ผลลัพธ์ขึ้นกับว่าเราอยู่ในสภาพแวดล้อมไหน (วงโคจรใกล้โลก, ในระบบสุริยะใกล้ดวงอาทิตย์, หรือระหว่างดาราจักร) เพราะ “ความหนาแน่นของแก๊ส/พลาสมา” ต่างกันหลายเท่า — น้อยมากจนในหลายกรณีการตัก/ผสมแก๊สเพื่อให้เกิดแรงขับจะให้แรงน้อยนิดเว้นแต่เราทำอะไรที่มีพื้นที่เก็บหรือพลังงานมหาศาล
ต่อไปนี้สรุปเชิงปฏิบัติ + ตัวอย่างตัวเลข (ผมคำนวณให้เห็นขนาดของแรงจริง ๆ เพื่อประกอบการตัดสินใจ):
แนวทางเชิงแนวคิดที่เกี่ยวข้อง
1. ตักแก๊ส/พลาสมาจากสภาพแวดล้อม → ปล่อยออกเป็นไอ (momentum exchange)
ตัวอย่างแนวคิด: Bussard ramjet (ตักไฮโดรเจนระหว่างดาราจักรเพื่อเป็นเชื้อเพลิง) — ท้าทายเพราะความหนาแน่นต่ำมาก
2. ใช้เส้นลวด/ทุ่นประจุดักไอออนของลมสุริยะ → ผลักโดยแรงไฟฟ้า/สนาม
เช่น Electric‑sail (E‑sail) หรือ plasma magnet — ขับเคลื่อนโดยการเบี่ยง/กระจายอนุภาคที่มีประจุ
3. ใช้สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กดึง/เร่งมวลที่ตักมา แล้วพ่นเป็นไอความเร็วสูง (แต่ต้องพลังงานสูง)
4. ใน LEO (ใกล้โลก): แนวทางอื่นได้ผลจริง เช่น electrodynamic tether หรือ atmospheric‑breathing electric propulsion (ดูดอากาศชั้นบางแล้วไอออนไดรฟ์) — เหมาะสำหรับรักษาวงโคจรหรือปรับความเร็วเล็กน้อย
ข้อจำกัดสำคัญ
ความหนาแน่น (ρ) ต่ำมาก → มวลที่ตักได้ต่อพื้นที่/เวลา (ṁ = ρ · v_rel · A) น้อยมาก
ต้องมี พื้นที่เก็บ/คอลเลกเตอร์ขนาดใหญ่ หรือ พลังงานสูง (จัดการเร่งมวลที่ได้เป็นไอ) เพื่อได้แรง (F = ṁ · v_exhaust) ที่มีนัยสำคัญ
การเสื่อมสภาพจากอนุภาค/ฝุ่น, การจัดการพลังงาน, และการนำมวลที่ได้ไปเร่งอย่างมีประสิทธิภาพเป็นความท้าทายทางวิศวกรรม
ตัวอย่างตัวเลข — เปรียบเทียบตามสภาพแวดล้อม (สมมติฐานดูง่าย ๆ)
สมมติคอลเลกเตอร์พื้นที่ 1,000 m², อัตราไอที่พ่นออกให้ความเร็วไอ (สมมติ thruster ระดับสูงแบบไอออน/พลาสมา)
LEO (ชั้นบรรยากาศบาง)
สมมติความหนาแน่น ≈ และความเร็วสัมพัทธ์
ผล: มวลไหล ṁ ≈ → แรง ≈ 1.56 N
→ หมายความว่าใน LEO การตักอากาศ/ชั้นบรรยากาศชั้นบางและพ่นออกจริง ๆ ให้แรงระดับนิวตันเป็นไปได้ (ขึ้นกับระบบเก็บ/ปั๊ม/พ่น) — น่าสนใจสำหรับปรับวงโคจรหรือเร่งเล็กน้อย
ลมสุริยะ (ที่ 1 AU)
ความหนาแน่น ≈ , ความเร็วลมสุริยะ ≈
ผล: ṁ ≈ → แรง ≈ 6.7×10⁻⁸ N
→ แทบจะเป็นศูนย์สำหรับยานมวลมาก — แต่แนวคิด E‑sail/MagSail ออกแบบให้ใช้พื้นที่ “สนาม” ขนาดใหญ่ (ไม่ใช่แผ่นแข็ง) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเบี่ยงอนุภาค จึงมีประสิทธิผลกว่าการพยายามตักมวลแล้วพ่น
