NASA HP3 หมุดวัดความร้อนใต้ดาวอังคารเจ้าปัญหา ที่ยาน InSight พยายามตอกมาเป็นปีแต่ไม่ลงซักที
HP3 หมุดวัดความร้อนใต้ดาวอังคารเจ้าปัญหา ที่ยาน InSight พยายามตอกมาเป็นปีแต่ไม่ลงซักที

Chottiwatt Jittprasong

HP3 หมุดวัดความร้อนใต้ดาวอังคารเจ้าปัญหา ที่ยาน InSight พยายามตอกมาเป็นปีแต่ไม่ลงซักที

May 13, 2020

UPDATE: เมื่อวันที่ 3 มิถุนายน 2020 ทีมวิศวกร InSight ได้รายงานว่าตอนนี้อุปกรณ์ HP3 ก็ได้จมดินไปทั้งแท่งแล้วด้วยความช่วยเหลือจากการเอาที่ตักดันมาทุบ แต่ทีมวิศวกรก็ยังไม่สามารถยืนยันได้ว่า HP3 จะสามารถขุดต่อลงไปจนถึงความลึกที่ 5 เมตรได้หรือไม่แต่อย่างใด

เป็นเวลากว่า 1 ปีมาแล้วหลังจากที่ยาน InSight ได้ลงจอดบนดาวอังคารในวันที่ 26 พฤศจิกายน 2018 นับแต่นั้นมายาน InSight ก็ทำหน้าที่สำรวจทางธรณีวิทยาของดาวอังคารด้วยอุปกรณ์วิทยาศาสตร์มากกว่า 5 อุปกรณ์ได้เป็นอย่างดีและส่งข้อมูลนับไม่ถ้วนที่เป็นประโยชน์ต่อการสำรวจอวกาศในอนาคตกลับมาให้นักวิทยาศาสตร์บนโลก สามารถอ่านบทความสรุปทุกข้อมูลยาน InSight ได้ที่นี่ แต่แล้วในเดือน มีนาคม ปี 2019 เหตุการณ์ที่วิศวกรของยาน InSight ภาวนาไม่ให้มันเกิดก็เกิดขึ้น อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ด้านธรณีวิทยาที่นับได้ว่าเป็นอุปกรณ์ชิ้นแรกและชิ้นเดียวที่ถูกส่งไปดาวอังคารก็เกิดปัญหาขึ้น ในบทความนี้เราได้สรุปทุกข้อมูลของความพยายามในการแก้ไขปัญหาเฉพาะหน้าของ JPL ไว้

อุปกรณ์ชนิดใหม่ชิ้นแรกและชิ้นเดียวเท่านั้น (และมันพัง)

อุปกรณ์ที่เกิดปัญหามีชื่อว่า Heat Flow and Physical Properties Package มีชื่อเล่นว่า HP3 พัฒนาโดย German Aerospace Center (DLR) เป็นอุปกรณ์ที่ถูกออกแบบให้ “เจาะ” ลงไปใต้ดินด้วยความลึก 5 เมตร ไม่เคยมียานลำไหนเคยขุดลึกขนาดนี้มาก่อน ยาน Viking 1 เป็นยานลำแรกที่ลงจอดบนดาวอังคารขุดลงไปใต้ดินเพียง 22 เซนติเมตร ส่วน Phoenix ก็ขุดได้เพียง 18 เซนติเมตร (มันถูกออกแบบมาให้ขุดได้แค่นั้นนะ) InSight จะเป็นยานรุ่นแรกที่ถูกออกแบบให้มีการขุดลงไปลึกขนาดนี้ ที่ความลึก 5 เมตรใต้พื้นผิว HP3 จะ Deploy เซนเซอร์ที่เรียกว่า Heat Flow Probe เพื่อใช้วัดความร้อนใต้พื้นผิวจากแกนของดาวเคราะห์ (Heat flow) นี่จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษา Thermodynamics ในดาวอังคารได้ หลักการทำงานอาศัยสองส่วนก็คือส่วนของ HP3 บนพื้นผิวและส่วนของ Heat Flow Probe ที่ความลึก 5 เมตร Heat Flow Probe จะปล่อยคลื่นความร้อนออกมาเป็น Pulse แล้ว HP3 จะวัดค่าความร้อนที่แผ่ออกมาซึ่งสามารถบอกได้ว่าดินหรือหินบนดาวอังคารมีคุณสมบัตินำความร้อนได้ดีแค่ไหน (ค่า Heat flux) และสามารถใช้จำลองการนำความร้อนในแกนกลางของดาวอังคารได้ ข้อมูลพวกี้จะทำให้เราสามารถทราบได้ว่าโลกและดาวอังคารเกิดมาจากกลุ่มดาวเคราะห์เดียวกันหรือไม่

