FutureTalks: ปล่อยดาวเทียมใช้เงินแค่ 30 ล้านบาท นักบินอวกาศกักตัวทำไม และไฟฟ้าบนดาวอังคาร
FutureTalks: ปล่อยดาวเทียมใช้เงินแค่ 30 ล้านบาท นักบินอวกาศกักตัวทำไม และไฟฟ้าบนดาวอังคาร

Chottiwatt Jittprasong

FutureTalks: ปล่อยดาวเทียมใช้เงินแค่ 30 ล้านบาท นักบินอวกาศกักตัวทำไม และไฟฟ้าบนดาวอังคาร

Advertorial

April 29, 2020

ในอนาคตอันใกล้นี้ เรามีโอกาสจะได้เห็นมนุษย์กลับไปบนดวงจันทร์อีกครั้งผ่านโครงการ Artemis หรือแม้แต่ ก้าวแรกของมนุษย์บนดาวเคราะห์สีแดงเพื่อนบ้านเราอย่างดาวอังคาร แต่ก้าวอันยิ่งใหญ่ครั้งนี้ของมนุษยชาติมันจะไม่ได้ส่งผลกระทบเพียงแค่ในวงเล็ก ๆ เท่านั้น การศึกษาวิจัยองค์ความรู้และเทคโนโลยีต่าง ๆ ที่ผ่านมาตั้งแต่ในอดีตเพื่อเข้ามาช่วยทำให้ความฝันอันนี้เป็นจริงนี่แหละที่จะเป็นตัวพลิกเกมของจริงที่จะเข้ามามีบทบาทต่อมนุษย์ในอนาคต

FutureTales Lab ภายใต้ MQDC เดินหน้าหาพันธมิตรที่เข้าใจและศึกษาเก็บข้อมูลเกี่ยวกับการเดินทางและการดำรงชีวิตบนอวกาศทั้งไทยและต่างประเทศ

FutureTales Lab ในฐานะหน่วยงานศูนย์วิจัยที่ศึกษาความเป็นไปได้ที่จะเกิดขึ้นในอนาคตและแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงของสังคมมนุษย์ เพื่อพัฒนาความเป็นอยู่ที่ดีขึ้น จึงได้ร่วมมือกับ Spaceth.co ในการวิเคราะห์ข้อมูลการสำรวจอวกาศ เทคโนโลยีต่าง ๆ เพื่อวิเคราะห์ถึงความเป็นไปได้ในอนาคตตามที่ได้กล่าวมาในข้างต้น

รวมบทความในซีรีส์ FutureTalks
1. ในอวกาศมนุษย์จะกลายพันธ์ุไหม หายใจอย่างไร ปลูกพืชได้ไหม
2. เราเมาอวกาศได้ไหม เหมืองบนดาวอังคาร วัสดุกันรังสีอวกาศ
3. การกักตัวนักบินอวกาศ Private Space Company ระบบนำทางอวกาศ
4. การทดลองในอวกาศที่ถูกลง ขยะบน ISS การตรวจจับดินไหว การขุดดินบนดวงจันทร์ และ NASA กับ COVID-19

ทำไม NASA ถึงเลือกที่จะทำสัญญากับ Private Space Company ในการส่งยานให้แทนที่จะสร้างเอง

ในปี 2006 NASA ได้ประกาศโครงการใหม่ขึ้นมาชื่อ Commercial Orbital Transportation Service (COTS) ซึ่งเป็นโครงการที่ไม่เหมือนโครงการไหน ๆ ที่ NASA เคยทำมาก่อน เป็นการให้เอกชนสร้างจรวด (ซึ่งจริง ๆ ก็มีมาตั้งแต่สมัย Space Race อย่าง สเตจ S-IC ของ Saturn V ก็สร้างโดย Boeing ไม่ใช่ NASA โดยตรง) แต่ที่ใหม่คือจรวดที่สร้างขึ้นมาจะเป็นกรรมสิทธิของบริษัทที่ผลิต ไม่ใช่ของ NASA และบริษัทนั้น ๆ และสามารถนำมันไปใช้ในธุรกิจกับภาคเอกชนอื่น ๆ ได้ด้วยตัวเอง

