แผนการเดินทางไปดาวอังคารของ SpaceX



Elon Musk ได้เปิดตัวโครงการ Interplanetary Transportation System หรือระบบขนส่งมนุษย์ระหว่างดวงดาวต่าง ๆ ในงาน IAC หรือ International Astronautical Congress ที่ผ่านมาสด ๆ ร้อน ๆ โดยได้โชว์ผลงานการออกแบบจรวดรุ่นใหม่ที่มีพลังมากกว่า Falcon 9 ที่ใช้อยู่ถึง 16 เท่าตัว

SpaceX เป็นบริษัทอวกาศเอกชนที่ก่อตั้งโดยงบส่วนตัวของ Elon Musk (และเปิดให้ลงทุนผ่านช่องทางต่าง ๆ แต่ไม่มีการขายหุ้น) ผลงานของ SpaceX นับว่าไม่ธรรมดา ย้อนกับไปในช่วงปี 2006 ณ หมู่เกาะฮาวาย SpaceX ได้เริ่มต้นที่นี่ พื้นที่เกาะเล็ก ๆ ถูกใช้เป็นฐานปล่อยจรวดที่สร้างขึ้นเองง่าย ๆ ชื่อของมันคือ Falcon 1 จากการลองผิดลองถูกหลายครั้งในที่สุดพวกเขาก็สามารถสร้าง Falcon 9 (จรวด 9 เครื่องยนต์) ที่สามารถใช้ในการส่งยานอวกาศและดาวเทียมขนาดใหญ่ได้ หลังจากได้โชว์ของดีให้ NASA ดู ผลงานการสร้างยาน Dragon และ Falcon 9 ของ SpaceX เป็นที่สนใจ NASA เชื่อว่าพวกเขาจะสามารถส่งเสบียงขึ้นสู่สถานีอวกาศได้ ทำให้ SpaceX และ Boeing ชนะการประกวดที่เรียกว่า CRS หรือ Commercial Resupply Services ดังนั้น บริษัทที่ NASA จะมอบทุนให้ก็คือ SpaceX นั่นเอง

Interplanetary Transport System

ก่อนหน้างานเปิดตัวได้ไม่กี่วัน Elon Musk ได้โพสรูปภาพของเครื่องยนต์รุ่นใหม่ที่ชื่อว่า Raptor Engine เครื่องยนต์รุ่นใหม่ของ SpaceX ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของจรวดรุ่นใหม่ที่จะเปิดตัวในคืนวันพรุ่งนี้ โดย Musk บอกว่าเครื่องยนต์ Raptor จะจุดเป็นเวลา 382 วินาที ด้วยแรงผลักกว่า 310 ตัน ณ ความดัน 300 บาร์

Raptor testing

สำหรับเครื่องยนต์ของ Falcon 9 ที่ชื่อว่า Merlin Engine นั้นมีแรงผลักแค่ 22 ตัน แน่นอนว่าเทียบกันไม่ติดเลยทีเดียว ส่วนถ้าเทียบกับเครื่องยนต์ F-1 ของจรวด Saturn V นั้นถือว่า Raptor แรงกว่า 40% !! แต่ประหยัดเชื้อเพลิงกว่าถึงครึ่งนึง

A BIG FUCKING ROCKET

เป็นชื่อเรียกเล่น ๆ กันของจรวด Interplanetary ของ SpaceX ซึ่งจริง ๆ แล้วคือ BFR – Big Falcon Rocket แต่ไม่รู้ใครไปเปลี่ยนเป็น Big Fucking Rocket นี่คือจรวดที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในโลก มันใหญ่กว่า Saturn V ที่ใช้ส่งมนุษย์ไปดวงจันทร์เสียอีก

สำหรับแนวทางในการส่งมนุษย์ไปยังดาวอังคารนั้น Elon Musk ต้องการให้มนุษย์ไปตั้งถิ่นฐานบนดาวอังคาร โดยตัวจรวดมีความสูงถึง 122 เมตร เส้นผ่านศูนย์กลาง 17 เมตร ทำให้มันเป็นจรวดที่ใหญ่ที่สุดที่เราเคยสร้างมา

SpaceX ต้องการสร้างจรวดที่ง่ายและมีโครงสร้างไม่ซับซ้อน ดังนั้นหน้าตาของ Interplanetary Transport System จะคล้ายกับ Falcon 9 ในปัจจุบันคือแบ่งออกได้เป็นสองส่วน

  • First Stage ทำหน้าที่ส่ง second stage ไปสู่วงโคจร
  • Second Stage เป็นส่วนสำคัญที่จะพาเราเดินทางไปยังปลายทางต่าง ๆ

