Science and Engineering รู้จักกับยาน Dragon 2 รุ่น Cargo และกลยุทธ์ลดค่าใช้จ่ายฉบับ SpaceX
รู้จักกับยาน Dragon 2 รุ่น Cargo และกลยุทธ์ลดค่าใช้จ่ายฉบับ SpaceX

Nithiwat in Featured

รู้จักกับยาน Dragon 2 รุ่น Cargo และกลยุทธ์ลดค่าใช้จ่ายฉบับ SpaceX

December 4, 2020

เมื่อวันที่ 6 ธันวาคม 2020 ทางบริษัท SpaceX ได้ทำการส่งยาน Dragon 2 เพื่อส่งของขึ้นสู่สถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ในภารกิจ CRS-21 อย่างที่หลาย ๆ คนทราบกันดีว่าภารกิจนี้เป็นภารกิจแรกของยาน Dragon 2 รุ่น Cargo ที่ได้เดินทางขึ้นสู่ ISS หลังจากภารกิจ CRS-20 ที่ใช้ยาน Dragon รุ่นแรกเป็นครั้งสุดท้าย เมื่อวันที่ 7 มีนาคม 2020 หรือแปลว่าทั้งสองภารกิจนั้นมีระยะเวลาห่างกันประมาณ 9 เดือนนั่นเอง สำหรับในบทความนี้จะพาทุกคนไปรู้จักกับยาน Dragon 2 รุ่น Cargo กัน

ยาน Dragon 2 Cargo เดินทางขึ้นสู่สถานีอวกาศนานาชาติ ในวันที่ 6 ธันวาคม 2020

ความเป็นมาของยาน Dragon 2

ยาน Dragon เป็นยานอวกาศประเภท Capsule ที่สามารถใช้งานซ้ำได้ โดยในยุคแรกเริ่มนั้นเกิดขั้นมาเพื่อการเติมเสบียงให้กับ ISS ซึ่งตรงตามชื่อภารกิจ “Commercial Resupply Service” หรือ CRS สำหรับในตอนนั้นยาน Dragon เกิดมาเพื่อวัตถุประสงค์สำหรับการเติมเสบียงหรือส่งของขึ้น ISS เพียงอย่างเดียว แต่ในเวลาต่อมาทาง SpaceX ก็ได้มีแนวคิดที่จะใช้ยาน Dragon ในการส่งนักบินอวกาศขึ้นสู่ ISS ไปด้วย เนื่องจากสหรัฐมีแผนปิดโครงการกระสวยอวกาศในช่วงเวลานั้น แต่ด้วยความที่ SpaceX มักจะใช้ของที่มีอยู่แล้วมาดัดแปลง (ในที่นี้หมายถึงการนำเทคโนโลยีที่ตัวเองมีมาพัฒนาต่อ) จึงได้มีแนวคิดแรกเริ่มที่จะใช้ยาน Dragon 1 มาพัฒนาต่อให้สามารถให้มนุษย์ขึ้นไปนั่งได้ด้วย

3D render ยาน Dragon 1 รุ่น Crew ที่มี Launch Escape Tower – ที่มา SpaceX

แต่ด้วยความที่ว่าการยานอวกาศมี่มีมนุษย์เดินทางไปด้วยนั้นจำเป็นที่จะต้องให้ความสำคัญกับชีวิตของผู้โดยสารเป็นอันดับแรก ยานประเภท Capsule ทุกรุ่นจึงต้องมีระบบ Launch Escape System ที่มีไว้สำหรับการหลบหนีออกจากตัวจรวดหลักที่ใช้ส่งยานเมื่อเกิดเหตุขัดขึ้นที่นำไปสู่หายนะของจรวด การที่จะทำระบบนี้ได้ในสมัยยุคเริ่มต้นของการเดินทางในอวกาศที่มีมนุษย์เดินทางไปด้วยนั้นนิยมออกแบบระบบนี้ในรูปแบบของหอ ที่จะมีกรวยครอบ Capsule ที่มนุษย์อยู่ในนั้น เมื่อยานบินขึ้นสู่วงโคจรได้สำเร็จระบบก็จะทำการดีดหอ Launch Escape Tower ออกเพราะไม่จำเป็นแล้วแถมยังเป็นภาระของยานหลักอีก แต่นั่นก็ต้องแลกมาด้วยเงินจำนวนมากที่เสียไปในการสร้างหอนี้ ซึ่งผิดกับหลักการของ SpaceX สุด ๆ ที่ต้องการที่จะลดค่าใช้จ่ายในการขนส่งให้ได้มากที่สุด

