Starship vs Saturn V: การเปรียบเทียบความจุของจรวด

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการสำรวจดวงจันทร์ถือเป็นหนึ่งในความสำเร็จในการแข่งขันอวกาศที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในศตวรรษที่ 20 แต่ประวัติศาสตร์ก้าวไปข้างหน้า และตอนนี้ในศตวรรษที่ 21 เรามุ่งมั่นที่จะสร้างฐานบนดวงจันทร์และใช้สำหรับเที่ยวบินต่อไปไปยังดาวอังคาร และ NASA จะไม่ทำสิ่งนี้เพียงลำพังอีกต่อไป ในวันนี้ หน่วยงานดังกล่าวจะต้องพึ่งพาบริษัทเอกชนเพื่อบรรลุเป้าหมายอันทะเยอทะยานของตน

ย้อนกลับไปในช่วงปลายทศวรรษ 1960 ถึงต้นทศวรรษ 1970 แซทเทิร์น 5 เป็นจรวดที่ล้ำหน้าที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา โดยประสบความสำเร็จในภารกิจทั้งหมด 13 ภารกิจ โดยนำนักบินอวกาศ 24 คนไปยังจุดหมายปลายทางอย่างปลอดภัย ทุกวันนี้ 'การยกของหนัก' ส่วนใหญ่จะตกลงไปบนยาน Starship (SN) ของ SpaceX ดังนั้นจึงสมเหตุสมผลที่จะทำการ เปรียบเทียบ Starship กับ Saturn V อย่างรวดเร็ว เพื่อดูว่าทุกอย่างเริ่มต้นอย่างไรและเราก้าวหน้าไปไกลแค่ไหนแล้ว

การเปรียบเทียบยานอวกาศ Saturn V: ขนาดและส่วนสูง

แม้ว่าหกทศวรรษของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีจะแยกจรวดทั้งสองนี้ออกจากกัน แต่ขนาดของยานอวกาศ Starship และ Saturn V ก็มีความคล้ายคลึงกันมาก แม้ว่ายานอวกาศใหม่ที่ออกแบบมาเพื่อบรรทุกน้ำหนักบรรทุกที่มากขึ้นนั้นคาดว่าจะใหญ่กว่าก็ตาม เอ็นเตอร์ไพรส์มีขนาดใหญ่กว่าดาวเสาร์ V มากแค่ไหน? มันสูงกว่า 9.4 ม. แต่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า 1.1 ม. โดยดาวเสาร์มีความสูง 110.6 ม. และกว้าง 10.1 ม. ในขณะที่ยานอวกาศมีความสูง 120 ม. และกว้าง 9 ม.

อย่างไรก็ตาม เรือบรรทุกทั้งสองลำนี้สร้างจากวัสดุที่แตกต่างกัน จรวดอพอลโลอันโด่งดังนั้นเบากว่าจรวดยิงในศตวรรษที่ 21 มาก โดยมีน้ำหนัก 190,000 กิโลกรัม ต่อ 330,000 กิโลกรัม ตามลำดับ เนื่องจากดาวเสาร์ V ไม่ใช่จรวดที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ วิศวกรของ NASA จึงเลือกใช้วัสดุน้ำหนักเบาแบบใช้แล้วทิ้ง ได้แก่ อะลูมิเนียม แร่ใยหิน และไทเทเนียม เครื่องยิง Starship ใหม่จะสามารถนำมาใช้ซ้ำได้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้น SpaceX จึงสร้างมันขึ้นมาจากสแตนเลส