สำหรับการปล่อยนั้น Interplanetary Transport System จะพุ่งขึ้นจากฐานปล่อย 39A ณ Kennedy Space Center หนึ่งในฐานปล่อยที่ SpaceX ได้เช่าจาก NASA ซึ่งฐานปล่อยนี้ในอดีตเป็นฐานปล่อยจรวด Saturn V และกระสวยอวกาศแต่หลังจากที่กระสวยอวกาศถูกยกเลิก SpaceX ก็ได้เข้ามาปรับปรุงฐานปล่อยนี้เพื่อให้เป็นฐานปล่อยจรวดต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็น Falcon 9, Falcon Heavy หรือ Interplanetary Transport System

Interplanetary Transport System

เนื่องด้วยตัวจรวดนั้นมีขนาดใหญ่มากดังนั้นการประกอบจะใช้เป็นการนำชิ้นส่วนต่าง ๆ มาประกอบ ณ Kennedy Space Center ซึ่งแน่นอนว่า SpaceX จะต้องสร้างอาคารขนาดใหญ่สำหรับทำการประกอบจรวดขึ้นมาไม่ห่างจากฐานปล่อย ซึ่งแตกต่างจาก Falcon 9 ที่มีขนาดไม่ใหญ่มาก (จริง ๆ ก็ใหญ่) แต่ยังสามารถขนส่งทางรถยนต์ได้ โดย Falcon 9 ทุกลำจะเดินทางมาจากสำนักงานใหญ่ของ SpaceX ในแคลิฟอร์เนีย

Interplanetary Transport System

เมื่อ Interplanetary Transport System จะเกิดเสียงดังสนั่นหวั่นไหวด้วย เครื่องยนต์ Raptor Engine มากถึง 42 ตัว ให้แรงยกทั้งหมด “หนึ่งร้อยยี่สิบหกล้านนิวตั้น” ซึ่งเทียบเท่ากับจรวด Falcon 9 มากถึง 16 ตัว เพื่อส่งมันขึ้นสู่วงโคจรที่เรียกว่า Parking Orbit ซึ่งเป็นวงโคจรที่ไม่สูงมากของโลก เป็นวงโคจรก่อนที่ second stage จะทำการจุดเครื่องยนต์เพื่อเร่งความเร็วให้หลุดออกจากวงโคจรของโลก

Interplanetary Transport System

เช่นเดียวกับ Falcon 9 จรวด Interplanetary Transport System เมื่อ second stage แยกตัวไปแล้วจะทำการ Boostback Burn เพื่อกลับมาลงจอด ณ ฐานปล่อย (RTLS – Return to launch site) โดยจะมีการลงจอดอย่างแม่นยำบนฐานปล่อยพอดี ๆ เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับ “การปล่อยครั้งที่สอง” ซึ่งจะเป็นการส่ง “ยานเติมเชื้อเพลิง” ขึ้นไปเติมเชื้อเพลิงให้กับ second stage ที่รออยู่บน Parking Orbit

Interplanetary Transport System

เครนขนาดใหญ่บริเวณฐานปล่อยจะทำการยกยานเชื้อเพลิงขึ้นมาติดตั้งบน first stage จากนั้นจะมีการส่งจรวดขึ้นไปอีกครั้งเพื่อนำเชื้อเพลิงไปเติมให้กับ second stage เหตุผลที่ต้องทำเช่นนี้เป็นเพราะว่าแม้จรวดจะมีขนาดใหญ่มาก แต่การ Burn Orbit เพื่อให้หลุดจากวงโคจรของโลกและไปยังดาวอังคารต้องใช้ความเร็วมาก ดังนั้นการทำ Orbital Refilling จึงเป็นขั้นตอนที่สำคัญในการส่ง second stage ไปยังดาวอังคาร และแน่นอนว่าเรายังสามารถใช้เทคนิคนี้ในการส่งอย่างอื่นได้เช่น เสบียง, น้ำอาหาร ต่าง ๆ เพื่อเป็นการประหยัดเชื้อเพลิงในการส่งยานในครั้งแรก

Interplanetary Transport System

หลังจากที่ได้ทำการเติมเชื้อเพลิงและโอนถ่ายสิ่งของที่สำคัญแล้ว ยาน Refill จะกลับมาลงจอดบนโลกเช่นเดียวกับตัว First Stage booster ในขณะที่ second stage เร่งความเร็วเพื่อให้หลุดพ้นจากวงโคจรของโลกและเริ่มต้นการเดินทางสู่ “ดาวอังคาร” Solar Arrays จะถูกกางออกเพื่อเป็นแหล่งพลังงานให้กับยานมากถึง 200 kW เลยทีเดียว

