เมื่อพูดถึง Artemis II เรามักโฟกัสไปว่านี่คือภารกิจที่จะพามนุษย์ออกจากวงโคจรต่ำของโลกเป็นครั้งแรกนับตั้งแต่ยุค Apollo แต่ก่อนจะไปถึง Trajectory รอบดวงจันทร์ หรือบทบาทของยาน Orion สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับภารกิจนี้ก็คือมันคือการเอาฮาร์ดแวร์ เก่าในยุคกระสวยมาบินซ้ำ ซึ่งคำว่าฮาร์ดแวร์ เก่า เราไม่ได้หมายถึงว่าเป็นชิ้นส่วนที่สร้างมาแต่ไม่ได้ใช้ แต่มันคือการ “ถอด” เอาชิ้นส่วนต่าง ๆ ออกมาจากกระสวยอวกาศที่ปลดประจำการและนำมาบินซ้ำจริง ๆ
สรุปรายละเอียดทั้งหมดที่ควรรู้ของ Artemis II ปล่อยวันไหน เดินทางอย่างไร ลำดับเหตุการณ์
เครื่องยนต์หลัก RS-25 ทั้งสี่ตัวบน Core Stage ของ Artemis II คือ Space Shuttle Main Engine ที่เคยบินจริงในยุค Space Shuttle Program ไม่ใช่รุ่นจำลอง ไม่ใช่การสร้างใหม่จากพิมพ์เขียวเดิม แต่เป็นฮาร์ดแวร์ที่มีประวัติการใช้งานจริงผ่าน Ascent Profile หลายครั้ง ผ่าน Thermal Stress และ Vibration Spectrum ที่ถูกบันทึกไว้ใน Flight Data อย่างละเอียด
ในเชิงวิศวกรรม Flight Heritage หมายถึงสิ่งที่ Simulation ไม่สามารถแทนได้ทั้งหมด ต่อให้ Computational Fluid Dynamics จะละเอียดเพียงใด หรือ Ground Test จะครอบคลุมแค่ไหน การบินจริงยังคงเป็น Environment ที่ซับซ้อนที่สุด การที่ RS-25 เคยถูกจุดระเบิดในสภาพแวดล้อมจริงหลายสิบเที่ยวบิน ทำให้ NASA ไม่ได้เริ่มจากความไม่แน่นอน ชเต็มรูปแบบ แต่เริ่มจากฐานข้อมูลเชิงประจักษ์ที่สะสมมานานกว่าสามทศวรรษ สิ่งที่เปลี่ยนคือการปรับปรุง Avionics และการอัปเกรด Performance Margin ให้เหมาะกับโปรไฟล์ของ SLS ซึ่งแตกต่างจากกระสวยที่ต้อง Throttle Down และ Up หรือการปรับความแรงของเครื่องยนต์ตามช่วงเวลาบิน แต่หลักการทำงานพื้นฐานยังคงเดิม
Solid Rocket Boosters ของ SLS ก็สะท้อนแนวคิดเดียวกัน โครงสร้าง Segmented Solid Propulsion สืบทอดจาก SRB ของกระสวย เพียงแต่เพิ่มจาก 4 Segment เป็น 5 Segment เพื่อเพิ่มแรงขับในช่วงบินขึ้นการออกแบบลักษณะนี้ชี้ให้เห็นว่า NASA ไม่ได้พยายามออกแบบระบบ Propulsion ทั้งชุด แต่เลือกจะพัฒนาบนฐานที่เข้าใจพฤติกรรมของมันดีอยู่แล้ว
เครื่องยนต์ทั้ง 4 ตัวถูกใช้ซ้ำจากยุคกระสวยอวกาศ
จุดที่ต้องลงรายละเอียดจริง ๆ คือเครื่องยนต์ RS-25 บน Core Stage ของ Artemis II นี่คือการนำฮาร์ดแวร์ที่เคยบินจริงกลับมาใช้อีกครั้ง RS-25 เป็นเครื่องยนต์ที่มี Specific Impulse สูงมากสำหรับระบบเคมี ใช้ Liquid Hydrogen และ Liquid Oxygen ในแบบ Closed-Cycle Staged Combustion ที่ซับซ้อน การทำงานของ Turbopump