Opinion 1U ตัวเลขมหัศจรรย์ จุดเริ่มต้นในการทำงานอวกาศ บนพื้นที่ 10x10x10 เซนติเมตร
1U ตัวเลขมหัศจรรย์ จุดเริ่มต้นในการทำงานอวกาศ บนพื้นที่ 10x10x10 เซนติเมตร

Chottiwatt Jittprasong

1U ตัวเลขมหัศจรรย์ จุดเริ่มต้นในการทำงานอวกาศ บนพื้นที่ 10x10x10 เซนติเมตร

September 22, 2020

เมื่อเราพูดถึงการทดลองวิทยาศาสตร์ หากมันเป็นการทดลองวิทยาศาสตร์บนโลก เราแทบจะไม่ต้องห่วงขอบเขตของการทดลองในเรื่องของพื้นที่การทดลองเลยโดยเฉพาะอย่างยิ่งการทดลองที่สามารถทำได้ในห้องปฏิบัติการ เราอยากใช้พื้นที่เท่าไหนเราก็ใช้ ไม่จำเป็นต้องวางแผนว่าจะตั้งอะไรไว้ตรงไหนอย่างไร

แต่เมื่อพูดถึงการทำอุปกรณ์วิทยาศาสตร์เพื่อส่งขึ้นสู่ยานอวกาศแน่นอนว่ามันยุ่งยากกว่ามาก ในอดีตยานอวกาศเน้นการขนส่งใครขนส่งมันโดยเฉพาะในช่วง Space Race โดยที่สหรัฐอเมริกาและโซเวียตต่างก็มียานขนส่งเป็นของตัวเองอยากยัดอะไรก็ยัดอยากส่งอะไรก็ส่งตามใจชอบ แต่เราผ่านจุดนั้นมาไกลมากแล้ว ในปัจจุบัน Commercial Spaceflight ได้ถือกำเนิดขึ้นแล้วและอีกไม่นานมันจะเป็นเรื่องปกติในชีวิตประจำวันของเราการขนส่งอวกาศอาจจะเหมือนการฝากพัสดุให้ไปรษณีย์ไปส่งยังปลายทางที่เรากำหนดนั่นเอง

MESSE

Molecular Encoded Storage for Space Exploration

เป็นโครงการสำรวจอวกาศที่อยู่บนจุดตัดระหว่างวิทยาศาสตร์ กับศิลปะ โดยการสร้าง DNA Storage จากโน๊ตดนตรีของเพลง “ความฝันกับจักรวาล” เป็นเพลงไทยเพลงแรกที่ถูกนำมาแปลงเป็น DNA และถูกส่งขึ้นสู่อวกาศ พัฒนาโดยเยาชนไทย

อ่านเพิ่มเติม >

1U หน่วยมหัศจรรย์ที่ทำให้อวกาศเข้าถึงได้ง่ายขึ้น

U (Unit) เป็นหน่วยการวัดขนาดของดาวเทียมขนาดเล็กที่เรียกว่า Nanosatellites และยังเป็นหน่วยที่ใช้วัดขนาดของ Payload ทางวิทยาศาสตร์อีกด้วย Payload คืออะไร ในสมัยก่อนถ้าพูดถึง Payload มันหมายถึงอะไรก็ได้ที่ขึ้นไปกับจรวดหรือยานอวกาศไม่ว่าจะเป็นดาวเทียม อุปกรณ์การทดลอง ชิ้นส่วนสถานีอวกาศ หรือแม้แต่อาหารสำหรับ ISS ก็เรียกว่า Payload ในปัจจุบันมันก็ยังคงเป็นเช่นนั้นเพียงแต่เพราะการเข้ามาของ Commercial Spaceflight ทำให้เกิดบริการขนส่งทางอวกาศขึ้นมากมาย เปรียบเทียบง่าย ๆ ก็อารมณ์เหมือนเมื่อก่อนไทยมีแต่ไปรษณีย์ไทยแต่ในปัจจุบันมีบริษัทขนส่งเอกชนให้เลือกใช้งานมากมายอย่างเช่น Kerry Express สิ่งนี้กำลังเกิดขึ้นกับบริษัทอวกาศต่าง ๆ เช่น Blue Origin, SpaceX, ULA และอื่น ๆ มากมาย

ทั้งนี้การขนส่ง Payload ขึ้นไปบนอวกาศก็สามารถแยกย่อยไปได้อีกหลายแบบไม่ว่าจะเป็นการขนส่งยานดาวเทียมขนาดใหญ่ขึ้นไป หากเป็นยานดาวเทียมขนาดใหญ่ส่วนใหญ่ก็จะถูกแยกไว้เป็น Primary Payload ซึ่งก็จะมีราคาการขนส่งสูง ส่วน Payload ที่เล็กลงน้อยถึงเล็กมาก ๆ อย่าง Nanosatellites ก็จะถูกแยกไว้ในส่วนของ Secondary Payload ซึ่งจะเดินทางไปพร้อมกับ Primary Payload จึงทำให้ได้ราคาที่ถูกลงนั่นเอง