แก๊สระหว่างดาว (ISM)
ความหนาแน่นประมาณ → ประมาณเดียวกับลำดับ
แรงที่ได้จะเล็กกว่าลมสุริยะอีก — ทำให้แนวคิดที่ต้องตักมวลจำนวนมากในพื้นที่กว้างจึงยากมาก
> สรุปตัวเลข: ใน LEO แนวคิดตักอากาศแล้วพ่นออกอาจให้แรงระดับนิวตัน (ปฏิบัติได้จริง) — แต่ใน ระบบสุริยะ/ระหว่างดาว ความหนาแน่นต่ำสุด ๆ ทำให้แนวทางนี้ไม่ค่อยได้ผลเว้นแต่คุณจะมีคอลเลกเตอร์หรือสนามขนาดใหญ่และ/หรือแหล่งพลังงานมหาศาล
ข้อเสนอเชิงปฏิบัติ (ขั้นต่อไปที่เป็นไปได้)
1. ถ้าผลงานเป้าหมายคือ “พุ่งไปข้างหน้า” ใน LEO / โซนใกล้โลก — ให้ดู atmospheric‑breathing electric propulsion หรือ electrodynamic tether เป็นตัวเลือกแรก เพราะเป็นแนวทางที่ให้แรงจริงและไม่ต้องพกพร็อพเพลแลนต์มาก
2. ถ้าเป้าหมายเป็นภายในระบบสุริยะ (นอก LEO) — ให้เปลี่ยนไปใช้แนวที่อาศัยสภาพแวดล้อมแบบอื่น (solar sail, laser sail, E‑sail, MagSail) แทนการตักมวลแบบกลไกธรรมดา
3. ถ้าต้องการทดลองต้นแบบ — เริ่มจากหุ่นทดสอบขนาดเล็กใน LEO เพื่อทดลองชุดคอลเลกชัน (ปากดูด/ท่อ/ตาข่าย) + เครื่องเร่งไอเล็ก (ion thruster) และวัดแรงจริง
4. ข้อควรระวัง — งานนี้ต้องคำนึงระบบกรอง/ป้องกันฝุ่น, การจัดการความร้อน, การใช้พลังงาน (แผงโซลาร์หรือแหล่งนิวเคลียร์ขนาดเล็ก) และความคงทนของวัสดุ
ปล.ยังเป็แค่แนวคิด
อาจจะได้เดินทางในอวกาศแบบมีอิสระมากขึ้นในอนาคตอันใกล้นี้
ต่อไปนี้สรุปเชิงปฏิบัติ + ตัวอย่างตัวเลข (ผมคำนวณให้เห็นขนาดของแรงจริง ๆ เพื่อประกอบการตัดสินใจ):
แนวทางเชิงแนวคิดที่เกี่ยวข้อง
1. ตักแก๊ส/พลาสมาจากสภาพแวดล้อม → ปล่อยออกเป็นไอ (momentum exchange)
ตัวอย่างแนวคิด: Bussard ramjet (ตักไฮโดรเจนระหว่างดาราจักรเพื่อเป็นเชื้อเพลิง) — ท้าทายเพราะความหนาแน่นต่ำมาก
2. ใช้เส้นลวด/ทุ่นประจุดักไอออนของลมสุริยะ → ผลักโดยแรงไฟฟ้า/สนาม
เช่น Electric‑sail (E‑sail) หรือ plasma magnet — ขับเคลื่อนโดยการเบี่ยง/กระจายอนุภาคที่มีประจุ
3. ใช้สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กดึง/เร่งมวลที่ตักมา แล้วพ่นเป็นไอความเร็วสูง (แต่ต้องพลังงานสูง)
4. ใน LEO (ใกล้โลก): แนวทางอื่นได้ผลจริง เช่น electrodynamic tether หรือ atmospheric‑breathing electric propulsion (ดูดอากาศชั้นบางแล้วไอออนไดรฟ์) — เหมาะสำหรับรักษาวงโคจรหรือปรับความเร็วเล็กน้อย
ข้อจำกัดสำคัญ
ความหนาแน่น (ρ) ต่ำมาก → มวลที่ตักได้ต่อพื้นที่/เวลา (ṁ = ρ · v_rel · A) น้อยมาก
