SpaceX สรุปทุกข้อมูล Crew Dragon Demo 2 เที่ยวประวัติศาสตร์ ที่พาอเมริกันกลับสู่อวกาศ
สรุปทุกข้อมูล Crew Dragon Demo 2 เที่ยวประวัติศาสตร์ ที่พาอเมริกันกลับสู่อวกาศ

Chottiwatt Jittprasong

สรุปทุกข้อมูล Crew Dragon Demo 2 เที่ยวประวัติศาสตร์ ที่พาอเมริกันกลับสู่อวกาศ

May 22, 2020

ในวันที่ 27 พฤษภาคม 2020 ถูกกำหนดเป็นการปล่อยยาน Dragon 2 แบบมีมนุษย์ควบคุมในภารกิจที่ชื่อว่า Crew Dragon Demo-2 สู่ International Space Station ซึ่งถือเป็นการปล่อยยาน Dragon 2 แบบ Crewed Flight ครั้งแรกของ SpaceX เป็นครั้งแรกของสหรัฐอเมริกาและ NASA ที่มีการส่งนักบินอวกาศด้วยยานสัญชาติอเมริกาจากแผ่นดินอเมริกาในรอบ 9 ปีหลังจากการปลดกระจำการของโครงการกระสวยอวกาศในปี 2011 ซึ่งเป็นการปิดฉาก Human Spaceflight System ของ NASA ณ เวลานั้นเพราะ NASA ไม่มียานเป็นของตัวเองอีกแล้วแต่ต้องพึ่งยาน Soyuz ของรัสเซียในการส่งนักบินอวกาศไป ISS จึงทำให้การปล่อยยาน Dragon 2 ในภารกิจ DM-2 นี้เป็นครั้งหนึ่งในประวัติศาสตร์ของ NASA นั้นเอง

อย่างไรก็ตามสภาพอากาศนั้นทำให้มีการเลื่อนการปล่อยไป 2 วัน

เมื่อวันที่ 31 พฤษภาคม 2020 เวลา 2:22 น. ตามเวลาประเทศไทย ยาน Crew Dragon กับจรวด Falcon 9 พร้อมนักบินอวกาศ Doug Hurley และ Robert Behnken ได้ทะยานขึ้นสู่วงโคจรรอบโลกเป็นที่เรียบร้อยแล้ว ส่วน Booster ก็ได้ลงจอดที่โดรนชิพ Of Course I Still Love You เป็นที่เรียบร้อย

ในบทความนี้เราจะมาสรุปข้อมูลทุกอย่างตั้งแต่การออกแบบ Design ยาน Dragon 2 ว่าปรับเปลี่ยนมาจาก Dragon 1 อย่างไรไปจนถึง Flight Plan ของภารกิจ DM-2

ยาน Dragon 2 แห่งอนาคต

ยาน Dragon 2 เป็นยานที่พัฒนาและสร้างโดย SpaceX พัฒนาต่อยอดมาจากยาน Dragon 1 Cargo ซึ่งถูกใช้ในการขนส่ง Supply ให้ ISS ด้วยจรวด Falcon 9 ของ SpaceX อีกเช่นกัน Dragon 1 Cargo ถือเป็นยานที่ผลิตโดยบริษัทเอกชนลำแรกที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้และยังเป็นยานเอกชนลำแรกที่สามารถ Rendezvous และเชื่อมต่อกับ ISS ได้ Dragon-2 เป็นรุ่นอัพเกรดของ Dragon-1 นั้นเองทั้งระบบที่ออกแบบให้เป็น Human-rated capsule ซึ่งหมายถึงเป็นยานที่สามารถขนส่งนักบินอวกาศได้ ซึ่งก่อนที่จะเป็นยาน Human-rating capsule ได้จำเป็นจะต้องผ่าน Human-rating certification ก่อนนั้นก็คือภารกิจ Crew Dragon Demo-2 นั้นเอง ถ้าผ่าน Dragon 2 ก็จะเป็น Human-rating capsule ของบริษัทเอกชนลำแรกที่สามารถขนส่งนักบินอวกาศทันที