ภาพขนาดของ Payload Locker ตั้งแต่ 1U จนถึง 12U – ที่มา NASA

U (Unit) เป็นหน่วยวัดของดาวเทียม Nanosatellites และ Payload ขนาดเล็ก ซึ่งจัดเป็น Secondary Payload (บางทีก็เป็น Primary Payload เพราะไปกับยานที่มีมนุษย์ควบคุมจึงไม่มี Payload ขนาดใหญ่ เช่น New Shepard, Crew Dragon) U เป็นหน่วยที่วัดขนาดชั้นเก็บ Payload โดยมีตั้งแต่ 1U, 2U, 3U, 6U และอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับผู้ให้บริการปล่อยยาน

จินตนาการว่าเรามี Locker เก็บของบนจรวดหลาย ๆ อันแต่ละอันมีขนาดใหญ่เล็กไม่เท่ากัน เราสามารถเอา Locker แต่ละอันนั้นไปขายให้กับคนที่ต้องการซื้อ Locker เพื่อมาเก็บ Payload ของตัวเองไว้คล้ายกับการขายพื้นที่บนรถขนส่งเพื่อให้คนเอาพัสดุของตัวเองมาไว้ พัสดุในที่นี้ก็คือ Payload แน่นอนว่ายิ่งพื้นที่เยอะก็ยิ่งมีราคาสูง อย่างเช่น 6U ก็จะมีขนาดใหญ่หน่อยแล้วก็ราคาสูงหน่อย ส่วน 1U ก็ราคาถูกแต่ก็ขนาดเล็กเช่นกันและเหตุผลที่ “1U made space more accessible” เป็นเพราะว่ามันทำให้นักเรียน นักศึกษา นักวิจัย นักวิทยาศาสตร์ นักดาราศาสตร์ เข้าถึงการส่ง Payload ไปอวกาศได้ง่ายขึ้นเพราะว่าเมื่อก่อนการส่งอะไรก็ตามไปอวกาศนั้นมีราคาสูง แต่ในปัจจุบัน 1U ด้วยราคาที่ถูกลงทำให้ใคร ๆ ก็สามารถส่งอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ไปอวกาศได้ไม่เว้นแม้แต่เด็กมัธยม

แล้ว 1U มันเล็กแค่ไหนกัน เป็นเพราะว่ามันอยู่ในราคาที่จับต้องได้มันก็เลยมีขนาดเล็กมากเพียงแค่ 10 cm x 10 cm x 10cm หรือประมาณ 0.001 ลูกบาศก์เมตรเท่านั้น หลายคนอาจจะสงสัยว่าแล้วมันจะทดลองยังไงแค่ 10 x 10 x 10 cm ใส่บีกเกอร์ธรรมดา ๆ เข้าไปอันเดียวก็เต็มแล้ว Art of Science จึงเข้ามาเกี่ยวข้องในเรื่องของการทำยังไงให้เราสามารถเอาการทดลองการทดลองหนึ่งใส่เข้าไปในพื้นที่ 1U ได้

ภาพแสดงการติดตั้ง Payload Locker ขนาดต่าง ๆ ในยาน New Shepard ของ Blue Origin

หนึ่งการทดลองหนึ่งงานวิจัยในพื้นที่ 1U

หากถามว่าเราจะยัดการทดลองอะไรก็ได้อย่างการทดลองเคมีง่าย ๆ ลงไปในพื้นที่ 10x10x10 cm มันก็คงเป็นไปไม่ได้ เพราะว่าพื้นที่แค่ 10x10x10 cm นั้นเล็กขนาดที่ว่ายัดบีกเกอร์เข้าไปอันเดียวก็เต็มแล้ว แต่การทดลองอวกาศเราจำเป็นต้องใช้ศิลปะในการทำการทดลอง ทำยังไงจึงจะเอาการทดลองเข้าไปใส่ใน 10x10x10 cm ได้ สิ่งแรกที่เราต้องทำก็คือ แยกว่าอะไรที่จำเป็นต้องใส่เข้าไปใน Payload และอะไรที่ไม่จำเป็นต้องใส่เข้าไปใน Payload อย่าง ในภารกิจ Molecular Encoding Storage for Space Exploration (MESSE) ซึ่งเป็นการทดลองส่งรหัสพันธุกรรม DNA ที่ถูกเข้ารหัสไว้เป็นเพลง “ความฝันกับจักรวาล” ขึ้นไปบนอวกาศ

