กว่าจะเป็น จันทรายาน 3 บทเรียนจากความผิดพลาด สู่ชาติที่สี่ที่พิชิตดวงจันทร์

14 กรกฎาคม 2023 เป็นเวลากว่า 4 ปี นับตั้งแต่อินเดียส่งยานสำรวจดวงจันทร์ลำล่าสุด ยานอวกาศจันทรายาน 3 ก็ได้บินขึ้นด้วยแรงขับจากจรวด LVM-3 (Launch Vehicle Mark-3) ของอินเดียเองจากฐานปล่อย สาทิธ ฐาวัน (Satish Dhawan) บนเกาะศรีหริโกฎา เดินทางสู่วงโคจรในลักษณะ Low-Thrust ค่อย ๆ ไต่วงโคจรเป็นวงกลมไปเรื่อย ๆ เพื่อเดินทางสู่ดวงจันทร์ นำพาอีกหนึ่งความหวังของประเทศที่มาแรงด้านอวกาศที่สุดแห่งหนึ่งของเอเชียที่ตั้งเป้าจะเป็นชาติที่ 3 ที่ลงจอดบนดวงจันทร์ได้สำเร็จ

23 สิงหาคม 2023 เวลาประมาณ 1 ทุ่ม 34 นาที ยานลงจอดวิกรม ได้ลงจอดสำเร็จบนพื้นผิวของดวงจันทร์ บริเวณขั้วใต้ของดวงจันทร์ บริเวณหลุมอุกกาบาต Manzinus และ Simpelius ซึ่งก็นับว่าเป็นชาติแรกที่ลงจอดใกล้ขั้วใต้ของดวงจันทร์ที่สุด และการเดินทางของพวกเขานั้น ไม่ได้ง่ายเลย

การเดินทางสู่ดวงจันทร์ของอินเดีย เริ่มต้นขึ้นครั้งแรกในปี 2008 ในตอนนั้น ดวงจันทร์ไม่ได้เป็นเป้าหมายที่นานาชาติหมายมองเท่ากับวันนี้ เพราะตั้งแต่ที่ยานอวกาศ Luna-24 ของสหภาพโซเวียต สัมผัสผิวดวงจันทร์ครั้งสุดท้ายในปี 1976 ก็ไม่มีชาติใดส่งยานอวกาศไปลงจอดบนดวงจันทร์อีกเลย จะมีก็เพียงแต่ยานอวกาศในลักษณะโคจรรอบ (Orbiter) ที่ถูกส่งไปโคจร อินเดียเป็นหนึ่งในนั้น โครงการจันทรายานของอินเดียเริ่มขึ้นหลังจากอินเดียตั้งเป้าการพัฒนาด้านอวกาศ

ภารกิจจันทรายาน 1 ถูกออกแบบมาอย่างเรียบง่าย แต่มากพอที่จะเป็นจุดเริ่มต้นที่ทำให้อินเดียมีพัฒนาการด้านอวกาศอย่างก้าวกระโดด จันทรายาน 1 มีมวลทั้งสิ้น 1,000 กิโลกรัมโดยประมาณ มวลของมันกว่าครึ่งเป็นเชื้อเพลิงสำหรับชะลอความเร็วเพื่อเข้าสู่วงโคจร (800 ลิตรโดยประมาณ รถบ้านทั่วไปเติมน้ำมันกันประมาณ 50-60 ลิตร) ถูกออกแบบให้โคจรรอบดวงจันทร์ ณ ความสูง 200 กิโลเมตรเหนือพื้นผิว เป็นวงโคจรกลมสม่ำเสมอ บรรทุกอุปกรณ์วิทยาศาสตร์น้ำหนักรวมกันประมาณหนึ่งร้อยกิโลกรัม ตั้งแต่อุปกรณ์ทำแผนที่ดวงจันทร์ อุปกรณ์ Spectrometer ทั้งจาก ISRO หน่วยงานด้านอวกาศของอินเดียเอง และอุปกรณ์จากชาติหน่วยงานพันธมิตร (เช่น ESA, NASA JPL, Max Planck Institute for Solar System Research และอื่น ๆ) และหลังจากที่จันทรายาน 1 ได้ประสบความสำเร็จในการเข้าสู่วงโคจรของดวงจันทร์อย่างสมบูรณ์แบบในวันที่ 8 พฤศจิกายน 2008 มันก็ได้สร้างการค้นพบที่นำไปสู่เป้าหมายของการสำรวจดวงจันทร์อีกครั้ง ก็คือการศึกษาและทำแผนที่ แหล่งน้ำ (แข็ง) บนพื้นผิวดวงจันทร์ ร่วมกับยาน Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) ที่ NASA ส่งตามไปติด ๆ ในปี 2009