ยาน Dragon 2 ในภารกิจ Spx-Demo 2 ขณะกำลังเตรียมการขั้นสุดท้ายก่อนการปล่อยที่แหลม Canaveral – ที่มา SpaceX

Dragon 2 มีสอง Variants หรือสองแบบ นั้นก็คือ Cargo Dragon ซึ่งใช้สำหรับขนส่ง Supply ให้ ISS เหมือน Dragon 1 ส่วนที่เพิ่มขึ้นมาก็คือ Crew Dragon ซึ่งใช้สำหรับขนนักบินอวกาศนั้นเอง Crew Dragon มีระบบใหม่ที่เรียกว่า Launch Escape System หรือ LES ซึ่งใช้นักการยกเลิกภารกิจหากเกิดความผิดพลาดขึ้นระหว่างการปล่อยและจำเป็นต้องแยก Crew Capsule ออกจากจรวด Falcon 9 Block 5 ระบบ LES เป็นระบบที่พา Crew Capsule แยกออกจากจรวดด้วยการจุดเครื่องยนต์ SuperDraco สองตัวขนาบข้าง Crew Capsule

ยาน Dragon 2 มีจรวดขับดัน SuperDraco ทั้งหมด 8 ตัวขนาบข้าง ใช้สำหรับการยกเลิกภารกิจระหว่างการปล่อย (In-flight abort) และยังมีจรวดขับดัน Draco อีก 4 ตัว ใช้สำหรับการ Translate และ Rotate ยานรวมไปถึง Altitude control และ Orbital maneuvers

Flight Control ในยานที่เป็นระบบอัตโนมัติทั้งหมด – ที่มา SpaceX

นอกจากนี้ยาน Dragon 2 ยังมี Flight computer และระบบควบคุมการบินแบบใหม่ซึ่งงพัฒนามาจาก Dragon 1 ซึ่งทำให้ยาน Dragon 2 นั้นเป็นระบบอัตโนมัติทั้งหมดตั้งแต่ปล่อยจนถึงการเชื่อมต่อกับ ISS ที่แต่เดิมการเชื่อมต่อกับ ISS ต้องใช้แขนกล Canadarm บน ISS มาช่วยในการเชื่อมต่อ แต่ใน Dragon 2 ไม่จำเป็นต้องใช้แขนกลช่วยอีกต่อไปเพราะยานสามารถเชื่อมต่อได้เองเลยด้วยระบบ Autonomous Docking System นักบินอวกาศมีหน้าที่แค่คอย Monitor ระบบต่าง ๆ ของยานและเตรียม Take over หากเกิดความผิดปกติ

ก่อนหน้านี้ยาน Dragon 2 รหัสยาน C201 เคยไปเทียบกับ ISS ในภารกิจ SpX-DM1 หรือ Demo 1 มาแล้ว ซึ่งเป็น Flight แรกของ Dragon 2 ถูกปล่อยในวันที่ 9 มีนาคม 2019 ภารกิจ Demo-1 เป็นการทดสอบระบบทั้งหมดตั้งแต่การปล่อย การเชื่อมต่อกับ ISS การ Re-entry และการ Splashdown ซึ่งจำเป็นต่อการทดสอบ Human-rating certification หลังจากการกู้ยาน Dragon C201 มันก็ถูกนำมาใช้ในการทดสอบต่าง ๆ สำหรับภารกิจ Demo 2

ยาน Crew Dragon 2 C201 ในภารกิจ SpX-DM1 ขณะกำลังเชื่อมต่อกับ ISS – ที่มา ISS

แต่เมื่อวันที่ 20 เมษายน 2019 ระหว่างการทดสอบระบบ Launch Escape System สำหรับการยกเลิกภารกิจระหว่างการปล่อยซึ่งเป็นการทดสอบ Static fire ของ SuperDraco หรือจรวดของระบบ LES เกิดการรั่วของ Dinitrogen Tetroxide เข้าไปที่ท่อ Helium ซึ่งใช้ในการ Pressurize ถังเชื้อเพลิงทำให้ Check valve เสียหายและเกิดการระเบิดขึ้น ผลจากการระเบิดทำให้ Dragon 2 C201 กลายเป็นซากยานอวกาศทำให้ SpaceX ต้องเลื่อนภารกิจ Demo 2 ออกไป จากเดิมที่ภารกิจ Demo-2 ถูกปล่อยในเดือนกรกฎาคม 2019 กลายมาเป็นวันที่ 30 พฤษภาคม 2020 นี้แทน

