/ Science

LDSD - เทคนิคล่าสุดของการเข้าสู่ดาวอังคาร

เราเริ่มมีการส่งยานลงไปบนพื้นผิวของดาวอังคารตั้งแต่ปี 1976 โดยยานตัวแรกก็คือยาน ไวกิ้ง (Viking Lander) จาก NASA ซึ่งเป็นวัตถุประดิษฐ์ชิ้นแรกที่ถูกส่งไปบนดาวอังคาร โดย ดร.อาจอง ชุมสาย ณ อยุธยา ก็เป็นหนึ่งในผู้ร่วมออกแบบระบบการลงจอดครั้งนี้ด้วย จากนั้นก็ได้มีการส่งทั้ง Lander (ลงจอดและวิเคราะห์ตัวอย่างดินและหิน) และ Rover (มีล้อขับเคลื่อนตัวเองไปจุดอื่นได้) เช่น Mars Pathfinder (1997) , Spirit rover และ Opportunity rover ซึ่งเป็น ยานฝาแฝด (2003), Phoenix Mars Lander (2008) และ ล่าสุดก็คือ " Mars Science Laboratory" หรือที่เราเรียกมันน่ารักๆว่า Curiousity ในปี 2012 ที่ผ่านมา ซึ่งมีขนาดเท่ารถคันนึงเลยทีเดียว

NASA's Curiousity Mars Rover
(ภาพของ Mars Science Laboratory)

จะสังเกตว่าขนาดของยานที่เราต้องการส่งไปดาวอังคารใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ และ วิธีการลงจอดจะต้องนิ่มนวลขึ้นเรื่อยๆ เช่น Curiousity (2012) ที่ภายในประกอบไปด้วยเครื่องมือ Lab ต่างๆมากมาย ไม่สามารถยัดใส่บอลลูนแล้วปล่อยให้ไปกระแทกพื้นเหมือนยานรุ่นก่อนๆได้ จึงมีการใช้จรวด เป็นเครนในการช่วยให้ลงจอดได้อย่างนิ่มนวล

แต่! อย่างไรก็ตาม การจะลงจอดบนดาวอังคารมีสิ่งสำคัญอยู่หลายประการ ซึ่งถ้าเราก้าวข้ามขีดจำกัดต่อไปนี้ได้ จะทำให้การส่งยานไปดาวอังคารง่ายมากๆ

ดาวอังคารมีอากาศเบาบางมาก

อากาศดาวอังคารนั้นมีความเบาบางมาก มีความบางเพียง 1% ของชั้นบรรยากาศโลก ดังนั้น วัตถุต่างๆจะตกลงสู่พื้นได้เร็วขึ้น เพราะแรงเสียดทานน้อย การลดความเร็วจึงไม่สามารถทำได้ดีนักบนดาวอังคาร

ดาวอังคารมีชั้นบรรยากาศ

เราสามารถส่งยานไปดวงจันทร์ได้อย่างง่ายดาย เพราะดวงจันทร์ไม่มีชั้นบรรยากาศ ทำให้เราไม่จำเป็นต้องใช้ "แผ่นกันความร้อน" ในการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ แต่กับดาวอังคารนั้น มีชั้นบรรยากาศเหมือนกับโลกเป็นเกาะป้องกันวัตถุต่างๆไม่ให้เข้าสู่ดาวอังคารได้โดยง่าย การที่จะเข้าไปได้นั้น ต้องผ่าน ความร้อน ความกดดัน มหาศาล อุณหภูมิของแผ่นกันความร้อนจะพุ่งสูงขึ้น แผ่นกันความร้อนจะร้อนเทียบเท่ากันพื้นผิวของดวงอาทิตย์! ที่สำคัญถ้าการคำนวนพลาดไป ยานอาจจะเผาไหม้ในชั้นบรรยากาศ หรือ กระเด็นออกไป ไม่เข้าสู่ดาวอังคารก็ได้

4626 Noah Skipping

การจะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ก็เหมือนกับเราโยนหินจากในอากาศ ให้ลงไปในน้ำ ถ้าเราโยนตะแคงข้างเบาๆ หินก็จะกระโดดไปบนผิวน้ำ นั่นอันตรายมากสำหรับการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ เพราะการที่ยานกระโดดเด้งไปมานี้ อาจจะทำให้ยานกระเด็นออกไปไกลและไม่สามารถเข้าสู่ชั้นบรรยากาศได้ แต่ก็เช่นกัน หากเราโยนหินไปแรงๆ มันก็จะกระแทกผิวน้ำอย่างจัง ถ้าเป็นยานอวกาศก็จะฉีกขาด เผาไหม้ และระเบิดหายไป การจะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศจึงต้องกาศัยความพอดี ในการค่อยใช้แผ่นกันความร้อนถูลงไปกับชั้นบรรยากาศ ไม่เร็วไปหรือช้าไป นั่นเอง

สองข้อนี้คือปัญหาหลักๆของการไปสู่ดาวอังคาร ที่ได้ สังหารยานของเราไปแล้ว ถึง 6 ลำ คือ Mars 2, Mars 3, Mars 6 ของสหภาพโซเวียต ที่ทั้ง 3 ลำ "ระเบิด" ในขณะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ในช่วงสงครามเย็น รวมถึงยานรุ่นใหม่ๆอย่าง Mars Climate Orbiter, Deep Space 2 จาก NASA และ Beagle 2 ของ ESA ที่ล้วนแล้วแต่ขัดข้องจนไม่สามารถปฏิบัติภารกิจได้

LDSD : Low-Density Supersonic Decelerator

ตอนนี้ปัญหาเรื่องการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศได้ถูกแก้ไขได้ ด้วยการพัฒนาแผ่นกันความร้อนรุ่นใหม่ๆ ที่มีความสามารถในการกันความร้อนและเสียดสีจากชั้นบรรยากาศได้ดีมากกว่ารุ่นเก่า เมื่อบวกกับการคำนวนการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศที่ถูกต้อง (ด้วย AI ที่ฉลาด และ คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังยิ่งขึ้น) ทำให้การเข้าสู่ชั้นบรรยากาศไม่ใช่ปัญหาอีกต่อไป .. แต่!

