เจาะทุกขั้นตอนของ Falcon 9 จากการผลิตสู่การนำมาใช้ซ้ำ



Falcon 9 คือจรวดเพียงหนึ่งเดียวในโลกที่สามารถนำกลับมาใช้งานได้โดยง่ายเช่นเดียวกันกับเครื่องบินโดยสาร แต่อะไรคือสิ่งที่ทำให้ท่อนอลูมิเนียมอัลลอยพร้อมด้วยถังเชื้อเพลิงและเครื่องยนต์สูงเท่าตึก 20 ชั้น สามารถพาดาวเทียมหรือยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจรและตัวเองก็สามารถกลับมาลงจอดได้อย่างสวยงามราวกับจัดวาง เรื่องนี้คงต้องเริ่มต้นจากขั้นตอนการผลิตของ Falcon 9

Falcon 9 รุ่นที่ใช้อยู่ปัจจุบันก็คือ Falcon 9 FT ซึ่งอักษรสองตัวหลังย่อมาจากคำว่า Full Thrust ซึ่งเป็นรุ่นล่าสุดที่ได้รับการอัพเกรดมาจาก Falcon 9 รุ่น 1.1 ที่เริ่มทำการบินครั้งแรกในปลายปี 2013 ซึ่งก็เป็นจรวดที่ผ่านการอัพเกรดมาจากรุ่นก่อนหน้าอย่าง Falcon 9 1.0 ซึ่งเป็นจรวดขนาดกลางรุ่นแรกของ SpaceX

สำหรับความแตกต่างที่เห็นได้ชัดระหว่าง Falcon 9 1.1 (และรุ่น FT) และ Falcon 9 1.0 ก็คงจะเป็นเรื่องขนานและความสูง แต่ถ้าหากไม่มองลงไปที่ฐานของมันก็จะไม่สังเกตเห็นการจัดเรียงเครื่องยนต์ที่เปลี่ยนจากแบบขนานมาเป็นแบบ Octa-web ซึ่งประกอบไปด้วยเครื่องยนต์ตรงกลาง 1 ตัวที่ล้อมรอบด้วยเครื่องยนต์อีก 8 ตัว การจัดเรียงแบบนี้ทำให้เมื่อเครื่องยนต์ตัวใดตัวหนึ่งพังไปสามารถใช้เครื่องยนต์ตัวที่เหลือส่งแรงเพิ่มเพื่อประคองให้ Falcon 9 ยังคงบินไปในทิศทางตามที่ได้ออกแบบไว้ได้อยู่ เช่นเดียวกับในการลงจอด Falcon 9 ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องยนต์ทั้ง 9 ตัวของมันในการพาจรวดกลับลงมา แต่จะใช้เครื่องยนต์เพียง 1 หรือ 3 ตัวเท่านั้น ขึ้นอยู่กับความเร็วในตอนที่มันตกกลับลงมา

Hawthorne, CA บ้านของ SpaceX

เริ่มต้นจากโรงงานผลิตของ SpaceX ใน Hawthorne, California ที่ตั้งของสำนักงานใหญ่ SpaceX บนถนนที่ชื่อว่า 1 Rocket Road (ทำให้นึกถึง Apple ที่ตั้งชื่อถนนเข้าสู่สำนักงานเองเช่นกัน ว่า 1 Infinite loop) ชิ้นส่วนต่าง ๆ ของ Falcon 9 ถูกสร้างและประกอบขึ้นที่นี่ ต่างจากจรวดรุ่นอื่น ๆ ที่เรียกได้ว่าแต่ละส่วนนั้นเดินทางข้ามน้ำข้ามทะเลเพื่อมาประกอบกัน

การที่ SpaceX สามารถผลิตชิ้นส่วนและตัวโครงจรวดในที่เดียวกันได้ย่อมทำให้ลดค่าใช้จ่ายในการขนส่งลงไปได้มากแถมยังไม่รวมผลดีจากการที่ SpaceX สามารถควบคุมคุณภาพและตรวจสอบชิ้นส่วนต่าง ๆ ได้ด้วยตัวเองบนพื้นที่กว่าหนึ่งแสนตารางเมตรแห่งนี้

Falcon 9 นั้นเริ่มต้นจากท่อนอลูมิเนียมอัลลอยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.66 เมตร จำนวน 3 ส่วนคือ First Stage, Second Stage และ Interstage

สำหรับ First Stage นั้นจะเริ่มต้นตั้งแต่ส่วนท้ายสุดที่เป็นที่อยู่ของ OctaWeb ที่เป็นโครงสร้างที่ใช้ยึดตัวเครื่องยนต์ Merlin Engine ทั้ง 9 ตัวไว้ และมีส่วนที่เรียกว่า Dance Floor ปิดช่องว่างระหว่างเครื่องยนต์แต่ละตัว ส่วน First Stage และ Second Stage นั้นเป็นที่อยู่ของถังเชื้อเพลิง และถังออกซิเจนเหลวที่ถูกปรับความดันด้วยระบบฮีเลี่ยมแรงดันสูงในถังเล็ก ๆ ที่ชื่อว่า COPV – Composite Overwrap Pressure Vessels ถังนี้เป็นต้นเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดการระเบิด ในเดือนกันยายนปี 2016 ที่ผ่านมาเนื่องจากระบบปรับความดันที่ล้มเหลวทำให้ถังนี้ระเบิดออกทำให้ถังออกซิเจนเหลวและน้ำมันก๊าด Kerosene จำนวนมหาศาลถูกจุดประกายให้กลายเป็นลูกไฟขนาดยักษ์ หลังจากเหตุการณ์ในครั้งนั้น SpaceX ได้ทำการปรับปรุงระบบปรับความดันภายในถังออกซิเจนเหลวใหม่ทั้งหมด นอกจากในด้านของความปลอดภัยแล้ว ยังทำให้กระบวรการเติมเชื้อเพลิงเร็วขึ้นด้วย