SpaceX จึงได้กลับมาคิดหาวิธีการที่จะออกแบบยานที่มนุษย์สามารถเดินทางไปด้วยได้และมีระบบความปลอดภัยต่อชีวิตของมนุษย์ที่ไม่ต่างไปจากการใช้หอ Launch Escape Tower และได้ออกแบบยาน Dragon ใหม่ด้วยแนวคิดที่ว่า “แล้วทำไมถึงไม่นำระบบ Launch Escape System ติดกับตัวยานไปด้วยเสียเลยล่ะ ?” ก่อนอื่นเลยการที่จะนำระบบ Launch Escape System รวมเข้ากับยานหลักได้ นั่นหมายความว่ามันจะเป็นการเพิ่มมวลให้กับตัวยานหลักไปด้วย เลยทำให้แนวคิดนี้ชนเข้ากับข้อจำกัดหนึ่งที่จรวด Falcon 9 มีในตอนนั้น นั่นคือน้ำหนักที่ตัวจรวดสามารถ Lift ขึ้นไปได้ โดยในตอนนั้น SpaceX มีจรวด Falcon 9 v1.1 ที่สามารถนำ Payload ขึ้นวงโคจรต่ำของโลก (LEO) ไปได้หนักสุดก็แค่ 10,886 กิโลกรับเท่านั้นเอง เมื่อเทียบกับยาน Dragon 1 ที่มีน้ำหนัก (พร้อม Payload ไปด้วย) มากถึง 10,201 กิโลกรัมด้วยกัน ซึ่งถือว่าใกล้เคียงกับ Payload to LEO ของ Falcon 9 v1.1 เอามาก ๆ ทำให้ SpaceX จึงต้องใช้ของเดิมที่มีอยู่ก่อนมาหาเงินเพื่อนำมาพัฒนายานที่ตรงตามจุดประสงค์ ซึ่งไม่ใช่แค่พัฒนายานรุ่นใหม่ แต่รวมไปถึงพัฒนาศักยภาพของจรวดที่ใช้ส่งด้วย

ภาพจรวด Falcon 9 v1.1 และยาน Dragon รุ่นแรก – ที่มา SpaceX

ด้วยภาระที่ SpaceX ต้องพัฒนา Hardware ถึงสองอย่างด้วยกันจึงทำให้ใช้เวลาในการพัฒนาที่ค่อนข้างยาวนานกันเลยทีเดียว จนกระทั่งในปี 2018 SpaceX ประสบความสำเร็จในการพัฒนาจรวด Falcon 9 Block 5 ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น จึงทำให้สามารถส่งยาน Dragon รุ่นที่ 2 ที่มีน้ำหนัก (รวม Payload) มากถึง 14,525 กิโลกรัม โดยที่ตัว Block 5 ในตอนนั้นสามารถส่ง Payload to LEO ได้มากถึง 15,600 กิโลกรัมได้ จนกระทั่งเที่ยวบินทดสอบระบบ Launch Escape System ในภารกิจ In flight abort ได้เกิดขึ้นในวันที่ 19 มกราคม 2020 และเที่ยวบินทดสอบที่นำยาน Dragon 2 ที่ไม่มีมนุษย์ไปด้วยขึ้นสู่ ISS หรือ Demo-1 ได้เกิดขึ้นในวันที่ 2 มีนาคม 2020 และเพื่อยืนยันว่ายาน Dragon 2 พร้อมใช้งานแล้วจึงมีการส่งนักบินอวกาศขึ้นไปด้วยสองท่านคือคุณ Douglas Hurley และคุณ Robert Behnken ในภารกิจ Demo-2 เมื่อวันที่ 30 พฤษภาคม 2020 และยาน Dragon 2 ก็ถือว่าเป็นงานออกแบบที่ประสบความสำเร็จอย่างมากที่ทำให้ SpaceX ได้รับการรับรองจากทาง NASA ว่าเป็นบริษัทเอกชนที่ได้ส่งนักบินอวกาศรายแรกอย่างเป็นทางการ

