วิศวกรรมและการเมือง ปัญหาของการเลื่อนปล่อยภารกิจ Artemis I

ณ ช่วงเช้าของวันปล่อยตัวภารกิจอาร์ทีมิส 1 ผู้คนหลายแสนคนจากทั่วทั้งสหรัฐอเมริกาต่างหลั่งไหลมายัง ศูนย์อวกาศเคนเนดี้ ในรัฐฟลอริด้า เพื่อที่จะดูการปล่อยตัวของจรวดที่ทรงพลังที่สุด เท่าที่นาซาเคยสร้างมา ซึ่งมีชื่อเรียกว่า Space Launch System หรือ SLS ที่จะนำพามวลมนุษยชาติหวนคืนกลับสู่ดวงจันทร์อีกครั้งในรอบ 50 ปี แต่ทว่าในขณะที่ทุกคนกำลังตั้งหน้าตั้งตารออยู่นั้น ก็กลับมีประกาศจากผู้อำนวยการนาซาว่าให้เลื่อนภารกิจออกไปในวันที่ 2 กันยายน 2022 แทน

จรวด SLS บนฐานปล่อยหมายเลข 39B (ขวา) และจรวด Falcon 9 ของ SpaceX บนฐานปล่อย 39A (ซ้าย) ที่มา NASA

และเมื่อถึงวันปล่อยตัวในอีกสามวันให้หลัง ก็ได้มีการประกาศเลื่อนภารกิจขึ้นอีกครั้ง จนทำให้นักท่องเที่ยวที่เดินทางมายังรัฐฟลอริด้าต่างผิดหวังไปตาม ๆ กัน ซึ่งผู้เขียนเองก็เป็นหนึ่งในนักท่องเที่ยวที่ได้เดินทางไปด้วยเช่นกัน โดยเราสามารถสรุปสาเหตุการเลื่อนปล่อยทั้งสองครั้งได้ดังนี้

เลื่อนครั้งที่ 1 : ระบบหล่อเย็นในเครื่องยนต์หมายเลข 3 ไม่สามารถทำให้อุณหภูมิลดลงได้เพียงพอสำหรับไฮโดรเจนที่จะคงสถานะเป็นของเหลวได้ ณ อุณหภูมิ -259.9 °C ซึ่งอาจเสี่ยงที่จะเกิดฟองอากาศในเชื้อเพลิงและอาจนำไปสู่การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ได้ แต่ผลการตรวจสอบภายหลังดันปรากฏว่า เซนเซอร์ตรวจสอบอุณหภูมิต่างหากที่ทำงานผิดพลาด

เลื่อนครั้งที่ 2 : สายเติมเชื้อเพลิงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 นิ้วแบบพิเศษ ที่ถูกออกแบบมาให้ปลดตัวออกจากจรวดไม่กี่วินาทีก่อนปล่อยตัวนั้น (Quick Disconnect) เกิดรอยรั่วขึ้น ซึ่งปริมาณไฮโดรเจนที่รั่วไหลออกมานั้นเกินกว่าค่ามาตรฐานความปลอดภัยของนาซา

สายลำเลียงเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหลวหลัก (Quick Disconnect) ที่เกิดการรั่วไหลในความพยายามการปล่อยครั้งที่ 2 ที่มา NASA

โดยในขณะที่นาซากำลังประสบกับปัญหาทางเทคนิคอยู่นั้น บริษัทอวกาศเอกชนสัญชาติสหรัฐฯอื่น ๆ อย่างเช่น SpaceX และ United Launch Alliance ก็กลับปล่อยจรวดขึ้นสู่อวกาศ ได้ตามปกติโดยที่ไม่มีปัญหาอะไร ในระยะเวลาไล่เลี่ยกัน ดังนั้นสื่อหลายสำนักและสาธารณชนจึงต่างตั้งคำถามว่าเกิดอะไรขึ้นกับนาซากันแน่ ทั้ง ๆ ที่นาซาเป็นองค์กรที่เคยนำร่องและบุกเบิกเทคโนโลยีอวกาศมาโดยตลอด