และในช่วงประมาณปี 2008 – 2009 นี้เอง ที่ดวงจันทร์เริ่มกลับมาเป็นเป้าหมายสำคัญของการสำรวจอีกครั้ง จีนเองก็วางแผนส่งยานอวกาศ ฉางเอ๋อ ไปลงจอดบนดวงจันทร์ หลังจากที่ตัวเองประสบความสำเร็จในการส่งยานฉางเอ๋อ 1 และ 2 ไปโคจรรอบดวงจันทร์ในปี 2007 และ 2011 ตามลำดับ และก็ทำได้สำเร็จในภารกิจ ฉางเอ๋อ 3 ในปี 2013 เป็นการกลับสู่ดวงจันทร์อีกครั้งนับตั้งแต่โครงการ Luna 24

หนึ่งในชาติที่เข้ามามีบทบาทในโครงการ จันทรายาน 2 ก็คือรัสเซีย ในตอนนั้นรัสเซียเองก็ต้องการจะกลับสู่ดวงจันทร์อีกครั้ง และเซ็นสัญญาร่วมพัฒนาจันทรายาน 2 ในส่วนยานลงจอด (Lander) และแม้ว่าอินเดียจะประสบความสำเร็จในการสร้างยานอวกาศแบบโคจร (Orbiter) เสร็จตั้งแต่ช่วงประมาณปี 2012-2013 แต่ด้วยความเจ็บปวด (ถังแตก) จากการเสียโครงการ Fobos-Grunt โครงการเก็บตัวอย่างหินของดวงจันทร์บริวารของดาวอังคาร ที่ไม่แม้แต่จะออกจากวงโคจรของโลกสำเร็จ ทำให้รัสเซีย ไม่สามารถส่งมอบอุปกรณ์วิทยาศาสตร์บน จันทรายาน 2 ให้กับอินเดียได้ แถมอัลกอริทึมการลงจอดก็ยังมาจากฝั่งรัสเซีย (ที่กำลังอับอายขายขี้หน้า) โครงการจันทรายาน 2 จึงต้องถูกพับเก็บไปชั่วคราว อุปกรณ์บางส่วนของจันทรายาน ถูกนำไปใช้กับอีกหนึ่งโครงการที่ทะเยอทะยานอีกหนึ่งโครงการของอินเดีย ได้แก่ “มังคลายาน” ยานสำรวจดาวอังคารที่ใช้งบน้อยที่สุดในประวัติศาสตร์ เพียงแค่ 73 ล้านเหรียญสหรัฐฯ (หรือประมาณ 2,500 ล้านบาทเท่านั้น) ที่ในตอนนั้นได้รับการเอาไปเปรียบเทียบว่า ใช้งบน้อยกว่าการสร้างภาพยนตร์เรื่อง Gravity ที่ออกฉายในปี 2013 ช่วงเดียวกับที่อินเดียปล่อยยานมังคลายาน เสียอีก