Interstage อาจจะดูเหมือนเป็นเพียงท่ออลูมิเนียมอัลลอยที่เชื่อม First Stage และ Second Stage เข้าด้วยกัน แต่แท้จริงแล้วหน้าที่ของมันมีมากกว่านั้น มันยังเป็นที่อยู่ของอุปกรณ์อย่าง Grid Fins และชุด Pneumatic Pusher สำหรับดัน Second Stage ออกไปจาก First Stage ด้วยแรงดันอากาศอัด ต่างจากจรวดหลาย ๆ รุ่นที่ใช้เทคนิคแบบ Pyrotechnic fastener หรือการจุดระเบิดให้ First Stage และ Second Stage แยกออกจากกัน Pneumatic นั้นจะทำให้การแยกตัวนุ่มนวลและปลอดภัยกว่า

อุปกรณ์อย่าง Grid Fins และ Landing Legs หรือขาตั้งสำหรับลงจอดนั้นสามารถถอดและใส่ได้ ไม่จำเป็นต้องติดเข้ากับตัว Falcon 9 อยู่ตลอดเวลา แต่ก็เช่นเดียวกับอุปกรณ์ทุกอย่างทั้งหมดต้องสามารถถูกถอดออกและประกอบเข้าไปใหม่ได้ เนื่องจากในอนาคต Falcon 9 หนึ่งลำจะต้องถูกใช้งานซ้ำราวกับเครื่องบินโดยสาร การเปลี่ยนอะไหล่เพื่อบำรุงรักษาและตรวจสอบจะต้องสามารถทำได้โดยง่าย  เช่นเดียวกับการพ่นสีและวาดลวดลาย Falcon 9 จะถูกพ่นสีและทำลวดลายด้วยการเขียนคำว่า SpaceX รวมถึงสัญลักษณ์ต่าง ๆ และลายธงชาติสหรัฐอเมริกา ทั้งหมดจะถูกทำ ณ อาคารสำนักงานใหญ่ใน Hawthorne, California แห่งนี้

ฐานทดสอบจรวดห่างไกลผู้คน

ต้องเล่าให้ฟังก่อนว่า SpaceX ไม่สามารถทดสอบการทำงานของจรวด Falcon 9 หรือแม้กระทั่งการจุดเครื่องยนต์ใน Hawthorne, California นี้ได้เลย แต่จำเป็นต้องส่ง Falcon 9 ขึ้นรถบรรทุกไปยังสถานที่ทดสอบที่ห่างไกลผู้คนในฐานทดสอบที่ McGregor, Texas ที่ตั้งอยู่ท่ามกลางไร่นาห่างไกลจากผู้คนแต่ดันใกล้ชิดกับฝูงวัวเลี้ยงแถวนั้น แต่การทดสอบต่าง ๆ ก็ไม่ได้เป็นการรบกวนพวกวัวแต่อย่างใด แม้ว่าตอนที่ SpaceX ทดสอบจรวด มันอาจจะวิ่งหนีเพราะตกใจเสียงบ้างก็ตาม ยังไม่เคยมีอุบัติเหตุเหตุร้ายแรงเกิดขึ้น ณ ฐานทดสอบแห่งนี้ แต่ในปี 2014 ในขณะที่ SpaceX กำลังทดสอบจรวด Falcon 9R Development ซึ่งเป็นต้นแบบของ Falcon 9 รุ่นปัจจุบันที่สามารถกลับมาลงจอดเองได้ ได้เกิดความผิดพลาดทำให้ระบบ FTS  หรือ Flight Termination System ถูก activate ขึ้น จรวด Falcon 9R Development ระเบิดตัวเองกลางอากาศในขณะที่มันทดสอบลองตัวอยู่นิ่ง ๆ เหนือฐานทดสอบแห่งนี้ แต่หลังจากนั้นก็ไม่มีการทดสอบ Falcon 9R อีกเลย หลังจากที่ SpaceX คิดว่าทั้ง Falcon 9 และ Software ที่ใช้นั้นพร้อมสำหรับการนำมาใช้งานจริงแล้ว

ฐานทดสอบแห่งนี้สามารถทำได้ทุกอย่างตั้งแต่การทดสอบเครื่องยนต์ทีละตัว จนไปถึงการทำสิ่งที่เรียกว่า Static Fire หรือการติดเครื่องยนต์ไว้แต่มีโครงสร้างที่ดึงตัวจรวด Falcon 9 ไม่ให้พุ่งขึ้นไป การทำ Static Fire เป็นการทดสอบจรวดที่ใกล้เคียงกับการปล่อยจริงมากที่สุด แต่อาจจะทีระยะเวลาการเดินเครื่องยนต์ที่สั้นกว่าความเป็นจริง หรืออาจจะเท่ากับความเป็นจริงก็ได้ ถ้าเท่ากับความเป็นจริงเราจะเรียกว่า Full Duration Static Fire การทำ Static Fire นั้นอาจจะไม่จำเป็นต้องทำกับจรวดลำใหม่ เมื่อเดือนเมษายนที่ผ่านมา SpaceX ได้นำ Falcon 9 ลำเดียวกับที่เคยใช้ปล่อยดาวเทียม Thaicom 8 มาทำ Static Fire ณ ที่แห่งนี้เพื่อทดอบว่า Falcon 9 ลำนี้สามารถทำไปใช้งานต่อไปได้

ไม่จำเป็นว่า Falcon 9 ทุกลำจะต้องถูกส่งมาทดสอบที่นี่ แต่ถ้าจะทดสอบละก็ McGregor, Texas ดูเหมือนจะเป็นสถานที่แห่งเดียวที่พวกเขาจะสามารถ ทุบ ตี ระเบิด ทำเสียงโครมครามได้อย่างไม่ต้องเกรงอกเกรงใจชาวบ้านแถวนั้น ย้อนกลับไปที่ California หลังจาก Falcon 9 ถูกสร้างขึ้นมาเรียบร้อยแล้วมันจะถูกส่งไปยังฐานปล่อยโดยรถบรรทุก

