วิศวกรรมการบินและอวกาศ
วิศวกรรมการบินและอวกาศ (English: Aerospace engineering) เป็นสาขาวิศวกรรมเบื้องต้นที่เกี่ยวกับการวิจัย, การออกแบบ, การพัฒนา, การสร้าง, การทดสอบ, วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของ อากาศยาน และ อวกาศยาน[1] แบ่งออกเป็นสองสาขาใหญ่ที่ทับซ้อนกัน ได้แก่ วิศวกรรมอากาศยาน (English: aeronautical engineering) และวิศวกรรมอวกาศ (English: astronautical engineering). วิศวกรรมอากาศเกี่ยวข้องกับอากาศยานที่ทำงานในชั้นบรรยากาศของโลก แต่วิศวกรรมอวกาศจะเกี่ยวข้องกับอวกาศยานที่ทำงานนอกชั้นบรรยากาศของโลก.
วิศวกรรมการบินและอวกาศเกี่ยวข้องกับการออกแบบ, การสร้าง, และการศึกษาวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังคุณสมบัติของแรงและคุณสมบัติทางกายภาพของอากาศยาน, จรวด, ยานบิน, และยานอวกาศ. สาขานี้ยังครอบคลุมถึงลักษณะทางอากาศพลศาสตร์และพฤติกรรม, ปีก airfoil, พื้นผิวการควบคุมการบิน, การยกตัว, การลากทางอากาศพลศาสตร์, และคุณสมบัติอื่น ๆ ของพวกมัน.
วิศวกรรมอากาศ</b>เป็นคำเดิมสำหรับสาขานี้. เมื่อเทคโนโลยีการบินก้วหน้าขั้นไปจนรวมถึงผู้ปฏิบัติงานในอวกาศที่อยู่ภายนอก, คำที่กว้างกว่าได้แก่ "วิศวกรรมการบินและอวกาศ" ได้เข้ามาแทนที่อย่างกว้างขวางในการใช้งานร่วมกัน[2]. วิศวกรรมการบินและอวกาศ, โดยเฉพาะอย่างยิ่งสาขาอวกาศ, มักจะถูกเรียกอย่างไม่เป็นทางการว่า "วิทยาศาสตร์จรวด"[3] อย่างที่นิยมใช้กัน
ยานพาหนะที่บินได้อยู่ภายใต้เงื่อนไขที่เรียกร้องในสิ่งที่เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงความดันบรรยากาศและอุณหภูมิ, ที่มีกับโหลดโครงสร้างที่นำมาใช้กับชิ้นส่วนยานพาหนะนั้น. ดังนั้นพวกมันมักจะเป็นผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายในสาขาวิชาเทคโนโลยีและวิศวกรรมรวมทั้งอากาศพลศาสตร์, การขับเคลื่อน, การบิน, วัสดุศาสตร์, การวิเคราะห์โครงสร้าง, และการผลิต. ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเทคโนโลยีเหล่านี้เป็นที่รู้จักกันว่าเป็นวิศวกรรมการบินและอวกาศ. เนื่องจากความซับซ้อนและจำนวนของสาขาวิชาที่เกี่ยวข้อง, วิศวกรรมการบินและอวกาศจะดำเนินการโดยทีมงานของวิศวกรซึ่งแต่ละคนมีพื้นที่ความเชี่ยวชาญเฉพาะของตัวเอง[4].
การพัฒนาและการผลิตยานพาหนะที่บินได้สมัยใหม่เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนอย่างยิ่งและต้องการความสมดุลและการประนีประนอมอย่างระมัดระวังระหว่างความสามารถ, การออกแบบ, เทคโนโลยีที่มีอยู่และค่าใช้จ่าย. วิศวกรการบินและอวกาศจะออกแบบ, ทดสอบ, และกำกับดูแลการผลิตอากาศยาน, อวกาศยาน, และขีปนาวุธ. วิศวกรการบินและอวกาศจะพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ สำหรับใช้ในการบิน, ระบบการป้องกัน, และในอวกาศ.