อินเดียได้ประสบความสำเร็จในการส่ง มังคลายาน เข้าวงโคจรของดาวอังคารได้สำเร็จในเดือน กันยายนปี 2014 สร้างความตื่นตาตื่นใจ และเสียงชื่นชมในการบริหารจัดการงานอวกาศที่ใช้งบประมาณที่มีอยู่ได้อย่างคุ้มค่าที่สุดอย่างไม่เคยมีมาก่อน

อ่าน – การปลดแอกทางเทคโนโลยี เจาะเทคโนโลยีอวกาศอินเดีย ดาวเทียม และจรวด ที่ล้ำหน้าหลายประเทศร่ำรวย

หลังจากนั้นอินเดียก็หันกลับมามอง โครงการจันทรายาน 2 ที่ตัวเองถืออยู่ในมือ และเริ่มคิดได้ว่า พวกเขาไม่ต้องการความช่วยเหลือจากพวกรัสเซียอีกต่อไป และเดินหน้าพัฒนายานลงจอดดวงจันทร์ของตัวเองอย่างเต็มกำลัง ลองผิด ลองถูกไปเรื่อย ๆ โดยมีกำหนดปล่อยในปี 2018 ก่อนที่จะเลื่อนมา เป็นปี 2019

จันทรายาน 2 ประกอบไปด้วยยานแบบ Orbiter มวล 2,300 กิโลกรัม และ Lander 1,400 กิโลกรัม แน่นอนว่าเนื่องจากอินเดียประสบความสำเร็จกับโครงการจันทรายาน 1 และมังคลายานแล้ว ถ้าเป็นการเล่นพนันก็คงบอกได้เลยว่าหลับตาแทงก็ชนะ ยังไงอินเดียก็ประสบความสำเร็จในการโคจรรอบดาวอังคารแน่ ๆ แต่ในภารกิจการลงจอดนั้นอาจจะต้องมียั้งคิดกันบ้าง เพราะนี่เป็นภารกิจการลงจอดบนดวงจันทร์ครั้งแรกของอินเดีย และถ้าวิเคราะห์เกมที่ผ่านมาใน ไม่เคยมีชาติได้เลยที่ส่งยานอวกาศไปลงจอดบนดวงจันทร์สำเร็จในครั้งแรก ดังนั้นถ้าอินเดียทำสำเร็จมันจะกลายเป็นการยิงเข้าประตูในนัดแรก ที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนในประวัติศาสตร์

แต่สำหรับพวกอินเดียแล้ว พวกเขาก็ต้องตั้งเป้าว่าไม่ว่าจะอย่างไร จันทรายาน 2 จะต้องลงจอดบนดวงจันทร์ให้ได้ ชื่อของยาน Lander นั้น ถูกตั้งว่า “วิกรม” ตามชื่อของ ดร.วิกรม สารภัย (Vikram Sarabhai) นักวิทยาศาสตร์อินเดียที่ได้รับการยกย่องให้เป็นบิดาแห่งการสำรวจอวกาศของอินเดีย ผู้ก่อตั้ง ISRO หลังจากมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาดาวเทียมดวงแรกของอินเดียที่ชื่อ อารยภัฏ (Aryabhata) ในปี 1975 ความสนใจทั่วโลกจึงมุ่งเป้าไปที่ วิกรม เต็ม ๆ

นอกจากนี้ยังมีตัวยานแบบ Rover ขนาดเล็กมวล 26 กิโลกรัมที่ชื่อว่า ปรัชญาณ (Pragyan) ซึ่งก็คือปรัชญา หรือปัญญา ติดไปด้วยเช่นกัน

ความยากของการลงจอดบนดวงจันทร์คือการชะลอความเร็ว และกำหนดจุดลงจอด เนื่องจากดวงจันทร์ไม่มีบรรยากาศ ทำให้ไม่มีตัวช่วยในการชะลอความเร็ว ยานอวกาศต้องปรับวงโคจรทั้งหมดด้วยเชื้อเพลิงบนยาน และอัลกอริทึมการลงจอดต้องอาศัยข้อมูลสำคัญเช่น ระยะห่างจากพื้น (ความสูง) ความเร็ว อัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็วในหนึ่งหน่วยเวลา (Delta-v) และเชื้อเพลิงที่ต้องใช้ อย่างแม่นยำมาก ๆ

