ยานเคลื่อนที่ไปยังดาวพฤหัสบดี แล้วใช้แรงเหวี่ยงจากยานพฤหัสบดี ส่งให้ยานโคจรไปยังดาวเสาร์  รวมเป็นระยะทาง 3.5 พันล้านกิโลเมตร โดยใช้เวลาเกือบ 7 ปี  หลักการส่งยานอวกาศโดยใช้แรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์เหวี่ยงต่อๆ กันไปเช่นนี้เรียกว่า "Swing by" ดังที่แสดงในภาพที่ 3

ภาพที่ 3 วิถีของยานแคสสินี
(ที่มา: NASA)

ชีวิตในอวกาศ

 สิ่งแวดล้อมในอวกาศเต็มไปด้วยอันตรายจากอุกกาบาตและอนุภาคความเร็วสูงในอวกาศ รังสีคลื่นสั้นและประจุจากดวงอาทิตย์ นอกจากนั้นแล้วในอวกาศยังปราศจากปัจจัยที่เอื้ออำนวยต่อการดำรงชีวิต  ดังนั้นยานอวกาศจึงต้องเป็นเกราะคุ้มกันและจำลองสภาพแวดล้อมในยานให้เหมือนบนพื้นผิวโลก ไม่ว่าจะเป็น อุณหภูมิ ความดัน ความชื้น และองค์ประกอบทางเคมีของอากาศ อย่างไรก็ตามในยุคปัจจุบันยังไม่สามารถจำลองแรงโน้มถ่วงโลกได้ ยานอวกาศจึงอยู่ในสภาพไร้น้ำหนัก  มนุษย์อวกาศจึงต้องปรับร่างกายและการใช้ชีวิตให้เข้ากับสภาพไร้น้ำหนัก โดยทำการฝึกทำงานในสระน้ำขนาดใหญ่ก่อนที่จะถูกส่งขึ้นสู่อวกาศดังภาพที่ 1 

ภาพที่ 1  ฝึกปฏิบัติงานในสระน้ำ

ข้อเท็จจริง: แม้ว่าจะอยู่ในอวกาศ แต่ยานอวกาศยังคงอยู่ในอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของโลกหรือดาวเคราะห์ที่ยานอยู่ใกล้ สภาพไร้น้ำหนักเกิดขึ้นเนื่องจากทั้งมนุษย์และยานอวกาศล่วงหล่นอย่างต่อเนื่องไปตามวงโคจรหรือวิถีของยาน คล้ายกับการตกของลิฟต์ที่สายเคเบิ้ลขาด ทั้งลิฟต์และคนที่อยู่ข้างในต่างล่วงหล่นสู่พื้นๆ พร้อมๆ กัน คนที่อยู่ข้างในจึงรู้สีกเหมือนว่าลอยได้ดัง ภาพที่ 2 เป็นการฝึกจำลองสภาพไร้น้ำหนักโดยให้มนุษย์ล่วงหล่นลงมาพร้อมกับเครื่องบินขณะที่อยู่ในระดับสูง 

ภาพที่ 2 สภาพไร้น้ำหนัก

        ขณะที่อยู่ในยานอวกาศ มนุษย์อวกาศสามารถแต่งตัวตามสบายเหมือนที่อยู่บนพื้นโลก เนื่องจากยานอวกาศได้ปรับสภาพแวดล้อมให้เหมือนบนพื้นโลก แต่จะต้องสวมใส่ชุดอวกาศในขณะที่ยานขึ้นสู่อวกาศหรือกลับสู่โลก เพื่อเป็นการเตรียมพร้อมต่อภาวะฉุกเฉินหรือออกไปปฏิบัติภารกิจนอกยาน  ชุดอวกาศทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันรังสี  เป็นฉนวนควบคุมอุณหภูมิ และบรรจุแก๊สออกซิิเจนสำหรับหายใจและสร้างความกดอากาศ  ชุดอวกาศจึงมีขนาดใหญ่และพองลม ดังภาพที่ 3

