เปิดแผนการอัพเกรดแผง Solar Array บน ISS แทนที่ของเก่า

บนดอยนั้นไฟฟ้าได้มาจากหลากหลายแหล่งมากมาย ไม่ว่าจะเป็นไฟฟ้าที่ผลิตจากเขื่อน กังหันลม ถ่านหิน หรือเชื้อเพลิงฟอสซิลอื่น ๆ อีกมากมาย ถึงกระนั้นก็ยังมีดอยที่มีผู้คนอยู่อาศัยเป็นจำนวนมากแต่กลับยังไม่มีไฟฟ้าใช้ (ซึ่งเราจะไม่กล่าวว่าเป็นที่ใด) ในอวกาศ เราไม่สามารถต่อสายไฟฟ้าจากโลกขึ้นไปได้ แต่เราก็ยังมีสถานีอวกาศนานาชาติ หรือ ISS ซึ่งเป็นห้องแล็บลอยฟ้าและแหล่งผลิตความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับอวกาศแห่งเดียวของมนุษยชาติในตอนนี้ ไฟฟ้าของ ISS นั้นได้มาจากแหล่งเดียวก็คือ Photovoltaic Array หรือแผงโซลาร์เซลล์ ที่ใช้แสงอาทิตย์หรือโฟตอนในการผลิตไฟฟ้า

สามารถอ่านบทความเกี่ยวกับระบบไฟฟ้าบนสถานีอวกาศนานาชาติได้ที่นี่ เจาะลึกระบบไฟฟ้าบนสถานีอวกาศนานาชาติ State of the Art แห่งการจัดการพลังงานนอกโลก

ในขณะที่ ISS โคจรอยู่รอบโลกทุก ๆ วันนั้นมันก็หันแผงโซลาร์เซลล์ 4 แผงของมันไปหาดวงอาทิตย์เพื่อให้ได้แสงสำหรับการผลิตไฟฟ้าเพื่อการทดลองต่าง ๆ บน ISS รวมถึงการอยู่อาศัยของนักบินอวกาศอย่างเพียงพอ

แผงโซลาร์เซลล์ปัจจุบันที่ ISS ใช้อยู่นั้นถูกออกแบบมาให้มีอายุการใช้งานถึง 15 ปี ซึ่งแผงโซลาร์เซลล์คู่แรกของ ISS ที่เริ่มใช้งานในช่วงเดือน ธันวาคม 2000 นั้นก็ยังใช้งานมาถึงทุกวันนี้ ส่วนคู่อื่น ๆ ที่ตามมาทีหลังตั้งแต่ กันยายน 2006, มิถุนายน 2007 และ มีนาคม 2009 นั้นก็ยังใช้มาจนถึงตอนนี้ นั้นหมายความว่าคู่แรกนั้นถูกใช้มาเกินอายุการใช้งานซะอีก

แผงโซลาร์เซลล์คู่แรกของ ISS ขณะอยู่ระหว่างการก่อสร้าง – ที่มา NASA

ถึงโซลาร์เซลล์พวกนี้จะใช้ได้ดีอยู่ เพราะว่าถ้าใช้ไม่ได้นักบินอวกาศก็คงถูกแช่แข็งในอวกาศไปแล้ว แต่แน่นอนว่าประสิทธิภาพของมันก็ลดลงเช่นกัน ไม่ว่าจะเป็นกำลังไฟฟ้าลดลง แบตเสื่อม ต่าง ๆ นานาจนถึงจุด ๆ หนึ่งที่แผงโซลาร์เซลล์เสื่อมสภาพเกือบหมด ไฟฟ้าที่ได้ก็จะน้อยจนไม่พอสำหรับการทดลองต่าง ๆ เช่นกัน

