SpaceX นำ Payload จากอวกาศกลับถึงมือนักวิจัยใน 4 ชั่วโมงได้อย่างไร สรุปความพิเศษของ CRS-21

โดยปกติแล้วการนำการทดลองจากสถานีอวกาศนานาชาติหรือ ISS กลับโลกนั้น ชุดการทดลองต่าง ๆ จะต้องถูกพากลับมาพร้อม ๆ กับมนุษย์อย่างเช่นพากลับมาพร้อมกับยาน Crew Dragon ยาน Soyuz หรือกระสวยอวกาศ น้อยครั้งมากที่การทดลองจะเดินทางกลับโลกพร้อมกับยานส่งเสบียงอย่างยาน Progress ซึ่งก็ต้องเป็น Progress ที่ถูกออกแบบมาให้ส่งของกลับโลกเท่านั้นจึงจะทำได้ เพราะ Progress ธรรมดาจะถูกเผาไหม้ระหว่างที่เดินทางกลับโลก ทำให้การส่งการทดลองกลับโลกนั้นเน้นไปที่การส่งกลับพร้อมนักบินอวกาศมากกว่า ซึ่งแนวทางปฏิบัตินี้ก็ถูกใช้มาอย่างยาวนานตั้งแต่ยุคกระสวยอวกาศ ยุคยาน Soyuz จนมาถึง Crew Dragon ที่ถูกใช้ในการ Resupply พร้อมกับขนส่งนักบินอวกาศรวมถึงการนำการทดลองกลับมายังโลกด้วย

อย่างไรก็ตามแนวปฏิบัตินี้ใช้ไม่ได้กับการทดลองในอวกาศที่นักวิทยาศาสตร์เรียกกันว่า “Time-sensitive payloads” หรือ experiment เป็นชุดการทดลองที่ละเอียดอ่อนในแง่ของเวลา ซึ่งโดยมากแล้วก็จะเป็นการทดลองที่เน้นด้านการปรับตัวระหว่างสภาพแวดล้อมในอวกาศ (Space environment) ไปสู่สภาพแวดล้อมบนโลก (Earth environment) ไม่ว่าจะเป็นแรงโน้มถ่วง ที่บนโลกมีน้ำหนัก แต่ในอวกาศไร้น้ำหนัก หรืออุณหภูมิ รังสีที่ได้รับ การรับรู้เวลา การรับรู้ทิศทาง และ Perception ต่าง ๆ อีกมากมาย และการปรับตัวที่เราหมายถึงนี้คืออย่างฉับพลันคล้ายกับเราอยู่ในอวกาศอยู่ดี ๆ อีกไม่กี่ชั่วโมงกลับถึงโลกเข้าห้องแล็บเพื่อตรวจสอบผลกระทบจากการปรับตัวทันทีเลย

Cargo Dragon รุ่น Upgrade ของ SpaceX บนจรวด Falcon 9 ในเที่ยวบิน CRS-21 – ที่มา NASA

ปัญหาคือการขนส่งอะไรใด ๆ ก็ตามกลับโลกในทุกวันนี้ไม่ว่าจะเป็นมนุษย์หรือสิ่งของการทดลองต่าง ๆ นั้นใช้เวลาเกินกว่า 48 ชั่วโมงหรือสองวันเป็นอย่างน้อยกว่ายานจะ Splashdown กว่าเรือที่ไปรอรับจะเดินทางกลับมาถึงฝั่งเทียบท่า กว่าจะเดินทางจากท่าไปห้องแล็บ รวม ๆ แล้วเกิน 48 ชั่วโมงแน่ ๆ ซึ่งนั่นจะทำให้ Time-sensitive payload ของเราเสียคุณค่าทางวิทยาศาสตร์ไปแน่นอนเพราะว่า 48 ชั่วโมงที่หายไปนั้นการทดลองที่รอการดำเนินการต่ออาจปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมของโลกจนเราไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงระหว่างการปรับตัวได้

CRS-21 VABroof.jpg
Cargo Dragon CRS-21 ขณะกำลังเดินทางสู่อวกาศด้วยจรวด Falcon 9 จาก LC-39A เมื่อวันที่ 6 ธันวาคม 2020 – ที่มา NASA/Kim Shiflett