ในการขนส่ง Falcon 9 นั้นจะไม่มีการปิดถนนแต่อย่างใด จะวิ่งไปบนถนนธรรมดาร่วมกับรถคันอื่น ๆ โดยมีเพียงรถนำขบวนและปิดท้ายขบวนเท่านั้น อย่างไรก็ตามเพื่อให้เป็นไปตามกฏหมาย SpaceX จำเป็นต้องปฏิบัติตามกฏจราจรของแต่ละรัฐที่เดินทางผ่านไปอย่างเคร่งคัด รวมถึงการติดป้าย Oversized Load ไว้ท้ายรถด้วยเนื่องจากน้ำหนักเกินกว่าที่กฏหมายกำหนดแต่เป็นการขอวิ่งในกรณีพิเศษ หลายครั้งที่เรามักจะเห็นคนถ่ายภาพ Falcon 9 ในขณะที่กำลังอยู่บนรถบรรทุกได้ หลายคนอาจจะไม่คิดว่ามันเป็นจรวดแต่เป็นท่อน้ำธรรมดา ๆ มีเพียงแค่ผู้ที่ชื่นชอบหรือติดตามข่าวสารเท่านั้นที่จะรู้ว่าสิ่งที่ถูกห่อหุ้มด้วยผ้าใบที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วบนรถบรรทุกนั้นคือจรวดที่ทันสมัยที่สุดในโลกที่กำลังเดินทางไปยังฐานปล่อยของมัน

สู่ฐานปล่อย

ปัจจุบัน SpaceX มีฐานปล่อยอยู่ 2 แห่งด้วยกันคือที่ Cape Caneveral ใน Florida และที่ Vandenberg Air Force Base ในแคลิฟอร์เนีย น่าเสียดายที่ SpaceX มี Landing Complex หรือฐานสำหรับการลงจอดจรวดอยู่ที่ Cape Caneveral ที่เดียวเท่านั้น สำหรับที่ Vandenberg จรวด Falcon 9 จะต้องลงจอดบน Droneship กลางทะเลเท่านั้น  ฐานปล่อยของ SpaceX นั้นล้วนแล้วแต่เป็นฐานปล่อยเก่าที่ SpaceX ทำการเช่าและเข้าไปติดตั้งอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่จะใช้ในการปล่อย โดยอุปกรณ์พวกนี้ก็จะมีคร่าว ๆ ดังนี้

  • โรงเก็บจรวด ที่เรียกว่า Hangar
  • สถานที่สำหรับพักดาวเทียมของลูกค้า และห้องรับรอง
  • อุปกรณ์ในส่วนของ Pad เช่น ถังออกซิเจนเหลว และเชื้อเพลิงสำหรับเติมจรวด ระบบท่อขนส่ง
  • ระบบท่อน้ำสำหรับฉีดในขณะทำการปล่อยเพื่อปกป้องฐานปล่อยจากคลื่นเสียงและการสั่นสะเทือน (เรียกว่า Sound Suppression Water)
  • ระบบ Hold-down clamp หรือตัวล็อกจรวดไว้กับฐาน
  • หอ Strong-back สำหรับยกตัวจรวดและประคองตัวจรวดไว้ ซึ่งจะมีระบบจ่ายไฟให้และเชื่อมข้อมูลให้กับจรวด

นอกจากอุปกรณ์เหล่านี้ ห่างออกไปจากฐานปล่อย SpaceX ยังจำเป็นต้องมีห้องสำหรับใช้เป็น Launch Control Center หรือ LCC ซึ่งภายในจะประกอบด้วยทีมที่รับผิดชอบหน้าที่เกี่ยวกับการปล่อยโดยตรงเช่น Launch Diractor หรือ Ground Control, Ground Software และส่วนอื่น ๆ ที่จะพูดถึงต่อไป ดังนั้นทีม LC หรือ Launch Control จะทำงานอยู่คนละที่กับ Mission Control ซึ่งจะเป็นห้องกระจกขนาดใหญ่อยู่ในสำนักงานใหญ่ที่แคลิฟอร์เนียซึ่ง Mission Control จะทำการดูภาพรวมของภารกิจ

หลายครั้งที่ Elon Musk เดินทางมาดูการปล่อยที่ Launch Control Center ด้วยตัวเอง เนื่องจากอยู่ใกล้กับ Landing Zone – 1 ที่ Falcon 9 จะทำการกลับมาลงจอดด้วยมากที่สุด

Cape Caneveral

ความพิเศษของ Cape Caneveral อยู่ตรงที่ SpaceX มีฐานปล่อยอยู่ที่นี่ถึง 2 ฐาน ได้แต่ Launch Complex ที่ 40 ฐานปล่อยที่แรกและที่เดียวของจรวด Falcon 9 ในช่วงแรกก่อนที่ SpaceX จะทำ Falcon 9 ระเบิดใส่ฐานไปเมื่อปี 2016 ทำให้มันต้องทำการปรับปรุงนานพอสมควรเลยทีเดียว แต่ไม่เป็นไร SpaceX มีฐานปล่อยอีกแห่งที่ยังสร้างไม่เสร็จในขณะนั้นคือ LC-39A อดีตฐานปล่อยของภารกิจสำคัญ ๆ อย่าง Apollo ที่พามนุษย์ไปดวงจันทร์ จนถึงช่วงยุคของกระสวยอวกาศ หลังจากที่ NASA ได้ยกเลิกการใช้งานกระสวยอวกาศฐานปล่อยแห่งนี้ก็ไม่ได้ถูกใช้งานอีกจน SpaceX เข้ามาเช่าและขอทำการปรับปรุงเพื่อให้เป็นฐานปล่อยของ Falcon 9 ปัจจุบันและ Falcon Heavy ในอนาคต ดังนั้นโครงสร้างต่าง ๆ เราจะยังเห็นว่ายังมีหอที่ไว้ใช้งานกับตัวกระสวยอวกาศอยู่ที่ทำการโค่นทิ้งไม่ทัน