ภายในยาน Dragon 2 – ที่มา SpaceX

เดิมยาน Dragon 2 ถูกเสนอให้ลงจอดด้วยจรวด LES (เพราะว่าถ้าไม่มีการยกเลิกภารกิจ ระบบ LES ก็ไม่ได้ใช้อยู่แล้ว เอามาใช้ลงจอดแทนได้) ส่วนร่มชะลอความเร็วไว้ใช้ในกรณีที่มีการยกเลิกภารกิจระหว่างการบินซึ่งต้องใช้ LES ตอนยกเลิกส่วนลงจอดก็ใช้ร่มชะลอความเร็ว แต่ก็ถูกยกเลิกและเปลี่ยนกลับไปใช้ร่มชะลอความเร็วในการ Splashdown ทุกกรณีเหมือนเดิมในภายหลัง ยาน Dragon 2 สามารถขน Supply มากกว่า 3,307 กิโลกรัมไป ISS ได้และยังสามารถพานักบินอวกาศไป ISS ได้มากกว่า 7 คน (แต่ NASA ใช้แค่ 4)

ภารกิจ Crew Dragon Demo-2

Crew Dragon Demo-2 (DM-2) หรือ Spx-Demo 2 เดิมถูกวางแผนว่าจะปล่อยในเดือนกรกฎาคม 2019 แต่ยาน Dragon 2 รหัส C201 ที่ใช้ในภารกิจ DM-2 ดันเกิดระเบิดขึ้นทำให้ SpaceX ต้องผลิตยานลำใหม่มาแทนซึ่งเป็นผลให้วันปล่อยถูกเลื่อนชัดกันและวันที่ 27 พฤษภาคม 2020 ที่เป็นวันปล่อยของภารกิจ DM-2 ยานลำใหม่มีรหัสว่า Dragon 2 C206 ซึ่งมาแทน Dragon 2 C201 ที่ระเบิดไป แต่ในวันที่ 27 พฤษภาคม 2020 สภาพอากาศไม่เป็นใจต่อการปล่อยจึงถูกยกเลิกและเลื่อนมาเป็นวันที่ 30 พฤษภาคม 2020 ซึ่งก็ผ่านไปได้ด้วยดี

ในวันที่ 19 มกราคม 2020 ยาน Crew Dragon 2 ผ่านการทดสอบ In-flight abort test เป็นที่เรียบร้อย

จรวด Falcon 9 พร้อมลายพิเศษ NASA Worm สุดคลาสสิก ที่มา – NASA

ในวันที่ 17 เมษายน 2020 NASA และ SpaceX ประกาศวันปล่อยยานเป็นวันที่ 27 พฤษภาคม 2020 ในวันที่ 1 พฤษภาคม 2020 SpaceX ประสบความสำเร็จในการทดลองระบบร่มชะลอความเร็ว Mark 3 ซึ่งใช้ใน Crew Capsule ของยาน Crew Dragon และในวันที่ 21 พฤษภาคม 2020 ที่ผ่านมีนี้เองยาน Crew Dragon 2 พร้อมจรวด Falcon 9 Block 5 ถูกติดตั้งบนฐานปล่อยเป็นที่เรียบร้อยพร้อมทำการทดสอบระบบเพื่อประเมิน Flight Readiness