ความเร็วหลังจากการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศนั้นจะเร็วมากระดับ Supersonic โดยความเร็วก่อนถึงชั้นบรรยากาศจะสูงมาก 26,280 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และเมื่อเข้าสู่ชั้นบรรยากาศแล้ว ความเร็วจะยังคงสูงถึง 1,448 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ความเร็วระดับนี้ยังถือว่าสูงมาก เหมือนเราขับเครื่องบินรบแล้วเร่งเครื่องยนต์สูงสุดพุ่งลงมาสู่พื้นโลกในแนวดิ่ง

สร้างผิวสัมผัส ลดความเร็ว

JET PROPULSION LABORATORY เป็นศูนย์วิจัยด้านเทคโนโลยียานอวกาศ ของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีแคลิฟอเนีย ( California Institute of Technology ) ที่ขึ้นตรงต่อ NASA มีผลงานต่างๆมากมาย รวมถึงยานอวกาศกว่าครึ่ง ก็ถูกสร้างโดย JPL นี่แหละครับ

Low Density Supersonic Decelerator

ภาพของตัวฝาครอบยาน โดยไม่ได้ติดตั้ง ผิวสัมผัสพิเศษ LDSD

เทคนิค LDSD จะใช้การ เพิ่มผิวสัมผัส ด้วยการเด้งลูกโป่งออกมา ทำให้ผิวสัมผัสของตัวยานกับอากาศมีมากขึ้น อนุภาคของอากาศชนเข้ากับอนุภาคของพืิ้นผิวยาน เป็นการสร้างแรง "Drag" คือการลากไปในทิศทางตรงกันข้าม

Летающая тарелка от NASA Low-Density Supersonic Decelerator LDSD прошела успешные испытания

ตรงที่เขียนเลขไว้ตรงนั้นคือ ลูกโป่งที่จะเด้งออกมาครับ เมื่อเด้งออกมาจะมีพื้นผิวมากขึ้น

ร่มชูชีพ Supersonic

เราจะใช้ร่มชูชีพในการช่วยลดความเร็วครับ ซึ่งเป็นเรื่องปกติอยู่แล้ว ร่มพวกนี้มีน้ำหนักหลายร้อยกิโลกรัม และถูกสร้างขึ้นมาพิเศษเพื่อทนแรงมหาศาลที่จะฉีกร่มชูชีพให้ขาดเป็นชิ้นๆ

The World's Largest Wind Tunnel

มากันที่อุโมงค์ลมที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่ Lab ทดสอบในย่าน Moutain View, California สถานที่ที่ใช้เป็นที่ทดสอบร่มมาหลายรุ่นของ JPL

ภาพจากการทดสอบอุโมงค์ลม กับร่มชูชีพของ Curiousity ครับ

แต่! สำรับ LDSD เราจะเล่นกันโหดกว่านั้นครับ สำรับ ​LDSD เราจะใช้เฮลิคอปเตอร์ แบกร่มชูชีพที่ถ่วงด้วยตะกั่วแล้วทิ้งลงมาให้เข้ากับตัวล็อกของรอก แล้วใช้ จรวด ลากร่มชูชีพเป็นการทรมานร่ม อีกวิธีนึง โดยตัวร่มจะถูกดึงลงมาจนฉีกขาด แล้วเราจะเก็บข้อมูลจากการทดลองนี้ไปวิจัยเพื่อสร้างร่มที่มีคุณภาพมากขึ้นครับ

สรุปของ LDSD

ตอนนี้ LDSD กำลังอยู่ในช่วงทดลองครับ มีการทดลองหลายๆอย่าง เช่น การทิ้งตัวห่อหุ้มยานอวกาศลงมาจากชั้นบรรยากาศ, การทดสอบหมุนด้วยความเร็วสูง, การใช้จรวดดึงร่มชูชีพลงมา และอื่นๆอีกมากมาย ซึ่งเราก็หวังว่าโครงการ LDSD นี้จะช่วยให้เราสามารถส่ง ยานต่างๆที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ไปสู่ดาวอังคารได้โดยง่าย เพื่อเป็นการ เบิกทางสู่อนาคตของการใช้ชีวิตแบบ multi-planet ของมนุษย์เราครับ

Rocket Sled Tests May Lead to Mars (NASA, TDM, 6/7/12)

รูปภาพทั้งหมดในบทความ เมื่อคลิกจะนำทางไปสู่ Flickr ของช่างภาพเจ้าของรูป ซึ่งทุกท่านได้ให้สิทธ์ในการเผยแพร่ด้วย HTML โดยอ้างแหล่งที่มา และไม่หวังผลกำไร ภายใต้ ข้อสัญญา ครีเอทีฟคอมมอนส์ รายละเอียด คลิกที่นี่ เพื่ออ่านข้อตกลง โดย Nutn0n.com ไม่ได้เป็นผู้ถือสิทธ์ หรือเจ้าของ ขออ้างสิทธ์ของภาพให้แก่เจ้าของแต่เพียงผู้เดียว

*ข้อมูลต่างๆอ้างอิงจากรายงานวิจัยของ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย JET PROPULSION LABORATORY องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ สหรัฐอเมริกา