แต่สุดท้าย 6 กันยายน 2019 วิกรม ขณะที่กำลังปรับความเร็วเพื่อลงจอดบนผิวดวงจันทร์ ณ ความสูงประมาณ 500 เมตร อยู่ดี ๆ ตัวยานก็พุ่งตัวสูงขึ้นเหนือกว่าทิศทางการร่อนลง (Descend Path) ที่วิศวกรออกแบบไว้ ก่อนที่จะเสียการควบคุมและตกกระแทกพื้นผิวดวงจันทร์ก่อนถึงจุดลงจอดที่วางแผนไว้กว่า 400 เมตร เหตุการณ์นี้ทำให้อินเดียเสียยานวิกรมไป

ข่าวเก่า – ยานวิกรมของอินเดียสัญญาณขาดในนาทีลงจอดดวงจันทร์ วิศวกรเร่งหาข้อสรุป

ไม่กี่วันหลังจากนั้นยาน LRO ของ NASA ก็สามารถถ่ายภาพยืนยันจุดตกของ วิกรมได้ในที่สุด ไม่มีการเปิดเผยสาเหตุโดยละเอียดของความผิดพลาดในครั้งนี้ แต่เชื่อกันว่าเป็นบั๊กจากอัลกอริทึมที่ทำให้ตัวยานเร่งเครื่องยนต์จนยานเสียการควบคุม ซึ่งเป็นสาเหตุยอดฮิตของความผิดพลาด เช่นเดียวกับยาน Baresheet ของอิสราเอล ที่เพิ่งตกบนดวงจันทร์ในเดือนเมษายนปีเดียวกันมาสด ๆ ร้อน ๆ

เหตุการณ์ดังกล่าวจึงนำมาสู่เป้าหมายของจันทรายาน 3 ที่ถูกประกาศโครงการไม่นานหลังจากการสูญเสียยานวิกรม ที่จะต้องสานต่อภารกิจนี้จนสำเร็จให้ได้

จันทรายาน 3 ยังคงประกอบไปด้วย ยาน Orbiter และ Lander ที่ใช้ชื่อว่าวิกรม เหมือนเดิม (ยังไงก็จะเอาวิกรมลงดวงจันทร์ให้ได้) แต่มีการปรับการออกแบบในบางจุด และมีจุดลงจอดเป็นบริเวณขั้วใต้ของดวงจันทร์ และตัวยาน Rover ปรัชญาณ ก็ยังคงอยู่เหมือนเดิม ยานทั้งสามยังคงพัฒนาโดย ISRO ทั้งหมด และยังคงมี Payload จากนานาชาติติดไปด้วย

และสิ่งที่สำคัญคือระบบลงจอดของจันทรายาน 3 นั้น มีการปรับปรุงอัลกอริทึมการลงจอด โดยเฉพาะในส่วนของ Lander Horizontal Velocty Camera (LHVC) ที่น่าจะเกี่ยวข้องกับความผิดพลาดในภารกิจก่อนหน้า (ภารกิจก่อนหน้าตัวยานบั๊กในช่วง Camera Costing ที่เป็นจังหวะที่ยานจะต้องบังคับให้กล้องหันหน้าถ่ายพื้นเพื่อประเมินจุดลงจอด) มีการเพิ่มอุปกรณ์ Laser Doppler Velocimeter (LDV) เก็บค่าความเร็วสัมบูรณ์ (absolute velocity) และปรับปรุงระบบ Altimeter (ระบบวัดความสูงของยาน) ให้มี Refreash Rate อยู่ที่ 2.6 ครั้งต่อวินาที (2.6 Hz) จากเดิมที่มากกว่าประมาณ 1 ครั้งต่อวินาทีเท่านั้น มีการปรับปรุงระบบ LHDAC หรือ Landing Hazard Detection & Avoidance Camera อัลกอริทึมประมวลผลได้เร็วขึ้น และอัพเกรดระบบคอมพิวเตอร์ (CPU ดีขึ้น)