ทีม Freak Lab กำลังพิมพ์ตัวโครงสร้าง Payload แบบ Unibody ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติ
วิศวกรติดตั้งส่วนอิเล็กทรอนิกส์เข้ากับตัว Payload ตามเอกสารกลางที่ออกให้โดยทีมออกแบบ

เราไม่จำเป็นต้องยัดอุปกรณ์การทำ DNA Sequencing เข้าไปใน Payload ก็ได้เพราะมันทำบนโลกได้ ไม่จำเป็นต้องทำในอวกาศ อย่างไรก็ตามการจะบอกว่าอะไรจำเป็นไม่จำเป็นก็ขึ้นอยู่กับ Objective ของ Payload ของเรา อย่างในภารกิจ MESSE ก็มีการใส่ “ไดโนเสาร์อวกาศ” เข้าไปซึ่งมันอาจจะดูไม่ Significant ต่อการทดลอง DNA โดยตรงแต่มันก็สำคัญพอในด้านของ Antidisciplinary ซึ่งเป็นการผสมผสานวิทยาศาสตร์และศิลปะเข้าด้วยกัน ส่วน DNA เป็นสิ่งที่เราต้องการทดลองจึงจำเป็นต้องใส่เข้าไปใน Payload คำถามต่อไปก็ตามมา จะใส่ไปเยอะแค่ไหน?

ฝาของตัว Payload สามารถออกแบบให้เปิดและปิดเพื่อเข้าถึงชุเการทดลองด้านใน

พื้นที่ใน Payload เป็นเหมือนหนึ่งใน Resource ของการทดลองอวกาศ การลดสเกลการทดลองจึงเป็นหนึ่งในปัจจัยการทำ Payload ทางวิทยาศาสตร์ ถ้าเราจะใส่ DNA เข้าไปใน Payload ของเรา เราจะใส่มันไปทั้งบีกเกอร์หรือไม่ แล้วถ้าใส่ไปทั้งบีกเกอร์เราจะใช้ทั้งบีกเกอร์เลยไหม จึงเป็น Trade-off ระหว่างพื้นที่ที่มีอย่างจำกัดกับความคุ้มค่า แน่นอนว่าในภารกิจ MESSE เราไม่จำเป็นต้องใส่ไปทั้งบีกเกอร์แต่เราใส่ไปเพียงแค่ใน PCR Tube เล็ก ๆ เท่านั้น นั้นเป็นเพราะว่าการเก็บ DNA ใช้เพียงแค่ PCR Tube เล็ก ๆ หลาย ๆ อันก็เพียงพอต่อการเก็บ Sample หลาย ๆ อันแล้ว

Payload ที่กระกอบส่วนอิเล็กทรอนิกเรียบร้อยแล้ว เตรียมนำไปติดตั้งการทดลอง
ทีมเลือกใช้การออกแบบในลักษณะของ Modular เพื่อให้สามารถถอดประกอบและติดตั้งหลอดทดลองได้ง่าย รวมถึงเพิ่มความปลอดภัยต่อของเหลวที่อยู่ภายใน

ในภารกิจ MESSE เราใช้ PCR Tube ทั้งหมด 42 หลอดแบ่งเป็น 2 ชั้น ชั้นละ 21 หลอด ซึ่งบรรจุตัวอย่าง DNA ไว้อยู่ การลดสเกลของ Sample Storage ทำให้เรามี Effective Sample เพิ่มมากขึ้นและเพิ่มประสิทธิภาพและความแม่นยำของการทดลองในขณะที่ประหยัดพื้นที่มากกว่าใส่ Sample อันใหญ่ ๆ เป็นบีกเกอร์ทั้งอันเข้าไปใน Payload อย่างเห็นได้ชัด

MESSE เป็น Payload แบบ Semi-active กล่าวคือไม่ได้แค่ส่ง DNA ขึ้นไปแล้วกลับลงมาแต่มีการบันทึกข้อมูลการบินระหว่างภารกิจด้วยซึ่งข้อมูลในที่นี้ก็คือการถ่ายภาพและวิดีโอภายใน Payload อาศัยสัญญาณ Trigger อย่างง่ายจาก Flight Computer ซึ่งเชื่อมต่อผ่าน Payload locker เพื่อบันทึกวินาทีประวัติศาสตร์ที่ Payload MESSE กำลังเดินทางสู่อวกาศและกลับลงมา แน่นอนว่าการจะถ่ายรูปหรือวิดีโอเราไม่สามารถเอากล้องไปยัดแทรกกลางระหว่างหลอด PCR ได้ เพราะไม่อย่างนั้นเราจะได้ข้อมูลไม่ครบถ้วน จึงต้องเหลือพื้นที่ส่วนหนึ่งไว้ให้กว้างพอสำหรับ Field of View ของกล้องเพื่อถ่ายภาพ PCR Tube ให้ได้ทุกหลอดซึ่งกล้องบน Payload MESSE เป็นกล้องมุมกว้างที่ติดอยู่กับบอร์ด ESP32 อยู่หน้าหลอด PCR Tube