โครงการ COTS เกิดขึ้นมาเพื่อกระตุ้นให้บริษัทเอกชนทำการสร้างจรวดโดย NASA จะ provide resource หลาย ๆ อย่างให้ ซึ่งได้ให้งบสนับสนุนกับ SpaceX และ Rocketplane Kistler ก่อนที่ Rocketplane Kistler จะไม่สามารถทำตามเงื่อนไขได้เลยโดนยกเลิกการสนับสนุนไป

โลโก้โครงการ COTS – ที่มา NASA

โครงการ COTS เปรียบเสมือนโครงการนำร่องที่จะพัฒนาไปสู่โครงการกับเอกชนที่ท้าทายกว่าต่อ ๆ ไป จนกระทั่งเมื่อปี 2008 NASA ได้ประกาศโครงการ Commercial Resupply Service (CRS) ที่ได้ทำสัญญากับบริษัทเอกชนให้ในการส่ง Payload ขึ้นไปยังสถานีอวกาศนานาชาติ (กับ SpaceX และ Orbital Science) ได้มีการต่อสัญญาเพิ่ม flight กับทั้งสองเจ้า ก่อนที่จะมี phase 2 (CRS-2) ต่อโดยยังทำสัญญากับทั้งสองบริษัทเหมือนเดิม และเพิ่มสัญญากับ Sierra Nirvada อีกที่

ยาน Dream Chaser ของ Sierra Nirvada ที่น่าจะถูกใช้ใน CRS-2 โดยจะมีไฟลท์แรกในปี 2021

ได้มีโครงการที่ทำสัญญาเกิดขึ้นอีกบางรายการอย่าง Commercial Lunar Packages Service (CLPS) ที่มีเป้าหมายส่งของต่าง ๆ ไปยังดวงจันทร์เพื่อรองรับการมาของโครงการ Artemis หรือ Commercial Crew Program เพื่อส่งนักบินอวกาศไปยังสถานีอวกาศนานาชาติ ซึ่งไฟล์แรก (จริง ๆ ที่ไม่ใช่ทดลอง) ของโครงการจะเกิดขึ้นในเดือนพฤษภาคมที่จะถึงนี้ ในชื่อ SpaceX Demo-2 (Demo-1 เป็นการทดลองยานซึ่งก็สำเร็จลุล่วงไปเมื่อเดือนมีนาคมที่ผ่านมา) ส่งคุณ Robert L. Behnken และคุณ Douglas G. Hurley ไปกับยาน Dragon 2 บนจรวด Falcon 9 ไปยังสถานีอวกาศนานาชาติจาก Launch Complex 39A ที่แหลมแคนาเวอรัล สหรัฐอเมริกา

Spacesuit และยาน Dragon 2 ที่ SpaceX จะใช้ในโครงการ Commercial Crew Program – ที่มา SpaceX

การเติบโตของวงการ (และธุรกิจ) อวกาศ

ดังที่เว็บไซต์ของเราได้เคยกล่าวมาในหลาย ๆ รอบถึงเรื่องความสัมพันธ์ของ Private Space Company และการ Cost ของกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับอวกาศ: งานเขียนเรื่อง Fast Space: Leveraging Ultra Low-Cost Space Access for 21st Century Challenges จาก Air University ได้พูดถึงเรื่องการลดต้นทุนของการปล่อยยานขึ้นอวกาศไว้ว่า

“อเมริกาพิสูจน์แล้วจากประวัติศาสตร์ที่ผ่านมาว่า อุตสาหกรรมภาคเอกชนมีความเหมาะสมที่กระตุ้นให้เกิดสภาวะของการแข่งขันสูง ที่ประสบความสำเร็จในการลดต้นทุนเป็นอย่างมาก”

หลายคนอาจจะถามว่าแล้ว statement อันนี้หล่ะ มีอะไรที่มารองรับหรือพิสูจน์ได้รึเปล่า? วันนี้เราก็เลย Project นึงที่น่าสนใจมาก ๆ ของ SpaceX มาเล่าสู่กันฟัง ซึ่งโครงการนี้มีชื่อว่า “SpaceX’s Smallsat Rideshare Program”