ภายใต้แรงดันและอุณหภูมิระดับสุดขั้วทำให้มันเป็นหนึ่งในเครื่องยนต์ที่ท้าทายที่สุดที่มนุษย์เคยพัฒนา แต่สิ่งที่ทำให้มันแตกต่างจากเครื่องยนต์ยุค Commercial Space ไม่ได้มีแค่ตัวเลขประสิทธิภาพ หากคือประวัติการบินจริงกว่า 130 เที่ยวของกระสวยอวกาศ ข้อมูลแรงสั่นสะเทือน อุณหภูมิ แรงดัน และพฤติกรรมในแต่ละ Phase ของ Ascent ถูกเก็บสะสมเป็นชุดข้อมูลมหาศาล ซึ่งการทดสอบภาคพื้นไม่อาจจำลองได้ครบถ้วน
ในยุคกระสวย RS-25 ทำงานร่วมกับ External Tank และ Orbiter ที่ติดอยู่ด้านข้าง ทำให้ Profile ของแรงและ Aerodynamic Load แตกต่างจาก SLS อย่างมีนัยสำคัญ เพราะ SLS เป็นจรวดแกนกลางล้วนที่ต้องรับ Thrust มหาศาลตั้งแต่ช่วง Liftoff NASA จึงต้องวิเคราะห์และออกแบบ Flight Profile ใหม่ทั้งหมดเพื่อให้เครื่องยนต์ที่เคยทำงานในบริบทหนึ่ง สามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยในอีกบริบทหนึ่ง นี่ไม่ใช่การย้ายเครื่องยนต์แบบตรงไปตรงมา แต่คือการปรับสภาพแวดล้อมของมันใหม่โดยยังคงแกนกลไกเดิมไว้
ในเชิงสถาปัตยกรรม การทำความเข้าใจ SLS ต้องมองผ่านพัฒนาการของแต่ละ Block ด้วย รุ่น Block 1 ซึ่งใช้ใน Artemis I และ Artemis II คือช่วงเปลี่ยนผ่านที่ยังใช้ RS-25D จากยุคกระสวยจริงทั้งหมด NASA ดึงเครื่องยนต์จากคลัง Shuttle มาถอด ตรวจสอบ และติดตั้ง Digital Engine Controller แทนระบบ Analog เดิม พร้อมเพิ่ม Thrust Level ให้เหมาะกับโปรไฟล์ของ SLS ขณะที่ใน Block 1B และ Block 2 ซึ่งจะติดตั้ง Exploration Upper Stage หรือ EUS และรองรับ Payload หนักขึ้น NASA จะเริ่มเปลี่ยนไปใช้ RS-25E รุ่นผลิตใหม่แบบ Expendable หรือใช้แล้วทิ้งเต็มรูปแบบ เนื่องจากสต็อก RS-25D มีจำกัดและไม่ได้ถูกออกแบบให้ผลิตต่อเนื่องระยะยาว กล่าวอย่างตรงไปตรงมา Block 1 คือยุคที่ Flight Heritage จากกระสวยยังอยู่ในรูปของฮาร์ดแวร์จริง ส่วน Block ถัดไปคือยุคที่ Heritage ถูกถ่ายทอดผ่านแบบแปลน ความรู้ และกระบวนการผลิตมากกว่าตัวชิ้นส่วนเดิมเอง นี่ทำให้การที่ Artemis II อยู่ใน Block 1 มีความหมายพิเศษ เพราะมันคือช่วงเวลาสุดท้ายที่มนุษย์จะออกจากโลกด้วยเครื่องยนต์ที่เคยบินในยุคกระสวยจริง ๆ
สำหรับ Artemis II เครื่องยนต์ทั้งสี่ตัว เรียงตามลำดับ Engine Position คือ RS-25 หมายเลข E2047, E2059, E2062 และ E2063 ซึ่งทั้งหมดสร้างขึ้นในยุคกระสวยและผ่านเที่ยวบินจริงหลายครั้งก่อนถูกปรับปรุงสำหรับ SLS
เครื่องหมายเลข E2047 เคยทำหน้าที่บนกระสวย Discovery ในภารกิจสำคัญอย่าง STS-114 ซึ่งเป็น Return To Flight หลังอุบัติเหตุ Columbia และ STS-121 ที่ทดสอบมาตรการความปลอดภัยเพิ่มเติม เครื่องยนต์ตัวนี้จึงเป็นส่วนหนึ่งของการฟื้นความเชื่อมั่นทั้งโครงการ โดย E2047 นับเป็นเครื่องยนต์ที่ผ่านการใช้งานมากที่สุดมากกว่า 15 เที่ยวบิน