โชคดีที่หอพวกนี้สร้างมาจากเหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงแม้จะฝุ่นจับไปหน่อยแต่ก็ไม่ต้องกังวลว่ามันจะโค่นลงมาทับ Falcon 9 แต่ถ้ามันจะโค่นลงมาทับก็คงเป็นความผิดของ SpaceX เองที่รีบมาใช้ในขณะที่ยังไม่ปรับปรุงเสร็จ 100% อย่างไรก็ตามถ้าจะให้รอนานกว่านี้ก็คงไม่ได้แล้ว เนื่องจาก LC40 ต้องใช้เวลาปีกว่าในการซ่อมแซมเลยทีเดียว หากรอก็อาจจะทำให้ SpaceX เสียลูกค้าและความน่าเชื่อถือไปมาก ปัจจุบัน SpaceX ได้ทุ่มเททีมงานทั้งหมดมาเพื่อดูแล LC-39A แทนที่จะไปซ่อม LC40 ดังนั้นคาดว่าอีกนานกว่า LC40 จะซ่อมเสร็จ

Vandenberg

ณ อีกฝากนึงของประเทศในฐานทัพอากาศ Vandenberg Air Force Base ริมชายฝั่งแปซิฟิก ด้วยบรรยากาศที่อยู่บนเนินเขาริมทะเล ทำให้มันกลายเป็นหนึ่งในฐานปล่อยที่สวยที่สุดของโลก แม้จะแพ้ Tanegashima Space Center ของญี่ปุ่นที่เป็นโขดหินริมทะเลอยู่ก็เถอะ ฐานปล่อยแห่งนี้อาจจะดูสวยแต่ปัญหาหลักที่พบก็คือเกิดไฟป่าค่อนข้างบ่อย United Launch Aliance ผู้ให้บริการปล่อยจรวดคู่แข่งตัวสำคัญของ SpaceX ที่มีฐานปล่อยอยู่ที่ Vandenberg แห่งนี้เช่นกัน ก็เคยประสบปัญหาต้องเลื่อนการปล่อยจรวดไปอย่างไม่มีกำหนดเนื่องจากไฟป่าได้ลุกลามเป็นวงกว้าง หรือถ้าไม่เกิดไฟป่า ฐานปล่อยแห่งนี้ก็จะถูกปกคลุมไปด้วยหมอก ทำให้ทัศนวิสัยแย่มาก แต่ก็ไม่ส่งผลต่อการทำงานของจรวดอย่างใดแม้มันจะสร้างความหนักใจให้ทีมภาคพื้นดินเล็กน้อย (มองไม่เห็น) แต่ด้วยเทคโนโลยีกล้องอินฟาเรด ทำให้เราสามารถมองเห็นจรวด Falocn 9 ภายใต้หมอกที่ปกคลุมได้อย่างชัดเจนพอสมควร

เนื่องจากฐานปล่อยแห่งนี้อยู่ชายฝั่งตะวันตกติดกับทะเล ทางด้านตะวันออกก็เป็นแผ่นดิน แต่แน่นอนว่าเราจะไม่ปล่อยจรวดไปทางแผ่นดินเนื่องจากเหตุผลด้านความปลอดภัย ฐานปล่อยแห่งนี้จึงสามารถปล่อยดาวเทียมที่มีวงโคจรแบบ Polar Orbit หรือโคจรจากเหนือลงใต้เท่านั้น เท่ากับว่าเวลาเราปล่อยเราจะต้องให้ Falcon 9 บินโค้งลงไปทางใต้แทนที่จะเป็นด้านตะวันออกที่เป็นแผ่นดิน นั่นทำให้ Falcon 9 ต้องทำการลงจอดบน DroneShip กลางมหาสมุทร

ย้อนกลับไปที่ Cape Canaveral อีกครั้ง เนื่องจากฐานปล่อยทีนี่มีบทบาทมากกว่า และการปล่อยส่วนมากก็จะเกิดขึ้นที่นี่ หลังจากที่ลูกค้าได้ทำการส่งดาวเทียมาไว้ในห้องรับรองของ SpaceX ไม่ว่าจะเป็นการส่งทางเรือ, รถ, เครืองบิน หรืออะไรก็ตาม มันจะถูกเก็บไว้ในห้อง Clean Room ที่เป็นส่วนของ Payload Integration Center  โดยดาวเทียมจะถูกนำขึ่นไปติดตั้งบน Payload Adapter ที่จะถูกนำขึ้นไปติดบนส่วนบนของ Falcon 9 อีกที

ต่อดาวเทียมเข้ากับ Adapter

Payload Adapter เป็นอุปกรณ์ทรงกรวยฐานกว้าง สูง 1 เมตร ในการออกแบบจะมีมาตรฐานการเชื่อมต่อที่ทาง SpaceX จะต้องคุยกับผู้ผลิตดาวเทียมอีกทีว่าใช้ Payload Interface Ring เส้นผ่านศูนย์กลางเท่าไหร่ ซึ่งมาตรฐานของ Falcon 9 จะใช้ PIR ที่เส้นผ่านศูนย์กลาง 62 นิ้ว หรือ 157 เซนติเมตร ส่วนนี้จะมีระบบล็อกที่แข็งแรงมาก เนื่องจากมันจะต้องสามารถประคองตัวดาวเทียมไม่ให้ล้มลงในขณะที่เอียงได้ (ดาวเทียมจะถูกติดตั้งกับ Falcon 9 ในแนวนอน เนื่องจาก SpaceX ไม่มีอาคารหลังคาสูง) แม้ว่าดาวเทียมจะหนักหลายตันหรือหลายสิบตันก็ตาม มันจะถูกล็อกกับตัวจรวดด้วย  Payload Interface Ring บนเส้นรอบวง 5 เมตรเท่านั้น นับว่าอุปกรณ์ล็อกต้องแข็งแรงมาก

ก่อนปล่อยดาวเทียมจะมีการเชื่อมต่อแบบ Electrical Ground Support Equipment (EGSE) ในการจ่ายไฟและเชื่อมต่อข้อมูลเพื่อบอกสถานะของดาวเทียมก่อนทำการปล่อย โดย SpaceX มี connector แบบ  37 pin และ 61 pin ให้เลือกใช้ ขึ้นอยู่ว่าทางวิศวกรฝั่งลูกค้าออกแบบ Interface สำหรับการเชื่อมต่อมาแบบไหน

