NASA DART ภารกิจทดสอบการเปลี่ยนวงโคจรของดาวเคราะห์น้อยด้วยการเอายานพุ่งชน
DART ภารกิจทดสอบการเปลี่ยนวงโคจรของดาวเคราะห์น้อยด้วยการเอายานพุ่งชน

Chottiwatt Jittprasong

DART ภารกิจทดสอบการเปลี่ยนวงโคจรของดาวเคราะห์น้อยด้วยการเอายานพุ่งชน

August 15, 2020

หากพูดถึงการป้องกันโลกเราจากภัยพิบัติในอวกาศหรือ Planetary Defense แล้วละก็ คงจะหนีไม่พ้นการป้องกันโลกเราจากการถูกดาวเคราะห์น้อยพุ่งชนซึ่งอาจนำมาซึ่งหายนะต่อมวลมนุษยชาติและทุกสิ่งมีชีวิตบนโลก เป็นเวลาหลายทศวรรษมาแล้วที่นักวิทยาศาสตร์และนักดาราศาสตร์ได้คิดค้นและพัฒนาวิธีต่าง ๆ เพื่อป้องกันโลกเราจากดาวเคราะห์น้อย ไม่ว่าจะเป็นการเปลี่ยนเส้นทางด้วยแรงโน้มถ่วง การระเบิดผิวดาวเคราะห์น้อย การเอาจรวดมาดัน การพุ่งชน หรือแม้แต่การยิงอาวุธนิวเคลียร์ใส่แม่ง ต่างก็กำลังถูกทดลองอยู่ตลอดเวลา และ DART เป็นหนึ่งในการทดลองนั้น

DART คืออะไร

เราได้เคยกล่าวถึงภารกิจ DART มาแล้วในบทความ DART ภารกิจพุ่งชนดาวเคราะห์น้อย จากหนังไซไฟสู่เรื่องจริงที่จะเกิดขึ้น DART หรือ Double Asteroid Redirection Test โครงการของ Applied Physics Laboratory (APL) เป็นภารกิจที่จะส่งโพรบไปทดลองเปลี่ยนวงโคจรของดาวเคราะห์น้อยด้วยการใช้พลังงานจลน์ ซึ่งพลังงานจลน์ที่ว่านี้ก็คือแรงจากการชนของโพรบนั่นเอง โดยการทดสอบนี้มีจุดประสงค์เพื่อทดสอบว่าการเอาโพรบมาชนดาวเคราะห์น้อยจะสามารถเปลี่ยนวงโคจรของมันได้ไหมในกรณีที่มันกำลังจะพุ่งชนโลก

ภารกิจ Double Asteroid Redirection Test – ที่มา APL

ปัจจุบันมี near-Earth object (NEO) หรือวัตถุที่อยู่ใกล้โลกกว่า 25,000 ชิ้นซึ่งอยู่ภายในระบบสุริยะและการจะคาดการณ์ตำแหน่งของวัตถุทุกวัตถุคงเป็นไปไม่ได้ ปัจจุบันเราสามารถสร้างแผนที่จำลองวงโคจรของดาวเคราะห์น้อยได้เป็นจำนวนมากและโชคดีที่แทบไม่มีวัตถุไหนเลยที่เสี่ยงชนโลกของเรา แต่สิ่งที่ดูเหมือนว่าจะคาดการณ์ได้ จริง ๆ แล้วเราอาจจะคาดการณ์ไม่ได้ เพราะโมเดลที่เรากำลังคาดการณ์ตอนนี้เป็นส่วนหนึ่งของ n-body problem ซึ่งปัจจุบันเรายังไม่มีวิธีการคำนวณที่แน่นอน หมายความว่าหากมีอะไรมารบกวนระบบของดาวเคราะห์น้อย อยู่ ๆ วงโคจรของมันอาจจะเปลี่ยนกลายเป็นพุ่งเข้าหาโลกเราก็ได้ และกว่าเราจะรู้ตัวเราอาจจะเตรียมตัวไม่ทัน นอกจากนี้ยังมีวัตถุที่อาจมาจากนอกระบบสุริยะเพิ่มอีกด้วย ทำให้มีโครงการ Planetary Defense ขึ้นมามากมายและ DART ก็กำลังจะทดลองหนึ่งในวิธีการเปลี่ยนทิศทางดาวเคราะห์น้อย

แผนที่จำลองวงโคจรวัตถุ near-Earth object ในปี 2018 – ที่มา NASA/JPL

DART จะเป็นภารกิจแรกที่มีการทดสอบการเปลี่ยนทิศทางของดาวเคราะห์น้อยด้วยการพุ่งชน โดยตัวยาน DART เป็นยานที่มีราคาไม่แพงมาก ขนาดประมาณ 1.2 x 1.3 x 1.3 เมตร ตอนยังไม่กางออก และมีขนาด 1.8 x 1.9 x 2.6 เมื่อกางออก (ไม่รวมแผงโซลาร์เซลล์ความยาวอันละกว่า 8.5 เมตรเมื่อกางออก) น้ำหนักประมาณ 500 กิโลกรัม