ปัญหาด้านวิศวกรรม

หลังจากที่ภารกิจอาร์ทีมิส 1 ได้พบปัญหาทางเทคนิคจนทำให้ต้องเลื่อนไปถึงสองครั้งด้วยกัน วิศวกรนาซาก็ได้ลงความเห็นตรงกันว่าข้อบกพร่องทั้งหมดมีต้นตอมาจากเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหลวรั่วไหล ในขณะที่นาซากำลังเติมไฮโดรเจนเข้าไปในแทงค์เชื้อเพลิงบริเวณส่วนกลาง (Core Stage) ของจรวด ซึ่งกระบวนการเติมเชื้อเพลิงจะเริ่มขึ้นไม่กี่ชั่วโมงก่อนกำหนดการปล่อยตัวเท่านั้น โดยปัญหาไฮโดรเจนรั่วไหลนี้ ถือว่าเป็นปัญหาที่พบได้บ่อยในจรวดที่ใช้ไฮโดรเจนเหลวเป็นหลัก อย่างในกรณีของ SLS เอง

ทั้งนี้ปัญหาเรื่องไฮโดรเจนรั่วนั้นไม่ใช่ปัญหาใหม่แต่อย่างใด แต่เป็นปัญหาที่เกิดขึ้นมาตั้งแต่ยุคกระสวยอวกาศแล้ว เนื่องจาก “ไฮโดรเจน” นั้น เป็นธาตุที่เบาและมีขนาดอะตอมที่เล็กที่สุดในจักรวาล ทำให้ไฮโดรเจนย่อมสามารถหาช่องทางเล็ดลอดออกมาจากถังเชื้อเพลิงหรือท่อต่าง ๆ ได้อย่างง่ายดายอยู่แล้ว อย่างเช่น ในช่วงปี ค.ศ. 1990 ก็เคยมีการเลื่อนปล่อยตัวกระสวยอวกาศดิสคัฟเวอรี่ถึง 4 ครั้ง ซึ่งกินระยะเวลาการซ่อมบำรุงที่ยาวนานกว่า 6 เดือนด้วยกัน กว่าที่จะได้ปล่อยตัวขึ้นสู่อวกาศอีกครั้ง

ปล่อยตัวกระสวยอวกาศในภารกิจ STS-35 หลังจากเลื่อนปล่อยตัวมา 4 ครั้ง ที่มา NASA

ส่วนสาเหตุที่ไฮโดรเจนรั่วไหลได้ง่ายนั้น ก็เพราะว่าทางนาซาต้องรักษาให้ไฮโดรเจนอยู่ในสถานะของเหลวอยู่ตลอดเวลาที่อุณหภูมิต่ำกว่า – 253 องศาเซลเซียสหรือ 40 องศาเคลวิน ในแทงค์เชื้อเพลิง จึงอาจทำให้ท่อลำเลียงเชื้อเพลิงเกิดการบิดงอและเสียหายได้ง่ายจากอุณหภูมิที่เย็นจัดสุดขั้ว อีกทั้งแทงค์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนของจรวด SLS นั้น ยังเป็นแทงค์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ใหญ่ที่สุดในโลก ทำให้โอกาสที่จะเกิดการรั่วไหลสูงขึ้นตามไปด้วย

แต่ถึงแม้ว่าไฮโดรเจนเหลวจะมีข้อเสียมากมาย ไฮโดรเจนก็ยังคงเป็นเชื้อเพลิงที่ให้แรงขับดันสูงกว่าเชื้อเพลิงอื่น ๆ หลายเท่าตัวในสุญญากาศเป็นอย่างมาก เมื่อเทียบในปริมาณที่เท่ากัน (Specific Impulse) อีกทั้งยังถือว่าเป็นเชื้อเพลิงที่นาซามีประสบการณ์มาอย่างยาวนานตั้งแต่จรวดรุ่น Titan Centaur ในยุค 1950 เป็นต้นมาอีกด้วย นี่เป็นหนึ่งในเหตุผลสำคัญที่นาซายังคงเลือกใช้ไฮโดรเจนเหลวเจ้าปัญหานี้อยู่