วิศวกรติดตั้งแผ่นกระจกทั้ง 4 ด้านเพื่อความสวยงามกับตัว Payload และปล่อยให้แสดงภายนอกเข้าได้

และเมื่อทำได้ทั้งหมดนี้แล้วก็ยังไม่ได้หมายความว่าเราได้ Payload วิทยาศาสตร์แล้วเพราะ Payload ยังต้องมี Structural Integrity ที่แข็งแรงพอสำหรับการปล่อยขึ้นสู่อวกาศที่แรง G และการสั่นอย่างรุนแรง ไม่เพียงแค่เราไม่สามารถตัดชิ้นส่วน จำพวก Structural Support ของตัว Payload ออกเพื่อลดการใช้พื้นที่ไม่ได้ แต่หมายความว่าเราอาจต้องเพิ่ม Structural Support เพื่อเสริมโครงสร้างให้สามารถรับแรงตลอดเที่ยวบินได้และนั่นหมายถึงพื้นที่ของ Payload ที่เราต้องคำนึงถึงเมื่อเรากำลังออกแบบ Payload โดยปกติก่อนการปล่อยจะมีการทดสอบ Vibration Test เป็นปกติอยู่แล้วเพื่อทดสอบ Integrity ของโครงสร้าง Payload

ทุกขั้นตอนที่ผ่านมาต้องทำด้วยความระมัดระวังโดยคำนึงถึง Biosafety เสมอเพราะว่าการปนเปื้อนของ Payload นั้นไม่ได้มีผลเสียแค่กับ Discrepancy ของการทดลองของเราเองแต่มีผลเสียต่อ Planetary Protection ด้วยโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อยานต้องเดินทางออกจากโลกไปดาวดวงอื่น และทุกขั้นตอนที่กล่าวมานำเรามาสู่ Payload ที่ชื่อว่า Molecular Encoding Storage for Space Exploration หรือ MESSE

ในขั้นตอนสุดท้าย Payload จะถูกรื้อออกมาทั้งหมด ทุกส่วน น็อตทุกตัว และทำการ Clean ในห้อง Cleanroom เพื่อให้ได้มาตรฐานการส่งขึ้นยานอวกาศ
หลังจากทุกขั้นตอน นักวิจัยก็จะทำการส่งมอบ Payload ใส่ลงในล็อกซีลและเดินทางไปยังฐานปล่อยเพื่อติดตั้งเข้ากับยานอวกาศ

ถึงแม้มันจะมีขนาดเพียงแค่ 10 x 10 x 10 cm แต่เพราะวิทยาศาสตร์และศิลปะ เราสามารถแปลงให้ 10 x 10 x 10 cm นี้เป็นงานวิจัยงานหนึ่งที่จะมีประโยชน์และจะเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามของมนุษยชาติในการค้นหาความลับของจักรวาล เราเชื่อว่ายังมีอีกหลายคนไม่ว่าจะเป็น นักเรียน นักศึกษา หรือนักวิทยาศาสตร์ ที่มีความฝันแบบเดียวกับพวกเรา และตอนนี้เราได้พิสูจน์แล้วว่ามันจะไม่เป็นฝันอีกต่อไป

รู้จักกับภารกิจ MESSE – MESSE ศึกษาเทคโนโลยีการเก็บข้อมูลบน DNA ในอวกาศ ด้วยเพลงความฝันกับจักรวาล

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO และทีมวิจัย MESSE

อ่านคอนเทนต์ชุด MESSE
1U ตัวเลขมหัศจรรย์ จุดเริ่มต้นในการทำงานอวกาศ บนพื้นที่ 10x10x10 เซนติเมตร
DNA Storage อนาคตของการเก็บข้อมูล เยอะกว่าล้านเท่าตัว ซับซ้อนด้วยกลไกของชีวิต
เขียนโปรแกรมให้ชีวิตด้วย Synthetic Biology รู้จัก Gibson Assembly ในภารกิจ MESSE
ปรัชญา อวกาศ เรเนซองส์ ความฝันกับจักรวาล และความเป็นมนุษย์ที่อยู่ในภารกิจ MESSE





Read More

บทความอื่น ๆ ที่ควรอ่านต่อ



เรื่องราวน่าสนใจ

อัพเดทเรื่องราว ข่าว และบทวิเคราะห์เจาะลึก