แต่ Cargo Dragon รุ่นใหม่ของ SpaceX ที่เป็นรุ่น Upgrade จากเดิมนั้นจะเข้ามาช่วยแก้ปัญหานี้ได้ในภารกิจ Commercial Resupply Services ของ NASA เที่ยวบินที่ CRS-21 ของ SpaceX ซึ่งเดินทางไปยัง ISS พร้อมกับ Supply และการทดลองรวมกว่า 2,972 กิโลกรัม เมื่อวันที่ 5 ธันวาคม 2020 โดย 2,972 กิโลกรัมแบ่งเป็น Supply ได้แก่เสบียงสำหรับลูกเรือ ISS หนัก 364 กิโลกรัม อุปกรณ์และชุดการทดลอง 953 กิโลกรัม อุปกรณ์สำหรับ Spacewalk หนักกว่า 120 กิโลกรัม อุปกรณ์ในส่วน Vehicle Hardware – 317 กิโลกรัม คอมพิวเตอร์ 46 กิโลกรัม และอุปกรณ์ของฝั่งรัสเซีย อีก 24 กิโลกรัม

นอกจากนี้ การทดลองสำคัญ ๆ ต่าง ๆ ยังได้ถูกติดตั้งเข้าไปกับ Nanoracks Bishop Airlock ซึ่งเป็น Payload ที่อยู่ใน Unpressurized Payloads จำนวนถึง 1,090 กิโลกรัม (ซึ่งถือว่าเยอะมาก) และยังมีชุดอุปกรณ์อื่นอีกมากมายที่ NASA ส่งขึ้นไปกับ CRS เพื่อทำการทดลองบนสถานีอวกาศด้วย

CRS-21 จะพาการทดลองกลับโลกแบบด่วนพิเศษยังไง

CRS-21 ใช้ Cargo Dragon รุ่นอัปเกรดที่ผ่านการ Redesign มาให้สามารถขนของได้เยอะขึ้นและทำให้การจัดการ Payload ในยานทำได้ง่ายขึ้นโดย Cargo Dragon ของ CRS-21 ถูกออกแบบมาให้มี Powered Lockers หรือ Payload Locker ที่มีไฟฟ้าเลี้ยงรวมถึงระบบรักษาอุณหภูมิมากขึ้นกว่า 2 เท่าจากรุ่นเดิมกลายเป็น 12 Lockers ภายในกำแพงข้างในยาน

อ่าน – SpaceX Dragon Capsule to Make First of Its Kind Science Splashdown

Cold Stowage สำหรับการเก็บ Payload ที่ต้องรักษาอุณหภูมิบนยาน Cargo Dragon ในเที่ยวบิน CRS-9 ของ SpaceX เมื่อปี 2016 – ที่มา NASA

ส่วนตรงกลางที่เป็นพื้นที่ว่างก็จะสามารถนำของหรือ Payload มาวางเป็นชั้น ๆ ได้อีกทำให้การ Unload หรือการขนของออกจากยาน Cargo Dragon ยิ่งทำได้ง่ายขึ้นเพราะเราสามารถจัดได้ว่าอันไหนจำเป็นต้องรีบเอาออกจากยานเร็ว ๆ อย่างพวก Time-sensitive payloads ก็เอาไว้บน ๆ หน้า ๆ จะได้เอาออกได้เร็ว ๆ นั่นเอง

Cargo Dragon ระหว่างการอัปเกรด – ที่มา SpaceX

โดยปกติแล้วยานต่าง ๆ ที่เดินทางกลับโลกไม่ว่าจะเป็น CRS ก่อน ๆ หรือ ภารกิจ Crew ของ SpaceX หรือแม้แต่ภารกิจ Apollo การ Splashdown จะเกิดขึ้นที่บริเวณมหาสมุทรแปซิฟิกนอกชายฝั่งอเมริกาตะวันตกที่ซึ่งการเก็บกู้ยานกลับมายังชายฝั่ง Long Beach รัฐแคลิฟอร์เนีย จะใช้เวลาอย่างน้อย 48 ชั่วโมงกว่าที่เรือจะพายานกลับมาได้ ซึ่ง 48 ชั่วโมงถือเป็นเวลาที่นานมากต่อ Time-sensitive payloads

การจัด Payload ภายในยาน Cargo Dragon เที่ยวบิน CRS-21 – ที่มา SpaceX

อย่างเร็วที่สุดหากยาน Splashdown ที่บริเวณมหาสมุทรแปซิฟิก เราจะได้ชุดการทดลองมายังห้องแล็บก็ 18 ชั่วโมงหลังการ Splashdown แต่สิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ที่เราจะทำการวิจัยและเก็บข้อมูลนั้นเริ่มปรับตัวต่อสภาพแวดล้อมบนโลก 13 ชั่วโมงหลังเจอกับสภาพแวดล้อมต่าง ๆ บนโลกเท่านั้นเอง ทำให้ 18 ชั่วโมงที่ว่านั้นเราแทบจะมองไม่เห็นการปรับตัวอะไรเลย

Cargo Dragon Splashdown ในมหาสมุทรแปซิฟิกเมื่อปี 2012 เที่ยวบินแรกของการเติมเสบียงผ่านเที่ยวบินพาณิชย์ของ NASA – ที่มา NASA