จรวด SLS ส่วนแกนหลักที่บรรจุถังเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจนเหลวอยู่ภายใน ที่มา NASA

ปัญหาด้านการเมือง

ถ้าเราย้อนกลับไปช่วงยุคโครงการอะพอลโลในช่วงปี 1965 – 1971 แล้ว เราก็จะพบว่าจรวด Saturn V ที่นาซาใช้ส่งมนุษย์ไปยังดวงจันทร์นั้น กลับไม่ได้ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหลวเป็นหลัก (ตึ่งโป๊ะ) แต่กลับไปใช้เชื้อเพลิงเคโรซีนเหลวแบบพิเศษ ซึ่งสกัดมาจากน้ำมันปิโตรเลียมอีกทีหนึ่ง หรือที่นาซาเรียกว่า RP-1 (Rocket Propellant 1) ท่อนที่ 1 มีขนาดถังเชื้อเพลิงใหญ่ที่สุด ซี่งนาซาเกรงว่าหากใช้ไฮโดรเจนเหลวจะเกิดการรั่วไหลได้ง่าย ส่วนจรวดท่อนที่ 2 และ 3 ที่มีขนาดถังเชื้อเพลิงเล็กกว่านั้นก็ให้ใช้ไฮโดรเจนเหลวเหมือนเดิม เพราะมีแรงขับดันที่สูงกว่าเชื้อเพลิงอื่น ๆ ตามที่ได้กล่าวไปข้างต้น

หากถามว่าทำไมจรวด SLS ที่นาซาจะใช้ส่งนักบินอวกาศเดินทางไปยังดวงจันทร์ภายใต้โครงการอาร์ทีมิสก็กลับใช้ไฮโดรเจนเหลวเป็นหลัก แทนที่จะผสมกับเชื้อเพลิงอื่น ๆ เหมือนในยุคโครงการอะพอลโลแล้วล่ะก็ คำตอบก็คือจรวด SLS เป็นผลพวงมาจากการเมืองสหรัฐฯทั้งสิ้น

จรวด Saturn V ที่พามนุษย์ไปยังดวงจันทร์ในช่วงโครงการอะพอลโล ที่มา NASA

โดยเราต้องมาปูพื้นประวัติศาสตร์โครงการอวกาศของสหรัฐฯในช่วงปลายยุคอะพอลโล ซึ่งในขณะนั้นประธานาธิบดี ริชาร์ด นิกสัน ก็ได้ยื่นเรื่องต่อรัฐสภาสหรัฐฯให้ตัดงบประมาณประจำปีขององค์กรนาซาลงหลายหมื่นล้านดอลล่าร์ จนเหลือเพียงแค่ราวร้อยละ 0.4 ของงบประมาณรัฐบาลกลางสหรัฐฯทั้งหมดในปัจจุบันเท่านั้น เนื่องจากภาครัฐมองว่าการสำรวจดวงจันทร์ไม่มีความจำเป็นอีกต่อไป นอกเหนือเสียจากแสดงแสนยานุภาพทางเทคโนโลยีอวกาศ และหันไปให้ความสนใจในการก่อสร้างสถานีอวกาศที่อยู่ในวงโคจรของโลกที่มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าแทน