ส่วนประกอบของยาน DART – ที่มา NASA

DRACO

อุปกรณ์แรกบนยาน DART มีชื่อว่า DRACO หรือ Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical Navigation เป็นกล้องความละเอียดสูงซึ่งถูกถอดแบบมาจากกล้องความละเอียดสูง LORRI ของยาน New Horizons โดย DRACO จะถูกใช้ในการนำทางและการเล็งเป้าหมายระหว่างพึ่งชนเพื่อหาจุดที่พุ่งชนและวิเคราะห์สภาพทางธรณีวิทยาของเป้าหมายก่อนการชน

กล้อง DRACO บนยาน DART – ที่มา APL

LICIACube

ยาน DART จะพก CubeSat ขนาดเล็กไปด้วยชื่อว่า LICIACube (Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids) ขององค์การอวกาศอิตาลี โดย LICIACube จะแยกตัวออกจาก DART 5 วันก่อนการชนเพื่อถ่ายรูประหว่างที่ยาน DART เข้าพุ่งชนดาวเคราะห์น้อยรวมถึงถ่ายภาพหลุมที่เกิดการชนด้วย

LICIACube ของยาน DART – ที่มา APL

ระบบนำทาง GNC

DART จำเป็นต้องพึงตัวมันเองในการชนดาวเคราะห์น้อยเพราะว่าที่ระยะทางไกลมาก ๆ วิศวกรของยานไม่สามารถควบคุมยานด้วยมือได้เพราะมันดีเลย์เกินไปทำให้ยานต้องมีระบบ GNC (Guidance, Navigation, and Control) เป็นของตัวเอง โดยยาน DART มีอัลกอริทึมเรียกว่า SMART Nav (Small-body Maneuvering Automous Real Time Navigation) ซึ่งใช้ระบบการนำทางด้วยภาพเพื่อนำทางตัวมันเองไปหาเป้าหมาย

นอกจากนี้บนยาน DART ยังมี Single-Board Computer ที่เป็นแบบ field-programmable gate array (FPGA) ซึ่งทำให้วิศวกรของยานสามารถปรับและแก้ไขโปรแกรมการควบคุมยาน ระบบวิเคราะห์ภาพ ระบบการสื่อสาร ระบบการขับเคลื่อนได้ตามต้องการ

Roll-Out Solar Array (ROSA)

เป็นแผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้วิธีม้วนออกแทนการกางทำให้มันมีขนาดเล็กและเบากว่าแผงโซลาร์เซลล์ทั่วไป และการที่มันสามารถม้วนได้หมายถึงตัวแผงโซลาร์เซลล์มีความบางมากนั่นเองโดยมันหนาเพียงแค่ไม่กี่มิลลิเมตร โดย ROSA ที่ติดตั้งอยู่บนยาน DART เมื่อม้วนออกจะมีความยาวถึงด้านละ 8.6 เมตร ซึ่งยาวมาก

ROSA Photovoltaic Array – ที่มา APL

นอกจากนี้ใน ROSA ยังติดตั้งเทคโนโลยีอีกอันเรียกว่า Transformational Solar Array ซึ่งเป็นแผงโซลาร์เซลล์แบบที่สามารถดูดซับแสงได้ดีกว่าแผงโซลาร์เซลล์ทั่วไปกว่า 3 เท่า อีกด้วย

Transformation Solar Array ของ ROSA – ที่มา APL

เครื่องยนต์ Ion

DART ใช้เครื่องยนต์ Ion ของ NASA ที่เรียกว่า NEXT-C (NASA’s Evolutionary Xenon Thruster – Commercial) ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ Ion ที่พัฒนาโดย NASA Glenn Research Center และ Aerojet Rocketdyne ใช้พลังงานไฟฟ้าในการขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ Gridded Ion Engine โดย NEXT สามารถผลิตกำลังขับเคลื่อนได้สูงสุดประมาณ 6.9kW และต่ำสุดที่ 0.5 kW ซึ่ง NEXT-C เป็นเครื่องยนต์รุ่นอัพเกรดของเครื่องยนต์ Ion ที่ใช้บนยาน Dawn และ Deep Space 1

เครื่องยนต์ NEXT-C ของยาน DART – ที่มา APL

เป้าหมายของยาน DART

เป้าหมายของยาน DART near-Earth asteroid รหัส 65803 มีลักษณะเป็น binary asteroid system กล่าวคือมันมีดาวเคราะห์น้อยอีกอันโคจรอยู่ด้วย ดวงที่ใหญ่กว่ามีชื่อว่า Didymos ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 780 เมตร ส่วนดวงเล็กที่โคจรรอบ Didymos มีชื่อว่า Dimorphos เส้นผ่านศูนย์กลาง 160 เมตร โดยระบบดาวเคราะห์น้อย Didymos ไม่ได้มีวงโคจรทับกับโลกแต่อย่างใด กล่าวคือมันไม่ได้จะชนโลกแต่แรกอยู่แล้ว แต่นักวิทยาศาสตร์อยากลองใช้มันเป็นหนูทดลองเพื่อทดสอบดูว่าการเอายาน DART ไปชนมันจะทำอะไรได้ และเป้าหมายที่ DART จะชนคือ Dimosphos ซึ่งเป็นดวงเล็ก เพื่อทดสอบว่าวงโคจรของมันในระบบ Didymos จะเปลี่ยนไปอย่างไร