ภาพที่ 3 ชุดอวกาศ

        อาหารบนยานอวกาศเป็นอาหารสำเร็จรูปซึ่งถูกทำให้แห้งเพื่อลดมวล โดยจะผสมน้ำก่อนรับประทาน เนื่องจากสภาวะไร้น้ำหนัก ช้อนซ่อมและภาชนะใส่อาหารจะถูกวางบนแถบแม่เหล็กดังภาพที่ 4  ในการตักกินจะต้องระวังไม่ให้อาหารกระจายไปทั่วยาน หากเป็นน้ำและอาหารเหลวจะบรรจุอยู่ในภาชนะปิดมิดชิดแล้วใช้หลอดดูด

ภาพที่ 4 อาหารในอวกาศ

        น้ำที่ใช้ในยานอวกาศส่วนหนึ่งผลิตจากกระบวนการผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิง อีกส่วนหนึ่งได้มาจากการรีไซเคิลน้ำที่ใช้แล้วและน้ำปัสสาวะ  อย่างไรก็ตามในสถานีอวกาศที่ไม่มีเซลล์เชื้อเพลิง จะมีเครื่องผลิตน้ำจากแก๊สไฮโดรเจนและแก๊สออกซิเจนโดยเฉพาะ  ในการปฏิบัติภารกิจระยะยาวมนุษย์อวกาศจำเป็นต้องทำความสะอาดร่างกาย   ในยุคแรกมนุษย์อวกาศต้องอาบน้ำในภาชนะคล้ายถุงดังภาพที่ 5  เพื่อป้องกันไม่ให้หยดน้ำหลุดลอยไปทั่วยาน  แต่ในปัจจุบันมนุษย์อวกาศทำความสะอาดร่างกายโดยใช้สารเหลวที่ไม่ต้องล้างออก เช่นเดียวกับสารเหลวที่ใช้ล้างมือป้องกันเชื้อโรค

ภาพที่ 5 อาบน้ำในอวกาศ

        ในการขับถ่าย มนุษย์อวกาศปัสสาวะลงท่อซึ่งจะนำไปรีไซเคิลให้เป็นน้ำบริสุทธิ์เพื่อใช้อุปโภคบริโภคต่อไป โถอุจจาระมีลักษณะคล้ายกับโถส้วมบนเครื่องบินซึ่งใช้ความดันอากาศดูดของเสียออกแทนการใช้น้ำชักโครก ดังภาพที่ 6  ของเสียที่ถ่ายออกจะถูกทำให้สลายไปในอวกาศ หรือทำให้แห้งแล้วเก็บกลับมาทิ้งบนโลก 

ภาพที่ 6 ท่อปัสสาวะแลโถ

อุจจาระ

  

 

        การอยู่ในสภาพไร้น้ำหนักนานๆ ทำให้กล้ามเนื้อลีบ เนื่องจากสภาพไร้นำหนักทำให้ไม่ต้องออกแรง ดังนั้นมนุษย์อวกาศจะต้องออกกำลังกายอยู่เสมอ มิฉะนั้นกล้ามเนื้อจะอ่อนแอมาก จนยืนไม่ไหวและเดินไม่ได้เมื่อกลับมาอยู่บนพื้นโลก  อุปกรณ์ที่ใช้ในการออกกำลังกายในอวกาศ มีลักษณะคล้ายอุปกรณ์ในโรงยิมนาสติก แต่จะมีสายรั้งร่างกายให้ติดอยู่กับอุปกรณ์ตลอดเวลา ดังภาพที่ 7

ภาพที่ 7 ออกกำลังกายในอวกาศ

        ยานอวกาศเดินทางอยู่นอกโลกจึงไม่มีกลางวันกลางคืน  อย่างไรก็ตามมนุษย์ไม่สามารถปฏิบัติงานต่อเนื่องโดยปราศจากการพักผ่อน  มนุษย์อวกาศต้องยึดถือเวลาบนโลกในการปฏิบัติงานและพักผ่อน ภายในยานอวกาศต้องจำลองแสงสว่างให้เหมือนกลางวันและกลางคืน  ในอวกาศไม่มีน้ำหนัก  มนุษย์อวกาศต้องนอนบนเตียงโดยมีสายรัดร่างกายไว้ไม่ให้ลอย ดังภาพที่ 8 

  

ภาพที่ 8 เตียงอวกาศ