ในส่วนอื่นนั้น จันทรายาน 3 และ 2 ออกแบบมาใกล้เคียงกันมาก จนอาจเรียกได้ว่า จันทรายาน 3 จริง ๆ แล้วก็คือจันทรายาน 2.1 ก็ได้

จันทรายาน 3 บินขึ้นในวันที่ 14 กรกฎาคม 2023 และมีแผนการเดินทางทั้งสิ้นประมาณ 40 วัน โดยค่อย ๆ ไต่วงโคจรขึ้นไปเรื่อย ๆ ( อ่าน – Trajectory Design and Optimization ศาสตร์เบื้องหลังการออกแบบเส้นทางการสำรวจอวกาศ) วันที่ 17 สิงหาคม 2023 เป็นเวลากว่าหนึ่งเดือนหลังจากการปล่อย ตัวยานวิกรม และยานโคจร ก็แยกตัวออกจากกันได้อย่างสำเร็จเรียบร้อย

ISRO ได้วางกำหนดการณ์ลงจอดของ จันทรายาน 3 เอาไว้ในวันที่ 23 สิงหาคม 2023 หลังจากแผนการลงจอดของยาน Luna 24 ที่ล้มเหลวของรัสเซียวันที่ 20 สิงหาคม 2023

จนสุดท้ายจันทรายานก็สามารถลงจอดได้สำเร็จในที่สุด เวลาประมาณ 1 ทุ่ม 34 นาที ตามเวลาประเทศไทย ในการลงจอด สัญญาณได้ถูกส่งมายัง ระบบสื่อสารอวกาศห้วงลึกถึง 3 ระบบได้แก่ Deep Space Network ของ NASA จานรับสัญญาณของ ESA และ Indian Deep Space Network (IDSN) ของ ISRO ซึ่งเป็นจานขนาด 32 เมตรของอินเดีย 

นายกรัฐมนตรีอินเดีย เรนทรา โมดี ชมการลงจอดของจันทรายาน 3 ผ่าน Zoom เนื่องจากติดภารกิจการประชุมอยู่ที่กรุงโจฮันเนสเบิร์ก แอฟริกาใต้ 

ในการถ่ายทอดสดเราะจะได้ยินผู้บรรยายพูดคำว่า Jai Hind (จี  ฮินด์) ซึ่งมีความหมายว่าขอชัยสู่ชาวฮิน หรือ อินเดียจงเจริญ อยู่ตลอด 

หลังจากการลงจอดองค์การวิจัยอวกาศอินเดีย หรือ ISRO ได้เผยภาพใหม่จากพื้นผิวดวงจันทร์ที่ถ่ายโดยโรเวอร์ “ปรัชญาณ” ซึ่งเพิ่งแยกตัวออกมาจากยานจันทรายาน 3 เมื่อวันที่ 26 สิงหาคม

นับตั้งแต่ยุคแรก ๆ ของการสำรวจดวงจันทร์ อย่างในโครงการอะพอลโลของสหรัฐฯ นั้น เวลาที่นักบินจะเดินทางกลับมายังโลก พวกเขาก็ต้องพกพาเชื้อเพลิงขากลับไปด้วย ทั้ง ๆ ที่มวลของจรวดทั้งหมดนั้น เป็นเชื้อเพลิงตั้งต้นสำหรับหนีออกจากแรงโน้มถ่วงของโลกไปแล้วกว่า 90%