E2059 เคยบินกับ Endeavour และ Discovery รวมถึง STS-134 ภารกิจสุดท้ายของ Endeavour ที่นำ Alpha Magnetic Spectrometer ขึ้นสู่สถานีอวกาศนานาชาติ ขณะที่ E2062 และ E2063 เป็นเครื่องยนต์รุ่นปลายสายการผลิต RS-25 ซึ่งชิ้นส่วนบางชิ้นเคยบินกับ Atlantis และ Endeavour ในช่วงปีสุดท้ายของโครงการ รวมถึง STS-135 เที่ยวบินปิดฉากโครงการกระสวยอวกาศในปี 2011
อย่างไรก็ตาม หลังจากที่ SLS Core Stage ถูกเคลื่อนย้ายมายัง NASA Kennedy Space Center เรียบร้อยและอยู่ระหว่างการประกอบ NASA ได้ตัดสินใจเปลี่ยนเครื่องยนต์ใน Position ที่สี่ ซึ่งก็คือหมายเลข E2063 กลายเป็น E2061 แทน เนื่องจากพบว่า E2063 มีปัญหาในระบบวาล์ว ด้วยเหตุนี้ทำให้ ลำดับเครื่องยนต์ที่แท้จริงของ SLS ในภารกิจ Artemis II นั้นไล่เรียงตามลำดับ Position ได้แก่ E2047, E2059, E2062, E2061
เมื่อเข้าสู่โครงการ SLS เครื่องยนต์เหล่านี้ไม่ได้ถูกใช้งานแบบเดิมทั้งหมด แต่ผ่านกระบวนการถอด ตรวจสอบ และปรับปรุงอย่างละเอียด ติดตั้ง Digital Engine Controller ใหม่ เพิ่ม Thrust Level ให้เหมาะกับสภาพแวดล้อมของจรวดแกนกลางล้วน อย่างไรก็ตาม แกนหลักของฮาร์ดแวร์ยังคงเดิม Turbomachinery เดิม ห้องเผาไหม้เดิม และโครงสร้างภายในที่เคยผ่านแรงสั่นสะเทือนจริงหลายเที่ยวบินยังอยู่ครบ เรียกได้ว่าเป็นฮาร์ดแวร์ที่มีประวัติการบินจริงฝังอยู่ในเนื้อโลหะของมันเอง และกำลังถูกใช้ครั้งสุดท้ายเพื่อพามนุษย์ออกจาก Low Earth Orbit ไปไกลกว่านั้นอีกครั้ง
Solid Rocket Booster แม้ไม่ได้มาจากการใช้ซ้ำแต่ถือเป็น Hertiage ที่สำคัญ
ในยุคกระสวย Solid Rocket Booster หรือ SRB เป็นระบบแบบ 4-Segment Solid Motor ที่ถูกออกแบบให้ถอดกลับมาใช้ใหม่ได้ หลังการแยกตัวจากกระสวย บูสเตอร์จะตกลงสู่มหาสมุทรแอตแลนติก ถูกกู้ขึ้นมา ตรวจสอบ และนำกลับไป Refurbish ก่อนใช้งานอีกครั้ง โครงสร้าง Segmented Solid Propellant ทำให้สามารถขนส่งและประกอบเป็นท่อน ๆ ได้ในโรงงาน และผ่านการทดสอบภาคพื้นและภารกิจจริงมากกว่าร้อยเที่ยวบิน
เมื่อเข้าสู่ยุค SLS NASA และผู้รับเหมาหลักได้แก่ Nortrhop Grumman เลือกจะไม่ออกแบบ Solid Booster ใหม่ทั้งหมด แต่พัฒนาต่อจาก Architecture เดิม โดยเพิ่มจาก 4 Segment เป็น 5 Segment เพื่อเพิ่มปริมาณเชื้อเพลิงและระยะเวลาการเผาไหม้ ทำให้แรงขับรวมในช่วงต้นการบินสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โครงสร้างพื้นฐานของ Grain Geometry, Casing Design และระบบจุดระเบิดยังคงอ้างอิงจากประสบการณ์ในยุคกระสวย แต่ถูกปรับให้รองรับ Mass และ Aerodynamic Profile ของจรวดที่ใหญ่กว่าเดิมอย่าง SLS