ยาน Dragon 2 รุ่น Cargo

สำหรับยาน Dragon 2 รุ่น Cargo นั้นจะมีหน้าตาที่คล้ายกับรุ่น Crew แทบทุกอย่าง แต่ก็ได้มีการตัด function บางอย่างออกไป แต่ก่อนอื่นเราจะมาพูดถึงเหตุผลที่ว่าทำไม SpaceX จึงเลือกยาน Dragon 2 มาพัฒนาต่อเป็นรุ่น Cargo แทนการใช้ยาน Dragon รุ่นแรกในการส่งของขึ้น ISS กันก่อน ถ้าให้ย้อนกลับไปช่วงที่ SpaceX ใช้ยาน Dragon รุ่นแรกเป็นยานหลักในการส่งของหรือเสบียงขึ้น ISS เราจะเห็นความแตกต่างของตัวยานก่อนบินและหลังจากขึ้นสู่อวกาศได้สำเร็จอย่างมาก มันมีเหตุผลหนึ่งที่มันดันมีหน้าตาที่แตกต่างกันทั้ง ๆ ที่มันก็เป็นยานลำเดียวกัน นั่นคือพวกสิ่งที่เราไม่เห็นอยู่บนยานเมื่อยานอยู่บนอวกาศนั้นเป็นแค่อุปกรณ์สำหรับ Aerodynamic เท่านั้นที่ไว้ใช้ลดแรงต้านอากาศของตัวยานรวมถึงป้องกันความเสียหายกับอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่ภายนอก ว่าง่าย ๆ คือมันเป็นฝาครอบป้องกันความเสียหายของตัวยานนั่นเอง เมื่อถึงอวกาศแล้วตัวยานก็จะปลดฝาครอบพวกนี้ออกเพราะไม่จำเป็นต้องใช้อีกแล้ว แต่ตัวฝาครอบพวกนี้ก็มีมูลค่าที่ต้องใช้งบประมาณในการสร้างอยู่ดี ซึ่งไม่ใช่เรื่องเลยที่ SpaceX จะยอมเสียเงินไปกับการทิ้งฝาครอบพวกนี้

ดังนั้น SpaceX จึงออกแบบยาน Dragon ใหม่ที่ไม่จำเป็นต้องปลดฝาครอบพวกนี้ทิ้ง โดยจากเดิมที่มีฝาครอบ docking port ก็เปลี่ยนให้มันเป็นฝาที่เปิด-ปิดได้โดยไม่ต้องทิ้งฝาครอบที่ใช้ในการแหวกอากาศอีกด้วย และฝาครอบแผง solar cells ที่ต้องปลดออกเพื่อให้แผง solar cells กางออก ก็เปลี่ยนมาออกแบบให้แผง solar cells ติดอยู่บนผนัง trunk มันเสียเลยซึ่งลดค่าใช้จ่ายไปได้มากพอสมควร รวมถึงตัว trunk รุ่นใหม่ก็มีพื้นที่สำหรับการบรรทุกของไปได้ที่กว้างกว่ารุ่นแรกพอสมควรอีกด้วย

รวมไปถึงกรณีการ docking ที่ตัวยานรุ่นแรกจำเป็นที่ต้องให้แขนหุ่นยนต์ที่ติดตั้งอยู่บน ISS ช่วยดึงยานเข้ามา dock กับตัวสถานีซึ่งมันเป็นงานที่เสียเวลาเอามาก ๆ แต่ยานรุ่นที่สองทางทีม Software engineer ของ SpaceX ได้เขียน Software ให้มี Auto docking function เข้าไปด้วยเพื่อให้ยานสามารถ dock เข้ากับตัวสถานีได้โดยไม่ต้องอาศัยแขนหุ่นยนต์บนสถานีช่วยเลย ซึ่งเป็นอะไรที่รวดเร็วและประหยัดเวลากว่ามาก ๆ (ดูได้จากการ auto docking ของยาน Dragon 2 ในภารกิจ Demo-1)