ภารกิจ Crew Dragon Demo-2 ซึ่งพานักบินอวกาศ Robert Louis Behnken และ Douglas Gerald Hurley ขึ้นไปบน ISS เพื่อทำการทดลองต่าง ๆ เป็นเวลา 2-3 เดือนและกลับโลก เป็นภารกิจสุดท้ายก่อนการรับรองให้ยาน Crew Dragon 2 เป็น Human-rated spacecraft หลังจากนี้ Crew Dragon Demo 2 จะถูกนำมาใช้ในการพานักบินอวกาศขึ้นไปสู่ ISS ในอนาคตของ NASA และนั้นทำให้ SpaceX เป็นบริษัทเอกชนเจ้าแรกที่มีจรวดเป็นของตัวเองและมียานอวกาศที่สามารถพานักบินอวกาศไป ISS ได้เป็นของตัวเอง

Behnken (ด้านซ้าย) และ Hurley (ด้านขวา) ในยานทดสอบ – ที่มา NASA/SpaceX

กำหนดการปล่อยคือวันที่ 27 พฤษภาคม 2020 จากฐานปล่อย Launch Complex 39A (LC-39A) ที่ Kennedy Space Center Launch windowเปิดที่เวลาประมาณ 16:33 น. EDT (20:33 UTC) และมี Launch window สำรองสำหรับ Scrub launch (ยกเลิกการปล่อย) ในวันที่ 30 พฤษภาคม เวลา 15:33 น. EDT (19:22 UTC) และในวันที่ 31 พฤษภาคม เวลา 15:30 น. EDT (19:00 UTC)

อย่างไรก็ตามสภาพอากาศนั้นทำให้การปล่อยถูกเลื่อนไปเป็นวันที่ 31 พฤษภาคม เวลา 15:30 น. EDT (19:00 UTC) แทน

การนับถ้อยหลังเริ่มตั้งแต่ T-minus 45 minutes ก่อนการปล่อยหลังจากที่นักบินอวกาศขึ้นยานเรียบร้อยแล้ว (T-minus คือระยะเวลาก่อนที่จะถึงกำหนดการปล่อย)

ตารางการปล่อย

  • T-minus: 45:00 minutes – Launch director ให้สัญญาณการโหลดเชื้อเพลิงขึ้นยาน
  • T-minus: 42:00 minutes – Undock Crew Access Arm (ทางเดินขึ้นยาน)
  • T-minus: 37:00 minutes – Launch Escape System ถูกสลับเป็นโหมด Armed
  • T-minus: 35:00 minutes – เริ่ม Load RP-1 Kerosene (เชื้อเพลิงจรวด) ขึ้นจรวด First stage LOX (Liquid Oxygen)
  • T-minus: 16:00 minutes – เริ่ม Load RP-1 Kerosene ขึ้นจรวด Second stage LOX
  • T-minus: 07:00 minutes – เริ่มการหล่อเย็นเครื่องยนต์ Falcon 9
  • T-minus: 05:00 minutes – ตัดพลังงานไฟฟ้าจาก Ground Power Unit เป็น Internal Power (ใช้ไฟจากในยาน)
  • T-minus: 01:00 minute – Pre-launch Checks (ตรวจสอบขั้นสุดท้ายก่อนการปล่อย) และเริ่มการอัดความดันในถังเชื้อเพลิง (Propellant Tank Pressurization)
  • T-minus: 00:45 minute – Launch director ให้สัญญาณ Go/No Go

Falcon 9 บินขึ้นพร้อมยาน Dragon 2

  • T-minus: 00:03 minute – Engine Controller Commands ให้สัญญาณจุดเชื้อเครื่องยนต์ (Ignition Sequence Start)
  • T-minus: 00:00 minute – Falcon 9 Liftoff
  • Proceed to tower clear
Launch, Landing and Dragon Deployment – ที่มา SpaceX
  • T-plus: 00:58 minute – ถึงจุด Max Q (จุดที่มีแรง Dynamic pressure กระทำกับยานมากที่สุด)
  • T-plus: 02:33 minutes – 1st Stage Main Engine Cutoff (MECO)
  • T-plus: 02:36 minutes – 1st Stage Separation
  • T-plus: 02:44 minutes – 2nd Stage Engine Starts
  • T-plus: 07:15 minutes – 1st Stage Entry burn
  • T-plus: 08:47 minutes – 2nd Stage Engine Cutoff (SECO-1)
  • T-plus: 09:22 minutes – 1st Stage Landing
  • T-plus: 12:00 minutes – 2nd Stage Separation
  • T-plus: 12:46 minutes – Dragon Nosecone Open Sequence Begins
  • Proceed to orbit insertion and rendezvous

