Hayabusa 2 ยานอวกาศสำรวจดาวเคราะห์น้อย สรุปทุกข้อมูลที่ควรรู้



ยานสำรวจดาวเคราะห์น้อย Hayabusa 2 เป็นภารกิจจากสำนักงานสำรวจอวกาศประเทศญี่ปุ่น เพื่อที่จะศึกษาดาวเคราะห์น้อย 1999 JU3 หรือเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า 162173 Ryugu ซึ่งมันจะลงไปสำรวจและทำการเก็บตัวอย่างดินบนดาวเคราะห์น้อย เพื่อจะส่งกลับมายังโลกภายในปี 2020 นี้

ภารกิจนี้พัฒนามาจากภารกิจรุ่นพี่ หรือภารกิจ Hayabusa 1 ที่เปิดตัวไปเมื่อปี 2003 และได้ประสบความสำเร็จในการสำรวจดาวเคราะห์น้อย 25143 Itokawa ซึ่งมันได้ส่งตัวอย่างที่เก็บจากดาวเคราะห์น้อยนี้กลับโลกเมื่อปี 2010 ที่ผ่านมา และนี้ก็เป็นครั้งแรกที่ที่มีการเก็บตัวอย่างวัตถุบนดาวเคราะห์น้อยกลับมายังโลก

ดาวเคราะห์น้อย 25143 Itokawa ที่มา – JAXA

และเมื่อวันที่ 4 ธันวาคม 2014 ยานสำรวจดาวเคราะห์น้อย Hayabusa 2 ก็ได้ทะยานขึ้นไปสู่ท้องฟ้า เดินทางในอวกาศไปหลายร้อยกิโลเมตร จนไปถึงจุดมุ่งหมาย ดาวเคราะห์น้อย 162173 Ryugu เมื่อวันที่ 27 มิถุนายนที่ผ่านมา และเมื่อวันที่ 21 กันยายนที่ผ่านมายานอวกาศก็ได้ปล่อยยานสำรวจขนาดเล็กลงสู่พื้นของดาวเคราะห์น้อยเพื่อทำการสำรวจและขุดเก็บตัวอย่างเพื่อนำกลับมายังโลกในปี 2020 ตามกำหนดการที่วางไว้

เส้นทางสู่ Hayabusa 2

ยานอวกาศ Hayabusa 1 ถือเป็นยานอวกาศรุ่นพี่ลำแรกที่มุ่งหน้าไปสำรวจดาวเคราะห์น้อยที่อยู่ห่างไกลจากเรา และยังประสบความสำเร็จกลับมาอีกด้วย นับเป็นแรงบันดาลใจที่ดีในการจะทำโครงการสำรวจอวกาศที่เป็นโครงการต่อจากโครงการรุ่นพี่ Hayabusa 2 จึงได้ริเริ่มโครงการขึ้นมา

ยานสำรวจดาวเคราะห์น้อย 162173 Ryugu ที่มา – Akihiro Ikeshita

ทางทีมพัฒนายังคงมีแผนให้ยาน Hayabusa 2 สำรวจดาวเคราะห์น้อยในระบบสุริยะต่อไป คล้าย ๆ กับภารกิจรุ่นพี่ แต่ด้วยงบประมาณที่มีเพียงจำกัดทำให้ทางทีมพัฒนาจึงต้องเลื่อนระยะเวลาการเปิดตัวออกมา แต่ด้วยเวลาที่มีมากขึ้นนั้นทำให้ทีมพัฒนามีเวลาในการออกแบบและเพิ่มเติมประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนตัวยานมากขึ้นกว่าเดิม ปรับเปลี่ยนชุดอุปกรณ์ที่ใช้ในการรับส่งข้อมูล ติดต่อสื่อสารระหว่างยานกับทีมงานที่อยู่บนโลก โดยอุปกรณ์ชุดนี้ก็ได้รับความสนับสนุนจากทางองค์กรนาซ่า และ CNES นอกจากนี้ยังมียังมีการเพิ่มระบบใหม่ให้กับยาน Hayabusa 2 โดย Ka-Band

