Mars Exploration 18 กุมภาพันธ์ 2021 นี้ ยาน Perseverance จะลงจอดบนดาวอังคาร เราควรรู้อะไรบ้าง
18 กุมภาพันธ์ 2021 นี้ ยาน Perseverance จะลงจอดบนดาวอังคาร เราควรรู้อะไรบ้าง

Chottiwatt Jittprasong in Featured

18 กุมภาพันธ์ 2021 นี้ ยาน Perseverance จะลงจอดบนดาวอังคาร เราควรรู้อะไรบ้าง

February 2, 2021

หลังการเดินทางระหว่างดาวเคราะห์ของยาน Perseverance Rover ในภารกิจ Mars 2020 เป็นเวลากว่าครึ่งปีมาแล้วนับตั้งแต่การปล่อยยานเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2020 Mars 2020 เหลือเวลาอีกเพียงไม่กี่วันก่อนที่จะปิดฉากการเดินระหว่างโลกกับดาวอังคารของมันด้วยการลงจอดบน Jezero Crater ในวันที่ 18 กุมภาพันธ์ 2021 ที่กำลังจะถึงนี้

สามารถอ่านรายละเอียดเกี่ยวกับยาน Perseverance ได้ที่นี่ – Perseverance Rover สรุปรายละเอียด อุปกรณ์ทุกตัว บนยาน ภารกิจสำรวจดาวอังคาร

Perseverance กำลังจะเจอกับช่วงเวลาที่กดดันที่สุดและเสี่ยงที่สุดของการลงจอดบนดาวอังคารเรียกว่า EDL หรือ Entry, Descent, Landing วิศวกรของยานก็จะต้องเผชิญกับมันเช่นกัน EDL เป็น Sequence ของเหตุการณ์นานประมาณ 7 นาทีที่เกิดขึ้นกับยานลงจอดดาวอังคารทุกลำ และชะตาของยานแต่ละลำก็ถูกกำหนดไว้ตั้งแต่ยานเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวอังคารแล้ว ในช่วงระยะเวลา 7 นาทีนี้ ยานเองจะไม่สามารถสื่อสารกับโลกได้ ไม่สามารถรอคำสั่งจากโลกได้ มันจะต้องเอาตัวรอดของมันเองด้วยระบบลงจอดที่ต้องถูกโปรแกรมไว้เผื่อสำหรับทุกสถานการณ์ที่จะเกิดขึ้นได้ระหว่างการ EDL วิศวกรเองก็จะไม่สามารถแก้ไขปัญหาอะไรกับยานได้เลยระหว่างที่ยานกำลังทำ EDL

ภาพจำลอง Mars 2020 พร้อม Cruise Stage เดินทางถึงดาวอังคาร – ที่มา NASA/JPL-Caltech

พวกเขาไม่สามารถรู้ชะตากรรมของยานได้ด้วยซ้ำเนื่องจาก Communication Delay ระหว่างโลกและดาวอังคารที่อาจทำให้การสื่อสารกับยานล่าช้าไปหลายนาทีและอาจนานถึง 20 นาที นอกจากนี้ถึงสัญญาณจะสามารถเดินทางจากดาวอังคารถึงโลกได้ภายในระยะเวลา 7 นาทีของ EDL แต่ก็ยังมีอีกอุปสรรคหนึ่งของการสื่อสาร นั่นก็คือ Ionization blackouts จากความร้อนระหว่างที่ยานเสียดสีกับชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร ทั้งหมดนี้หมายความว่าวิศวกรจะไม่รับรู้ข่าวสารอะไรจากยานเลยระหว่าง EDL และถ้า Perseverance ลงจอดล้มเหลว โลกก็จะไม่ได้ยินเสียงสัญญาณจาก Perseverance อีกเลย แต่หากมันลงจอดสำเร็จ วิศวกรก็ยังต้องลุ้นว่าสัญญาณจะถูกส่งมาถึงตอนไหน มันเลยเป็นเหมือนการรอเวลาที่ใครก็คาดเดาไม่ได้นั่นเอง งานนี้จึงขึ้นอยู่กับระบบของยานเองว่าจะเอาตัวรอดจาก EDL ได้หรือไม่

ภาพจำลองการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของ Perseverance – ที่มา NASA/JPL-Caltech