ภาพจำลองของระบบดาวเคราะห์น้อย Didymos – ที่มา AIDA

โดยยาน DART มี Launch window ในวันที่ 22 กรกฎาคม 2021 จากฐานทัพอากาศ Vandenberg (SLC-4E) ปล่อยด้วยจรวด Falcon 9 และจะ Intercept กับ Didymos ที่จุดที่มันเคลื่อนเข้าใกล้โลกมากที่สุดซึ่งใกล้กับจุด Perihelion ของโลกมากโดยจุด Perihelion ของ Didymos มีระยะทางจากดวงอาทิตย์เพียงแค่ 1.0133 AU ห่างออกไปจากโลกเพียงแค่ 0.0133 AU เท่านั้น

จุด Intercept ของยาน DART และ 65803 Didymos – ที่มา JPL

โดยที่จุด Intercept หรือจุดที่ DART จะชนกับ 65803 Didymos นั้น ห่างออกไปจากโลกเพียงแค่ 11 ล้ากิโลเมตรเท่านั้นซึ่งใกล้มาก เมื่อมองจากโลกเราจะเห็นมันคล้ายสุริยุปราคากล่างคือเราจะเห็น Dimorphos เคลื่อนที่ผ่าน Didymos ได้ ซึ่งทำให้ง่ายต่อการสำรวจและการเปรียบเทียบภาพด้วยการถ่ายรูปจากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินเป็นอย่างมากบวกกับการที่มันอยู่ใกล้โลกทำให้การเก็บข้อมูลสามารถทำได้บนโลก

ภาพของระบบ Didymos จากกล้องโทรทรรศน์วิทยุ Arecibo – ที่มา Arecibo Observatory

ภาพข้างบนเป็นภาพของระบบ Didymos 65803 จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Arecibo (ที่พึ่งเจ๊งไปเมื่อวันที่ 10 สิงหาคม 2020) แสดงให้เห็นถึงลักษณะของวงโคจรของ Dimorphos ที่จะเคลื่อนที่ผ่านหน้า Didymos ซึ่งกล้องโทรทรรศน์วิทยุก็สามารถตรวจจับการมีอยู่ของดาวเคราะห์น้อยทั้งสองและการที่มันเคลื่อนตัดหน้ากันได้ด้วยเทคนิควัดแสงเหมือนกัน DART จะเดินทางมาถึงระบบ Dydimos วันที่ 30 กันยายน 2020 และจะพุ่งเข้าชนกับ Dimosphos ที่ความเร็วประมาณ 6.6 กิโลเมตรต่อวินาทีในทิศทาง Retrograde หรือตรงข้ามกับทิศทางที่ Dimorphos กำลังเคลื่อนที่อยู่

ภาพแสดงการชนของ DART และ Dimorphos – ที่มา APL

หลังจากการชน APL, หอดูดาวและศูนย์วิจัยต่าง ๆ ของ NASA จะร่วมกันใช้กล้องโทรทรรน์ภาคพื้นดินถ่ายรูประบบดาวเคราะห์น้อย Didymos 65803 เพื่อประเมินผลของการชนและคำนวณวงโคจรของ Dimorphos ใหม่ เพื่อวิเคราะห์ว่าวงโคจรของ Dimorphos เปลี่ยนไปเท่าไหร่หลังการชน พร้อมกันนี้ LICIACube ที่ติดไปด้วยกับยาน DART ซึ่งจะถูกปลดออก 5 วันก่อนการชนก็จะร่วมถ่ายรูประยะใกล้ของการชน Dimorphos ด้วยนั่นเอง

หอดูดาว Lowell หนึ่งในหอดูดาวที่จะถูกใช้ในการถ่ายรูปการชนของ DART – ที่มา Lowell Observatory

น่าเสียดายที่กล้องโทรทรรศน์วิทยุ Arecibo เจ๊งไปซะก่อนเลยไม่มีโอกาสได้ใช้มันถ่ายภาพของ Didymos ซ้ำเสียเลย (กล้องโทรทรรศน์วิทยุ Arecibo ที่เคยใหญ่ที่สุดในโลกถล่มบางส่วน เนื่องจากเคเบิลขาด)

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

Double Asteroid Redirection Test (DART) Mission







เรื่องราวน่าสนใจ

อัพเดทเรื่องราว ข่าว และบทวิเคราะห์เจาะลึก