หลังจากที่ตัวดาวเทียมถูกเชื่อมต่อเข้ากับ Payload Adapter เรียบร้อยมันจะถูกครอบด้วย Payload Faring ซึ่งเป็นฝาครอบ 2 อัน โดยฝาครอบนี้มีความสูงอยู่ที่ 11 เมตร และกว้าง 4.6 เมตร ทำให้มันสามารถยัดรถเมล์จำนวน 1 คันเข้าไปได้แบบสบาย ๆ แม้ว่าดาวเทียม 1 ดวงอาจจะไม่มีความสูงถึง 11 เมตร แต่ก็มีลูกค้าบางพวกที่ต้องการสร้างความยากลำบากให้กับ SpaceX ด้วยการหารค่าปล่อยกันแล้วซ้อนดาวเทียมจำนวน 2 ดวง เข้าไปใน Payload Fairing อันเดียว แต่ SpaceX ก็ไม่ได้ว่าอะไร แถมยังทำการปล่อยให้แบบสบาย ๆ ไม่มีปัญหา (ลูกค้าดังกล่าวคือ EUTEL และ EBS)

ฝาครอบหรือ Payload Fairing นี้จะถูกดีดออกเมื่อมันเดินทางถึงอวกาศ อาจจะเป็นอุปกรณ์ที่ดูโง่ ๆ ที่สุดแล้ว แต่ฝาข้างนึงนั้นมีมูลค่าถึง 9 ล้านบาท สองข้างรวมกันก็ 18 ล้านบาท มีโครงสร้างด้านในเป็น Carbon Fiber ผิวเป็นอลูมิเนียมขัดเงา แน่นอนว่าฝาปล่อยนี้ถูกดีดออกด้วยระบบ pneumatic เช่นเดียวกับการแยกตัวระหว่าง First Stage และ Second Stage ทำให้มันนิ่มนวลมาก ๆ และปลอดภัยต่อดาวเทียมสุด ๆ

หลังจากที่ดาวเทียมถูกติดตั้งลงบน Payload Adapter และครอบด้วย Payload Fairing ก็ถึงเวลาที่มันจะเดินทางมาพบกับ Falcon 9 ซักที มันจะถูกส่งมายังโรงเก็บ Falcon 9 และเชื่อมเข้ากับส่วนหัวของ Second Stage แต่ยังก่อน SpaceX มีขั้นตอนอีกขั้นตอนนึงที่มันจะต้องทำก่อนที่จะเชื่อมต่อกับดาวเทียม นั่นคือการทำ Static Fire

Static Fire

การทำ Static Fire เป็นการทดสอบเครื่องยนต์ Merline Engine ทั้ง 9 ตัวของ Falcon 9 ก่อนที่มันจะทำการปล่อยจริง โดยปกติแล้วการทำ Static Fire จะเกิดขึ้นประมาณ 6-7 วันก่อนการปล่อย โดย Falcon 9 จะยังไม่ถูกติดตั้ง Payload ซึ่งเป็นข้อกำหนดใหม่ของ SpaceX เพราะเดิมทีนั้น SpaceX จะทำ Static Fire หลังจากที่มันติดตั้งดาวเทียมเรียบร้อยแล้ว ซึ่งมีความเสี่ยงหากเกิดข้อผิดพลาดขึ้น เช่นในครั้งก่อนที่ SpaceX ทำดาวเทียม Amos-6 ระเบิดไปพร้อมกับ Falcon 9 แถมยังโดน Mark Zuckerberg ด่าออกสื่ออีก ทำให้ SpaceX ต้องเปลี่ยนช่วงเวลาการทำ Static Fire เป็นก่อนที่จะติดตั้งตัวดาวเทียมหรือ Payload หากเกิดอะไรขึ้นดาวเทียมของลูกค้าจะได้ไม่เสียหาย

การทำ Static Fire มี 2 แบบ คือแบบ Full Duration และแบบ Not Full Duration ซึ่งชื่อของมันก็บอกอยู่แล้ว สำหรับ Full Duration จะเดินเครื่องยนต์เป็นเวลาประมาณ 400 วินาที เผาไหม้น้ำมันและออกซิเจนเหลวไปจนเกือบจะหมดถัง ส่วนแบบ Not Full Duration นั้นก็แล้วแต่ว่าทางวิศวกรมีตัวแปรในการทดสอบอย่างไรบ้าง และต้องการออกแบบการทดสอบอย่างไร บางครั้ง Static Fire อาจทำเพียงแค่ 10-20 วินาทีเท่านั้น

เคยมีครั้งนึงที่  SpaceX ทำ Static Fire แล้วดันไปทำไฟไหม้ป่าแถวฐานปล่อย ทำให้หน่วยดับเพลิงต้องรีบไปดับไฟก่อนที่มันจะไปไหม้อะไรอย่างอื่นเข้า แต่ SpaceX ก็ไม่ได้แคร์อะไรทำภารกิจการปล่อยต่อไป (ฮา)

เมื่อทำ Static Fire เสร็จแล้ว Falcon 9 จะถูกส่งกลับมาที่โรงเก็บอีกครั้งเพื่อติดตั้งตัวดาวเทียมและนำมันส่งไปยังฐานปล่อยอีกครั้งบน Strongback เคลื่อนที่ขนาดใหญ่ที่มีไฮรดรอลิกพลังสูงอยู่ที่ฐานทำให้มันสามารถยกจรวดหนักกว่า 500 ตันนี้ตั้งขึ้นได้อย่างสบาย ๆ