การออกแบบและสร้างยานอวกาศ Hayabusa 2 ที่มา JAXA

ในปี 2012 โครงการ Hayabusa 2 ได้เปลี่ยนจากการที่เป็นแค่ข้อเสนอ เข้าสู่ขั้นตอนของกระบวนการพัฒนาและได้ผ่านการตรวจสอบสถานะการออกแบบอย่างรวดเร็ว มีการทดสอบระบบในปี 2013 และพร้อมส่งทะยานขึ้นสู่ท้องฟ้าในสิ้นปี 2014

สำหรับอุปกรณ์และระบบต่าง ๆ ที่สำคัญในภารกิจสำรวจดาวเคราะห์น้อยครั้งนี้ก็ได้แก่

Electrical & Thermal Systems บนตัวยานจะทำการติดตั้ง Solar Array Panel เผื่อพลิตพลังงานจากพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งจะติดตั้งไว้ที่ด้านข้างของยาน ในลักษณะแขนยืนออกมา พื้นที่ทั้งหมดของอุปกรณ์สองตัวนี้คือ 12 ตารางเมตร และทางทีมพัฒนาคาดว่าจะให้พลังงานแก่ตัวเครื่องประมาณ 2,600 วัตต์ เมื่อยานอวกาศอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ 1 AU และให้พลังงานประมาณ 1,400 วัตต์เมื่ออยู่ที่ตำแหน่ง 1.4 AU ระยะห่าง aphelion ของดาวเคราะห์น้อย พลังงานทั้งหมดนี้จะถูกเก็บไว้ในแบตเตอร์รี่ลิเทียม และค่อยกระจายไปยังส่วนต่าง ๆ ของยานอวกาศ

แผ่น Solar Array Panel ของยานอวกาศ Hayabusa 2 ที่มา – JAXA

แต่ถ้ายานอวกาศเกิดข้อผิดพลาดและทำให้ต้องมีการดับเครื่องยนต์กลางทาง เครื่องยนต์จะสามารถเริ่มทำงานได้ใหม่โดยอัตโนมัติ เมื่อมีการสร้างกระแสไฟฟ้าพอที่จะทำการสตาร์ทเครื่องยนต์ขึ้นมาอีกครั้ง

ส่วนระบบควบคุมความร้อนบนตัวยานอวกาศนั้น ทางทีมพัฒนาได้ติดผ้าห่มกันความร้อนและแผ่นกันความร้อนไว้หลายชั้น ยังมีการติดตั้งระบบระบายความร้อนไว้อีกด้วย

Attitude Determination & Control ระบบกำหนดและควบคุมทิศทางของยานตัวนี้ ทางทีมพัฒนาได้ติดตั้ง

  • star trackers 2 ตัว เซนเซอร์หลักในการควบคุมทิศทาง มันจะถ่ายภาพจากท้องฟ้าและวิเคราะห์ ประมวลผลด้วยอัลกอลิทึมเปรียบเทียบกับรูปแบบของดาวจากในแคลตาล็อคที่ใส่ข้อมูลไว้ เพื่อกำหนดทิศทางของยานอวกาศได้อย่างแม่นยำ star trackers ทั้งสองตัวมีขนาดความกว้าง 8 x 8 องศา และจะให้ CCD จับภาพและประมวลผลด้วยความถี่ 1 Hz
  • Coarse Sun Sensors อีก 4 ตัว ถูกติดตั้งไว้ในด้านต่าง ๆ ของยานอวกาศ ซึ่งมันจะสามารถตรวจจับทิศทางของพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างแม่นยำ เพื่อที่จะควบคุมตัว Solar Array Panel ให้หันไปถูกทิศกับแสงอาทิตย์ได้
Star tracker 2 ตัวที่ติดตั้งบนยานอวกาศ Hayabusa 2 ที่มา – JAXA