เอ็นเตอร์ไพรส์ vs แซทเทิร์น วี พาวเวอร์

ค่อนข้างเป็นที่คาดหมายว่าเรือบรรทุกเครื่องบินลำใหม่นี้จะมีพลังมากกว่าทหารผ่านศึก Apollo ในความเป็นจริง มีเพียงระยะบูสเตอร์ SN เท่านั้นที่สร้างแรงผลักดันได้เกือบสองเท่าของทั้งสามระยะของดาวเสาร์รวมกัน ระยะบูสเตอร์แรกบนจรวดของ NASA มีเครื่องยนต์ 10 เครื่องที่สามารถสร้างแรงขับได้ 33,000 กิโลนิวตัน เมื่อรวมกับขั้นตอนพิเศษสองขั้นตอน ดาวเสาร์ที่ 5 สามารถสร้างพลังงานได้มากถึง 40,000 กิโลนิวตัน บูสเตอร์สเตจแรกของเอ็นเตอร์ไพรส์เพียงอย่างเดียวมีเครื่องยนต์ 33 เครื่องที่สร้างพลังงานได้มากกว่า 75,00 กิโลนิวตัน แล้ว Starship มีจรวดกี่ลูกล่ะ? โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ระยะจรวด? แค่สองเท่านั้น แต่นี่ก็เพียงพอแล้วที่จะเหนือกว่าเทคโนโลยีแห่งศตวรรษที่ 20

แน่นอนว่าเมื่อพิจารณาถึงความแตกต่างของน้ำหนักแล้ว Starship จำเป็นต้องมีแรงผลักดันมากขึ้นในการทะยานขึ้น ในทางกลับกัน ส่งผลให้มีการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมากขึ้นเมื่อบินขึ้นเพียงลำพัง แต่ SpaceX ยังวางแผนที่จะนำขั้นตอนทั้งหมดกลับมาใช้ใหม่ นั่นคือการนำพวกมันกลับมายังโลก นี่คือสาเหตุที่เครื่องยิงรุ่นใหม่ใช้พลังงานจากมีเทนเหลว ไม่ใช่น้ำมันก๊าด ไฮโดรเจนเหลว และออกซิเจนผสมกันซึ่งพบได้ทั่วไปในศตวรรษที่ 20

การเลือกใช้จรวดดังกล่าวมีข้อดีที่สำคัญมากสองประการ ประการแรก มีเทนนั้น 'สะอาดกว่า' มากกว่าน้ำมันก๊าด แม้ว่าเราจะต้องเห็นด้วยกับ Orbital Today และแหล่งข้อมูลที่น่านับถืออื่นๆ ว่าน้ำมันก๊าดนั้น 'สะอาด' เท่าที่เชื้อเพลิงจะได้รับในทศวรรษ 1960 ประการที่สองและอาจสำคัญยิ่งกว่าสำหรับ SpaceX ก็คือสามารถสกัดมีเทนได้โดยตรงบนดาวอังคาร ซึ่งหมายความว่าเอ็นเตอร์ไพรส์ไม่จำเป็นต้องบรรทุกเชื้อเพลิงเพิ่มเติมสำหรับเที่ยวบินกลับโลก ซึ่งหมายความว่ามันสามารถส่งมอบน้ำหนักบรรทุกที่มีประโยชน์มากขึ้นสำหรับการสำรวจดาวอังคาร

และนั่นนำเราไปสู่คำถามถัดไปที่น่าสนใจที่สุด - ความสามารถในการรองรับของ Starship คืออะไร? และเปรียบเทียบกับทหารผ่านศึกในศตวรรษที่ 20 ได้อย่างไร?

การเปรียบเทียบน้ำหนักบรรทุกของยานอวกาศกับดาวเสาร์ V

แม้ว่า SpaceX ยังคงทำการ บินทดสอบด้วยต้นแบบ SN ของตน แต่ก็ชัดเจนแล้วว่าความสามารถในการบรรทุกของ Starship จะมากกว่ารุ่นก่อนในศตวรรษที่ 20 มาก ตามข้อมูลของ SpaceX ยานอวกาศ Starship จะสามารถบรรทุกน้ำหนักบรรทุกได้ 100-150 ตัน ขึ้นอยู่กับจุดหมายปลายทางในวงโคจรของมัน