ณ วันทำการปล่อย

ทีมต่าง ๆ จะทำการตรวจสอบความเรียบร้อยของฐานปล่อยในขณะที่รอการพยากรณ์สภาพอากาศ ณ วันปล่อยจาก 45th Space Wing กองทัพอากาศสหรัฐ ซึ่งจะออกพยากรณ์อากาศและโอกาสสำหรับทำการปล่อยมาให้ นอกจากนี้ 45th Space Wing ยังมีหน้าที่คอยควบคุม Range หรือระยะสำหรับทำการปล่อยด้วยการสั่งปิดน่านฟ้าและน่านน้ำไม่ให้มีอากาศยานหรือเรือล่วงล้ำเข้ามาในเขตนี้ โดยทางกองทัพจะประกาศล่วงหน้าให้ได้ทราบกัน เราจะเรียกช่วงเวลาปิดน่านฟ้าและน่านน้ำว่า Launch Window ซึ่งจะต้องกำหนดอย่างชัดเจน แต่การกำหนด Launch Window นั้นก็ขึ้นอยู่กับปัจจัยอีกหลายอย่าง เช่น วงโคจรของดาวเทียมที่จะปล่อยเป็นแบบไหน ซึ่งก็ต้องมีการพูดคุยถึงความเป็นไปได้ในการเลือกช่วงเวลากับทางกองทัพอีกที โดยทางกองทัพหลังจากที่ได้ตกลงกันแล้วจะทำหน้าที่ดูแลน่านฟ้าและน่านน้ำให้จนถึงช่วงปล่อยเสร็จสมบูรณ์

เมื่อวันปล่อยมาถึงเจ้าหน้าที่ทุกฝ่ายจะต้องประจำสถานีของตัวเองก่อนเวลาปล่อยประมาณ​ 40 นาที เพื่อทำ Launch Poll หรือการขานตอบของเจ้าหน้าที่แต่ละสถานี  โดยการทำ Poll จะดำเนินการโดย LC หรือ Launch Control ซึ่งมีผู้บัญชาการสูงสุดคือ LD หรือ launch Diractor

“เรียนทุกฝ่ายช่องวิทยุควบคุมการปล่อยที่หนึ่ง ข้าพเจ้าเจ้าหน้าที่ควบคุมการปล่อย ประกาศถึงทุกสถานี ขอทำการขานตอบความพร้อมภารกิจ “ จากนั้นจะเริ่มขานชื่อสถานีต่าง ๆ โดยหากพร้อมจะต้องทำการพูดว่า “พร้อม”

  • VC -Vehicle Control ทีมดูแลควบคุมตัว Falcon 9
  • GC – Ground Control ดูแลควบคุมระบบ Facilities ของ Launch Complex หรือฐานปล่อย
  • GS – Ground Software ทีมดูแล software สำหรับควบคุม ทำงานร่วมกับ GC
  • FS – Flight Software ทีมดูแล software สำหรับควบคุม Falcon 9 ทำงานกับ VC
  • Prop – Propulsion ดูแลด้านระบบเชื้อเพลิง การทำ engine chill และการถ่ายน้ำมัน
  • Avi– Avionics ดูแลด้าน อุปกรณ์ไฟฟ้าเกี่ยวกับการบิน
  • GNC – Guidance Navigation Control ระบบทิศทาง, trajectory, ทิศทางการบิน
  • GS – Ground System ดูแลระบบการทำงานของ Launch Pad
  • Range – Range Coordinator ให้สัญญาณว่า Range Green หรือไม่ ทำงานกับ USAF
  • Recovery – ทีมดูแล Falcon 9 หลังลงจอด เมื่อลงจอด Recovery Team จะย้ายไปคุยกันที่วิทยุอีกช่องหนึ่งตางหาก
  • FTS – Flight Termination System ดูแลความปลอดภัยเมื่อเกิดปัญหา ไม่ว่าจะเป็นการทำ abort, force engine cut-off หรือแม้กระทั่งระบบทำลายตัวเอง เมื่อเกิดความผิดพลาดเพื่อความปลอดภัย
  • OSM – Operations Safety Manager ดูแลด้านความปลอดภัย
  • ROC – Range Operations Coordinator ทีมดูแล Range คือสามารถวิทยุไปหาหน่วยงานมาช่วยเหลือได้ เมื่อเกิดปัญหากับ Range
  • Mission Manager – ผู้จัดการภารกิจ
  • CE – Chief Engineer – ทีมวิศวกรที่จะคอยดูแล monitor Falcon 9
  • LD – Launch Director หัวหน้าใหญ่ที่คอยดูแลภารกิจภาพรวม มีอำนาจสั่ง verify go for launch

เมื่อทุกสถานีทำการขานตอบเรียบร้อยแล้ว ทุกสถานีอยู่ในสภาพพร้อม เจ้าหน้าที่จะทำการเรียกขอไปยัง Launch Director ด้วยคำสั่ง “ขอคำสั่งนับถอยหลังสู่การปล่อย” จะให้คำสั่ง “เดินเวลานับถอยหลังสู่การปล่อย” เป็นการเริ่มต้นการเติมน้ำมัน และ Liquid Oxygen ให้กับ Falcon 9

ประมาณ 35 นาทีก่อนปล่อยน้ำมันก๊าดเคโรซีนแบบ RP-1 ณ อุณหภูมิ −7 องศาเซลเซียส จะถูกเติมเข้าไปในถังของ Falcon 9 จนเต็ม ก่อนที่ออกซิไดเซอร์ คือออกซิเจนเหลวที่อุณหภูมิเย็นสุดขั้วถึง – 206 องศาเซลเซียส จะถูกเติมเข้าไป เหตุผลที่ SpaceX ต้องเติมเชื้อเพลิงที่เย็นขนาดนี้ก็เพราะว่ายิ่งโมเลกุลของสารได้รับความเย็นมากเท่าไหร่ มันก็จะยิ่งหดตัวและอัดเข้ากันแน่นขึ้นเท่านั้น ทำให้เราสามารถเพิ่มความดันในถังส่งผลให้เราสามารถอัดเชื้อเพลิงจำนวนมากเข้าไปในถังขนาดเท่าเดิมได้

10 นาทีก่อนการปล่อยการเติมเชื้อเพลิงทุกอย่างจะต้องเสร็จสิ้น การปล่อยจะต้องเกิดขึ้นไม่เช่นนั้นหลังจากนี้หากเกิดปัญหาขึ้นและต้องเลื่อนการปล่อยเจ้าหน้าที่จะต้องทำการถ่ายน้ำมันและออกซิไดเซอร์ออกจาก Falcon 9 ทั้งหมด