Propulsion Systems ระบบขับเคลื่อนของยานลำนี้คล้ายกับยานรุ่นพี่ที่ส่งไปก่อนหน้านั้น เชื้อเพลิงที่มันใช้มีสองชนิดหลัก ๆ คือ Monomethylhydrazine fuel และ Nitrogen Tetroxide oxidizer ซึ่งเก็บไว้ในถังเชื้อเพลิงที่มีแรงดันสูง 12 ถังด้วยกัน ซึ่งทั้ง 12 ถังนี้สามารถแยกส่วนกันทำงานได้เมื่อตัวยานเกิดปัญหาหรือตัวถังอื่น ๆ เกิดการรั่วไหลของแก๊ส

ในส่วนของการเดินทางขากลับนั้น ตัวยานจะทำการเปลี่ยนจากการใช้เชื้อเพลิงจากถังเชื้อเพลิงมาเป็น เชื้อเพลิงที่ได้จาก Ion Engine แทน วิธีการที่มันใช้ก็คือสร้างแรงดันไอออน และแรงดันพวกนี้มันจะผลักไอออนออกไปด้วยความเร็วสูงมาก ทำให้เกิดการผลักดันตัวยานไปข้างหน้าได้

Ion Engine ทั้ง 4 ตัวที่ติดตั้งบนยาน Hayabusa 2 ที่มา – JAXA

Data Handling & Communications ในส่วนของการรับส่ง หรือการสื่อสารข้อมูลนั้น ยาน Hayabusa 2 จะถูกควบคุมโดย Central Data Handling Unit ซึ่งมันจะเชื่อมต่อกับระบบยานอวกาศทั้งหมด และยังมีความสามารถในการสั่งงานยานอวกาศได้โดยอัตโนมัติ หรือสั่งคำสั่งที่มาจากทีมงานที่อยู่บนโลก และจัดการกับข้อมูลทั้งหมดของตัวยาน เคลียร์ข้อมูลต่าง ๆ และจัดเก็บพวกมันไว้ในเครื่องบันทึกข้อมูลขนาด 1GB

Sampling System ยานอวกาศจะทำการเก็บตัวอย่างทั้งหมด 3 ตัวอย่างและเก็บไว้ในภาชนะที่ปิดสนิทในแคปซูลที่จะส่งกลับมายังโลก ซึ่งระบบสามารถเก็บได้ถึง 10 กรัมต่อ 1 ตัวอย่าง การเก็บตัวอย่างครั้งแรกมีกำหนดในช่วงปลายเดือนตุลาคมปี 2018 ครั้งที่สองในเดือนกุมภาพันธ์ 2562 และครั้งที่สามในเดือนเมษายน – พฤษภาคม 2562 จะมีการขุดค้นวัสดุขุดขึ้นเป็นครั้งคราวโดยการยิงจากระยะใกล้

Impact Experiments (Monolith & Gravel) ที่มา – JAXA

เมื่อถึงเวลาเก็บตัวอย่าง ตัวยานจะเคลื่อนที่ไปใกล้ ๆ กับพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อย แล้วปล่อยให้ลูกกระสุนตกลงไประเบิดบนพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อย จนทำให้เกิดเป็นฝุ่นละอองขึ้นมา เสร็จแล้วตัวอย่างที่กระจายอยู่จะถูกเก็บรวบรวมโดย Sampler Horn และตัวอย่างพวกนี้จะถูกเก็บไว้ใน Reentry Capsule เพื่อรอการส่งกลับมายังโลก

Sample Return Capsule เมื่อยานอวกาศรวบรวมตัวอย่างทั้ง 3 ตัวอย่างเสร็จเรียบร้อยแล้วก็ถึงเวลาที่จะต้องส่งตัวอย่างกลับมายังโลก ตัวอย่างจะถูกบรรจุไว้ใน sample-return capsule (SRC) ซึ่งมีฉนวนกันความร้อน มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 40 ซม. ความสูง 20 ซม. และมวลประมาณ 16 กิโลกรัม