ดูเพิ่มเติม: ประวัติศาสตร์การบิน
ที่มาของวิศวกรรมการบินและอวกาศสามารถย้อนกลับไปถึงผู้บุกเบิกการบินราวช่วงปลายศตวรรษที่ 19 จนถึงต้นศตวรรษที่ 20, ถึงแม้ว่างานของเซอร์จอร์จ เคย์ลี จะเคยบุกเบิกไว้ก่อนแล้วในช่วงทศวรรษสุดท้ายของศตวรรษที่ 18 ถึงกลางศตวรรษที่ 19. หนึ่งในคนที่สำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์ของการบิน[5] เคย์ลีเป็นผู้บุกเบิกคนหนึ่งในวิศวกรรมการบิน[6] และได้รับการยกย่องว่าเป็นคนแรกที่จะแยกแรงยกและแรงลากซึ่งมีผลกระทบต่อการบินของยานพาหนะใด ๆ [7]. ความรู้เบื้องแรกของวิศวกรรมการบินส่วนใหญ่เป็นเชิงประจักษ์กับแนวความคิดและทักษะบางอย่างที่ถูกนำเข้ามาจากสาขาอื่น ๆ ของวิศวกรรม[8]. นักวิทยาศาสตร์เข้าใจองค์ประกอบสำคัญบางอย่างของวิศวกรรมการบินและอวกาศเช่นพลศาสตร์ของไหล (English: fluid dynamics), ในศตวรรษที่ 18. หลายปีต่อมาหลังจากการบินที่ประสบความสำเร็จโดยพี่น้องตระกูลไรท์, ในช่วงปี 1910s เราได้เห็นการพัฒนาของวิศวกรรมการบินผ่านการออกแบบของอากาศยานทหารในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง.
ความหมายแรกของวิศวกรรมการบินและอวกาศปรากฏในเดือนกุมภาพันธ์ปี 1958[2]. ความหมายได้พิจารณาว่าชั้นบรรยากาศของโลกและอวกาศด้านนอกเป็นดินแดนเดียวกัน ดังนั้นจึงครอบคลุมทั้งยานบินในอากาศ (aero) และยานอวกาศ ("space") ภายใต้คำใหม่ว่า"การบินและอวกาศ". ในการตอบสนองต่อการปล่อยดาวเทียมดวงแรกของสหภาพโซเวียต, ยานสปุตนิกเข้าสู่อวกาศในวันที่ 4 ตุลาคม 1957, วิศวกรการบินและอวกาศสหรัฐได้ปล่อยดาวเทียมอเมริกันดวงแรกในวันที่ 31 มกราคม 1958. องค์การการบินและอวกาศแห่งชาติหรือนาซา (English: National Aeronautics and Space Administration (NASA)) ได้ก่อตั้งขึ้นในปี 1958 เพื่อตอบสนองต่อสงครามเย็น[9].
ห้วข้อนี้ต้องการขยายความด้วยประวัติศาสตร์ที่ใหม่กว่า รวมทั้งเหตุการณ์ที่เพิ่งผ่านมาเร็ว ๆ นี้ (พฤศจิกายน 2009)
บางส่วนขององค์ประกอบของวิศวกรรมการบินและอวกาศคือ[10][11]
กลศาสตร์ของไหล - การศึกษาการไหลของของไหลรอบวัตถุ โดยเฉพาะอากาศพลศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการไหลเวียนของอากาศเหนือร่างกายเช่นปีกหรือผ่านวัตถุ ไม่ว่าจะเป็นการศึกษาโดยการทดลอง เช่นผ่านอุโมงค์ลม, ทางทฤษฎีเช่นการคำนวณวิเคราะห์ หรือ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ (English: simulation) อวกาศพลศาสตร์ - การศึกษาของกลศาสตร์เกี่ยวกับการโคจรรวมถึงการคาดการณ์ขององค์ประกอบการโคจรสำหรับตัวแปรที่กำหนดให้. ในขณะที่โรงเรียนไม่กี่แห่งในประเทศสหรัฐอเมริกาสอนวิชาในระดับปริญญาตรี, หลายแห่งมีโปรแกรมการศึกษาระดับปริญญาตรีที่ครอบคลุมหัวข้อนี้ (มักจะร่วมกับภาควิชาฟิสิกส์ของสถาบันอุดมศึกษา) สถิตและพลศาสตร์ (วิศวกรรมเครื่องกล) - การศึกษาของการเคลื่อนไหว, แรง, โมเมนท์ในระบบเครื่องกล คณิตศาสตร์ - โดยเฉพาะอย่างยิ่งแคลคูลัส, สมการเชิงอนุพันธ์และพีชคณิตเชิงเส้น เทคโนโลยีไฟฟ้า - การศึกษาเกียวกับอิเล็กทรอนิกส์ภายในวิศวกรรม ขับเคลื่อน - พลังงานที่จะย้ายยานพาหนะผ่านอากาศ (หรือในอวกาศ) จะทำได้โดยเครื่องยนต์สันดาปภายใน, เครื่องยนต์เจ็ทและ turbomachinery, หรือจรวด. ที่เพิ่มขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้คือการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าและการขับเคลื่อนด้วยไอออน วิศวกรรมควบคุม - การศึกษาการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของพฤฒิกรรมแบบไดนามิกของระบบและการออกแบบพวกมัน, มักจะใช้สัญญาณ feedback, เพื่อให้พฤฒิกรรมแบบไดนามิกของพวกมันเป็นที่พึงปรารถนา (คงที่, โดยไม่มีการกระเจิงขนาดใหญ่, มีข้อผิดพลาดน้อยที่สุด). วิชานี้ใช้กับพฤติกรรมแบบไดนามิกของอากาศยาน, ยานอวกาศ, ระบบขับเคลื่อน, และระบบย่อยที่มีอยู่ในยานพาหนะการบินและอวกาศ. โครงสร้างอากาศยาน - การออกแบบของการกำหนดค่าทางกายภาพของผู้ปฏิบัติงานในการทนทานต่อแรงที่มากระทบในระหว่างการบิน. วิศวกรรมการบินและอวกาศมีวัตถุประสงค์เพื่อรักษาโครงสร้างให้มีน้ำหนักเบา วัสดุศาสตร์ - ที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้าง, วิศวกรรมการบินและอวกาศยังศึกษาวัสดุที่ใช้ในการสร้างโครงสร้างการบินและอวกาศ. วัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติที่เฉพาะมาก ๆ ถูกคิดค้นขึ้น, หรือวัสดุที่มีอยู่แล้วได้ถูกปรับปรุงแก้ไขให้มีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้น. กลศาสตร์ของแข็ง - ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับวิทยาศาสตร์วัสดุคือกลศาสตร์ของแข็งที่เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์ความเครียดและความเค้นของส่วนประกอบของยานพาหนะ. ปัจจุบันมีโปรแกรม Finite Element หลายอย่างเช่น MSC Patran/Nastran ที่ช่วยวิศวกรในกระบวนการที่ใช้วิเคราะห์. aeroelasticity - ปฏิสัมพันธ์ของแรงและความยืดหยุ่นของโครงสร้างด้านอากาศพลศาสตร์ที่อาจก่อให้เกิดการกระพือ (English: flutter), ความแตกต่าง (English: divergence), อื่น ๆ Avionics - การออกแบบและการเขียนโปรแกรมระบบคอมพิวเตอร์บนเครื่องบินหรือยานอวกาศและการจำลองของระบบ ซอฟแวร์ - ลักษณสมบัติ, การออกแบบ, การพัฒนา, การทดสอบและการดำเนินการของซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์สำหรับการใช้งานการบินและอวกาศ, รวมทั้งซอฟแวร์การบิน, ซอฟแวร์ควบคุมภาคพื้นดิน, การทดสอบและการประเมินผลของซอฟแวร์, และอื่น ๆ ความเสี่ยงและความน่าเชื่อถือ - การศึกษาเรื่องความเสี่ยงและเทคนิคการประเมินความน่าเชื่อถือ, และคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับวิธีการเชิงปริมาณ การควบคุมเสียงรบกวน - การศึกษากลไกการทำงานของการถ่ายโอนเสียง aeroacoustics - การศึกษาของการสร้างเสียงผ่านการเคลื่อนไหวของของเหลวที่ปั่นป่วน, หรือผ่านแรงพลศาสตร์ที่มีปฏิสัมพันธ์กับพื้นผิว, อย่างใดอย่างหนึ่ง การทดสอบการบิน - การออกแบบและลงมือดำเนินการของโปรแกรมการทดสอบการบินเพื่อที่จะรวบรวมและวิเคราะห์ผลการดำเนินงานและการจัดการข้อมูลที่มีคุณภาพเพื่อที่จะตรวจสอบว่าเครื่องบินเป็นไปตามการออกแบบและทำงานได้ตามเป้าหมายประสิทธิภาพและเป็นไปตามความต้องการของประกาศนียบัตรรับรองผล
พื้นฐานของส่วนใหญ่ขององค์ประกอบเหล่านี้อยู่ในทฤษฎีฟิสิกส์, เช่นพลศาสตร์ของเหลวสำหรับอากาศพลศาสตร์หรือสมการของการเคลื่อนไหวสำหรับพลศาสตร์การบิน. นอกจากนี้ยังมีส่วนประกอบเชิงประจักษ์ขนาดใหญ่. ในอดีตองค์ประกอบเชิงประจักษ์นี้ได้มาจากการทดสอบแบบจำลองและต้นแบบที่มีขนาดเป็นสเกลทั้งในอุโมงค์ลมหรือในบรรยากาศเปิด. เมื่อเร็ว ๆ นี้ล่าสุด ความก้าวหน้าหลายอย่างในการใช้คอมพิวเตอร์ได้เปิดใช้งานการใช้พลศาสตร์ของไหลด้วยระบบคอมพิวเตอร์เพื่อจำลองพฤติกรรมของของเหลว, ลดเวลาและค่าใช้จ่ายที่ใช้ในการทดสอบในอุโมงค์ลม. ผู้ที่ศึกษาด้าน hydrodynamics หรือ Hydroacoustics มักจะได้รับปริญญาด้านวิศวกรรมการบินและอวกาศ
นอกจากนี้ วิศวกรรมการบินและอวกาศจะพูดถีงการบูรณาการองค์ประกอบทั้งหมดที่สร้างขึ้นเป็นยานพาหนะการบินและอวกาศ (ระบบย่อยรวมทั้งพลังงาน, แบริ่ง, การสื่อสาร, การควบคุมอุณหภูมิ, การสนับสนุนการดำรงชีวิต, ฯลฯ) และวงจรชีวิตของมัน (การออกแบบ, อุณหภูมิ, ความดัน, การแผ่รังสี, ความเร็ว, อายุการใช้งาน).
วิศวกรรมการบินและอวกาศอาจจะเรียนในระดับอนุปริญญาขั้นสูง, ปริญญาตรี, ปริญญาโท, และปริญญาเอกในแผนกวิศวกรรมการบินและอวกาศที่มหาวิทยาลัยจำนวนมากและในแผนกวิศวกรรมเครื่องกลที่อื่น ๆ. มีไม่กี่แผนกที่ประสาทปริญญาในวิศวกรรมอวกาศที่มุ่งเน้นด้านอวกาศอย่างเดียว. บางสถาบันแบ่งแยกให้เห็นความแตกต่างระหว่างวิศวกรรมการบินและวิศวกรรมอวกาศ.
ในประเทศไทยยังถือว่าเป็นสาขาที่ใหม่ และยังไม่เติบโตเต็มที่เหมือนกับวิศวกรรมศาสตร์สาขาอื่น ๆ เช่น วิศวกรรมโยธา, วิศวกรรมไฟฟ้า, วิศวกรรมเครื่องกล, วิศวกรรมอุตสาหการ, หรือ วิศวกรรมเคมี.
สถาบันที่มีการเรียนการสอนสาขาวิชานี้ ได้แก่
โรงเรียนนายเรืออากาศ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี มหาวิทยาลัยอัสสัมชัญ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง
คำว่า "นักวิทยาศาสตร์จรวด" บางครั้งถูกใช้เพื่ออธิบายถึงคนที่มีความเฉลียวฉลาดอย่างมากเนื่องจาก "วิทยาศาสตร์จรวด" ถูกมองว่าเป็นการปฏิบัติอย่างหนึ่งที่ต้องใช้กำลังใจที่ยิ่งใหญ่, โดยเฉพาะอย่างยิ่งความสามารถทางเทคนิคและทางคณิตศาสตร์.
คำนี้มักถูกนำมาใช้เพื่อล้อเลียนเช่นในสำนวนที่ว่า "มันไม่ได้เป็นวิทยาศาสตร์จรวดสักหน่อย" เพื่อแสดงให้เห็นว่างานที่กำลังพูดถึงเป็นเรื่องง่าย[12].
ถ้าพูดอย่างเคร่งครัด, การใช้คำว่า "วิทยาศาสตร์" ใน "วิทยาศาสตร์จรวด" เป็นการเรียกชื่อที่ผิดเนื่องจากวิทยาศาสตร์เป็นเรื่องเกี่ยวกับการทำความเข้าใจในต้นกำเนิด, ธรรมชาติ, และพฤติกรรมของจักรวาล. วิศวกรรมเป็นเรื่องเกี่ยวกับการใช้หลักการทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมในการแก้ปัญหาและพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ. อย่างไรก็ตาม สื่อและสาธารณะมักจะใช้ "วิทยาศาสตร์" และ "วิศวกรรม"อย่างไม่ถูกต้อง โดยคิดว่ามันเป็นคำพ้อง[13].