2 นาทีก่อนการปล่อยกองทัพอากาศสหรัฐจะทำการเช็คน่านฟ้าและน่านน้ำว่าไม่มีอากาศยานหรือเรือเข้ามาในเขตหวงห้ามเคยมีกรณีมีเรือหลงเข้ามาในเขตหวงห้ามจนต้องเลื่อนการปล่อยออกไปมาแล้ว กรณีนี้กองทัพจะต้องส่งเรือยามฝั่งออกไปไล่อย่างเร็วที่สุด

1 นาที 30 วินาทีก่อนการปล่อย เจ้าหน้าที่ Launch Director จะให้คำสั่ง “พร้อมสำหรับการปล่อย” เป็นการเสร็จสิ้นกระบวรการก่อนการปล่อยทั้งหมด 30 วินาทีต่อจากนี้ Falcon 9 จะทำงานด้วยระบบคอมพิวเตอร์ มันจะรันโปรแกรม prelaunch checks เพื่อตรวจสอบความเรียบร้อยของทั้ง software และ hardware ก่อนทำการปล่อย ในขณะที่ในส่วนของระบบเชื้อเพลิงจะเริ่มปรับความดันสำหรับการสูบฉีดน้ำมันเข้าสู่ห้องเผาไหม้

10 วินาทีก่อนทำการปล่อยจะมีการฉีดน้ำลงมาที่ฐานปล่อยเพื่อปกป้องฐานปล่อยจากคลื่นเสียงที่จะเกิดขึ้นขณะทำการปล่อย

3 วินาทีก่อนทำการปล่อยคอมพิวเตอร์บนเครื่องจะสั่ง Engine Controller ให้เริ่มต้น ignition sequence หรือกระบวนการจุดเครื่องยนต์ ซึ่ง Falcon 9 จะปล่อยสารที่ชื่อว่า  Triethylaluminium-Triethylborane ออกมาให้เกิดปฏิกริยากับออกซิเจนในอากาศก่อให้เกิดประกายไฟขึ้นเป็นการจุดเครื่องยนต์ก่อนที่น้ำมัน RP-1 กับ Liquid Oxygen จะรับช่วงในการเผาไหม้ต่อ ในวินาทีที่ 0 ของการปล่อย Falcon 9 จะบินขึ้นในที่สุด

Falcon 9 บินขึ้นแล้ว

ไม่กี่วินาทีหลังจาก Falcon 9 บินขึ้นไปแล้วเจ้าหน้าที่ LC จะสั่งให้ทีม GC หรือ Ground Control ทำการเข้าไปดูแลฐานปล่อยต่อด้วยการตรวจสอบว่ามีอุปกรณ์ส่วนใดเสียหายบ้าง หรือมีข้อผิดพลาดใดที่เกิดขึ้นหรือไม่ โดยดีม GC จะทำการย้ายช่องวิทยุไปคุยกันเองในอีกช่องความถี่นึง

Falcon 9 จะบินสูงขึ้นเรื่อย ๆ จนไปถึงช่วง Max-Q หรือ Maximum Dynamic Pressure เป็นช่วงที่ Falcon 9 จะต้องทนแรงกดดันเยอะที่สุดถ้าจะเกิดข้อผิดพลาดขึ้นก็น่าจะเกิดขึ้นช่วงนี้ หลายฝ่ายจะลุ้นกันเป็นพิเศษ เมื่อผ่านช่วงนี้ไปได้ทุกคนก็ต่างโล่งใจเพราะขั้นตอนต่อไปคือการดับเครื่องยนต์ของ First Stage หรือ Main Engine Cutted Off (MECO) หลังจาก MECO แล้ว Stage ที่ 1 และ Stage ที่ 2 จะแยกตัวออกจากกัน Second Stage จะทำการรับช่วงในการส่งต่อ ไม่กี่วินาทีหลังจากการแยกตัวฝาครอบหรือ Payload Faring ก็จะถูกดีดออกเช่นกันเพื่อลดน้ำหนักที่ Second Stage จะต้องทำการพาขึ้นสู่วงโคจร

การลงจอด

ทันทีที่ First Stage แยกตัวออก มันจะเข้าสู่โปรแกรมการกลับมาลงจอด (ที่ฐานลงจอดหรือ DroneShip กลางทะเลก็แล้วแต่) มันทำการ Flip ตัว ด้วยแรงผลักจาก Cold Gas Thruster ซึ่งจะยิงก๊าซแรงดันสูงไปในทิศทางตรงกันข้ามกับที่เราต้องการจะหมุน Falcon 9 เพื่อให้เกิดแรงปฏิกริยาผลัก Falcon 9 ไปในทางทรงกันข้าม หลังจากที่ทำการ Flip มายังองศาที่ถูกต้องแล้ว Falcon 9 ทำสิ่งที่เรียกว่า BoostBack Burn เป็นการจุดเครื่องยนต์เพื่อลดความเร็วของ Falcon 9 ลง และเปลี่ยนวิถีตกของ Falcon 9 ให้ตรงกับจุดที่ต้องการลงจอด โดยการ BoostBack Burn นี้จะเกิดขึ้นในเวลาเพียงไม่กี่วินาที หลังจากที่สำเร็จ Falcon 9 จะเดินทางตามวิถีของมันไปยังจุดลงจอด

ในกรณีที่เป็นการลงจอดบน DroneShip เราจะได้ยินเจ้าหน้าที่รายงานว่า DroneShip AOS หรือ Aquiring Of Signal เป็นการบอกว่า  มีการพูดคุยกันระหว่าง Falcon 9 กับ DroneShip เรียบร้อยแล้ว ทำให้เรารู้ว่า Falcon 9 นั้นตามนำแหน่ง Relative GPS ไปยัง Droneship ซึ่งอยู่ที่ Abslute GPS ซึ่งจะควบคุมตัวเองไม่ให้ลอยไปไหนด้วยเครื่องยนต์บนเรือ 4 ตัว (Relative GPS – หรือ Differential Positioning เป็นการหาตำแหน่งร่วมกันของ Falcon 9 และ DroneShip (ในกรณีของ DroneShip จะรู้ตำแหน่งของตัวเองจาก Absolute GPS) แล้วทั่งคู่ต้องทำการเปรียบเทียบข้อมูลจากดาวเทียมกลุ่มเดียวกัน ชุดเดียวกัน เพื่อให้ได้ตำแหน่งที่แม่นยำที่สุดสำหรับ Falcon 9 ตามทฤษฏีแล้วจะแม่นยำในระดับ 1 เมตร)