ภาพตัวอย่างการงจอดของแคลซูลที่มีตัวอย่างของดาวเคราะห์น้อยอยู่ด้านใน ที่มา – JAXA

ในตอนสิ้นปี 2019 ยานสำรวจดาวเคราะห์น้อย Hayabusa 2 จะใช้เครื่องยนต์ไอออนสำหรับเปลี่ยนวงโคจรและกลับสู่โลก และมันจะบินเข้าสู่วงโคจรของโลกในปี 2020 โดยที่ยานจะทิ้ง SRC ที่มีตัวอย่างของดาวเคราะห์น้อยอยู่ข้างในลงมาด้วยความเร็ว 12 Km/s และจะใช้ร่มชูชีพที่ระดับความสูงประมาณ 10 กิโลเมตร และในที่สุดตัว SRC จะลงจอดอย่างปลอดภัยใน Woomera Test Range ประเทศออสเตรเลีย

ยานสำรวจที่ติดไปกับ Hayabusa 2

Hayabusa 2 ได้พกเอารถไปด้วย 4 คันเพื่อที่จะทำการลงจอดบนดาวเคาะห์น้อย 162173 Ryugu โดยพก MASCOT ไป 1 คัน และ MINERVA-II ไปอีก 3 คัน โดยมีชื่อ Rover-1A Rover-1B และ Rover-2 ซึ่งเมื่อวันที่ 21 กันยายน 2018 ก็ได้ปล่อยยาน Rover-1A Rover-1B ลงไปสำเร็จเรียบร้อย และในวันที่ 3 ตุลาคมที่ผ่านมายาน MASCOT ก็ได้ลงจอดบนพื้นดาวเคราะห์น้อยอย่างสำเร็จไปอีกหนึ่งตัว

MASCOT (The Mobile Asteroid Surface Scout ) ได้รับการพัฒนาโดย The German Aerospace Center ในความร่วมมือกับหน่วยงานอวกาศประเทศฝรั่งเศส (CNES) มีขนาด 29.5 เซนติเมตร × 27.5 เซนติเมตร × 19.5 เซนติเมตรและมีมวล 9.6 กิโลกรัม หรือ 21 ปอนด์ มันจะทำหน้าที่ รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างพื้นผิวและองค์ประกอบทางธรณีวิทยา ดูความร้อนและสมบัติทางแม่เหล็กของดาวเคราะห์น้อย มันมีแบตเตอรี่ที่ไม่สามารถชาร์จได้ ซึ่งมันจะใช้งานได้ประมาณ 16 ชั่วโมง

MASCOT ที่มา – JAXA

ในส่วนของ MINERVA-II มีจำนวน 3 คัน ซึ่งในแต่ละคันก็มีหน้าที่ที่แตกต่างกันออกไปดังนี้

  • Rover-1A และ Rover-1B ได้รับการพัฒนาโดย JAXA และมหาวิทยาลัย Aizu มันมีลักษณะเป็นทรงกระบอกมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 18 เซนติเมตรและสูง 7 เซนติเมตร มีน้ำหนัก 1.1 กิโลกรัมหรือ 2.4 ปอนด์ มันเคลื่อนที่โดยการกระโดดในสนามสนามโน้มถ่วงต่ำ โดยใช้แรงบิดที่สร้างขึ้นโดยการหมุนฝูงภายในตัวของมันเอง ทีมพัฒนาได้ติดตั้ง กล้องสเตอริโอกล้องโทรทรรศน์มุมกว้าง เครื่องวัดอุณหภูมิ และ Solar cell กับตัวเก็บประจุแบบสองชั้นเพื่อให้พลังงานไฟฟ้าก่เครื่องยนต์
  • Rover-2 ได้รับการพัฒนาโดยหลุ่มนักศึกษาจากทางมหาวิทยาลัย Tohoku ในประเทศญี่ปุ่น มันมีรูปทรงคล้ายกับทรงปริซึมเหลี่ยม มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 ซม. และสูง 16 ซม. มีน้ำหนักประมาณ 1 กิโลกรัมหรือ 2.2 ปอนด์ มีกล้องสองตัว เครื่องวัดอุณหภูมิและเครื่องวัดความเร่ง มีแสงออปติคอลและรังสีอัลตราไวโอเลตสำหรับการตรวจจับอนุภาคฝุ่นลอยบนดาวเคราะห์น้อย มันเคลื่อนที่ได้โดยการกระโดด
Rover-2 ที่เดินทางไปกับยาน Hayabusa 2 ที่มา – JAXA