ขั้นตอนต่อไปคือ Orbit insertion เป็นการปรับวงโคจรของยานให้พร้อมสำหรับการทำ Rendezvous ซึ่งการทำ Rendezvous คือการเข้าใกล้ ISS หรือ Approach ISS นั้นเอง

Orbit insertion and Rendezvous – ที่มา SpaceX

การเชื่อมต่อกับสถานีอวกาศนานาชาติ

หลังจากการปล่อยยาน Crew Dragon อยู่ใน Phase ที่ 2 นั้นก็คือ Orbit activation ซึ่งเป็นการปรับวงโคจรให้ Apoapsis (Apogee) หรือจุดสูงสุดของวงโคจร และ Periapsis (Perigee) หรือจุดต่ำสุดของวงโคจรอ้างอิงจากโลกใกล้เคียงกันโดยยังไม่มีการทำ Altitude Control

ระหว่างนี้นักบินอวกาศและ Mission Control ตรวจสอบระบบต่าง ๆ เช่น ระบบควบคุมสภาพแวดล้อม (Environmental Control) ระบบพยุงชีพ (Life support systems) จรวดขับดันเปลี่ยนทิศทาง (Maneuvering thrusters) ระบบควบคุมอุณหภูมิ (Thermal control systems) และอื่น ๆ และเพราะว่ายาน Crew Dragon ทำทุกอย่างที่เกี่ยวกับการบินและการบังคับอัตโนมัติแทนนักบินได้ ทำให้นักบินสามารถเอาเวลาไปตรวจสอบระบบพวกนี้ได้แทน หลังจากการตรวจสอบเสร็จสิ้นยานขะเจ้าสู่ Phase 3 เรียกว่า Phasing Burns เป็นการจุดจรวดขับดันของยาน Crew Dragon เพื่อทำ Delta-V (Velocity) Orbit Raising Maneuver อธิบายง่าย ๆ ก็คือเป็นการเร่งความเร็วเพื่อยกวงโคจรขึ้นให้เท่ากับวงโคจรของ ISS (คนเล่น KSP น่าจะคุ้นตรงนี้)

ใน Phase 4 เรียกว่า Approach Initiation หรือ Rendezvous ซึ่งเป็นการทำ Orbit raising Delta-V Burn ครั้งสุดท้ายเพื่อให้ความเร็วของยาน Crew Dragon และ ISS ใกล้เคียงกันและเริ่ม Approach ด้วยการยิง Thrusters เพื่อค่อย ๆ เข้าใกล้ ISS เมื่อถึงระยะที่ 200 เมตรห่างจาก ISS หรือถึงรัศมีของ Keep Out Sphere (KOS) ซึ่งเป็นวงกลมสมมติรัศมี 200 เมตรจาก ISS KOS เป็นวงกลมที่หากไม่ได้รับการอนุญาติจาก Mission Control ห้ามเข้าใกล้และห้ามผ่าน เมื่อยาน Crew Dragon ถึง Phase ที่ 5 นอก KOS ลูกเรือบนยานและศูนย์ควบคุมต้องตรวจสอบทุกระบบว่าพร้อมและให้สัญญาณ Go/No Go หากพร้อมก็สามารถ Approach ได้

หลังจากนั้นยานก็ต้องหยุดที่ระยะห่างต่าง ๆ เช่น 50 เมตร, 25 เมตร, 10 เมตร เพื่อ Verify ระบบต่าง ๆ และรอสัญญาณ Go/No Go เพื่อความปลอดภัย เมื่อได้รับสัญญาณ Go for Docking แล้วระบบ Autonomous Docking System ที่ทำหน้าคล้ายกับระบบ Instrument Landing System (ILS) บนเครื่องบินจะสื่อสารกับ ISS ตลอดเวลาเพื่อระบุตำแหน่งของยานและความเคลื่อนของตำแหน่ง (Offset Detection) เมื่อ Offset เป็นศูนย์นั้นหมายความว่ายาน Align กับ Docking Port แล้วและจะค่อย ๆ Translate เข้าใกล้ Docking Port เพื่อเชื่อมต่อ