CRS-21 เดินทางกลับโลกวันที่ 11 มกราคม 2021 โดยมันจะกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศตามปกติเหมือนยานทั่วไปแต่จะ Splashdown ที่บริเวณชายฝั่งรัฐ Florida ในอีก 12 ชั่วโมงต่อมาหลังการ Undock จาก ISS และจะเป็นครั้งแรกที่เป็นการขนของหรือการทดลองอะไรก็ตามจาก ISS กลับโลกมายังชายฝั่ง Florida นับตั้งแต่การปลดระวางกระสวยอวกาศ

ซึ่งการ Splashdown นอกชายฝั่ง Florida นั้นจะทำให้การเก็บกู้ยานง่ายขึ้นเป็นอย่างมากเพราะว่า Resources ด้านการเก็บกู้ยานอยู่ที่ Florida ซะส่วนใหญ่ที่ Kennedy Space Center (KSC) ซึ่งเดิมใช้ในการสนับสนุนกระสวยอวกาศซึ่ง KSC เป็นเหมือน Hub ที่มีทุกอย่างพร้อมมากสำหรับการรองรับการกลับมาของยานต่าง ๆ และ Facilities ทุกอย่างสำหรับ Payload ก็อยู่พร้อมที่นี่ที่ KSC

เมื่อยานกลับเข้าสู่โลก การทดลองต่าง ๆ จะเริ่มได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของโลกและการมีน้ำหนักของตัวมันเอง จากนั้นตัวอย่างเหล่านี้เมื่อถูกเก็บกู้ขึ้นเรือกู้ยานของ SpaceX จะมีทีมเฉพาะรออยู่เพื่อเตรียมดึงและเก็บกู้ Time-sensitive payloads ภายในยานที่ถูกจัดไว้อย่างดีขึ้นเฮลิคอปเตอร์ที่เตรียมไว้ลำแรก ส่วน Payload อื่น ๆ ที่เหลืออยู่หากเป็น Time-sensitive เช่นกันก็จะขึ้นเฮลิคอปเตอร์ลำที่สองตามไป ส่วน Payload ที่ไม่ใช่ Time-sensitive ก็จะถูกทิ้งไว้ในยานตามเดิมและรอการนำออกเมื่อยานเดินทางถึงท่าเรือ

Shuttle Landing Facility (SLF) ซึ่งเดิมใช้สำหรับให้กระสวยอวกาศลงจอดหลังกลับมายังโลก – ที่มา NASA

เฮลิคอปเตอร์จะเดินทางไปยัง Shuttle Landing Facility (SLF) ที่เดิมใช้รองรับการลงจอดของกระสวยอวกาศเมื่อกลับโลก เพื่อส่ง Payload ให้ทีม Processing ส่งไปยัง Kennedy Space Center Space Station Processing Facility (SSPF) โดยรถขนส่ง ซึ่งที่ KSC ก็จะมีทีมนักวิทยาศาสตร์และนักวิจัยรออยู่เช่นกันเพื่อเตรียมรับ Payload ที่เดินทางกลับมาถึง โดยระหว่างนี้ KSC ก็จะเป็นเหมือนม็อบนักวิจัยรอรับการทดลองต่าง ๆ ของแต่ละหน่วยงานกลับไปวิจัยแบบโคตรด่วน

Space Station Processing Facility (SSPF) ณ Kennedy Space Center – ที่มา NASA KSC

โดยอาจจะส่งต่อจาก KSC ไปยังห้องปฏิบัติการต่าง ๆ ทั่วสหรัฐอเมริกา เช่น California, Texas, Massachusetts, หรือแม้แต่ประเทศญี่ปุ่นก็ตาม ซึ่งครั้งนี้จะกลายเป็นการส่งต่อการทดลองที่ด่วนที่สุดเท่าที่เคยมีมาก็เป็นได้เพราะนักวิจัยทั่วทุกมุมโลกต่างรอรับชุดการทดลองของตนเองอยู่

การเก็บกู้ครั้งนี้นับตั้งแต่การ Splashdown ของ CRS-21 ไปจนถึงชุดการทดลอง Time-sensitive ต่าง ๆ เดินทางถึง SSPF จะใช้เวลาเพียง 4 ถึง 5 ชั่วโมงเท่านั้น จึงเร็วกว่ามากหากการ Splashdown เกินขึ้นบริเวณมหาสมุทรแปซิฟิกที่อาจใช้เวลาขนส่งนานถึง 2 วันเลยทีเดียวนั่นเอง และชุดการทดลอง Time-sensitive payloads ซึ่งจะเดินทางกลับโลกเข้าสู่ห้องแล็บแบบโคตรด่วนที่เราพูดถึงกันมาตลอดมีดังนี้