ดังนั้นด้วยงบประมาณเพียงเล็กน้อยนาซาจึงไม่สามารถก่อสร้างจรวดขนาดยักษ์ที่มีราคาแพงและมีความซับซ้อนยุ่งยาก อย่าง Saturn V ได้อีกต่อไป อีกทั้งฐานโรงงานการผลิตชิ้นส่วนจรวดที่กระจายอยู่ในแต่ละรัฐทั่วอเมริกาก็เลยต้องทะยอยปิดตัวตามกันลงไปด้วย พร้อมกับเริ่มเปิดสายพานการผลิตใหม่สำหรับโครงการกระสวยอวกาศอันโด่งดัง ซึ่งนาซาเชื่อว่าจะสามารถลดต้นทุนค่าใช้จ่ายในการขนส่งสัมภาระขึ้นไปยังวงโคจรของโลกได้

พิธีการเปิดตัวกระสวยอวกาศรุ่นต้นแบบชื่อ Enterprise ในปี 1976 ที่มา NASA

ทั้งนี้ทั้งนั้นในพิมพ์เขียวขั้นสุดท้ายของกระสวยอวกาศ วิศวกรได้ตัดสินใจให้ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหลวเป็นหลัก ที่จะถูกบรรจุอยู่ในถังเชื้อเพลิงสีส้ม ซึ่งจะมีจรวดเชื้อเพลิงแข็งสีขาวขนาบอยู่ด้านข้างอีกทีหนึ่ง โดยรูปแบบของกระสวยอวกาศนี้ ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถใช้งานได้อย่างดีเยี่ยมมาเป็นเวลากว่า 30 ปี นับตั้งแต่เที่ยวบินแรกในปี 1981 จนถึงปี 2011 ที่โครงการได้ยุติลง

และในปีเดียวกับที่โครงการกระสวยอวกาศยุติลงนี้เอง นาซาก็กำลังคิดที่จะสร้างยานพาหนะนำส่งลำใหม่ ที่ทรงพลังกว่ากระสวยอวกาศ เพื่อที่จะนำมนุษย์กลับไปเหยียบพื้นผิวดวงจันทร์อีกครั้งหนึ่งให้ได้ แต่ทว่ากระบวนการเบิกของงบประมาณจากรัฐบาลกลางมาพัฒนาจรวดรุ่นใหม่นั้น ก็กลับดำเนินการไปอย่างยากลำบาก เพราะสมาชิกแต่ละคนในรัฐภาสหรัฐฯก็อยากให้นาซาไปเปิดสายพานการผลิตในรัฐที่ตนบริหารอยู่ เนื่องจากนักการเมืองเหล่านี้ต่างคาดหวังถึงเสียงสนับสนุนของประชาชนที่ได้ผลประโยชน์จากนาซาไปเปิดรับคนเข้ามาทำงานในรัฐนั้น ๆ ว่าจะโหวตให้กับพรรคเดิม ๆ ในปีถัดไป

ถังเชื้อเพลิงภายนอก (ET) หมายเลข 5 6 และ 7 ในสายพานการผลิตสำหรับใช้ในโครงการกระสวยอวกาศ

จนแล้วจนรอดรัฐสภาสหรัฐฯก็มีมติว่าให้ใช้สายพานการผลิตเดิม จากที่เคยทำมาในยุคโครงการกระสวยอวกาศทั้งหมด เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการตกงานครั้งใหญ่เหมือนกับที่เคยเกิดขึ้นตอนโครงการอะพอลโลยุติลง นี่จึงเป็นสาเหตุที่ว่าทำไมจรวด SLS ซึ่งเป็นจรวดรุ่นใหม่ล่าสุดของนาซากลับมีส่วนประกอบหลายอย่างที่คล้ายกับโครงการกระสวยอวกาศ ไล่ตั้งแต่เครื่องยนต์รุ่น RS-24 ที่เคยใช้ในโครงการกระสวยอวกาศ บูสเตอร์เชื้อเพลิงแข็งสีขาวที่ได้รับการอัพเกรดให้ทรงพลังมากกว่าเดิม และถังเชื้อเพลิงสีส้มขนาดยักษ์ที่ยังคงใช้ไฮโดรเจนเหลวเป็นเชื้อเพลิงหลักเหมือนเดิม

