/ Science

Falcon 9 ลงจอดบนพื้นและบนแพ ต่างกันอย่างไร

อาจจะมีข้อสงสัยสำหรับคนที่ได้อ่านข่าว Falcon 9 ลงจอดบนแพ แล้วถามว่าการลงจอดบนแพกับบนบกต่างกันอย่างไร ผมเลยอยากขออธิบายง่ายๆ แบบไม่ต้องใช้ความรู้ฟิสิกส์มาก เพราะถ้าให้คำนวนฟิสิกส์จริงๆ ผมก็โง่คำนวน ในบทความนี้ก็จะขอยกตัวอย่างโดยใช้ concept ทางฟิสิกส์ที่เราสามารถนึกภาพออก แล้วก็จะอธิบาย keyword ต่างๆ ที่เราควรจะรู้แล้วกันครับ เผื่อคราวหน้าดูถ่ายทอดสด Falcon 9 จะได้สนุกขึ้น

Trajectory

แปลว่าวิถี แบบเดียวกับวิถีปืนใหญ่และครับ ว่าปืนใหญ่จะไปตกที่ไหนคำนี้จะครอบคลุมทั้งเส้นทางการเคลื่อนที่ของจรวด และบอกข้อมูลทุกอย่าง ไม่ว่าจะเป็นอัตตราเร็ว (Velocity) หรือ Peak Altitute (ความสูงสูงสุด) หรือจุดตกของจรวด

Range

Range คือระยะ ขอบเขตหรือแนว อย่างคราวที่แล้วตอนที่ SpaceX ปล่อยดาวเทียมให้กับ SES ก็ดันมีคนขับเรือเข้ามาใน Range คือในทะเลที่จะเป็นจุดตกของจรวด ทำให้ต้องเลื่อนการปล่อยออกไปเกือบชั่วโมง แล้วส่งเรือไปไล่ออก แต่ก็น่าเสียดายที่สุดท้ายวันนั้นก็ไม่ได้ปล่อยเพราะการที่ต้องรอให้เรือที่รุกล้ำเข้ามาออกไปทำให้เชื้อเพลิงมีปัญหา

Stage Seperation

การที่จรวดท่อนที่สองแยกตัวออกจากจรวดท่อนแรก แล้วจรวดท่อนที่สองจะพาดาวเทียมหรือยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจร และจรวดท่อนแลกจะตกลงสู่โลก

Boostback Burn

Falcon 9 ทำการพลิกตัวกลับ (flip) แล้วยิงไอพ่นในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ (จริงๆคือไม่ตรงกันข้าม 100% เดี๋ยวอ่านต่อด้านล่างว่าทำไม) เพื่อให้ Falcon 9 ปรับ Trajactory ให้กลับมาลงจอด

จุดปล่อยของ Falcon 9

SpaceX มีฐานปล่อยอยู่ 2 ที่ (อีกที่ยังสร้างไม่เสร็จ) คือชายฝั่งแอตแลนติกแหลมเคอเนอเวอรัล ฟลอริด้า และชายฝั่งแปซิฟิกคือที่ฐานทัพอากาศในแคลิฟอร์เนีย ทั้งสองที่ติดทะเล ซึ่งเป็นปกติที่ฐานปล่อยจรวดจะติดทะเล (หรือพื้นที่รกร้าง) เพราะว่าหลังจาก stage seperation ชิ้นส่วนต่างๆของจรวดจะต้องตกลงที่นี่



TIMELINE ของการปล่อย

รู้คำศัพท์ที่ผมจะใช้อธิบายแล้วทีนี้เราจะมาดูเหตุการณ์ต่างๆที่เกิดขึ้นในการปล่อยกันนะครับ เริ่มตั้งแต่บินขึ้นจากฐาน อันนี้โฟกัสที่ตัว Stage แรกนะครับ หรือท่อนที่กลับมาลงจอดนั่นเอง

  • Liftoff บินขึ้นจากฐานปล่อย
  • MaxQ จรวดเข้าสู่ Maximum Dynamic คือมีแรงกดดันสูงสุด ถ้ามันจะระเบิด ก็ระเบิดตอนนี้แหละครับ เสี่ยงที่สุด พอผ่านจุดนี้ไปได้ก็จะโล่งใจ
  • Main Engine Cutoff ดับเครื่องของ Stage แรก
  • Stage Separate เหมือนที่ผมอธิบายไป Falcon 9 stage แรกแยกกับ stage 2
  • Flip คือการกลับตัวโดยใช้ Gas Thruster พลิกตัว Falcon 9 ให้อยู่ในท่าที่พร้อมทำ Boostback
  • Boostback burn จุดเครื่องอีกครั้งหนึ่งเพื่อลดความเร็วของจรวดและปรับ trajactory ให้ไปตกที่จุดลงจอด
  • Reentry burn ระหว่างที่ Falcon 9 กลับสู่ชั้นบรรยากาศ Falcon 9 จะจุดเครื่องอีกครั้งหนึ่งเพื่อเป่าอนุภาคของอากาศไม่ให้ไปเสียดสีกับเครื่องยนต์ หรืออัดเข้าไปในเครื่องยนต์ ทำให้เครื่องยนต์เสียหาย
  • Aerodynamic navigation ปีกเล็กๆ ที่เรียกว่า Grid fins จะกางออกและพา Falcon 9 ร่อนไปยังจุดที่จะ Landing
  • Landing Burn เครื่องยนต์จะจุดอีกครั้งหนึ่งเพื่อให้ Falcon 9 ชะลอความเร็วลงและลงจอด
  • Leg Deploy ขาตั้งกางออก ระหว่างที่เครื่องยนต์พยุง Falcon 9 ให้ลงจอดอย่างนิ่มนวล
  • Touch Down ลงจอดสำเร็จ
  • Stabilisation ตัว Gas Thruster จะพ่นแก๊สแรงดันสูงเพื่อประคอง Falcon 9 ให้นิ่งเสถียรที่สุด ไม่ให้ Falcon 9 ล้มลง