เมื่อต้นปีที่ผ่านมา SpaceX ได้ประกาศโครงการนึงที่น่าสนใจมากขึ้นมาชื่อ Smallsat Rideshare Program ที่เปิดโอกาสให้เอกชนได้ส่ง Payload ขึ้นไปบนชั้นต่าง ๆ ของอวกาศ (ที่มีบริการเขียนในหน้าเว็บตอนนี้คือ Sun-synchronous orbit, Low-earth orbit แล้วก็ Polar orbit) ซึ่งตอนนี้ราคาเริ่มต้นอยู่ที่ 1M$/200kg และเพิ่ม 5000$/kg หลังจากนั้น

อ้างอิงจากงานเขียนเรื่อง The Recent Large Reduction in Space Launch Cost ของคุณ Harry W. Jones จาก NASA Ames Research Center เราได้พบว่าค่าส่ง Payload ขนาด 27,500 กิโลกรัมของ Space Shuttle อยู่ที่ 1.5B$ หรือ 54,500$/kg ซึ่งแพงกว่าบริการของ SpaceX ในปัจจุบัน (ประมาณ 5000$/kg) ถึงเกือบ 11 เท่าตัวเลยทีเดียวในเวลาไม่กี่สิบปี (และมีแนวโน้มว่าจะถูกลงไปอีกเรื่อย ๆ)

กระสวยอวกาศ Discovery กับ Payload โมดูล Leonardo ที่จะนำไปประกอบกับ ISS – ที่มา NASA

Editor Note: ถึงแม้เงิน 1 ล้าน USD หรือราว 30 ล้านบาทอาจจะยังดูเยอะอยู่เมื่อเทียบกับฐานะทางเศรษฐกิจของเรา ๆ คนหนึ่ง แต่หากลองมองไปในภาคของบริษัทเอกชน สถาบันการศึกษาหรือแม้แต่หน่วยงานรัฐ เราสามารถใช้เงิน 30 ล้านบาทในการสร้างองค์ความรู้และประโยชน์มากมายมหาศาลให้เกิดขึ้นได้ถ้าใช้ 200 กิโลกรัมนั้นอย่างเหมาะสม

ของอีกอย่างที่ผู้เขียนชอบมากเกี่ยวกับโครงการนี้และอยากให้ผู้อ่านลองไปเล่นดูคือเว็บไซต์ของโครงการ หากลองกดเข้าไปดูจะเห็นหน้าให้เลือกวันเวลาที่เราต้องการจะส่ง หลังจากนั้นจะมีหน้าให้เลือกขนาด Port (ไซส์ช่องเก็บของ) ที่เราจะใส่ Payload ของเรา มี Option ให้เลือกว่าเราต้องการเชื้อเพลิง้พิ่มเติมหรือไม่ หรือแม้แต่จะทำประกันด้วยหรือไม่ โดยข้างล่างก็จะมี Total Price สวย ๆ ให้เราดูกัน

ตามนี้เลย -> https://www.spacex.com/smallsat

สิ่งที่ผู้เขียนรู้สึกได้คือมันคล้ายกับหน้าเว็บบริการจองตั๋วเครื่องบินหรือส่งของที่เราใช้กันในชีวิตประจำวันมาก ๆ จาก process มหาศาลที่เข้าถึงได้ยากในอดีตได้ลดลงมาเหลือเพียงหน้าเว็บไม่กี่หน้า (และหลังจากนั้นคือเอกสารข้อมูลไม่กี่ฉบับและการตรวจสอบอีกรอบจาก SpaceX) ความ Simplified จนน่าทึ่งนี้ดูเหมือนเป็นคำบอกกล่าวโดยนัยว่าความสูงกำแพงที่คอยกั้นวิทยาศาสตร์และธุรกิจกับอวกาศกำลังลดลงเรื่อย ๆ

การกักตัวของนักบินอวกาศเพื่อป้องกันเชื้อโรค

ผมได้เห็นคอมเมนต์ของบางท่านตอนที่ลูกเรือ Expedition 63 นั่ง Soyuz ขึ้นไปบน ISS ถึงความเป็นไปได้ที่ลูกเรือจะนำเชื้อโรค (COVID-19) ขึ้นไปบนอวกาศด้วย แต่ก็คงจะยากซะหน่อยเพราะองค์การด้านอวกาศของนานาประเทศก็มีมาตรการที่รองรับเรื่องนี้มาซักพักแล้ว