การ EDL ของภารกิจ Mars 2020 จะเริ่มในวันที่ 18 กุมภาพันธ์ 2021 การเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของ Mars 2020 เป็นการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศแบบ Direct entry หมายความว่าจะไม่มีการทำ Orbit insertion หรือการเข้าสู่วงโคจรของดาวอังคารเพื่อเตรียมพร้อมก่อนการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ แต่เมื่อมาถึงแล้วก็จะพุ่งเข้าใส่ชั้นบรรยากาศของดาวอังคารทันทีเลยนั่นเอง จึงเป็นเหตุผลว่าทำไม Mars 2020 มีวันเวลาลงจอดกำหนดไว้เรียบร้อยแล้ว เพราะว่าทุกอย่างที่กำลังจะเกิดขึ้นคือนาฬิกาที่กำลังนับถอยหลัง อยู่วิศวกรจะมาเลื่อนการลงจอดออกไปก่อนไม่ได้เพราะ Cruise Stage ของยานก็ไม่ได้ถูกออกแบบมาให้ปรับวงโคจรของยาน การเตรียมพร้อมทุกอย่างจึงต้องเริ่มตั้งแต่ตอนนี้

วงโคจร Direct entry ของภารกิจ Mars 2020 – ที่มา Phoenix7777, HORIZONS System, JPL, NASA

สามารถอ่านบทความเกี่ยวกับวิธีการลงจอดบนดาวอังคารของยาน Perseverance แบบเจาะลึกได้ที่นี่ – เจาะลึกวิธีลงจอดของยาน Perseverance บนดาวอังคาร Entry, Descent, Landing

EDL เริ่มต้นล่วงหน้าด้วยการสลัดส่วนของ Cruise Stage ออก 10 นาทีก่อนการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร ซึ่ง Cruise Stage ของ Perseverance มีไว้ใช้ตอนเดินทางระหว่างโลกไปดาวอังคารเท่านั้น มันมีไว้เพื่อเป็นฉนวนความร้อนและระบบทำความร้อนให้กับระบบไฟฟ้าของยานเพื่อรักษาสมดุลอุณหภูมิของระบบการบินต่าง ๆ ของยาน นอกจากนี้ Cruise Stage ยังมีหน้าที่นำทางตัวมันเองด้วย Star Scanner พร้อมกับจรวดขับดันขนาดเล็กสำหรับปรับทิศทางเล็กน้อยเท่านั้น อย่างไรก็ตามมันไม่ได้ถูกออกแบบมาให้ใช้ตอน EDL จึงถูกสลัดทิ้ง และจะเผาไหม้ในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารไป

10 นาทีหลังจากการสลัด Cruise Stage ยานจะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวอังคารพร้อมกับ Ablative Heat Shield สำหรับกันความร้อนระหว่างการเสียดสีกับชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร แต่ความท้าทายของการลงจอดบนดาวอังคารนั้นไม่ได้อยู่ที่ความร้อนระหว่างการเสียดสีกับชั้นบรรยากาศซึ่งจะร้อนสุด ๆ ประมาณ E+80s (80 วินาที) หลังการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ

ความท้าทายหลักคือชั้นบรรยากาศที่เบาบางกว่าโลกถึง 100 เท่า ชั้นบรรยากาศที่เบาบางนี้เองทำให้ความร้อนไม่ใช่เรื่องใหญ่เมื่อยานเสียดสีกับชั้นบรรยากาศเพราะว่าโมเลกุลของอากาศที่จะมาเสียดสีกับยานมีน้อยกว่าโลกถึง 100 เท่า แน่นอนว่ายานเข้าสู่ชั้นบรรยากาศดาวอังคารมันจะแทบจะทะลุและแหวกชั้นบรรยากาศของดาวไปเลยนั้นทำให้ความเร็วของยานระหว่าง EDL จะสูงมาก ๆ ในขณะที่บนโลกจะมีแรงดันอากาศมาต้านให้ความเร็วของยานช้าลง บนดาวอังคารไม่มีแรงแบบนั้นแต่อย่างใด (น้อยกว่าบนโลก 100 เท่า) ทำให้ยานจะยิ่งเร็วขึ้นและเร็วขึ้นเรื่อย ๆ แบบไม่มีอะไรมาเบรก หากจะใช้ร่มชะลอความเร็ว ก็อย่าลืมว่าอากาศบนดาวอังคารบางกว่าโลก 100 เท่า ทำให้ประสิทธิภาพของร่มชะลอความเร็วนั้นน้อยลงไปอีกมาก ทำให้การลงจอดบนดาวอังคารใช้ร่มชูชีพไม่ได้นั่นเอง แต่ต้องใช้ Sky Crane ที่เป็นจรวดมาชะลอความเร็วแทนนั่นเอง ทำให้การลงจอดบนดาวอังคารนั้นยากกว่าบนโลกมาก เพราะร่มชะลอความเร็วจะต้องใหญ่มาก ๆ เพื่อทดแทนความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศที่น้อยลง