Interplanetary Transport System

ภายในยานขนส่ง Elon Musk กล่าวว่าด้านในจะคล้ายกับการเดินทางในเรือสำราญ ที่มีระบบความบันเทิงต่าง ๆ และระบบอำนวยความสะดวกแก่ผู้อยู่อาศัย เนื่องจากการเดินทางไปดาวอังคารนั้น จะใช้เวลาอย่างเร็วที่สุด 90 วัน และอย่างช้าที่สุด 140 วัน ขึ้นอยู่กับการวางตัวของโลกและดาวอังคารในการโคจรรอบดวงอาทิตย์ขณะนั้น ทำให้การเดินทางแต่ละครั้งจำเป็นต้องอาศัยโอกาสและช่วงเวลาที่เหมาะสม โดยในปี 2020 เราจะใช้เวลาเดินทางอย่างรวดเร็วที่สุดคือ 90 วันเท่านั้น ซึ่งโอกาสแบบนี้จะเกิดขึ้นอีกในปี 2033 เลยทีเดียว

Elon Musk กล่าวว่าตัวเขาจะพยายามพัฒนาขีดความสามารถในการเดินทางไปดาวอังคารให้ได้ไปกลับเหมือนนั่งเครื่องบินหรูๆไปเที่ยวและลดระยะเวลาเดินทางในแต่ละครั้งให้เหลือเพียง 30 วันเท่านั้น!!!

เนื่องจากในอวกาศห้วงลึกนั้นมีรังสีต่าง ๆ มากมายที่อาจเป็นอันตรายกับมนุษย์รวมถึงพวกอนุภาคพลังงานสูงต่าง ๆ ในตรงนี้ Elon Musk บอกว่าจะใช้เทคนิกที่เรียกว่า Artificial Magnetic Field ในการจำลองสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อเบี่ยงเบนเส้นทางของอนุภาคเหล่านี้ไม่ให้เข้ามาในตัวยานเหมือนเป็นการสร้างเกราะคลุมยานเอาไว้นั่นเอง

Interplanetary Transport System

เมื่อพร้อมแล้วยานจะค่อย ๆ ลดความเร็วและสัมผัสกับชั้นบรรยากาศอันเบาบางของดาวอังคาร อากาศดาวอังคารนั้นมีความเบาบางมาก มีความบางเพียง 1% ของชั้นบรรยากาศโลก ดังนั้น วัตถุต่างๆจะตกลงสู่พื้นได้เร็วขึ้น เพราะแรงเสียดทานน้อย การลดความเร็วจึงไม่สามารถทำได้ดีนักบนดาวอังคาร

เราสามารถส่งยานไปดวงจันทร์ได้อย่างง่ายดาย เพราะดวงจันทร์ไม่มีชั้นบรรยากาศ ทำให้เราไม่จำเป็นต้องใช้ “แผ่นกันความร้อน” ในการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ แต่กับดาวอังคารนั้น มีชั้นบรรยากาศเหมือนกับโลกเป็นเกาะป้องกันวัตถุต่างๆไม่ให้เข้าสู่ดาวอังคารได้โดยง่าย การที่จะเข้าไปได้นั้น ต้องผ่าน ความร้อน ความกดดัน มหาศาล อุณหภูมิของแผ่นกันความร้อนจะพุ่งสูงขึ้น แผ่นกันความร้อนจะร้อนเทียบเท่ากันพื้นผิวของดวงอาทิตย์! ที่สำคัญถ้าการคำนวนพลาดไป ยานอาจจะเผาไหม้ในชั้นบรรยากาศ หรือ กระเด็นออกไป ไม่เข้าสู่ดาวอังคารก็ได้

Interplanetary Transport System

การจะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ก็เหมือนกับเราโยนหินจากในอากาศ ให้ลงไปในน้ำ ถ้าเราโยนตะแคงข้างเบา ๆ หินก็จะกระโดดไปบนผิวน้ำ นั่นอันตรายมากสำหรับการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ เพราะการที่ยานกระโดดเด้งไปมานี้ อาจจะทำให้ยานกระเด็นออกไปไกลและไม่สามารถเข้าสู่ชั้นบรรยากาศได้ แต่ก็เช่นกัน หากเราโยนหินไปแรง ๆ มันก็จะกระแทกผิวน้ำอย่างจัง ถ้าเป็นยานอวกาศก็จะฉีกขาด เผาไหม้ และระเบิดหายไป การจะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศจึงต้องอาศัยความพอดี ในการค่อยใช้แผ่นกันความร้อนถูลงไปกับชั้นบรรยากาศ ไม่เร็วไปหรือช้าไป นั่นเอง