ต่อไปคือการทำ Entry Burn เมื่อ Falcon 9 เริ่มสัมผัสกับชั้นบรรยากาศ เครื่องยนต์จะถูกจุดขึ้นอีกครั้งและเป่าไล่พวกอนุภาคจากชั้นบรรยากาศไม่ให้อัดกลับเข้าไปในเครื่องยนต์ของ Falcon 9 ในช่วงนี้ Grid Fins จะถูกกางออกเรียบร้อยแล้ว และทำการปรับทิศทางช่วยไปด้วย ปัจจุบัน SpaceX ได้เปลี่ยน Grid Fins แบบเดิมที่ใช้วัสดุเป็นอลูมิเนียม มาเป็นแบบไทเทเนียมสีดำ ซึ่งมีความแข็งแรงทนทานสูงมากและไม่ละลายเมื่อต้องเสียดสีกับชั้นบรรยกาศอย่างรุนแรง ทำให้ประหยัดค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยน Grid Fins ใหม่ทุกครั้งเมื่อมีการนำ Falcon 9 กลับมาใช้งาน

เมื่อ Entry Burn สำเร็จ Falcon 9 จะผ่านชั้นบรรยากาศที่ความหนาแน่นสูงขึ้นเรื่อย ๆ Grid Fins จะทำงานด้วยการใช้ช่องระหว่าง Fins นั้นให้อากาศไหลผ่านและตัว Fins จะหมุนปรับทิศทางการตกของ Falcon 9 ขั้นตอนสุดท้ายคือการทำ Landing Burn เพื่อลงจอด Falcon 9 จะจุดเครื่องยนต์อีกครั้งและเป็นครั้งสุดท้ายเพื่อลงจอดซึ่งจะเกิดขึ้นเพียงไม่กี่วินาทีตอนลงจอด

ความแม่นยำของการลงจอด Falcon 9 นั้นจะต้องอยู่ที่ 99% หรือแทบจะไม่มีข้อผิดพลาดเลย ความแม่นยำนั้นสำหรับการลงจอดบน DroneShip จะต้องอยู่ในระยะ 10 เมตร และการลงจอดที่ Landing Zone 1 จะต้องไม่เกินกว่า 30 เมตร อย่างไรก็ตามการลงจอดทุกครั้งของ Falcon 9 ช่วงหลัง ๆ จัดว่าแม่นยำในระดับลงตรงกลางอักษร X พอดี นั่นหมายถึง Dead Center

ส่งทีมเก็บกู้ไปยัง Falcon 9

หลังจากที่ Falcon 9 ได้ทำการลงจอดเรียบร้อยแล้วเราจะได้ยินเจ้าหน้าที่ให้คำสั่งยืนยันการลงจอดของ Falcon 9 ทางวิทยุช่องหลัง ก่อนที่จะบอกให้ทีมเก็บกู้เดินทางไปยังจุดลงจอดและพูดคุยผ่านคลื่นวิทยุอีกช่องหนึ่งสำหรับทีมเก็บกู้โดยเฉพาะ ในระหว่างนี้ Second Stage ก็จะพาดาวเทียมไปยังวงโคจรที่ออกแบบไว้

ในกรณีที่เป็นการลงจอดบน Landing Zone 1 นั้นการเก็บกู้จะทำได้ง่ายมาก ๆ ด้วยการเอารถเครนไปจับ Falcon 9 ที่ตั้งอยู่ให้นอนลงบนรถบรรทุกและนำเข้าไปยังโรงเก็บ แต่สำหรับการลงจอดบน DroneShip นั้นยากมาก ทีมเก็บกู้จะต้องนั่งเรือไปประกอบด้วยเรือถึง 3 ลำ คือ Go Quest, Go Searcher และเรือลากจูงอีก 1 ลำเพื่อไปลาก DroneShip กลับมา ทันทีที่ไปถึงเจ้าหน้าที่จะต้องทำการล็อกขาของ Falcon 9 ไว้กับดาดฟ้าของ DroneShip ด้วยโซ่ที่เรียกว่า Steel Shoes

แต่ปัจจุบัน SpaceX ได้มีหุ่นยนต์สำหรับทำหน้าที่ในส่วนนี้ เจ้าหุ่นยนต์ตัวนี้จะออกมาจากโรงเก็บที่อยู่บนดาดฟ้าของเรือและมาล็อกขาของ Falcon 9 ไว้กับ DroneShip นับว่ามีประโยชน์มาก และปลอดภัยกว่าการที่จะให้ทีมเก็บกู้เข้าไปทำเอง เพราะหากคลื่นลมแรงอาจเกิดอุบัติเหตุ Falcon 9 ล้มใส่ทีมเก็บกู้ได้

เมื่อ Falcon 9 ถูกล็อกเข้ากับดาดฟ้าเรืออย่างปลอดภัยแล้วเรือลากจูงจะลาก DroneShip เข้าสู่ท่าเรือก่อนที่จะใช้เครนของท่าเรือยก Falcon 9 ขึ้น ถอดขาตั้งออกและจับมันนอนลงบนรถบรรทุกเพื่อขนไปยังโรงเก็บต่อไป

ในการเลือก Falcon 9 กลับมาใช้งานใหม่นั้นวิศวกรจะต้องทำการตรวจสอบการทำงานของอุปกรณ์ต่าง ๆ ว่าเกิดความเสียหายมากน้อยแค่ไหน และอาจต้องมีการส่งไปทดสอบ Static Fire ก่อนทำการปล่อยอีกครั้ง แน่ในอนาคต  SpaceX ยืนยันว่า Falcon 9 จะต้องพร้อมสำหรับการทำการปล่อยครั้งต่อไปในเวลาไม่ถึง 24 ชั่วโมง เรียกได้ว่าลงมาแล้วเติมเชื้อเพลิงแล้วสามารถขึ้นบินต่อได้ทันที

 

อ้างอิง

SpaceX, Spaceflight Insider