แล้วจรวด Saturn V มีความจุเท่าใด? มันขึ้นอยู่กับวงโคจรเช่นกัน และในระยะทางสั้นๆ ก็สามารถเปรียบเทียบกับเครื่องยิงรุ่นใหม่ได้ จรวดที่มีชื่อเสียงที่สุดแห่งศตวรรษที่ 20 สามารถบรรทุกสิ่งของที่มีประโยชน์ได้มากถึง 140 ตันไปยังวงโคจรโลกต่ำ (LEO) อย่างไรก็ตาม สามารถขนส่งสินค้าได้เพียง 43.5 ตันไปยังวงโคจรข้ามดวงจันทร์ เมื่อพิจารณาถึงสิ่งนี้ สิ่งใหม่จะเอาชนะสิ่งเก่าอีกครั้ง แต่ก็ยังน่าประทับใจว่าดาวเสาร์สามารถบรรทุกได้มากเพียงใดในช่วงรุ่งโรจน์

ราคาเอ็นเตอร์ไพรส์กับดาวเสาร์ V: การผลิตและการเปิดตัว

ความสามารถในการบรรทุกเพียงอย่างเดียวก็บอกเป็นนัยว่า Starship จะมีความเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจมากขึ้น ถึงกระนั้น เราไม่ควรลืมว่าการพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศก็มีราคาถูกลงมากในช่วงห้าสิบปีที่ผ่านมา ตัวอย่างเช่น NASA ต้องใช้เงินเกือบ 6.5 พันล้านดอลลาร์ในการพัฒนาดาวเสาร์ V เมื่อพิจารณาจากอัตราเงินเฟ้อ การเปลี่ยนแปลงนี้จะกลายเป็น 5 หมื่นล้านดอลลาร์ในราคาในปี 2020 และแน่นอนว่ามีค่าใช้จ่ายในการปล่อยแต่ละครั้ง ในขณะที่โครงการ Apollo นั้น NASA ต้องจ่ายเงิน 185 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ สำหรับการบินขึ้นทุกๆ ภารกิจ ซึ่งในปัจจุบันมีมูลค่าเท่ากับ 1.3 พันล้านดอลลาร์ งบประมาณมหาศาล!

โชคดีสำหรับเราที่เทคโนโลยีในปัจจุบันคุ้มค่ากว่ามาก แม้ว่า Starship จะยังอยู่ในขั้นตอนต้นแบบ แต่ Elon Musk ผู้ก่อตั้ง SpaceX อ้างว่าราคาการพัฒนาจะอยู่ที่ประมาณ 5 ถึง 10 พันล้านดอลลาร์ โปรดทราบว่า SN จะสามารถนำมาใช้ซ้ำได้ทั้งหมด ในขณะที่แต่ละบูสเตอร์ Saturn V จะต้องถูกสร้างขึ้นใหม่ตั้งแต่ต้นสำหรับการเปิดตัวใหม่ทุกครั้ง นั่นจึงเป็นอีกประเด็นด้านงบประมาณที่ต้องจดจำ ต้นทุนการเปิดตัว SN โดยประมาณควรจะถูกกว่ามาก – ประมาณ 1.5 ถึง 2 ล้านดอลลาร์

แล้วความยั่งยืนในการเปิดตัวและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมล่ะ? ในห้องนี้ไม่มีใครซ่อนช้างไว้ การปล่อยจรวดยังคงเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม แต่ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว มีเทนที่ให้พลังงานแก่ยานอวกาศ Starship นั้นเป็นมลพิษที่มีความรุนแรงน้อยกว่าซึ่งสามารถขุดบนดาวอังคารได้โดยไม่ต้องใช้ทรัพยากรจากดาวเคราะห์บ้านเกิดของเรา แน่นอนว่าปัญหาทรัพยากรพื้นที่การทำเหมืองทำให้เกิดข้อสงสัยอันสมเหตุสมผล แต่นั่นเป็นเรื่องราวอีกวันหนึ่ง

ขณะนี้ เมื่อพิจารณาการเปรียบเทียบระหว่างยานอวกาศกับดาวเสาร์ V อย่างรวดเร็ว เห็นได้ชัดว่ามนุษยชาติมีความก้าวหน้าอย่างน่าประทับใจในการสร้างจรวด ในทางกลับกัน ความสำเร็จในปัจจุบันได้รับการสนับสนุนจากการออกแบบที่โดดเด่นของศตวรรษที่ 20 โดยที่ดาวเสาร์เป็นตัวอย่างที่น่าประทับใจที่สุด