ตามที่ได้กล่าวไปนั้นมันเป็นแค่ข้อแตกต่างระหว่างยาน Dragon รุ่นแรกและรุ่นที่สอง แต่มันก็ยังมีข้อแตกต่างระหว่างยานรุ่น Crew และรุ่น Cargo ในรุ่นที่สองอีกอยู่ดีถึงแม้จะคล้ายกันก็ตาม โดยอย่างแรกเลยคือระบบ Launch Escape System ที่มีไว้สำหรับกรณีฉุกเฉินหากเกิดเหตุการณ์ที่นำไปสู่หายนะกับจรวดหลักที่ใช้ส่ง ซึ่งนั้นก็มีไว้สำหรับการเดินทางที่มีมนุษย์ไปด้วยเท่านั้น เพราะมันจำเป็นต้องให้ความสำคัญกับความปลอดภัยกับชีวิตของมนุษย์ที่เดินทางไปด้วยให้ได้มากที่สุด แต่กรณีการส่งของหรือวัตถุนั้นเป็นเรื่องที่พอยอมเสี่ยงได้ ทาง SpaceX จึงไม่ติดตั้งระบบ Launch Escape System ไว้เพื่อเป็นการลดค่าใช้จ่ายในการดูแลระบบเครื่องยนต์ของ Launch Escape System และยังมีเรื่องของการไม่ติดตั้งบานหน้าต่างลงบนตัวยานรุ่น Cargo เพราะไม่จำเป็นเลยสำหรับยานที่ใช้แค่ส่งของ

ยาน Dragon 2 รุ่น Crew – ที่มา SpaceX

จะเห็นได้ว่า SpaceX ได้เลือกใช้ยาน Dragon รุ่นที่สองแทนจึงทำให้ยานรุ่นแรกต้องเลิกใช้งานในที่สุด เพราะเนื่องจากยานรุ่นที่สองนั้นมีความสามารถหลาย ๆ ด้านที่ค่อนข้างดีกว่ายานรุ่นแรกที่เรื่องของข้อได้เปรียบในเรื่องของค่าใช้จ่าย และ Software ที่ใหม่กว่าที่สามารถนำยาน auto docking กับ ISS ได้ และแทนที่จะต้องมาเสียเวลาดูแลยานสองรุ่นที่มีหน้าตาที่ต่างกันซึ่งจะเป็นกันเพิ่มภาระให้ฝ่ายดูแลรักษายาน ก็ออกแบบให้มี model พื้นฐานเดียวกันไปเลยเพื่อทำให้สะดวกต่อการดูแลรักษามากขึ้น

ยาน Dragon 2 รุ่น Cargo – ที่มา NASA

สำหรับการลดค่าใช้จ่ายในการขนส่งที่ SpaceX ค่อนข้างเก่งในเรื่องนี้ ที่ได้ใช้แนวคิดที่ว่าใช้เทคโนโลยีเดิมที่มีอยู่มาพัฒนาต่อซึ่งไม่ใช่แค่ได้ผลกับการพัฒนายาน Dragon แต่รวมไปจนถึงการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดที่ใช้บนจรวด Falcon 9 อย่างเครื่องยนต์ Merlin ที่ทาง SpaceX ได้พัฒนามาสองสายหลัก ๆ ที่ใช้ทั้งในชั้นบรรยากาศอย่าง Merlin Sea Level rocket engine และรุ่นที่ใช้ในอวกาศอย่าง Merlin Vacuum rocket engine ซึ่งทำให้ SpaceX ไม่ต้องลงทุนไปกับการพัฒนาเครื่องยนต์แยกที่ใช้ในอวกาศก็ใช้เครื่องยนต์ทีใช้งานในชั้นบรรยากาศมาพัฒนาต่อยอดมันเสียเลย

นอกจากนี้ก็ยังใช้จรวด Falcon 9 ท่อนแรกถึงสามท่อนมาประกอบกันให้เป็น Falcon Heavy ที่มีไว้สำหรับการส่งวัตถุที่หนักเกินกว่า Falcon 9 ท่อนเดี่ยว ๆ จะส่งให้ได้ ซึ่งนั่นก็ทำให้ SpaceX ไม่ต้องลงทุนเสียเวลาพัฒนาและออกแบบจรวดที่มีกำลังการส่งสูงกว่า Falcon 9 เพื่อแค่ส่งของที่นาน ๆ ทีจะมีมาครั้ง และทำให้ SpaceX ได้ทุ่มเวลาในการพัฒนายานไปดาวอังคารอย่าง Starship ได้อย่างเต็มที่อีกด้วย (จริง ๆ แล้วยังมีอีกสารพัดวิธีที่ SpaceX เลือกใช้ในการลดค่าใช้จ่ายให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้อีกด้วยนะ)

เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co





MORE