ต้องมี พื้นที่เก็บ/คอลเลกเตอร์ขนาดใหญ่ หรือ พลังงานสูง (จัดการเร่งมวลที่ได้เป็นไอ) เพื่อได้แรง (F = ṁ · v_exhaust) ที่มีนัยสำคัญ
การเสื่อมสภาพจากอนุภาค/ฝุ่น, การจัดการพลังงาน, และการนำมวลที่ได้ไปเร่งอย่างมีประสิทธิภาพเป็นความท้าทายทางวิศวกรรม
ตัวอย่างตัวเลข — เปรียบเทียบตามสภาพแวดล้อม (สมมติฐานดูง่าย ๆ)
สมมติคอลเลกเตอร์พื้นที่ 1,000 m², อัตราไอที่พ่นออกให้ความเร็วไอ (สมมติ thruster ระดับสูงแบบไอออน/พลาสมา)
LEO (ชั้นบรรยากาศบาง)
สมมติความหนาแน่น ≈ และความเร็วสัมพัทธ์
ผล: มวลไหล ṁ ≈ → แรง ≈ 1.56 N
→ หมายความว่าใน LEO การตักอากาศ/ชั้นบรรยากาศชั้นบางและพ่นออกจริง ๆ ให้แรงระดับนิวตันเป็นไปได้ (ขึ้นกับระบบเก็บ/ปั๊ม/พ่น) — น่าสนใจสำหรับปรับวงโคจรหรือเร่งเล็กน้อย
ลมสุริยะ (ที่ 1 AU)
ความหนาแน่น ≈ , ความเร็วลมสุริยะ ≈
ผล: ṁ ≈ → แรง ≈ 6.7×10⁻⁸ N
→ แทบจะเป็นศูนย์สำหรับยานมวลมาก — แต่แนวคิด E‑sail/MagSail ออกแบบให้ใช้พื้นที่ “สนาม” ขนาดใหญ่ (ไม่ใช่แผ่นแข็ง) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเบี่ยงอนุภาค จึงมีประสิทธิผลกว่าการพยายามตักมวลแล้วพ่น
แก๊สระหว่างดาว (ISM)
ความหนาแน่นประมาณ → ประมาณเดียวกับลำดับ
แรงที่ได้จะเล็กกว่าลมสุริยะอีก — ทำให้แนวคิดที่ต้องตักมวลจำนวนมากในพื้นที่กว้างจึงยากมาก
> สรุปตัวเลข: ใน LEO แนวคิดตักอากาศแล้วพ่นออกอาจให้แรงระดับนิวตัน (ปฏิบัติได้จริง) — แต่ใน ระบบสุริยะ/ระหว่างดาว ความหนาแน่นต่ำสุด ๆ ทำให้แนวทางนี้ไม่ค่อยได้ผลเว้นแต่คุณจะมีคอลเลกเตอร์หรือสนามขนาดใหญ่และ/หรือแหล่งพลังงานมหาศาล
ข้อเสนอเชิงปฏิบัติ (ขั้นต่อไปที่เป็นไปได้)
1. ถ้าผลงานเป้าหมายคือ “พุ่งไปข้างหน้า” ใน LEO / โซนใกล้โลก — ให้ดู atmospheric‑breathing electric propulsion หรือ electrodynamic tether เป็นตัวเลือกแรก เพราะเป็นแนวทางที่ให้แรงจริงและไม่ต้องพกพร็อพเพลแลนต์มาก
2. ถ้าเป้าหมายเป็นภายในระบบสุริยะ (นอก LEO) — ให้เปลี่ยนไปใช้แนวที่อาศัยสภาพแวดล้อมแบบอื่น (solar sail, laser sail, E‑sail, MagSail) แทนการตักมวลแบบกลไกธรรมดา
3. ถ้าต้องการทดลองต้นแบบ — เริ่มจากหุ่นทดสอบขนาดเล็กใน LEO เพื่อทดลองชุดคอลเลกชัน (ปากดูด/ท่อ/ตาข่าย) + เครื่องเร่งไอเล็ก (ion thruster) และวัดแรงจริง
4. ข้อควรระวัง — งานนี้ต้องคำนึงระบบกรอง/ป้องกันฝุ่น, การจัดการความร้อน, การใช้พลังงาน (แผงโซลาร์หรือแหล่งนิวเคลียร์ขนาดเล็ก) และความคงทนของวัสดุ
ปล.ยังเป็แค่แนวคิด