InSight Lander และชุดทดลอง HP3 บนดาวอังคาร – ที่มา NASA

HP3 ประกอบไปด้วย 4 ส่วนหลัก ๆ ด้วยกันดังนี้

  • Support Structure (SS) เป็นส่วนพยุงโครงสร้าง
    • Engineering tether (ET) ส่วนควบคุมระหว่างอุปกรณ์และยาน InSight
    • Science tether (TEM-P) เป็นส่วนที่ใช้วัดคุณสมบัติด้านการนำความร้อนของพื้นผิว
    • Tether length monitor (TLM) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ตรวจจับความยาวของสายเชื่อมต่อว่าปล่อยไปยาวเท่าไหร่แล้วระหว่างเจาะ
  • Infrared radiometer (HP3-RAD) เป็นส่วนวัดอุณหภูมิบนพื้นผิว
  • Bank end electronics (BEE) ส่วนควบคุมระบบไฟฟ้า
  • Mole penetrometer ส่วนควบคุมการเจาะ

ปัญหามันเกิดที่ส่วนควบคุมการเจาะนั้นก็คือ Mole penetrometer มันเป็นเครื่องเจาะแบบไม่ต้องใช้มอเตอร์ (Self-hammering nail) จริง ๆ มันก็ใช้มอเตอร์คล้าย ๆ Gearbox ที่ใช้หมุนตัวล็อคเพื่อดันหัวเจาะเข้ากับสปริงข้างบน หลังจากนั้นก็ปล่อยตัวล็อคเพื่อให้สปริงดันหัวเจาะลงไปเรื่อย ๆ เป็นวิธีที่ดีมากเพราะว่าไม่ต้องใช้มอเตอร์ความเร็วสูงในการเจาะที่มีน้ำหนักมาก แต่วิธีนี้แรงเสียดทานจากดินรอบข้างต้องเพียงพอเพราะว่าไม่งั้นตัวหัวเจาะจะเด้งขึ้นข้างบนแทนที่จะดันลงเมื่อปล่อยสปริง เป็นเหตุผลที่วิศวกร JPL เลือกจุดลงจอดที่ Elysium Planitia ที่แทบไม่มีหินและมีดินละเอียดซึ่งมีแรงเสียดท้านมากกว่าดินหยาบ

Animation การเจาะของ Mole penetrometer – ที่มา DLR

การขุดก็เหมือนจะดำเนินไปได้ด้วยดีจนกระทั่งเดือน มีนาคม 2019 ที่ Mole penetrometer เริ่มขุดไม่ลงและ Stall หลังจากขุดได้ไปแค่ไม่กี่เซนติเมตรเท่านั้น โดยที่ Mole ยังติดอยู่กับ Support Structure อยู่เลยวิศวกรของอุปกรณ์คาดว่าเกิดจากแรงเสียดทานของดินไม่พอทำให้ตัว Mole เด้งออกและเจาะไม่เข้า

Mole penetrometer ที่ติดอยู่กับ Support Structure – ที่มา NASA/JPL/DLR

หลังจากเกิดปัญหาได้ไม่นาน JPL ก็เริ่มการจำลองสถานการณ์บนโลกโดยทันทีด้วยการลองเอาแบบสำรองมาทดสอบบนโลกโดยทันทีด้วยการลองเอามันมาขุดกรวดบนโลกแทนเพื่อจำลองว่าเกิดอะไรขึ้นกับ Mole ข้อสรุปก็คือมันมีแรงเสียดทานไม่พอทำให้มันเด้งออก JPL จึงจำเป็นที่จะต้องยก Support Structure ออกเพื่อให้เห็นว่าเกิดอะไรขึ้นกับ Heat Flow Probe ซึ่งการยก Support Structure ออกก็สำเร็จไปด้วยดี

