การที่มนุษย์จะเดินทางจากโลกไปยังดาวดวงอื่น หรือมีความอยากรู้อยากเห็นว่าโลกของเราเป็นอย่างไรเมื่อออกไปมองจากอวกาศ ในขณะที่ความรู้พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ที่มีอยู่คือ แรงโน้มถ่วงของโลกพยายามดึงดูดมวลทุกอย่างเข้าสู่โลก ดังนั้นการจะเดินทางออกจากโลกจึงต้องตอบคำถามต่างๆ ที่ท้าทายต่อไปนี้
· เราจะใช้ยานพาหนะอะไร จึงจะเดินทางไปได้ จะออกแบบยานอย่างไร ต้องใช้พลังงานจากแหล่งใดเป็นเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ในพาหนะนั้น
· ทำอย่างไรยานพาหนะจึงสามารถเอาชนะแรงดึงดูดของโลกได้
· ถ้ามนุษย์ออกไปในอวกาศ จะเกิดอะไรขึ้นกับร่างกาย ต้องเตรียมตัวอย่างไร
การศึกษาเกี่ยวกับอวกาศต้องอาศัยความรู้เกี่ยวกับนักวิทยาศาสตร์ นักคณิตศาสตร์ และความรู้อื่นๆอีกมาก
การส่งดาวเทียมและยานอวกาศจากผิวโลกขึ้นสู่อวกาศ ต้องต่อสู้กับแรงดึงดูดของโลก ยานอวกาศต้องเอาชนะแรงดึงดูดนี้โดยอาศัยจรวดที่มีแรงขับดันและความเร็วสูง ความเร็วของจรวดต้องมากกว่า 7.91กิโลเมตรต่อวินาที ยานอวกาศจึงจะสามารถขึ้นไปสู่อวกาศ และโคจรรอบโลกในระดับต่ำที่สุด (0 กิโลเมตร) ได้ ถ้าความเร็วมากกว่านี้ ยานจะขึ้นโคจรไปอยู่ในระดับที่สูงกว่า เช่น ถ้าความเร็วจรวดเป็น 8.26กิโลเมตรต่อวินาที ยานจะขึ้นไปได้สูง644 กิโลเมตร หากจะให้ยานหนีออกไปโคจรรอบดวงอาทิตย์ จรวจที่พายานออกไปต้องมีความเร็วที่ผิวโลกมากกว่า 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งเรียกว่า ความเร็วหลุดพ้น (escape velocity) ความเร็วหลุดพ้นจากโลกจะลดต่ำลงเมื่อห่างจากโลกมากขึ้นดังตาราง7.1
บันทึกของชาวจีนที่ต่อสู้กับชาวมองโกลในปีพ.ศ.1775กล่าวถึงการใช้ประโยชน์จากจรวดไว้ว่า “ใช้จรวดขับดันลูกธนูพุ่งเข้าหาฝ่ายตรงข้าม” บั้งไฟของไทยก็มีหลักการเดียวกับจรวดคือแรงกิริยาจากไอเสียกระทำต่อบั้งไฟให้พุ่งออกไปข้างหน้าเท่ากับแรงปฏิกิริยาจากบั้งไฟกระทำต่อไอเสียให้พุ่งออกไปข้างหลังดังภาพ7.3แต่ความเร็วยังไม่สูงพอที่จะเคลื่อนที่ออกจากโลกได้ ในปี พ.ศ. 2446ไชออลคอฟสกี (Tsiolkovski) ชาวรัสเซียค้นคว้าเกี่ยวกับเชื้อเพลิงสำหับใช้ในเครื่องยนต์จรวด เสนอว่าการใช้เชื้อเพลิงแข็งจะไม่มีแรงขับดันสูงพอที่จะนำยานอวกาศออกจากพื้นโลกขึ้นสู่อวกาศได้ ควรใช้เชื้อเพลิงเหลว ซึ่งแยกเชื้อเพลิงและสารที่ช่วยในการเผาไหม้แยกออกจากกัน การนำจรวดมาต่อกันเป็นชั้นๆ จะช่วยลดมวลของจรวดลง เพราะเมื่อจรวดชั้นแรกใช้เชื้อเพลิงหมดก็ปล่อยทิ้งไป และให้จรวดชั้นต่อไปทำหน้าที่ต่อ จนถึงจรวดชั้นสุดท้ายที่ติดกับดาวเทียมหรือยานอวกาศ จะมีความเร็วสูงพอที่จะเอาชนะแรงดึงดูดของโลกขึ้นสู่อวกาศได้
หลักการส่งยานอวกาศของไชออลคอฟสกีถือเป็นหลักการสำคัญในการเดินทางสู่อวกาศ
ในปี พ.ศ. 2469 โรเบิร์ต กอดดาร์ด (Robert Goddard) ชาวอเมริกันประสบความสำเร็จในการสร้างจรวดเชื้อเพลองเหลว โดยใช้ออกซิเจนเหลวเป็นสารที่ช่วยในการเผาไหม้อยู่ในถังหนึ่ง และไฮโดรเจนเหลวเป็นเชื้อเพลิงอยู่ในอีกถังหนึ่ง
ได้มีการพัฒนาจรวดเชื้อเพลิงเหลวมาเป็นลำดับ กระทั่งสหภาพโซเวียตประสบความสำเร็จในการใช้จรวดสามท่อนสำหรับส่งยานอวกาศหรือดาวเทียมที่มีน้ำหนักมากขึ้นสู่อวกาศจากนั้นการศึกษาค้นคว้าด้านอวกาศก็มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วเนื่องจากมีการแข่งขันกันระหว่างประเทศมหาอำนาจ