ประวัติศาสตร์ของนักบินอวกาศเป็นหวัด

เมื่อปีค.ศ. 1968 คุณ Wally Schirra ผู้บัญชาการของภารกิจ Apollo 7 เกิดเป็นหวัดขึ้นมาหลังจากจรวด Saturn IB ได้ปล่อยตัว ออกจากแหลมแคนาเวอรัลมาได้ประมาณ 15 ชั่วโมง อาการหวัดได้แพร่เชื้อสู่ลูกเรืออีกทั้ง 2 คนในเวลาไม่นาน ซึ่งการเป็นหวัดในอวกาศก็ยิ่งแย่กว่าบนโลกใหญ่เพราะผลกระทบของ microgravity ทำให้น้ำมูกไม่ไกลออกมาแต่ไปติดค้างในโพรงจมูกแทน สร้างความหงุดหงิดให้แก่นักบินอวกาศเป็นอย่างมากจนเป็นหนึ่งในสาเหตุที่ทำให้เกิดเรื่องวุ่นวายหลายอย่างตามมา (อย่างการทะเลาะกับ ground control ถึงการ broadcast สัญญาณจากบนอวกาศไปทาง TV เป็นครั้งแรกของโลกให้เลื่อนออกไปก่อน หรือการปฏิเสธที่จะใส่หมวกขณะกลับลงมายังโลก)

นักบินอวกาศทั้ง 3 ของภารกิจ Apollo 7 เรียงจากซ้ายไปขวา: Donn Eisele, Wally Schirra, and Walter Cunningham – ที่มา NASA

หลังจากเหตุการณ์ครั้งนั้น NASA ยังได้เจอกับปัญหานักบินอวกาศเป็นหวัดในภารกิจ Apollo 9 แต่ครั้งนี้เป็นก่อนภารกิจ ทำให้ NASA ตัดสินใจเลื่อนการปล่อยไปจาก 28 กุมภาพันธ์เป็น 3 มีนาคม แต่ในช่วงไม่กี่วันนี้ NASA ได้เสียเงินจำนวนมากเพื่อรักษาสภาพของจรวดเอาไว้

นั่นก็น่าจะเป็นสาเหตุที่ทำให้ NASA เริ่มออกมาตรการการกักตัวนักบินอวกาศก่อนขึ้นบินออกมา มาตรการนี้ได้ถูกสร้างขึ้นใช้มาเรื่อย ๆ จนถึงปัจจุบัน สำหรับในเคสของนักบิน Soyuz ที่ขึ้นไป ISS จะถูกกักตัว 14 วันก่อนขึ้นภายใต้สถานที่ควบคุม และถูกลิมิตการติดต่อกับบุคคลภายนอกเพื่อลดความเสี่ยงในการติดเชื้อโรค อย่างในภารกิจ Expedition 63 ที่ปล่อยขึ้นจาก Baikanur Cosmodrome ลูกเรือก็ผ่านการกักตัวควบคุมโรคภายใต้ Policy นี้เหมือนกัน

คุณ Robert L. Behnken (ซ้าย) และคุณ Douglas G. Hurley (ขวา) นักบินอวกาศทั้งสองของภารกิจ SpaceX Demo-2

ภารกิจ SpaceX Demo-2 ที่ได้กล่าวถึงในหัวข้อก่อนหน้านี้ นักบินอวกาศทั้งสองคนก็จะต้องผ่านการกักตัวคล้าย ๆ กันกับที่นักบิน Expedition 63 (และที่ผ่าน ๆ มาต้องเจอ)

ซึ่งก็เป็นที่น่าคิดว่าถ้าเราจะตีตั๋วขึ้นไปดวงจันทร์หรือดาวอังคารในอนาคต เราก็คงจะต้องผ่านการกักตัวแบบนี้เหมือนกันเพื่อป้องกันการป่วยและการแพร่เชื้อในอวกาศ จนกว่าจะมีมาตรการที่ดีกว่านี้ออกมา หรือในช่วงเวลาที่ไกลมากขึ้นไปอีก หากลองมองย้นกลับกัน เราจะต้องมีมาตรการอะไรในการรักษาสภาพร่างกายของนักบินอวกาศที่ขึ้นไปบนอวกาศนานมาก ๆ เมื่อกลับลงมาบนโลกหรือเปล่า