HP3 Support Structure ที่ถูกยกออกจาก Mole – ที่มา NASA/JPL

ในภาพนี้เราจะเห็น Heat Flow Probe กับหลุมที่มันเจาะไม่เข้าแถมเอียงด้วยเพราะว่าระหว่างการขุดมันเสียสมดุลทำให้มันขุดเอียงจนหลุมมีขนาดใหญ่และยิ่งลดแรงเสียดทานไปอีก JPL ก็ไม่รอช้าลองเอาแบบสำรองของ HP3 มาทดลองบนโลกเพื่อหาวิธีแก้ ทีมวิศวกรในตอนนั้นก็ให้ความเห็นว่า Mole อาจจะติดหินเลยขุดไม่เข้าหรือไม่

ในที่สุด เมื่อไม่มีทางเลือกวิศวกรของ JPL ก็เลยใช้วิธี Improvise ด้วยการเอาแขนกลมากดดินรอบ ๆ Mole เพื่อเพิ่มความแน่นของดินและเพิ่มแรงเสียดทานแต่เมื่อลองดูแล้วแขนกลมันดันเอื้อมไปไม่ถึง วิศวกรก็เลยเอาที่ตักดินซึ่งปกติมีไว้ตักดินนั้นแหละมาดันตัว Heat Flow Probe ให้เสียดสีกับดินมากขึ้น นั้นทำให้ Mole สามารถขุดต่อไปได้กว่า 2 อาทิตย์

การใช้ที่ตักดินมาดัน Heat Flow Probe เพื่อเพิ่มแรงเสียดท้านในการเจาะ – ที่มา NASA/JPL

แต่หลังจาก 2 อาทิตย์เมื่อ Heat Flow Probe ทั้งแท่งจมลงไปในดินแล้วทำให้ที่ตักดินไม่มีที่ดันจึงต้องดันดินข้าง ๆ ตัวขุดแทนแต่ไป ๆ มา ๆ Heat Flow Probe ดันเด้งออกมาครึ่งแท่งแบบงง ๆ ทำให้ต้องเริ่มใหม่หมดอีก

Heat Flow Probe ที่เด้งออกมาทั้งแท่ง – ที่มา NASA/JPL

JPL ก็พยายามทำวิธีดันแบบนี้มาตลอดโดยหลีกเลี่ยงการดันจากข้างบนโดยตรงซึ่งเป็นสายไฟและสาย Data ที่อาจเกิดความเสียหายได้ แต่หลังจากความพยายามเป็นปีซึ่งก็ติดลูปอยู่อย่างนี้ เข้าไปทั้งแท่งแล้วก็เด้งออกมา วนไปเรื่อย ๆ และเมื่อ JPL หมดความอดทนในเดือน กุมภาพันธ์ 2020 วิธีที่ไม่มีใครคาดคิดก็ถูกนำมาใช้

วิศวกร JPL ได้ตัดสินใจว่าช่างแม่ง ตอกแม่งลงไปเลยด้วยการเอาที่ตักดินมาทุบ ๆ ฝาข้างบนของ Heat Flow Probe (อย่าลืมว่าเป็นสายไฟและสาย Data แต่ JPL ก็ยังช่างแม่งตอกไปเลย) เพื่อดันมันลงไปในดินแล้วก็ให้มันขุดไปด้วยโดยเอาตัวที่ตักดินมาดันไว้กันมันเด้งออกมาซึ่งตอนแรกมันก็ยังดื้อ แต่จากรายงานในเดือน พฤษภาคม 2020 JPL บอกว่ามันเริ่มตอกลงแล้วแต่ช้าเพราะว่าพอเอาที่ตักดินตอกทีก็ต้องเลื่อนที่ตักดินมาใหม่เพราะมันเคลื่อนและการตอกแบบช่างแม่งของ JPL ทำให้มุมในการเจาะเอียงไปกว่า 30 องศาแต่ JPL ก็ยังช่างแม่งบอกว่าเดี๋ยวมันก็ตรงของมันเองตอก ๆ ไปเถอะ

ภาพการตอก Heat Flow Probe ลงไปในดินด้วยที่ตักดิน – ที่มา NASA/JPL

ก็ถือว่าเป็นวิธีเดียวในการทำให้มันทำงานเพราะไม่งั้นก็ไม่มีวิธีอื่นอีกแล้วในการแก้ไขปัญหาและหลาย ๆ คนอาจจะเกิดคำถามหลาย ๆ อย่างเกี่ยวกับเคสนี้ เราได้รวบรวม Q&A จาก NASA มาให้แล้ว