Cardinal Heart ศึกษาการปรับตัวของเซลล์หัวใจเมื่อต้องอยู่ในอวกาศ

Cardinal Heart เป็น 3D Engineered Heart Tissues หรือ Tissue Chip สำหรับการทดลองเพื่อศึกษาการปรับตัวของเซลล์หัวใจเมื่อต้องอยู่ในอวกาศเป็นเวลานานว่าเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรบ้างและอันตรายหรือไม่ สร้างความเสี่ยงใดให้นักบินอวกาศบ้างและสามารถป้องกันได้อย่างไร Cardinal Heart จะถูกนำมาวิเคราะห์ทันทีเมื่อเดินทางถึง SSPF ที่ Kennedy Space Center

Kate Rubins นักบินอวกาศและ Flight Engineer ของ Expedition 64 ขณะกำลังทำการทดลอง Cardinal Heart – ที่มา NASA

ชุดการทดลอง Space Organogenesis ของ JAXA

Space Organogenesis เป็นชุดการทดลองของ JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) ที่สาธิตการเจริญเติบโตของอวัยวะแบบสามมิติจากสเต็มเซลล์ของมนุษย์เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงของยีนและการเจริญเติบโตของอวัยวะภายในสภาวะ Microgravitiy สำหรับอนาคตของ Regenerative medicine เพื่อสร้างอวัยวะเทียมในอนาคต

Sochi Noguchi นักบินอวกาศของ JAXA ขณะเตรียมเปิด Hatch ของ Cargo Dragon CRS-21 พร้อมอุปกรณ์ป้องกันฝุ่นต่าง ๆ ที่ติดมาระหว่างการปล่อย – ที่มา NASA

Bacterial Adhesion and Corrosion การเติบโตของแบคทีเรียบน Biofilm

การทดลองการเติบโตของแบคทีเรียบน Biofilm จากนั้นทดสอบประสิทธิภาพของมันในการกัดกร่อนสแตนเลสรวมถึงการประเมินประสิทธิภาพของยาฆ่าเชื้อแบบ Silver-based เพื่อพัฒนาการป้องกันการกัดกร่อนจาก Biofilm ของแบคทีเรียที่มีความทนทานสูงสำหรับการเดินทางในอวกาศระยะยาวในอนาคต อ่านเพิ่มเติมได้ที่ Microorganisms tested in space จุลชีพที่ถูกนำไปทดลองในอวกาศ

Fiber Optic Production สังเคราะห์เส้นใยแก้วนำแสงในสภาวะ Micrgravity

การสังเคราะห์เส้นใยแก้วนำแสงในสภาวะ Micrgravity โดย Zirconium, Barium, Lanthanum, Sodium และ Aluminum เรียกเส้นใยนี่ว่า ZBLAN ซึ่งจะช่วยในการทดสอบการสังเคราะห์เส้นใยแก้วนำแสงใหม่ ๆ ที่สังเคราะห์ในอวกาศนำมาสังเคราะห์บนโลกนั่นเอง

เครื่องสร้างและสังเคราะห์ใยแก้วนำแสง (Fiber Optic Production) – ที่มา NASA

Rodent Research-23 ศึกษาความเปลี่ยนแปลงในดวงตาหลังการเดินทางในอวกาศ

การส่งหนูทดลอง (ที่เป็นหนูจริง ๆ มีชีวิต) กลับโลกเพื่อศึกษาการทำงานของหลอดเลือดแดง หลอดเลือดดำ ระบบน้ำเหลืองในตาและการเปลี่ยนแปลงของเรตินาหลังกลับโลก เพื่อศึกษาภาวะที่ชื่อว่า Spaceflight-Associated Neuro-ocular Syndrome (SANS) ที่เกิดขึ้นกับนักบินอวกาศกว่า 40 เปอร์เซ็นต์ที่อยู่ในอวกาศ ซึ่งทำให้นักบินอวกาศมีอาการ Optic disc บวมซึ่งเป็นบริเวณที่เส้นประสาทเดินทางเข้ามาในบริเวณเรตินา รวมถึงมีอาการลูกตาแบนขึ้นซึ่งส่งผลเป็นอย่างมากต่อการสำรวจอวกาศระยะยาวที่จะเกิดขึ้นในเร็ววันนี้นั่นเอง

Fundoscope สำหรับการประเมินอาการ SANS – ที่มา NASA

การขนส่งอวกาศที่รวดเร็วขึ้นจะเปิดโอกาสให้การทดลองเปรียบเทียบอวกาศและบนโลกเป็นไปได้มากขึ้นนั่นเอง และ CRS-21 เป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น

อ่านบทความ – รู้จักกับยาน Dragon 2 รุ่น Cargo และกลยุทธ์ลดค่าใช้จ่ายฉบับ SpaceX

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO