แรงขับดันจำเพาะของระบบ (System-specific Impulse) คืออะไร?

แรงขับดันจำเพาะของระบบ (System-specific Impulse หรือ Issp) คือค่าที่ใช้สำหรับวัดประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อนแบบเจ็ท โดยเป็นการคำนวณหาค่าแรงขับดันรวม (Total Impulse, Itot) ที่ระบบสามารถส่งมอบได้ หารด้วยมวลรวมของระบบขับเคลื่อน (mPS) ซึ่งรวมถึงมวลของเชื้อเพลิงและโครงสร้างของระบบขับเคลื่อนเอง

ประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อน

เนื่องจากหน่วยของแรงขับดันในระบบ SI คือ นิวตัน-วินาที (N·s) และมวลมีหน่วยเป็นกิโลกรัม (kg) ดังนั้นค่า Issp จึงมีหน่วยเป็น นิวตัน-วินาทีต่อกิโลกรัม (N·s/kg)

ความแตกต่างระหว่าง Issp และ Isp

โดยปกติแล้ว ในทางวิศวกรรมการบินและอวกาศ มักจะใช้ค่า แรงขับดันจำเพาะ (Specific Impulse, Isp) ซึ่งพิจารณาเพียงแค่ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์และเชื้อเพลิงที่ใช้เท่านั้น แต่ Issp ให้ภาพรวมที่แม่นยำกว่า เนื่องจากพิจารณาถึงมวลของระบบขับเคลื่อนทั้งหมด (Wet Mass) ซึ่งช่วยให้วิศวกรสามารถเปรียบเทียบประสิทธิภาพของระบบที่มีการออกแบบที่แตกต่างกัน หรือใช้เชื้อเพลิงที่แตกต่างกันได้อย่างเป็นธรรมและเป็นรูปธรรม

การประยุกต์ใช้ Issp

ค่า Issp สามารถหาได้จากสองวิธีหลัก:

• การหาค่าจากการทดลอง: โดยการวัดแรงขับดันรวมที่เกิดจากมวลของเชื้อเพลิงที่มีอยู่จริงในระบบ หารด้วยมวลรวมของระบบขับเคลื่อน
• การวิเคราะห์เชิงวิเคราะห์ (Analytical Derivation): ใช้สำหรับการออกแบบเบื้องต้นเพื่อเลือกประเภทของระบบขับเคลื่อน (เช่น ระบบเคมี หรือ ระบบไฟฟ้า) ให้เหมาะสมกับภารกิจอวกาศที่มีข้อกำหนดด้านแรงขับดันและค่าความเร็วที่เพิ่มขึ้น (Velocity-increment) ที่ต้องการ

ตัวอย่างเช่น ในปี 2019 Koppel และคณะ ได้นำค่า Issp มาใช้เป็นเกณฑ์สำคัญในการคัดเลือกเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้า (Electric Thrusters) เพื่อให้ได้ระบบที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อเทียบกับน้ำหนักของระบบ