Interplanetary Transport System

เครื่องยนต์ของ Second Stage จะใช้ในการช่วยชะลอความเร็วและบังคับยานให้ลงจอดอย่างนิ่มนวลบนดาวอังคาร

เราจะไปทำอะไรบนดาวอังคาร

เชื่อหรือไม่ว่าอารยธรรมมนุษย์ถือกำเนิดมาได้ประมาณ 5,000 ปี ในห้าพันปีนี้ ตั้งแต่ที่เราเริ่มรู้จักการใช้ชีวิต เราผ่านสิ่งต่าง ๆ มามากมาย ทั้งสันติและสงคราม ความเป็นและความตาย ทั้งหมดทำให้เราได้เรียนรู้ ได้ปรับตัว ได้ค้นพบสิ่งใหม่ ๆ เราสร้างเรือที่เดินทางข้ามมหาสมุทรจนค้นพบทวีปใหม่ เราสร้างเครื่องบินที่พาเราข้าทวีปได้อย่างอิสระ เราสร้างจรวดและยานอวกาศเพื่อส่งมนุษย์ไปบนดวงจันทร์ และตอนนี้คนจำนวนหนึ่งกำลังทำงานอยู่บนอวกาศในสถานีอวกาศนานาชาติ ลองย้อนไปหลายพันปีก่อนเรื่องพวกนี้อาจะเป็นเรื่องเพ้อเจ้อ แต่วันนี้มันเกิดขึ้นจริง

Interplanetary Transport System

ดังนั้นการตั้งอานานิคมบนดาวอังคารในซักวันหนึ่งในอนาคตย่อมเป็นเรื่องที่เกิดขึ้นได้ ในช่วงแรกผู้ที่เดินทางไปดาวอังคารอาจจะเป็นนักวิจัย นักวิทยาศาสตร์ หรือผู้ที่กล้าพอที่จะไปบุกเบิกดาวอังคาร และปรับเปลี่ยนดาวอังคารให้เหมาะกับการอยู่อาศัย ซึ่งอาจใช้เวลาเป็นร้อยปี หรือเป็นพันปีก็ไม่ทราบได้ แต่ว่าก้าวแรกที่เราได้เดินทางไปดาวอังคารเมื่อมันเกิดขึ้นแล้วสิ่งต่าง ๆ ย่อมพัฒนาต่อไป

เชื้อเพลิงมีเทน

อีกสิ่งหนึ่งที่เป็นเรื่องสำคัญเลยก็คือเชื้อเพลิง หากเราต้องการเดินทางไปกลับโลกและดาวอังคารได้อย่างอิสระมากยิ่งขึ้นโดยไม่ต้องอาศัยเชื้อเพลิงที่ขนมาจากโลกนั้นแปลว่าเราต้องหา “แหล่งเชื้อเพลิงบนดาวอังคาร” ซึ่งนั่นก็คือก๊าซบนดาวอังคาร จะมีการนำน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์มาผ่านกระบวนการทางเคมี (ซึ่งถ้าใครเรียน เคมี ม.ปลายมา น่าจะพอเข้าใจ) เพื่อให้ได้เป็น ออกซิเจนและมีเทน ตามสมการ 2(H2O) + CO2 –> 2(O2) + CH4

Interplanetary Transport System

เครื่องยนต์ Raptor นั้นต่างจาก Merlin ที่ใช้กับ Falcon 9 ปกติการทำงานของจรวดเชื้อเพลิงเหลวจะประกอบไปด้วยสององค์ประกอบหลักๆ คือ เชื้อเพลิง กับ Oxidiser อธิบายง่าย ๆ เชื้อเพลิงก็คือเชื้อเพลิงหรือน้ำมันนั่นแหละ สำหรับจรวดเราจะใช้ “น้ำมันก๊าด” หรือฝรั่งเรียกว่า kerosene แต่ไม่ใช่น้ำมันก๊าดกาก ๆ ห่วยๆ แบบที่เราใช้กัน ต้องเป็นน้ำมันก๊าดชั้นดี มีความบริสุทธิ์สูงเป็นเกรดที่สามารถนำไปใช้กับ จรวดหรือเครื่องบินรบ ได้