หลังจากที่ Falcon 9 เสถียรแล้ว คอมพิวเตอร์บนเครื่องจะเข้าสู่โหมด standby รอทีม recovery เดินทางมาเก็บกู้

Landing Zone และ ASDS

ในการลงจอดบนพื้นดิน SpaceX จะให้ลงจอดที่ Landing Zone ซึ่งอยู่ไม่ห่างจากฐานปล่อยมาก ซึ่งเป็นลานคอนกรีตขนาดกว้างมากๆ ในอนาคตจะมีการทำ Landing Zone เพิ่มอีก เพราะอนาคต SpaceX คาดว่าจะมีการปล่อยจรวดทุกอาทิตย์เลยทีเดียว รวมถึงจรวดรุ่นใหม่ที่ชื่อ Falcon Heavy ซึ่งก็คือ Falcon 9 ผูกติดกัน 3 ลำ แต่ละลำก็จะต้องใช้ LZ ของตัวเอง

Landing Zone 1

ส่วนการลงจอดในทะเล SpaceX จะใช้แพที่เรียกว่า ADSD ย่อมจาก Autonomous Spaceport Drone Ship ซึ่งเรือจะควบคุมตัวเองให้อยู่ในจุดที่ลงจอด โดยใช้การคำนวนจาก GPS และติดต่อกับ Falcon 9 ให้ไปรับในจุดที่ถูกต้อง SpaceX มี Droneship ทั้งหมด 2 ลำตอนนี้ คือ Just read the Instruction กับ Of course I still love you (ชื่อน่ารักไหมล่ะ)

Just Read the Instructions

ภารกิจไหนจะจอดบนพื้นหรือจอดบนแพ ?

ผมยิงปืนขึ้นฟ้า ถ้าผมยิงในแนว 90 องศากระสุนปืนก็จะตกลงมาใส่ผมใช่ไหมครับ แต่ถ้าผมจะยิงให้มันไปตกข้างหน้าห่างไป 500 เมตร ผมก็ต้องปรับองศาการยิงให้น้อยลง ซึ่งมันคือการคำนวนการเคลื่อนที่แบบ Projectile ฟิสิกส์ ม.ปลายนั่นเอง

ทีนี้พูดถึงเรื่องจรวด เวลาเราจะยิงจรวดขึ้นวงโคจรเราต้องยิงทำมุม เพื่อให้จรวดสามารถส่งยานอวกาศให้เคลื่อนที่ไปรอบโลกได้ คือจุดตกอยู่ไกลเลยเส้นขอบฟ้าและไปโคจรรอบโลกในที่สุด

ภูมิประเทศของสหรัฐอเมริกาติดมหาสมุทรทั้งสองฝั่งก็คือ แปซิฟิกและแอตแลนติก อเมริกาเลยเลือกจุดตกให้เป็นทะเล ส่วนจีนและรัสเซีย ที่มีภูมิประเทศเป็นทุ่งกว้าง ก็เลยเลือกจุดตกให้เป็นทุ่งกว้างได้

ดังนั้นการเลือกจุดลงจอดของ Falcon 9 จึงไม่จำเป็นว่าจะต้องเป็นน้ำหรือแผ่นดินขึ้นอยู่กับว่าจุดตกของ Falcon 9 นั้นอยู่ตรงไหนและ Falcon 9 มีเชื้อเพลิงเหลือเพียงพอที่จะทำให้กลับฐานได้หรือไม่ หากไม่ จุดลงจอดก็จะเป็นจุดตกของ Falcon 9 หลังจากที่ทำการ Boostback Burn แล้ว

สำหรับข้อมูลเรื่อง trajactory ถ้าสนใจสามารถหาข้อมูลเพิ่มเติมได้โดยมีโปรแกรมจำลองแบบออกแนว realtime 3D แสดงให้เห็นถึง trajactory ของ Falcon 9 รวมถึงการ burn ต่างๆ สามารถลองเล่นได้ที่ Boostback

CRS-8 first stage landing

ORBCOMM-2