คอมพิวเตอร์นำทางของยานอวกาศในศตวรรษที่ 21

ในยุคของ Apollo เรานำทางนักบินอวกาศด้วย Apollo Guidance Computer หรือ AGC ซึ่งถือเป็นยุคบุกเบิกของคอมพิวเตอร์ ซึ่งการนำทางทั้งหมดจำเป็นต้องให้นักบินอวกาศ Input ด้วยทั้งหมด แต่ในการกลับไปดวงจันทร์ครั้งนี้ เราไม่ได้ไปด้วยคอมพิวเตอร์นำทางแบบเดิมอีกต่อไป แต่เราจะกลับไปดวงจันทร์กับโครงการ Artemis ด้วคอมพิวเตอร์นำทางที่ดีกว่าเดิม เทคโนโลยีหลาย ๆ อย่างเริ่มถูกนำมาใช้ในการนำทางยานอวกาศแล้วไม่ว่าจะเป็นระบบ Neural network, feature map, etc. อย่างระบบ Convolutional Neural Network หรือ ConvNet ที่เคยกล่าวไปในบทความก่อนหน้านี้ ที่ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในระบบ NeMO-Net ของ NASA ก็ถูกแงะไปใช้บนยาน OSIRIS-REx เช่นกัน ซึ่งเป็นยานที่ถูกส่งไปเพื่อเก็บตัวอย่างหินบนดาวเคราะห์น้อย Bennu และแน่นอนว่าจะต้องมีการลงจอด

ผัง Diagram ของ Convolutional Neural Network – ที่มา MDPI

ระบบลงจอดบนยาน OSIRIS-REx อาศัยหลักการเดียวกับ ConvNet ด้วยการเอาภาพมาเทียบกัน ยาน OSIRIS-REx กำลังโคจรรอบดาวเคราะห์น้อย Bennu และจะลงจอดจริงในเดือนสิงหาคมจึงอาศัยระยะเวลานี้ถ่ายรูปทุกอณูของพื้นผิวดาวเคราะห์น้อย เพื่อนำมาผ่านกระบวนการ Feature extraction สำหรับไว้หาจุดเด่นในภาพ เพื่อสร้าง Feature map หรือตารางที่เอาไว้เก็บจุดเด่นของภาพผ่านการกรองด้วย Filter หรือ Kernel

ภาพการกรองข้อมูลเพื่อสร้าง Feature map

ซึ่งตามทฤษฎีแล้ว ConvNet บน Guidance, Navigation, and Control Computer หรือ GNC Computer ของ OSIRIS-REx จะตรวจเจอภาพอย่างภูเขา, หลุมอุกกาบาต, เหว ระหว่างที่เทรนข้อมูลซึ่งข้อมูลเหล่านี้ก็จะออกมาเป็น Feature map ไว้ใช้อ้างอิง และเพราะว่า OSIRIS-REx โคจรรอบดาวเคราะห์ Bennu ด้วยอัตราโคจรที่เร็วพอสมควรทำให้ยานมีข้อมูลพื้นผิวมากพอสมควรจึงต้องผ่านกระบวนการ Error correction และการทำ Convolution เพื่อให้ข้อมูลเที่ยงตรงมากขึ้น ซึ่งระบบที่ใช้บน OSIRIS-REx นี้เรียกว่า Natural Feature Tracking

ภาพพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อย Bennu – ที่มา NASA

โดยเมื่อเข้าขั้นตอนการลงจอด ระหว่างลดวงโคจรยานจะคอยถ่ายภาพพื้วผิวไปด้วยแล้วทำ Feature map เพื่อเอาไปเปรียบเทียบกับ Feature map ในฐานข้อมูลคอมพิวเตอร์เพื่อตรวจสอบว่าพื้นที่ที่มันกำลังลงไปเป็นพื้นที่ลงจอดจริง ๆ ใช่ไหม ถ้าไม่ใช่อีกไกลแค่ไหนถึงจะถึง ซึ่งข้อมูลพวกนี้ก็จะเอาไว้ระบุตำแหน่งของยานด้วยว่าต้องลดระดับช้าเร็วแค่ไหนเพื่อให้ถึงจุดลงจอดที่กำหนดไว้