เราจึงอาจกล่าวได้ว่าจรวด SLS เป็นผลพวงจากเกมส์การเมืองสหรัฐฯ มากกว่าที่จะเป็นการออกแบบเพื่อเดินทางกลับไปยังดวงจันทร์จริง ๆ เหมือนในยุคสมัยของโครงการอะพอลโล ช่างน่าเสียดายที่นาซาก็กลับทำอะไรกับผลการตัดสินใจของนักการเมืองไม่ได้เลย เพราะนาซาเองก็ยังคงต้องการแรงสนับสนุนของผู้คนในสภา ที่จะอนุมัติงบประมาณให้นาซามากเพียงพอที่จะริเริ่มโครงการตั้งถิ่นฐานบนดวงจันทร์ได้ ถึงแม้ว่าจะไม่ใช่หนทางที่คุ้มค่าที่สุดก็ตามที เพราะบริษัทเอกชนอื่น ๆ อย่าง SpaceX ก็ได้หันไปใช้เชื้อเพลิงทางเลือกอื่นอย่าง มีเทน แล้วเนื่องจากมีปัญหาน้อยกว่าไฮโดรเจน

จรวด SLS ส่วนแกนหลักในโรงงานผลิตเดิมที่เคยใช้ผลิตถังเชื้อเพลิงให้กระสวยอวกาศ ที่มา NASA

และเมื่อไม่นานมานี้ หลังจากที่ทางทีมวิศวกรนาซาแก้ไขปัญหาเชื้อเพลิงรั่วของจรวด SLS ได้แล้ว ก็มีประกาศเตือนจากกรมอุตุฯว่ากำลังมีพายุฤดูร้อนก่อตัวขึ้นในอ่าวเม็กซิโกในช่วงปลายเดือนกันยายน ซึ่งอาจพัฒนากลายเป็นเฮอร์ริเคนระดับที่ 4 ได้อย่างรวดเร็วในอ่าวเม็กซิโก โดยผลจากการจำลองโมเดลสภาพอากาศพบว่า พายุลูกนี้กำลังพุ่งตรงมายังส่วนกลางของรัฐฟลอริด้า อันเป็นที่ตั้งของฐานปล่อยจรวดในศูนย์อวกาศเคนเนดี้อย่างพอดิบพอดี

ทางองค์กรนาซาจึงต้องทำใจเลื่อนภารกิจอาร์ทีมิส 1 ออกไปยังช่วงเดือนพฤศจิกายน พร้อมกับเริ่มดำเนินการเคลื่อนย้ายตัวจรวด SLS เดินทางกลับเข้าอาคารประกอบจรวด ซึ่งอยู่ห่างจากฐานปล่อยออกไปประมาณ 5 กิโลเมตร เพื่อป้องกันอันตรายจากสภาพอากาศแปรปรวนที่อาจทำให้จรวด SLS เสียหายได้

บทส่งท้าย

สุดท้ายนี้ โครงการอาร์ทีมิส ที่จะส่งมนุษย์หวนคืนสู่ดวงจันทร์ในรอบ 50 ปี ขององค์กรนาซา ก็ยังคงต้องดำเนินต่อไป ท่ามกลางอุปสรรคมากมาย ไม่ว่าจะเป็นปัญหาเชื้อเพลิงไฮโดรเจนรั่วไปจนถึงการเมือง หรือสภาพอากาศก็ตามที แต่ทว่าสิ่งเหล่านี้ก็ล้วนทำให้พวกเราในยุคสมัยนี้ ได้สั่งสมองค์ความรู้ และประสบการณ์มากขึ้นกว่าเดิม เหมือนกับที่ผู้คนในยุคโครงการอะพอลโลได้ฝ่าฝันกันมา จนสามารถบุกเบิกไปยังดินแดนที่ไม่เคยมีใครคนไหนเดินทางไปก่อนได้สำเร็จ