แรงขับ ในขณะที่โครงการส่วนใหญ่ของนาซามองหาแรงบันดาลใจในอนาคต หนึ่งในโครงการของหน่วยงานอวกาศกำลังมองหาเทคโนโลยีเครื่องยนต์แบบดั้งเดิมเพื่อทำให้การเดินทางในอวกาศมีราคาถูกลง ในความพยายามที่จะแบ่งเบาภาระของยานอวกาศเมื่อเปิดตัว วิศวกรของนาซา ได้ออกแบบเครื่องยนต์จรวดแบบใหม่ที่ขจัดความจำเป็นในการออกซิไดเซอร์บนยาน เครื่องยนต์ จรวดหายใจด้วยอากาศแบบใหม่นี้จะสกัดออกซิเจนจากอากาศ
เพื่อเผาผลาญเชื้อเพลิงในขณะที่มันเร่งความเร็วขึ้นสู่วงโคจร แนวคิดของเครื่องยนต์ที่ดึงอากาศเข้ามาเพื่อสร้าง แรงขับ ไม่ใช่สิ่งใหม่ๆ เครื่องยนต์ไอพ่นใช้กระบวนการนี้มาหลายทศวรรษแล้ว การใช้อากาศจากชั้นบรรยากาศสำหรับเครื่องยนต์ไอพ่นความเร็วเหนือเสียงเพื่อขับเคลื่อนยานอวกาศน้ำหนักเบาจะช่วยลดค่าใช้จ่ายในการส่งยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจรในที่สุด ปัจจุบันมีค่าใช้จ่ายประมาณ 10,000 ดอลลาร์ต่อปอนด์
ในการส่งวัตถุขึ้นสู่วงโคจร ในราคาดังกล่าว จะมีราคา 1,500,000 เหรียญสหรัฐฯ ในการส่งคนน้ำหนัก 150 ปอนด์ขึ้นสู่อวกาศ เป้าหมายของนาซา คือการลดต้นทุนการเปิดตัวให้เหลือเพียงไม่กี่ร้อยดอลลาร์ต่อปอนด์ภายใน 25 ปีข้างหน้า พวกเขาเชื่อว่าวิธีหนึ่งในการทำเช่นนั้น คือการทิ้งตัวออกซิไดเซอร์เหลวมากกว่าล้านปอนด์ที่จำเป็นสำหรับการเผาไหม้ในปัจจุบัน เทคโนโลยีเครื่องยนต์จรวดอากาศหายใจมีศักยภาพในการเปิดพรมแดนอวกาศให้กับคนทั่วไป
ยูเว่ ฮูเทอร์ จากศูนย์การบินอวกาศมาร์แชล ของนาซา ในเมืองฮันต์สวิลล์ รัฐ คุณจะได้ทราบว่าคุณ อาจบินขึ้นสู่อวกาศด้วยจรวดอากาศหายใจเหล่านี้ เครื่องยนต์ทำงานอย่างไร และจรวดอากาศหายใจจะปล่อยขึ้นสู่อวกาศได้อย่างไร เครื่องยนต์ ในเครื่องยนต์จรวดทั่วไป ตัวออกซิไดเซอร์ที่เป็นของเหลวและเชื้อเพลิงจะถูกสูบเข้าไปในห้องเผาไหม้ที่ ซึ่งพวกมันเผาไหม้เพื่อสร้างกระแสก๊าซร้อนที่มีแรงดันสูง และความเร็วสูง
ก๊าซเหล่านี้ไหลผ่านหัวฉีดที่เร่งความเร็วให้สูงขึ้น ปกติแล้วจะออกที่ความเร็ว 5,000 ถึง 10,000 ไมล์ต่อชั่วโมง จากนั้นจึงดับเครื่องยนต์ กระบวนการนี้ทำให้เกิดแรงขับดันสำหรับยานอวกาศ คุณจะรู้ว่ากระสวยอวกาศต้องการออกซิเจนเหลว 143,000 แกลลอน ซึ่งมีน้ำหนักประมาณ 1,359,000 ปอนด์ เมื่อว่างเปล่า ตัวกระสวยเองจะมีน้ำหนักเพียง 165,000 ปอนด์ ตัวถังภายนอกมีน้ำหนัก 78,100 ปอนด์ และตัวเสริมจรวดแบบแข็งสองตัวมีน้ำหนักตัวละ 185,000 ปอนด์
ซึ่งจะรวมเป็น 613,000 ปอนด์ เมื่อคุณเติมเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ น้ำหนักรวมของรถจะเพิ่มขึ้น นาซาระบุว่าลดน้ำหนักยานพาหนะได้อย่างง่ายดาย เมื่อปล่อยตัวออกซิไดเซอร์เหลว ซึ่งจะทำให้น้ำหนักของยานลดลงอย่างรวดเร็วเหลือประมาณ 3.1 ล้านปอนด์ นั่นยังคงเป็นยานพาหนะที่หนัก แต่ก็หมายถึงการลดต้นทุนอย่างมากในการส่งยานพาหนะขึ้นสู่วงโคจร ดังนั้น หากคุณเอาออกซิเจนเหลวออก
เชื้อเพลิงจะไม่สามารถเผาไหม้และให้แรงผลักดันได้หรือไม่ คุณต้องคิดนอกเหนือไปจากการทำงานปกติของเครื่องยนต์จรวดทั่วไป แทนที่จะใช้ตัวออกซิไดเซอร์เหลว จรวดที่ใช้อากาศหายใจจะรับเอาอากาศจากชั้นบรรยากาศตามชื่อของมัน จากนั้นจะรวมเข้ากับเชื้อเพลิง เพื่อสร้างการเผาไหม้และให้แรงขับ เครื่องยนต์จรวดแบบใช้อากาศหายใจ หรือที่เรียกว่าเครื่องยนต์วงจรรวมที่ใช้จรวดมีลักษณะคล้ายกับเครื่องยนต์ไอพ่นมากในเครื่องยนต์ไอพ่น