ระบบการขนส่งอวกาศ
การส่งดาวเทียมและยานอวกาศแต่ละครั้งทั้งดาวเทียมและจรวดนำส่ง ไม่มีส่วนใดนำมาใช้ได้ใหม่ ทำให้สิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายในการสำรวจอวกาศสูงมาก
คำถามสำคัญที่นักวิทยาศาสตร์ต้องศึกษาค้นคว้าต่อไปคอ ทำอย่างไรการส่งดาวเทียมและยานอวกาศขึ้นสู่อวกาศจึงจะประหยัด และมีประสิทธิภาพมากที่สุด
ระบบการขนส่งอวกาศถูกพัฒนาและออกแบบให้สามารถนำชิ้นส่วนบางอย่างที่ใช้แล้วกลับมาใช้ใหม่ให้มากที่สุด ระบบขนส่งอวกาศประกอบด้วย 3ส่วนหลัก คือจรวดเชื้อเพลิงแข้ง ถังเชื้อเพลิงภายนอกยานขนส่งอวกาศดังภาพ 7.4 มวลรวมเมื่อขึ้นจากฐานประมาณ 2,041,200กิโลกรัม มวลเมื่อยานร่อนลงจอดประมาณ 96,163กิโลกรัม ขั้นตอนการปฏิบัติงานของยานขนส่งอวกาศศึกษาได้จากแผนภาพ 7.5
สภาพบนโลกกับในอวกาศแตกต่างกันอย่างมากมาย มนุษย์ออกจากโลกสู่อวกาศจะดำรงชีวิตอยู่ได้อย่างไร สภาพในอวกาศจะมีผลอย่างไรต่อร่างกายมนุษย์ นักเรียนคงมีคำถามอีกมากมายเกี่ยวกับการใช้ชีวิตในอวกาศ
ไม่มีใครรู้หรือบอกได้ว่าจะเกิดอะไรหรือไม่เมื่อต้องไปอยู่ในอวกาศ ดังนั้นเพื่อความมั่นใจ จึงมีการทดลองและฝึกสัตว์หลายชนิด เช่น สุนัข กระต่าย และลิงเป็นต้น เพื่อส่งขึ้นไปอยู่ในอวกาศ ขณะเดียวกันมนุษย์ที่ถูกคัดเลือกให้เดินทางขึ้นสู่อวกาศก็ต้องมีการฝึกความอดทนและทดสอบร่างกายให้มีความแข็งแรง แข็งแกร่งมากที่สุด เพื่อให้สามารถอยู่ในอวกาศในสภาพไร้น้ำนักได้ เมื่อมนุษย์ต้องไปอยู่ในอวกาศเป็นเวลานาน ร่างกายมีการเปลี่ยนแปลงหลายอย่าง เช่น หัวใจทำงานช้าลง กล้ามเนื้อทุกส่วนจะมีขนาดเล็กลง กระดูกจะมีความหนาแน่นน้อยลงกระดูกจึงเปราะและแตกหักง่าย นักเรียนคิดว่า เป็นเพราะเหตุใด
วิธีการแก้ไขปัญหาต่างๆ ที่เกิดขึ้นกับร่างกายของมนุษย์อวกาศเมื่อต้องไปอยู่ในอวกาศเป็นเวลานานก็คือ การออกกำลังกายอย่างหนัก และสม่ำเสมอ เพื่อให้อวัยวะต่างๆของร่างยังคงใช้งานอย่างเป็นปกติ
การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี
ความสนใจใคร่มนุษย์ที่เกี่ยวกับความมหัศจรรย์บนฟากฟ้า เกี่ยวกับโลกมนุษย์อาศัยอยู่ และดาวดวงอื่นๆ ที่มนุษย์มองเห็น ทำให้มีการศึกษาค้นคว้าอย่างต่อเนื่องมาโดยตลอด ส่งผลให้เกิดความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในอวกาศ มีการใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ในการศึกษา พัฒนา และประดิษฐ์อุปกรณ์ถ่ายภาพในช่วงคลื่นต่าง ๆ จากระยะไกล ตลอดทั้งรับและส่งสัญญาณให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น แล้วนำอุปกรณ์และเครื่องรับส่งสัญญาณ ไปประกอบเป็นดาวเทียมที่ถูกส่งขึ้นไปโคจรรอบโลก ทำให้สามารถสังเกตสิ่งต่าง ๆ บนโลกได้จากระยะไกลในเวลาอันเร็ว ได้เรียนรู้สิ่งต่าง ๆ เกี่ยวกับ เอกภพ โลก ดวงจันทร์ และดาวอื่น ๆ อีกมากมาย ความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยีในอวกาศช่วยเปิดเผยความลี้ลับในอดีต และก่อให้เกิดประโยชน์ต่อมนุษย์ด้านต่าง ๆ อีกมากมาย
ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา
เป็นดาวเทียมที่มีอุปกรณ์ถ่ายภาพ