ดาวเคราะห์เป้าหมาย

โครงการ Hayabusa 2 มีเป้าหมายในการสำรวจหลัก ๆ ก็คือ การสำรวจและเก็บตัวอย่างวัตถุจากดาวเคราะห์น้อย 162173 Ryugu แล้วนำชิ้นส่วนตัวอย่างกลับมายังโลก

นักวิจัยในโครงการ Lincoln Near-Earth Asteroid Research (LINEAR) ได้ทำการค้นพบดาวเคราะห์น้อยดวงนี้ พวกเขาศึกษาเกี่ยวกับมันมากมายโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน จากข้อมูลที่ได้การการสังเกตแสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์น้อยมีขนาดประมาณ 920 เมตรและมีคาบการโคจรอยู่ที่ 7.6 ชั่วโมง จากการวิเคราะห์ทางสเปกโตรสโกปี พบว่าดาวเคราะห์น้อยดังกล่าวจัดอยู่ใน C-type

วงโคจรของดาวเคระห์น้อย 162173 Ryugu ที่มา WKwan

ดาวเคราะห์น้อย 162173 Ryugu โคจรรอบดวงอาทิตย์ในวงโคจรวงรีขนาด 1.416 AU และมีความเอียง 5.88 องศา ด้วยวงโคจรแบบนี้ทำให้มันเหมาะสำหรับภารกิจที่จะส่งตัวอย่างกลับคืนสู่โลกได้

ดาวเคราะห์น้อยส่วนมากที่นักดาราศาสตร์ได้พบเจอจะอยู่ในโซนที่เรียกว่า แถบดาวเคราะห์น้อย ซึ่งมีวงโคจรเป็นวงรีอยู่ระหว่างดาวอังคารกับดาวพฤหัสบดี นักดาราศาสตร์เชื่อว่าดาวเคราะห์น้อยส่วนใหญ่เป็นซากที่หลงเหลือในจานดาวเคราะห์ก่อนเกิด ซึ่งไม่สามารถรวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ได้ระหว่างการก่อกำเนิดระบบสุริยะเนื่องจากแรงโน้มถ่วงรบกวนจากดาวพฤหัสบดี

162173 Ryugu ที่ถ่ายโดย Hayabusa 2 ที่มา – JAXA

ดังนั้น การที่ยานอวกาศสำรวจดาวเคราะห์น้อยลำนี้ที่ได้เดินทางไปยังจุดหมายที่เราไม่คุ้นหน้า การเดินทางของมันต้องใช้เวลาและระยะทางค่อนข้างมาก แต่นั้นก็แลกมากับข้อมูลต่าง ๆ ที่เราไม่เคยได้รู้ การกำเนิดระบบสุริยะ การก่อกำเนิดตัวของมันเอง องค์ประกอบต่าง ๆ และอาจจะรวมไปถึงข้อมูลเกี่ยวกับโลกของเรา การกำเนิดโลกของเรามากขึ้นก็เป็นได้

 

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

Hayabusa-2 – Asteroid Exploration Mission | Spaceflight