ส่วนโครงการ Artemis ซึ่งกำลังจะมาถึงนี้ก็จะใช้ ISS เป็นที่สาธิตอุปกรณ์ต่าง ๆ ของโครงการอีกด้วย ซึ่งชิ้นส่วนต่าง ๆ โดยเฉพาะพวก Life support ของโครงการ Artemis ก็จะถูกส่งมาทดสอบอยู่ ISS ก่อนเพราะ ISS เป็นทีเดียวในตอนนี้ที่นักบินอวกาศสามารถทดลองอุปกรณ์ใน Space environment ได้นั่นเอง

ภาพจำลอง Lunar Gateway ของโครงการ Artemis – ที่มา NASA

NASA จึงต้องเริ่มวางแผนซ่อมบำรุงหรือไม่ก็เปลี่ยนโซลาร์เซลล์มันทั้งแผงเลย โดย NASA จะต่อเติมในส่วนของแผงโซลาร์เซลล์ถึง 6 channels จาก 8 เท่ากับ ISS จะมีแผงโซลาร์เซลล์มากกว่าเดิมนั่นเอง ซึ่ง NASA ได้จ้าง Boeing ให้ติดตั้งระบบแผงโซลาร์เซลล์บน ISS ใหม่พร้อมกับบริษัทลูก Spectrolab ของ Boeing ซึ่งเป็น Supplier ของแผงโซลาร์เซลล์แบบ Deployable Space Systems (DSS)

แผงโซลาร์เซลล์แบบ DSS อันนี้เป็นแผงที่ใช้เทคโนโลยีใหม่เรียกว่า Roll-Out Solar Array หรือ ROSA ซึ่งก็คือโซลาร์เซลล์แบบม้วนเข้าม้วนออกได้นั่นเองโดย ROSA พึ่งผ่านการทดลองใช้จริงบน ISS มาเมื่อปี 2017 ซึ่งข้อดีของมันก็คือประหยัดพื้นที่กว่าการขนแผงโซลาร์เซลล์อันใหญ่โคตรแบบที่ใช้อยู่บน ISS ตอนนี้ที่เมื่อก่อนทำได้เพราะเรามีกระสวยอวกาศที่ขนาด Bay เก็บของใหญ่พอสำหรับแผงโซลาร์เซลล์ขนาดนั้นอยู่แล้ว (มันพับได้ แต่ก็ต้องกางด้วยมือเหมือนกัน) แต่ตอนนี้เราหมดยุคกระสวยอวกาศไปแล้ว แน่นอนว่ายานอย่าง Crew Dragon ก็อัด Solar Array อันเท่าบน ISS ตอนนี้ไปไม่ได้เหมือนกัน

DSS จึงเป็นทางเลือกใหม่ในการอัปเกรดระบบพลังงานไฟฟ้าของ ISS นั่นเอง อาศัยความก้าวหน้าด้านการออกแบบต่าง ๆ รวมถึงวัสดุ เทคนิค ลูกเล่น ต่าง ๆ ใหม่ ๆ ใส่เข้าไปในแผงโซลาร์เซลล์รุ่นใหม่เช่นกางแล้วก็เก็บเองได้ไม่ต้องใช้มนุษย์ แน่นอนว่าเทคโนโลยีปี 2000 กับเทคโนโลยีปี 2021 นี้เทียบกันไม่ได้แน่ ๆ แต่ DSS ก็ยังมีข้อเสียตรงที่มันทำได้เล็กกว่า Array แบบเดิมเพราะมันม้วนได้แค่นั้น

แผงโซลาร์เซลล์ Deployable Space Systems (DSS) – ที่มา Deployable Space Systems

การติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์อันใหม่จะไม่ได้ติดตั้งแยกกันกับอันเดิมเพราะว่าตอนออกแบบ ISS มาระบบไฟฟ้ามันก็ออกแบบมาไว้แค่นั้น ไม่ได้คิดว่าจะมีการต่อเติมอะไรอีก ก็เลยทำให้ DSS อันใหม่ที่จะเอาไปติดจะต้องติดซ้อนกับแผงโซลาร์เซลล์อันเก่า ซึ่ง DSS มีความยาวประมาณครึ่งหนึ่งของแผงอันเก่าทำให้แผงอันเก่าจะยังสามารถผลิตไฟฟ้าได้อยู่ครึ่งหนึ่ง ส่วน DSS ก็ผลิตได้เต็มกำลัง