ความแตกต่างสำคัญคือ Booster ของ SLS ไม่ได้ถูกออกแบบให้ Reusable แบบเดิมอีกต่อไป มันเป็น Expendable Architecture เต็มรูปแบบ ไม่มีการส่งเรือไปเก็บมาขึ้นฝั่งแล้ว ซึ่งสะท้อนการเปลี่ยนแนวคิดจากระบบขนส่งสู่วงโคจรโลกที่ต้องคำนึงถึงต้นทุนต่อเที่ยวบิน ไปสู่ Heavy-Lift Vehicle สำหรับ Deep Space ที่ให้ความสำคัญกับ Reliability และ Performance Margin มากกว่า Economic ของการใช้งานซ้ำ
ในกรณีของ Solid Rocket Boosters สำหรับ Artemis II ต้องทำความเข้าใจก่อนว่า แม้สถาปัตยกรรมจะสืบทอดจากยุคกระสวยโดยตรง แต่ตัวบูสเตอร์แบบ 5-segment ของ Space Launch System ไม่ได้เป็นการนำปลอก Casing หรือ Segment ที่เคยบินกับกระสวยจริงมาประกอบแบบ Reuse รายชิ้นเหมือนเครื่องยนต์ RS-25 แต่เป็นการผลิตและประกอบใหม่ทั้งหมดภายใต้มาตรฐานปัจจุบัน โดยอิงแบบและประสบการณ์จากยุคกระสวยอวกาศ ดังนั้นจึงไม่มี Segment ใดใน SLS ที่สามารถระบุได้ว่า “ชิ้นนี้มาจากเที่ยวบิน STS-XXX” โดยตรงในเชิงฮาร์ดแวร์จริง
เมื่อมาถึงจุดนี้เราอาจจะต้องย้อนกลับไปแตะเรื่องกระสวยกันเล็กน้อย จริง ๆ แล้วระบบกู้คืน SRB ของยุคกระสวยอวกาศมันไม่ได้ Practical ขนาดนั้นบูสเตอร์สองท่อนที่เผาไหม้เสร็จแล้วตกทะเล ไม่ได้ถูกยกขึ้นมา “เติมเชื้อเพลิงใหม่แล้วเอาขึ้นบินเลย” เหมือนที่เราทำกับ Falcon 9 แต่ต้องถูกลากกลับฝั่งด้วยเรือ แยกออกเป็น Segment ถอด Insulation บางส่วน ทำความสะอาดคราบเกลือทะเล ตรวจสอบรอยร้าวทุกตารางนิ้ว แล้วจึงนำ Casing เหล็กเดิมกลับไปหล่อ Propellant ใหม่ในโรงงานอีกครั้ง กล่าวคือ สิ่งที่ Reuse จริง ๆ คือปลอกโครงสร้างหลัก ส่วนเชื้อเพลิง Solid Propellant เป็นของใหม่ทุกเที่ยวบิน และกระบวนการ Refurbish ก็กินแรงงาน เวลา และงบประมาณไม่น้อยไปกว่าการผลิตใหม่เสียเท่าไร
ถ้ามองด้วยสายตาคนยุคปัจจุบัน มันอาจจะดูเหมือน “ทำไปทำไมให้ลำบาก” แต่ในบริบทเวลานั้น มันคือความพยายามของ NASA ที่จะพิสูจน์ว่า Reusable Space Transportation System ทำได้จริง อย่างน้อยในระดับโครงสร้างหลัก นี่คือการ Proof the Concept ว่าฮาร์ดแวร์ขนาดยักษ์สามารถบิน ตกทะเล กลับมา แล้วบินอีกครั้งได้ แม้มันจะไม่ได้สวยงามอย่างที่วาดฝันไว้
Core Stage ที่ดูยังไงมันก็คือถัง External Tank ของกระสวยอวกาศ