ภาพการทำงานของ Natural Feature Tracking บนยาน OSIRIS-REx – ที่มา NASA

ซึ่งนี่เป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนาระบบนำทางบนยานที่มีมนุษย์ควบคุมอย่างยาน Orion และยานลงจอดบนดวงจันทร์ของโครงการ Artemis ซึ่งมีความเป็นไปได้ว่าจะใช้ระบบเดียวกันกับที่ใช้บน OSIRIS-REx แต่ดัดแปลงให้เป็นแบบ Customizable คือให้นักบินอวกาศสามารถปรับแต่งระบบได้ ระบบการนำทางในอวกาศจะไม่เหมือนเดิมอีกต่อไป แต่ก่อนนักบินบังคับยานอวกาศ แต่ในอนาคตอาจจะเป็นคอมพิวเตอร์บังคับยานอวกาศแทน

ยานจำลองภาคพื้นโลกพร้อมแผงควบคุมและระบบนำทางของยาน Orion – ที่มา NASA

ระบบไฟฟ้าบน International Space Station

หลาย ๆ คนคงอาจจะยังสงสัยว่าบน International Space Station มีระบบบริหารไฟฟ้ายังไง แต่หลาย ๆ คนก็อาจจะรู้อยู่แล้วว่าบน ISS ใช้ไฟจากแผงโซลาร์เซลล์ แต่ว่า ISS เอาไฟมาจากไหนกันนะตอนที่มันโคจรไปที่ด้านมืดของโลก แน่นอนว่าก็ต้องมาจากแบตเตอรี่ว่าแต่แบตเตอรี่ที่ว่าเนี่ยมันต้องชาร์จซ้ำเกือบทุก 90 นาที วันละ 16 รอบ ในขณะที่แบตเตอรี่ส่วนใหญ่อย่างแบตเตอรี่มือถือของเราอาจจะมี Life cycle หรือ วงจรการชาร์จเพียงแค่ 200-500 ครั้งก็เริ่มเสื่อมสภาพแล้ว แล้วบน ISS เนี่ยปี ๆ นึงชาร์จแบตใหม่ไม่ต่ำกว่า 5,000 ครั้ง ทำไหมแบตบน ISS ถึงมีอายุการใช้งานที่ยาวมาก ๆ แล้วระบบไฟฟ้าบน ISS เป็นกระแสตรงหรือกระแสสลับ กี่โวลต์ยังไหนกัน แล้วสมมติว่าถ้าเราจะเอาสายชาร์จ iPhone ขึ้นไปเสียบชาร์จเนี่ยทำได้ไหมนะ

ไฟฟ้าบน ISS ได้มาจาก Array ของโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ้ด้วยเทคนิคที่เรียกว่า Photovoltaic บน ISS มี Array ของโซลาร์เซลล์เรียกว่า Solar Array Wing หรือ SAW ทั้งหมด 8 SAW แต่ละ SAW แยกได้อีกเป็น Array แบบพับเก็บได้อีก 2 ผืน โดยแต่และ SAW มีหน่วยของโซลาร์เซลล์ประมาณ 33,000 หน่วย หรือทั้งหมด 264,000 จากทุก SAW รวมกัน ซึ่งสามารถให้พลังงานได้สูงสุดถึง 240 kilowatts ในช่วงความเข้มข้นของแสงมากที่สุด แต่ค่าเฉลี่ยจะอยู่ที่ประมาณ 84 – 120 kilowatts

Solar Array Wing ของ International Space Station – ที่มา ESA

โหมดของ SAW บน ISS มีหลัก ๆ อยู่ 3 โหมด โหมดแรกก็คือโหมด Sun-tracking หรือโหมดตามดวงอาทิตย์ซึ่ง SAW จะปรับมุมตาม Alpha gimbal และ Beta gimbal ให้ได้รับแสงอาทิตย์มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ซึ่งส่วนใหญ่บน ISS จะใช้โหมดนี้แต่ก็มีบางกรณีที่จะต้องปรับไปใช้โหมดอื่นเช่นกันอย่างโหมดที่สองก็คือโหมด Night glider หรือโหมด Sun-slicer ซึ่งเป็นโหมดที่ส่วนใหญ่จะใช้ตอนกลางคืนเท่านั้นเพื่อลดแรงเสียดทานของชั้นบรรยากาศลดอัตราการเกิด Orbit decay หรือการลดวงโคจรอันเนื่องมาจากแรงเสียดทานระหว่าง ISS กับ ชั้นบรรยากาศ แต่ก็ใช้ในตอนกลางวันเช่นกันแต่จะเรียกว่า Sun-slicer mode ใช้ในกรณีที่ ISS มีวงโคจรต่ำเพื่อลดอัตราการลดระดับก่อนที่จะจุดจรวด Stationkeeping เพื่อเพิ่มวงโคจร ภาพข้างล่างนี้คือภาพของ ISS ในขณะที่อยู่ใน Sun-slicer mode (ด้านซ้าย) และ Night glider mode (ด้านขวา) โดยที่ Night glider จะขนาดกับเส้นทางโคจรของ ISS เพื่อลดแรงเสียดทาน