DSS จะถูกเชื่อมเข้ากับช่องไฟเดียวกันกับที่แผงปัจจุบันใช้อยู่ไม่ว่าจะเป็นระบบ Sun tracking ระบบกระจายพลังงาน ช่องเดินไฟ ต่าง ๆ เหมือนกับการเปลี่ยนระบบทีวีภายใน ISS ก่อนหน้านี้ที่เปลี่ยนระบบทีวีธรรมดาเป็น HD อย่างอื่นก็ใช้เหมือนเดิม

แผงโซลาร์เซลล์แบบ ROSA ระหว่างการทดสอบ – ที่มา NASA

แผงโซลาร์เซลล์ทั้ง 8 แผงของ ISS ในปัจจุบันผลิตพลังงานราว ๆ 160 กิโลวัตต์ระหว่างที่อยู่ด้านสว่างของโลก (เท่ากับหนึ่งแผงผลิตได้ 20 กิโลวัตต์) ซึ่งครึ่งหนึ่งของ 160 กิโลวัตต์ถูกเก็บไว้ในแบตเตอรี่สำหรับใช้ตอน ISS โคจรอยู่ด้านมืดของโลก ซึ่งแผงโซลาร์เซลล์อันใหม่แต่ละอันจะผลิตพลังงานได้ประมาณ 20 กิโลวัตต์เหมือนกัน ซึ่งจะถูกติดตั้งใหม่ทั้งหมด 6 แผง รวมเป็น 120 กิโลวัตต์ ซึ่งหากรวมกับแผงโซลาร์เซลล์อันเก่าอีกส่วนหนึ่งที่ไม่ถูกแผงใหม่บังซึ่งน่าจะผลิตได้ประมาณ 95 กิโลวัตต์ รวมเป็น 215 วัตต์ ซึ่งก็คือเพิ่มจากเดิมมาถึง 40% เลยทีเดียวจากเดิมผลิตได้แค่ 160 กิโลวัตต์

นับเป็นพัฒนาการอย่างก้าวกระโดดอย่างมากในเรื่องของการพัฒนาประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้พื้นที่น้อยลงกว่าเดิมถึงครึ่งหนึ่งในขณะที่ผลิตกระแสไฟฟ้าได้เท่าเดิมและยังมีลูกเล่น ๆ ใหม่อีกมากมายนั่นเอง แผงโซลาร์เซลล์อันใหม่นี้จะถูกส่งขึ้นไปยัง ISS โดยยาน Cargo Dragon ของ SpaceX พร้อมกับภารกิจเติมเสบียงทั้งสามครั้งของ SpaceX ในปี 2021 ซึ่งเป็นปีที่แผงโซลาร์เซลล์แผงที่สองของ ISS เกินอายุการใช้งานพอดีนั่นเอง การติดตั้งจะต้องทำการติดตั้งผ่าน Spacewalks สองครั้ง ครั้งที่หนึ่งเพื่อเตรียมดัดแปลงไซต์การติดตั้ง ส่วนครั้งที่สองค่อยเป็นการติดตั้งจริง

ซึ่ง NASA ได้เซ็นสัญญา ISS Vehicle Sustaining Engineering Contract หรือสัญญาซ่อมบำรุงแผงโซลาร์เซลล์กับ Boeing สำหรับการต่อเติมแผงโซลาร์เซลล์เรียบร้อยแล้วเหลือแค่การส่งตัวแผงโซลาร์เซลล์ขึ้นไปติดตั้งจริงเท่านั้นเอง

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

New Solar Arrays to Power NASA’s International Space Station Research