ซึ่งส่งผลให้สัมภาระที่บรรทุกไปยังดวงจันทร์มีพื้นที่จำกัดเพิ่มขึ้นตามไปด้วย แทนที่ 10% ที่เหลือนั้นจะเป็นของที่จำเป็นสำหรับภารกิจทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นยานอวกาศ หรือ อุปกรณ์สำรวจทรัพยากรก็ตาม กลับต้องกลายเป็นเชื้อเพลิงเพิ่มไปอีก 5% เพื่อทะยานออกจากดวงจันทร์ ตัวจรวดจึงเหลือพื้นที่สำหรับอุปกรณ์อื่น ๆ เพียงแค่ 5% เท่านั้น

แต่ถ้าเกิดว่าเราสามารถผลิตเชื้อเพลิงยานอวกาศบนดวงจันทร์ได้ ซึ่งมักเป็น ไฮโดรเจนเหลว ที่จะนำมาผสมกับออกซิเจนเหลว สำหรับการสันดาป โดยธาตุ 2 ตัวนี้เป็นองค์ประกอบของโมเลกุลของน้ำอยู่แล้ว (H2O) ต้นทุนการขนส่งสัมภาระจากดวงจันทร์มาโลกก็จะมีราคาถูกลงอย่างมหาศาล ซึ่งถือว่าเป็นแนวทางการใช้เงินจากภาษีประชาชนอย่างคุ้มค่าทุกบาททุกสตางค์ที่ดี

ในปัจจุบันสำนักงานสำรวจธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกา (USGS) เผยว่าบนดวงจันทร์นั้นมีธาตุทุกธาตุที่จำเป็นต่อเศรษฐกิจและอารยธรรมสมัยใหม่ของมนุษย์ เช่น ไทเทเนียม Ti ที่ใช้สำหรับการผลิตอากาศยานและยานอวกาศ ซึ่งกระจายตัวอยู่ทั้วพื้นผิวดวงจันทร์ ลิเธียม Li ในอุตสหกรรมผลิตแบตเตอรี่ ซึ่งคาดว่าลิเธียมบนโลกนั้นจะหมดไปภายในปี 2100 ด้วยอัตราการถลุงแร่ในตอนนี้

หากมนุษย์สามารถไปถลงแร่บนดวงจันทร์ได้สำเร็จ เหมืองแร่บนโลกและโรงงานอุตสหกรรมต่าง ๆ ที่ปล่อยให้เกิดมลภาวะมากมายนั้น ก็อาจเริ่มทะยอยย้ายกันไปยังดวงจันทร์ ซึ่งจะช่วยให้โลกของเราน่าอยู่และมีสภาพแวดล้อมที่ดีขึ้นในอนาคต

โดยรอยล้อของโรเวอร์ “ปรัชญาณ” อันแปลว่า “ภูมิปัญญา” ในรูปถ่ายนี้ เป็นสัญญาณของการเปิดฉากยุคสำรวจดวงจันทร์ครั้งใหม่ได้เป็นอย่างดี

เหตุการ์ณนี้จึงนับเป็นได้ว่าครั้งแรกในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติที่สามารถนำยานลงจอดและโรเวอร์ไปโลดแล่น ณ บริเวณขั้วใต้ของดวงจันทร์ ได้สำเร็จ ซึ่งพื้นที่นี้กำลังได้รับความสนใจเป็นอย่างมากจากชาติมหาอำนาจทั่วโลก

จันทรายาน 3 นับว่าเป็นยานอวกาศที่มีประวัติศาสตร์ความเป็นมายาวนานและสะท้อนความทะเยอทะยานของอินเดีย รวมถึงความเด็ดเดี่ยวไม่ต้องง้อใคร และยิ่งภารกิจนี้อยู่ในช่วงเวลาทับซ้อน (และมีประวัติศาสตร์ที่มาร่วมกับโครงการ Luna 24) ทำให้คงเรียกได้ว่า ในช่วงเดือนสิงหาคม 2023 เป็นเดือนที่มีความสำคัญในประวัติศาสตร์การสำรวจดวงจันทร์มากเลยทีเดียว

เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co