Solar array wing ใน Sun-slicer mode (ด้านซ้าย) และ Night glider mode (ด้านขวา) – ที่มา NASA

ส่วนอีกโหมดก็คือโหมด Drag-maximization หรือโหมดลดวงโคจรก็คือกาง SAW ตั้งฉากกับทิศทางวงโคจรไปเลยเพื่อเพิ่มแรงเสียดทานกับชั้นบรรยากาศให้มากที่สุดทำให้เกิด Orbit decay ใช้เพื่อลดความสูงของวงโคจร แต่ส่วนใหญ่ไม่ค่อยใช้หรอกเพราะมันเปลืองเชื้อเพลิงเวลาต้อง Boost วงโคจรกลับขึ้นมาใหม่ จะใช้ก็ต่อเมื่อมีเหตุจำเป็นเท่านั้น ภาพข้างล่างเป็นภาพที่คล้าย ๆ กับ Drag maximization คือตั้งฉากกับทิศวงโคจร

Solar array wing ของ ISS – ที่มา NASA

ISS เก็บกระแสไฟฟ้าระหว่างที่อยู่ด้านมือของโลกด้วยแบตเตอรี่ที่มีชื่อว่า Nickel-hydrogen batteries ซึ่งมีอายุการใช้งานประมาณ 6.5 ปี นั้นหมายความว่า ISS ต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่ยกสถานีทุก 6.5 ปี โดยที่ ISS มีอายุการใช้งานประมาณ 20 ปี นั้นหมายถึงต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่ทั้งหมด 4 ครั้ง ซึ่งค่าเปลี่ยนก็ใช้ว่าจะถูกนะสิ แต่สองปีก่อน NASA ก็เริ่มเปลี่ยนเป็นแบต Lithium-Ion หรือ Li-on ที่มีอายุการใช้งานและประสิทธิภาพสูงกว่า

แบตเตอรี่ Nickel-hydrogen แบบบน ISS – ที่มา NASA

ระบบไฟฟ้าบน ISS เรียกว่า Electric Power System ซึ่งไฟฟ้าจะแยกได้เป็นสองระบบก็คือ Primary และ Secondary ในส่วนของ Secondary จะมีไฟฟ้าสอง Segments ก็คือของฝั่ง US และของฝั่งรัสเซีย ซึ่งบางครั้งโมดูลฝั่ง US และรัซเซียก็ต้องแปลงพลังงานให้กันด้วยสิ่งที่เรียกว่า Russian to American Converter Units หรือ RACUs เพราะว่าฝั่ง Russia ใช้แค่ 28.5 volts ในขณะที่ฝั่ง US ใช้ถึง 123 volts

ผังระบบไฟฟ้า EPS ของฝั่ง US – ที่มา Boeing

ไฟฟ้าบน ISS เป็นระบบกระแสตรงกำลังสูงทั้งหมดเพราะว่าไม่มีความจำเป็นที่จะต้องใช้ระบบกระแสสลับ เพราะว่าที่เราใช้กระแสสลับกันในเมืองหรือในประเทศก็เพราะว่าไฟฟ้ากระแสสลับมีคุณสมบัติในการส่งไฟฟ้าระยะไกล อย่างไฟฟ้าจากสถานีไฟฟ้ามาถึงบ้านเราด้วยกระแสสลับ ไฟฟ้าแทบจะไม่สูญเสียพลังงานเลยในขณะที่ถ้าเราใช้กระแสตรงในการส่งไฟฟ้าระยะไกล เราจะสูญเสียไฟฟ้าเกินครึ่งเวลาต้องส่งไฟฟ้าระยะไกล