Raptor testing

แต่สำหรับ Raptor นั้น แทนที่จะใช้ kerosene ก็จะใช้เป็นมีเทนเหลวแทน ซึ่งเป็นหนึ่งในเครื่องยนต์รุ่นแรก ๆ ที่ถูกออกแบบมาให้เผาไหม้มีเทนด้วยออกซิเจนเหลว

หนทางสู่การสำรวจอวกาศในอนาคต

แม้ว่า Interplanetary Transport System จะถูกออกแบบมาสำหรับดางอังคาร แต่ในอนาคตหากเราพัฒนาต่อไป โดยสามารถสร้างสถานีเชื้อเพลิงระหว่างดาวต่าง ๆ ได้ละก็ยานนี้จะสามารถช่วยมนุษย์ก้าวข้ามขีดจำกัดในการเดินทางไปยังดาวที่ห่างไกลขึ้นได้ ไม่ว่าจะเป็นดวงจันทร์บริวารของดาวพฤหัส หรือดาวเสาร์ซึ่งก็เป็นอีกหนึ่งในดาวที่นักวิทยาศาสตร์ปัจจุบันสนใจและต้องการสำรวจมากที่สุด

Interplanetary Transport System

เรารู้กันว่าใต้พื้นน้ำแข็งของ Europa (ภาพบน) นั้นมีทะเลอยู่ ซึ่งเป็น “ทะเลน้ำเกลือ” สิ่งที่เราค้นพบตอนนี้คือ น้ำที่อยู่ใต้แผ่นน้ำแข็งนั้นมีการ “ปะทุ” ขึ้นมาเป็นน้ำพุขึ้นสู่ผิวของดาวในลักษณะละอองน้ำสูงถึง 125 ไมล์เหนือพื้นผิว คล้ายกับน้ำพุบนดวงจันทร์ Enceladus ของดาวเสาร์ (ภาพล่าง)

Interplanetary Transport System

แม้ว่าการเดินทางท่องอวกาศนั้นจะเป็นเหมือนกับฝันที่แทบจะไม่มีวันเป็นจริงได้ อาจเป็นเพราะค่าใช้จ่ายในการไปท่องสำราญนั้นสูงจนรู้สึกไม่คุ้มค่ากับสิ่งที่ได้ แต่ Elon Musk ก็บอกว่าเขาจะพยายามทำให้ค่าใช้จ่ายในการเดินทางลดลงให้เหลือเพียง $100,000 เท่านั้นเพราะเขาเชื่อการเดินทางไปสำราญบนดาวอังคารนั้นเป็นความใฝ่ฝันของเขาและของมนุษยชาติ ดังนั้นการที่คนๆหนึ่งจะเอื้อมฟ้าคว้าดาวเขาต้องยอมเสียทุกสิ่งสรรพบนโลกมนุษย์เพื่อไปท่องเที่ยวบนดาวดวงใหม่ หากเป็นเช่นนั้นก็คงจะไม่ดีแน่นอน การลดราคาการเดินทางเหลือเพียงเท่ากับการซื้อบ้านหนึ่งหลังก็คงช่วยเรื่องค่าใช้จ่ายในการเดินทาง ช่วยเป็นการเปิดโอกาสให้กับกลุ่มคนผู้เป็นผู้บุกเบิกเดินทางเพื่อไปยังดินแดนใหม่ได้อย่างดี

นี่เป็นแผนการของ SpaceX ในการสร้าง Interplanetary Transport System ทาง SpaceX ก็ได้วางแผน Timeline ของตนเองเอาไว้ ว่าจะมีการทดสอบต่าง ๆ ขึ่นเรื่อย ๆ และจะได้ส่งยานไปดาวอังคารจริง ๆ ภายในปี 2023 โดยก่อนหน้านั้นในปี 2018 จะมีการส่งยาน Dragon ในชื่อว่า Red Dragon เพื่อทดสอบความสามารถในการเดินทางไปดาวอังคารของ SpaceX

มีคำพูดหนึ่งจากหนังเรื่อง Interstellar ที่ว่า “Mankind was born on Earth. It was never meant to die here” ซึ่งในงานเปิดตัว Interplanetary Transport System นี้ Elon Musk ก็ได้พูดทำนองเดียวกันว่า “เผ่าพันธุ์ของเรามีสองทางเลือก คือใช้ชีวิตอยู่บนโลกตลอดไปและสูญพันธุ์ไป หรือเราจะออกเดินทางสู่อวกาศ เพื่อให้มนุษย์กลายเป็นสิ่งมีชีวิตทีใช้ชีวิตอยู่ระหว่างดวงดาวได้อย่างอิสระ”