ที่ความสูงประมาณ 10 ถึง 12 กิโลเมตรเหนือพื้นดิน E + 240s ร่มชะลอความเร็วจะถูกกางออก อีกประมาณ 20 วินาทีที่ความสูงประมาณ 6 ถึง 10 กิโลเมตร ความเร็วของยานจะลดลงจาก 1,500 กม./ชม เหลือประมาณ 600 กม./ชม และปลด Heat Shield ออกเพื่อลดน้ำหนัก เพราะไม่จำเป็นต้องใช้แล้ว

จากนั้นยานจะใช้ระบบ Radar เพื่อล็อกตำแหน่งลงจอดในขณะที่ร่มช่วยชะลอความเร็วไปด้วย E + 330s ที่ความสูงประมาณ 3 ถึง 8 กิโลเมตร ความเร็วของยานจะลดลงเหลือเพียง 300 กม./ชม. ระบบ Terrain Relative Navigation (TRN) ของยานจะเริ่มทำงานเพื่อหาตำแหน่งลงจอดที่ก่อนหน้านี้ได้ล็อกไว้ ด้วยการเปรียบเทียบลักษณะจุดเด่นของพื้นผิวบริเวณ Landing Zone ที่ถ่ายได้ระหว่าง EDL กับ Catalog รูปถ่ายของ Landing Zone ในฐานข้อมูลพื้นที่ลงจอดเพื่อเตรียมการปรับทิศทางของยาน

ภาพแสดงระบบของ Terrain Relative Navigation ของยาน Mars 2020 – ที่มา NASA

เมื่อยืนยันตำแหน่งลงจอดโดย TRN ได้แล้ว Perseverance จะปลดตัวเองออกจาก Backshell จากนั้นจึงจุดจรวดของ Sky Crane เพื่อทำ Powered Descent โดย Sky Crane จะค่อย ๆ ปรับทิศทางให้ตรงกับตำแหน่งที่ล็อกไว้จากนั้นจึงหย่อน Perseverance ลงด้วยความเร็วประมาณ 27 กิโลเมตรต่อชั่วโมงด้วยสายเคเบิลที่ประมาณ 10 เมตร เมื่อ Perseverance แตะพื้นแล้ว Sky Crane จะปลดสายเคเบิลออก จากนั้นจึงปรับ Thruster ไปที่ 45 องศาเพื่อบินออกให้ห่างจาก Rover จนกว่าเชื้อเพลิงจะหมดและตกสู่พื้นผิว เพื่อป้องกันความเสียหายจากเศษซากของ Sky Crane ที่อาจกระเด็นมาโดน Rover ตอนตกได้นั่นเอง

ภาพจำลอง Sky Crane ขณะกำลังย่อนยาน Perseverance ลงบนพื้นผิวของดาวอังคาร – ที่มา NASA/JPL-Caltech

เมื่อ Perseverance ลงจอดเสร็จสิ้นมันก็จะเริ่ม Surface Operation ของมันทันที เช่น การ Deploy อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ต่าง ๆ และการเดินทางบริเวณ Jezero Crater ของมันเพื่อไขปริศนาของดาวอังคารต่าง ๆ ทั้งนี้ทีมวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ได้ร่างเส้นทางสำรวจของ Perseverance จากภาพถ่าย Mosaic ซึงสร้างมาจากข้อมูลของยาน Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) เอาไว้แล้วด้วย

ภาพถ่ายพื้นผิวบริเวณ Jezero Crater จากยาน MRO พร้อมกับเส้นทางสำรวจสำหรับยาน Perseverance – ที่มา NASA/JPL-Caltech

Perseverance มีจุดประสงค์เพื่อค้นหาหลักฐานของสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคารในอดีตและเพื่อทดลองเทคโนโลยีใหม่ต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นระบบ TRN, MEDLI ซึ่งเป็นชุดเซนเซอร์สำหรับการทำ EDL, เฮลิคอปเตอร์ลำแรกบนดาวอังคาร Ingenuity หรือแม้แต่การส่งตัวอย่างดาวอังคารกลับโลก

Mars 2020 จึงเป็นหนึ่งในภารกิจที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมาเช่นกันนั่นเอง เพราะมันจะช่วยเปิดทางให้มนุษยชาติเดินทางมาดาวอังคารในอนาคตได้นั่นเอง

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

NASA’s Perseverance Rover 22 Days From Mars Landing





MORE