Power Output 120 VDC บน ISS – ที่มา NASA

แต่ ISS มีขนาดแค่สนามฟุตบอลหนึ่งสนามฟุตบาลเท่านั้นเอง ทำให้การใช้ AC เป็นอะไรที่ไม่จำเป็นอย่างมากเพราะ DC แทบจะไม่เสียพลังงานที่การส่งไฟฟ้าระยะใกล้ อีกปัจจัยนึงที่ ISS ใช้ DC ก็เพราะเรื่องของความปลอดภัย เพราะว่ากระแส AC อันตรายมากกว่า DC ในเรื่องของการโดนช็อต เพราะว่าเวลามนุษย์โดนกระแส AC ช็อต กระแส AC ที่วิ่งเข้าสู่หัวใจจะกระตุ้น Pacemaker ของหัวใจมั่วไปหมดทำให้เกิด Fibrillation นำไปสู่ Cardiac arrest (หัวใจหยุดเต้น) ในขณะที่ DC เวลาช็อตจะแค่หยุดการส่งสัญญาณของ Pacemaker ชั่วคราว

สุดท้ายก็คืออุปกรณ์ทุกอย่างบน ISS ใช้กระแสไฟฟ้า DC จริง ๆ ก็เกือบทุกอุปกรณ์ไฟฟ้าใช้กระแส DC ทำให้ถ้าจะใช้กระแส AC อุปกรณ์บน ISS จะต้องมีหม้อแปลงไฟฟ้า หรือ Transformer ซึ่งทำให้เกิดความร้อน แน่นอนว่าไม่มีหน่วยงานอวกาศหน่วยงานไหนชอบความร้อนใน Crew module หรอก (ฮา)

ในอนาคตของการไปตั้งฐานบนดวงจันทร์และดาวอังคาร พลังงานทั้งหมดที่จะใช้ในฐานถูก Assume ให้เป็นพลังงานสะอาดอย่างพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมด เพราะ NASA ไม่หวังว่าจะเจอเชื้อเพลิงอย่างอื่นบนดวงจันทร์และดาวอังคาร ทำให้การพัฒนาระบบพลังงานนอกโลกแทยจะเป็นพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมด ซึ่งเทคโนโลยีพลังงานสะอาดในตอนนั้นอาจถึงขั้นการส่งพลังงานระยะไกลแล้ว NASA เคย Propose สถานีพลังงานในอวกาศหรือ Solar Power Station แล้ว โดยการเอา Solar Power Station ไปตั้งไว้ที่วงโคจรดวงจันทร์เพื่อผลิตไฟฟ้าในวงโคจร Selenocentric รวมถึงรับพลังงานจาก Artemis Base Camp ด้วยเทคโนโลยี Wireless charging อย่าง Microwave beam transmission แล้วก็ส่งพลังงานกลับไปที่สถานีที่โลกด้วยคลื่น Microwave อีกที

แบบจำลอง Solar Power Satellite – ที่มา NASA

ในอนาคตหากเราไปอยู่บนดวงจันทร์หรือดาวอังคาร เราอาจจะได้ใช้ไฟฟ้ากระสลับเหมือนเดิมเหมือนกับที่เราใช้บนโลก และเราอาจจะมีบริการชาร์จโทรศัพท์แบบ Space-based wireless charging ด้วยคลื่น Microwave ด้วยก็ได้


การสำรวจหาโลกใบใหม่และการใช้ชีวิตในอวกาศเป็นทางเลือกสำหรับทุกชีวิต เพราะสภาพแวดล้อมของโลกกำลังเข้าสู่จุดที่ไม่อาจย้อนกลับและเสื่อมโทรมจนไม่สามารถอยู่อาศัยได้อีกต่อไป ศูนย์วิจัยอนาคตศึกษา FutureTales Lab ภายใต้ MQDC เดินหน้าหาพันธมิตรที่เข้าใจและศึกษาเก็บข้อมูลเกี่ยวกับการเดินทางและการดำรงชีวิตบนอวกาศทั้งไทยและต่างประเทศ








เรื่องราวน่าสนใจ

อัพเดทเรื่องราว ข่าว และบทวิเคราะห์เจาะลึก