Undocking, Re-entry, and Landing – ที่มา SpaceX

เมื่อยาน Crew Dragon เชื่อมต่อกับ ISS เรียบร้อย Docking Port ปรับ Pressurize หรือปรับความดันทั้งสองฝั่งให้เท่ากันและเปิด Hatch เป็นอันเสร็จสิ้นการปล่อยยาน Crew Dragon นักบินอวกาศ 2 คนที่ถูก Launch มาจากแผ่นดินสหรัฐอเมริกา ด้วยยานสัญชาติอเมริกา Onboard ISS เป็นที่เรียบร้อย เมื่อเวลาประมาณสี่ทุ่มของวันที่ 29 เมษายน 2020 จบสิ้นการรอคอยนาน 9 ปี

เดินทางกลับสู่โลก

หลังจากนักบินอวกาศของ Crew Dragon Demo-2 เสร็จสิ้นภารกิจบน ISS พวกเขาก็จะต้องกลับโลก การกลับโลกนั้นก็สามารถทำได้แบบอัตโนมัติเช่นกันนักบินอวกาศมีหน้าที่แค่เตรียม Take over หากเกิดความผิดปกติ Phase 1 ก็คือการ Undock ออกจาก ISS และทำ Departure Burn เพื่อถอยออกจาก ISS เมื่อห่างจาก ISS มากพอแล้ว Crew Dragon ก็จะเข้าสู่ Phase 2 เรียกว่า Phasing Burns เป็นการทำ Orbit-Lowering Maneuver หรือการทำ Retrograde Burn เพื่อลดความเร็วของยานและลดวงโคจรลงนั้นเอง เมื่อวงโคจรของ Crew Dragon ต่ำพอแล้ว Crew Dragon จะสลัดส่วนของ Trunk ซึ่งทำหน้าที่คล้าย ๆ Service module ออกเพื่อลดมวลและประหยัดเชื้อเพลิงในการทำ Deorbit Burn ที่ Phase ต่อไป

ใน Phase ที่ 4 เป็นการทำ Retrograde Deorbit Burn ครั้งสุดท้ายเป็นเวลา 12 นาทีเพื่อ Deorbit และเตรียมเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก Phase 5 คือการ Re-entry ยาน Crew Dragon จะเสียดสีกับชั้นบรรยากาศของโลกจนความเร็วลดลงต่ำกว่า Terminal velocity และจนถึงความเร็วที่สามารถกางร่มชะลอความเร็วได้ ใน Phase 6 ร่มชะลอความเร็วชุดแรก Drogue Parachute กางที่ 18,000 feet เพื่อชะลอความเร็วของยานลงก่อนที่จะกางร่มหลัก ร่มหลักทั้งหมด 4 ร่ม (Main parachute) จะกางที่ 6,500 feet เพื่อลดความเร็วให้ปลอดภัยสำหรับ Phase 7 ซึ่งก็คือ Phase สุดท้าย เรียกว่าการ Splashdown ยาน Crew Dragon จะกระแทกผิวน้ำด้วยความเร็วเพียง 25 feet/s และเมื่อยานกระแทกผิวน้ำ Main parachute จะถูกสลัดออกทันทีและยานก็ขะถูกกู้ต่อไปโดยเรือที่เตรียมการอยู่ในน่านน้ำ เป็นอันปิดฉากภารกิจ Crew Dragon Demo-2 อย่างสมบูรณ์

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

Crew Dragon Demo-2 | SpaceX

Dragon Spacecraft | SpaceX

NASA DM-2





Read More

บทความอื่น ๆ ที่ควรอ่านต่อ



เรื่องราวน่าสนใจ

อัพเดทเรื่องราว ข่าว และบทวิเคราะห์เจาะลึก