Q: ก็ทำไมไม่ย้าย “หลุมเจาะ” ไปที่อื่นละ
A: ทีมวิศวกรของ JPL มั่นใจว่าย้ายไปก็ไม่ได้อะไรเพราะว่าปัญหาเกิดจากแรงเสียดทานไม่พอหากย้ายไปที่อื่นปัญหาก็จะยังเกิดเช่นเดิม ทั้งนี้การยก Heat Flow Probe อาจะทำให้มันหลุดออกจาก Support Structure ได้และนั้นจะทำให้อุปกรณ์พังทันที (อันนี้พังจริง ๆ)

Q: ทำไมไม่เอาสว่านขุดดินไปละ
A: สว่านขุดดินซึ่งต้องมีแรงในการหมุนมากพอสมควรนั้นมีน้ำหนักมากและใช้ไฟฟ้ามากซึ่งแผงโซลาร์เซลล์บนยานไม่พอ และการขุดด้วยมอเตอร์กำลังสูงนั้นจำเป็นต้องมี Support Structure ที่แข็งแรงพอเหมือนแท่นขุดเจาะจึงจะขุดได้ถ้าแท่นขุดไม่แข็งแรงพอ แรงจากมอเตอร์จะไปหมุนแท่นขุดแทนที่จะหมุนหัวสว่าน (นึกแล้วโคตรฮา)

Q: แน่ใจว่ามันไม่ได้ชนหิน
A: วิศวกรเชื่อว่ามันไม่ได้ชนหินเพราะว่าหนึ่งในเหตุผลที่ InSight ลงจอดบน Elysium Planitia ก็เพราะว่ามันมีหินน้อยมากและตัวแท่นขุดแรงพอที่จะขุดทะลุหินขนาดเล็กได้

Q: ปัจจัยของการเปรียบเทียบการจำลองการทดลองบนโลกและบนดาวอังคาร
A: Testbed ที่ใช้ในการจำลองของ JPL ใช้แบบที่มีน้ำหนักเท่าอุปกรณ์จริงและเพราะว่าการทดลองเกิดขึ้นบนโลกที่มีแรงโน้มถ่วงมากกว่าทำให้เราไม่สามารถเปรียบเทียบกันได้โดยตรงว่าเกิดอะไรขึ้นบนดาวอังคารและการจะใช้ต้นแบบที่มีน้ำหนักเบากว่าของจริงเพื่อทดแทนส่วนที่เกินนั้นเป็นไปไม่ได้เพราะว่าแรงขุดเจาะของต้นแบบที่น้ำหนักเบากว่ามีกำลังขุดไม่เท่าของจริงบนดาวอังคาร

Q: เป็นไปได้ไหมที่ตัวขุดเจาะพัง
A: ทีมวิศวกรยังไม่เห็นความแตกต่างของการจำลองบนโลกเปรียบเทียบกับสถานการณ์จริงบนดังคารทำให้ทีมวิศวกรคิดว่าไม่น่าจะเกิดจากตัวขุดเจาะพัง

Q: เรื่องนี้สอนให้รู้ว่า
A: ดินบนดาวอังคารนั้นแตกต่างจากที่เราเคยเห็นจากยาน Spirit และ Opportunity เป็นอย่างมาก ดินใต้ InSight มีทั้งเรื่องของความเสียดทานและเรื่องของการก่อตัวที่แตกต่าง

Q: ทำไมวิศวกรไม่สามารถคาดการณ์ปัญหานี้ได้ก่อนที่จะติดตั้งอุปกรณ์
A: ดินที่มีแรงเสียดทานต่ำเป็นอะไรที่เราไม่คาดคิดเพราะว่ามันต่างจากดินที่เราเคยเห็นจากจุดลงจอดอื่น ๆ ของยานสำรวจอื่น วิศวกรรู้อยู่แล้วว่ามีโอกาสที่จะเกิดเหตุการณ์แบบนี้ขึ้น แต่สิ่งที่เราทำได้ดีที่สุดก็คือเตรียมพร้อม

ทั้งนี้เราก็หวังว่าทีมวิศวกร JPL จะสามารถ “ตอก” Heat Flow Probe ลงไปใต้ดินได้สำเร็จ

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

Heat Probe | InSight Mission

InSight’s Team Tries New Strategy to Help the ‘Mole’

Common Questions about InSight mole





Read More

บทความอื่น ๆ ที่ควรอ่านต่อ



เรื่องราวน่าสนใจ

อัพเดทเรื่องราว ข่าว และบทวิเคราะห์เจาะลึก