Core Stage ของ SLS ถูกผลิตที่ Michoud Assembly Facility โรงงานเดียวกับที่สร้าง External Tank ของกระสวยในอดีต โครงสร้างแบบ Aluminum-Lithium Alloy, กระบวนการ Friction Stir Welding, และแนวคิดการออกแบบถังเชื้อเพลิงขนาดใหญ่ที่ต้องรับทั้งแรงดันภายในและแรงดัดจากภายนอก External Tank ในยุคกระสวยทำหน้าที่เป็นโครงสร้างหลักที่รับแรงจาก RS-25 และ SRB ทั้งหมด Core Stage ของ SLS ก็ทำหน้าที่คล้ายกัน เพียงแต่ครั้งนี้มันไม่ได้เป็นถังเชื้อเพลิงที่ติดอยู่ด้านข้าง Orbiter หากเป็นแกนกลางของจรวดทั้งลำ
ความแตกต่างสำคัญคือหน้าตาของ SLS ที่สูงกว่า 60 เมตร บรรจุ Liquid Hydrogen และ Liquid Oxygen ปริมาณมากกว่าที่ External Tank เคยบรรจุ และต้องรับ Thrust จาก RS-25 ที่ Throttle Profile แตกต่างจากยุคกระสวย แต่ปรัชญาการออกแบบยังคงต่อเนื่อง คือการทำให้โครงสร้างบางที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยยังคงความแข็งแรงเพียงพอสำหรับโหลด ในส่วนของ Avionics ความต่อเนื่องยิ่งชัดเจนกว่าเดิม ระบบนำร่อง การควบคุมทิศทาง และ Flight Computer ของ SLS นั้นพัฒนาต่อจากประสบการณ์ Flight Software ของกระสวยและโครงการหลังจากนั้น
เมื่อมองภาพรวมตั้งแต่ RS-25, Solid Rocket Boosters ไปจนถึง Core Stage และ Avionics เราจะเริ่มเห็นว่า Space Launch System สำหรับ Artemis II คือการจัดวางประสบการณ์ทางวิศวกรรมทั้งยุค Space Shuttle Program ลงในสถาปัตยกรรมเดิมแต่ใช้วิธีคิดแบบใหม่
สิ่งที่ต้องโฟกัสก็คือ Risk Posture ของภารกิจ Artemis II นี่คือเที่ยวบินที่มีลูกเรือ บินออกจาก Low Earth Orbit เป็นครั้งแรกในรอบกว่าครึ่งศตวรรษ ทุก Subsystem บนจรวดลำนี้จึงถูกประเมินผ่านเลนส์ของความน่าเชื่อถือ ด้วยการลด Uncertainty หรือความไม่แน่นอน ด้วยข้อมูลจริงจากการบินจริง
NASA เป็นหน่วยงานที่สะสมองค์ความรู้ต่อเนื่องยาวนาน ความรู้เหล่านี้ไม่ได้อยู่แค่ในเอกสาร แต่อยู่ในทีมวิศวกร ซัพพลายเชน และโรงงานผลิต การออกแบบ SLS จึงเป็นทั้งการใช้ฮาร์ดแวร์เดิมบางส่วน และการรักษา Ecosystem ความรู้ที่สั่งสมมาจากกระสวย อีกมิติหนึ่งที่มักไม่ถูกพูดถึงคือมิติทางการเมืองและงบประมาณ SLS ถูกพัฒนาภายใต้กรอบที่ต้องรักษาฐานอุตสาหกรรมเดิมของโครงการกระสวย โรงงานในหลายรัฐของสหรัฐฯ ยังคงมีบทบาท การสืบทอดเทคโนโลยีจากกระสวยอวกาศไม่ได้เป็นเพียงเหตุผลด้านวิศวกรรม แต่เป็นการรักษาความต่อเนื่องของอุตสาหกรรมอวกาศระดับชาติด้วย
บทความที่แนะนำให้อ่าน
เครื่อง RL10 และ Centaur Upper Stage ชิ้นส่วนจรวดรุ่นปู่วัยเก๋า ที่วางรากจรวดท่อนสองของสหรัฐฯ
NASA เริ่มประกอบ SLS สำหรับ Artemis III แล้ว ด้วยวิธีการใหม่ที่ช่วยลดความล่าช้า
ทำไมจรวด SLS ถึงได้มีชื่อที่สิ้นคิดแบบนี้
ทำไม SLS ถึงเป็นจรวดที่แพงแต่จำเป็น
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