โดยที่อากาศจะโดนดูดเข้าไปด้วยคอมเพรสเซอร์ จากนั้นเครื่องยนต์จะอัดอากาศ รวมกับเชื้อเพลิง และเผาไหม้ผลิตภัณฑ์ ซึ่งจะขยายตัวและให้แรงขับ เครื่องยนต์ไอพ่นสามารถใช้งานได้สูงสุด 3 หรือ 4 มัค ก่อนที่ชิ้นส่วนจะเริ่มร้อนเกินไป ในแรมเจ็ท ที่มีการเผาไหม้เหนือเสียงหรือสแครมเจ็ท เป็นช่องอากาศจะดึงอากาศเข้ามา อากาศจะลดความเร็วและบีบอัดเมื่อรถเคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศ เชื้อเพลิงจะถูกเติมลงในกระแสลมเหนือเสียง
ซึ่งทั้งสองผสมกันและเผาไหม้ เชื้อเพลิงที่มีแนวโน้มมากที่สุด ที่จะใช้กับจรวดอากาศหายใจ ได้แก่ เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหลวหรือเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน มีประสิทธิภาพเท่ากับจรวดที่ใช้อากาศหายใจ พวกมันไม่สามารถให้แรงขับในการทะยานขึ้นได้ มีสองทางเลือกในการพิจารณานาซา อาจใช้เทอร์โบเจ็ท หรือจรวดเติมอากาศเพื่อให้ยานพาหนะขึ้นจากพื้น จรวดเติมอากาศก็เหมือนกับเครื่องยนต์จรวดทั่วๆไป ยกเว้นว่าเมื่อมันได้รับความเร็วสูงพอ
อาจจะที่ 2 หรือ 3 มัค มันจะเติมปฏิกิริยาออกซิเดชันของเชื้อเพลิงกับอากาศในชั้นบรรยากาศ และอาจสูงถึง 10 มัค แล้วเปลี่ยนกลับไปเป็นจรวดปกติ จรวดเติมอากาศเหล่านี้วางอยู่ในท่อดักจับอากาศ และสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับจรวดทั่วไป นอกจากนี้นาซา กำลังพัฒนาแผนการปล่อยยานจรวดที่ใช้อากาศหายใจโดยใช้รางแม่เหล็กลอย
เมื่อใช้รางแม็กเลฟ รถจะเร่งความเร็วได้สูงสุด 600 ไมล์ต่อชั่วโมง ก่อนที่จะลอยขึ้นไปในอากาศ หลังจากยานบินขึ้นและหลังจากที่ยานบินไปถึงความเร็วเสียงสองเท่า จรวดเติมอากาศก็จะดับลง จากนั้นยานจรวดที่ใช้อากาศหายใจจะจัดหาแรงขับซึ่งจะสูดออกซิเจนประมาณครึ่งหนึ่งของเที่ยวบินเพื่อเผาผลาญเชื้อเพลิง ข้อดีของสิ่งนี้คือไม่ต้องเก็บออกซิเจนไว้บนยานอวกาศมากเท่ากับที่ยานอวกาศในอดีตมี ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนในการปล่อย
เมื่อยานมีความเร็วถึง 10 เท่าของเสียง มันจะเปลี่ยนกลับไปใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยจรวดแบบเดิม เพื่อผลักดันเข้าสู่วงโคจรเป็นครั้งสุดท้าย เนื่องจากจะลดน้ำหนักของตัวออกซิไดเซอร์ ยานจะเคลื่อนที่ได้ง่ายกว่ายานอวกาศในปัจจุบัน ซึ่งหมายความว่าการเดินทางด้วยยานที่ขับเคลื่อนด้วยอากาศหายใจจะปลอดภัยกว่า ในที่สุดประชาชนสามารถเดินทางด้วยยานพาหนะเหล่านี้ สู่อวกาศได้ในฐานะนักท่องเที่ยวอวกาศ
ศูนย์การบินอวกาศมาร์แชล และศูนย์วิจัยเกลนน์ในคลีฟแลนด์ของนาซา ที่กำลังวางแผนที่จะออกแบบเครื่องยนต์จรวดอากาศหายใจที่มีน้ำหนักเท่าเที่ยวบินภายในองค์กรสำหรับการสาธิตการบินภายในปี 2548 โครงการนี้จะเป็นตัวกำหนดว่าเครื่องยนต์จรวดอากาศหายใจสามารถสร้างได้เบาเพียงพอสำหรับการปล่อยหรือไม่ ยานพาหนะ
บทความที่น่าสนใจ : แคร็กพอต การศึกษาและการอธิบายเกี่ยวกับอวกาศของทฤษฎีแคร็กพอต
