บทความนี้การกล่าวถึงวัสดุ NiTiNol หรือ Shaped-Memory alloy ที่บิดงอได้ แต่กลับมาคงรูปเดิม ซึ่งเป็นวัสดุตัวเดียวกับทีมงาน Spaceco ร่วมกับออปตัสในการพัฒนาแว่นรุ่น Hover 2.0 และที่สำคัญวัสดุชนิดถือเป็นหนึ่งในตัวช่วยเบื้องหลังของยานอวกาศ Mars Pathfinder ยานอวกาศที่เปลี่ยนวิธีการสำรวจดาวอังคารไปตลอดกาล
หากมองย้อนกลับไปในประวัติศาสตร์การสำรวจดาวอังคาร เราจะเห็นว่ายานอวกาศลำแรกที่เดินทางไปลงจอดบนดาวอังคารสำเร็จคือยาน Viking 1 และ 2 ในปี 1976 ซึ่งในตอนนั้น NASA เริ่มหันมาทำยานอวกาศเพื่อสำรวจดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ ก่อนที่หนึ่งปีต่อมาภารกิจการสำรวจอวกาศที่โด่งดังที่สุดอย่าง Voyager 1 และ 2 ก็ถูกปล่อยเพื่อเดือนทางออกนอกระบบสุริยะในปี 1977 แต่หากเรามอง Timeline ของการสำรวจดาวอังคารดี ๆ เราจะสังเกตเห็นว่า ภารกิจสำรวจดาวอังคารต่อมา เกิดขึ้นในปี 1997 ซึ่งนานถึง 20 ปี หลังจากการลงจอดของ Viking 1 และ 2
พอชี้ให้เห็นแบบนี้แล้ว เราอาจจะตั้งคำถามว่าเหตุใด การสำรวจดาวอังคารจึงถูกว่างเว้นไปนานกว่า 20 ปี ทั้งที่สองโครงการ ทั้ง Viking และ Pathfinder กลับถูกพัฒนาขึ้นโดยหน่วยงาน JPL หรือ Jet Propoulsaion Laboratory เหมือนกัน ในตอนนี้เราจะมาพูดถึงบริบททางเทคโนโลยี การเมือง และวิธีคิด ที่ทำให้ NASA ได้เดินทางกลับสู่ดาวอังคารอีกครั้ง และได้วางรากฐานให้กับภารกิจสำรวจดาวอังคารหลังจากนั้น ตั้งแต่ Mars Exploration Rover หรือ Spirit กับ Opportunity (2004) Phoenix Lander (2008) Curiousity (2012) Insight (2018) และ Perseverance (2021) ที่ล้วนประสบความสำเร็จอย่างมาก
จากดวงจันทร์สู่ดาวอังคาร
ย้อนกลับไปในปี 1970 หลังจากที่ NASA ประสบความสำเร็จอย่างมากในการส่งมนุษย์ไปลงจอดบนดวงจันทร์ในโครงการ Apollo โลกได้เห็นถึงศักยภาพของสหรัฐฯ ในการสำรวจอวกาศ ทำให้ NASA เริ่มต้นเดินหน้าโครงการใหญ่อย่างการสำรวจดาวอังคาร ในตอนนั้น NASA มี Jet Propulsion Laboratory ซึ่งเป็นห้องวิจัยใน California Institute of Technology หรือ Caltech ที่เข้มแข็งด้านการสร้างยานอวกาศหุ่นยนต์มาโดยตลอด ซึ่งความเป็นจริงก็คือ JPL นั้นเป็นหน่วยงานที่ก่อตั้งขึ้นก่อน NASA เสียอีก และเป็นผู้ที่สร้างดาวเทียมดวงแรกของสหรัฐฯ หรือ Exploer 1 ที่ทำให้สหรัฐฯ ไล่ตามสหภาพโซเวียตทันในช่วงสงครามเย็น โดย JPL ได้รับมอบหมายให้ดูแลโครงการ สำรวจอวกาศโดยยานอวกาศไร้คนขับในยุคนั้น ซึ่งโครงการที่สำคัญคือ Pioneer และ Mariner โครงการสำรวจดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ
เปรียบเทียบง่าย ๆ ก็คือ ถ้าโครงการ Mercury และ Gemini เป็นการบุกเบิกการสำรวจอวกาศโดยมนุษย์แล้ว Pioneer และ Mariner ก็คือการบุกเบิกการสำรวจอวกาศโดยหุ่นยนต์
JPL เริ่มประสบความสำเร็จในการส่งยานอวกาศตระกูล Mariner และ Pioneer ไปทั้งบินโฉบและโคจรรอบดาวเคราะห์ต่าง ๆ โดยในปี 1965 ยาน Mariner 4 ประสบความสำเร็จในการบินโฉบดาวอังคารที่ระยะ 10,000 กิโลเมตร และในปี 1971 ยาน Mariner 9 ก็ได้กลายเป็นยานอวกาศลำแรกที่สามารถโคจรรอบดาวอังคารได้สำเร็จลำแรกในประวัติศาสตร์
โดย Timeline ที่เกิดขึ้นคู่ขนานไปกับโครงการ Apollo ในช่วงปี 1967-1969 ก็คือโครงการ Voyager Mars ซึ่งเป็นการวางรากการสำรวจดาวอังคารโดยมนุษย์ ที่มีโครงสร้างวิธีคิดคล้ายกับการทำโครงการ Apollo ก็คือการส่งยานอวกาศ Lander ไปลงจอดก่อนที่จะมีการส่งมนุษย์ไป ซึ่ง NASA ได้วาง Timeline ของโครงการว่า ในปี 1974 จะเริ่มส่งยานอวกาศไปลงจอดบนพื้นผิวดาวอังคาร และในยุค 1980 เป็นต้นไป จะเริ่มส่งมนุษย์เดินทางสู่ดาวอังคาร (ซึ่งอย่าลืมว่า จวบจนถึงปัจจุบัน เวลาผ่านไป 45 ปี จากที่วางแผนไว้ ก็ยังไม่มีท่าทีว่าจะมีมนุษย์เดินทางไปดาวอังคารในเร็ววัน) และด้วยแผนที่ทะเยอทะยานนี้ก็ได้พาให้ NASA เข้าสู่ยุคฉิบหายวายวอด ที่โดนตัดงบฉิบหายวายวอดโดยสภาคองเกรซ และในปี 1971 โครงการ Voyager Mars ก็ได้ถูกยกเลิก ในช่วงเดียวกับที่โครงการ Apollo โดนยกเลิก (Apollo 17 เที่ยวสุดท้ายเกิดขึ้นในปี 1972)
โดยประเด็นหลัก ๆ ในการตัดงบ NASA ในตอนนั้นก็คือการที่ NASA ไม่ได้มีทิศทางที่ชัดเจน เพราะคำถามคือ ส่งคนไปดวงจันทร์แล้วได้อะไร แล้วจะไปไหนต่อ (ต้องอย่าลืมว่าแล้ว NASA เองก็ให้คำตอบอะไรไม่ได้ เพราะมันก็ไร้ทิศทางจริง ๆ นั่นแหละ แรงขับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของโครงการ Apollo ก็คือการแข่งขันในช่วงสงครามเย็น) แล้วถ้าไม่ได้แข่งกับโซเวียต มันจะมีประโยชน์อะไร ในตอนนั้นคนมองว่าการสำรวจอวกาศเป็นเรื่องของการปักธง
ทำให้ในตอนนั้น NASA ต้องปรับแผนครั้งใหญ่ จากโครงการที่ยิ่งใหญ่กลายมาเป็นโครงการเล็ก ๆ ย่อย ๆ แทน ซึ่งนั่นก็เป็นเหตุผลที่ทำให้เกิดโครงการ Viking ขึ้น โดยเป็นการเอารูปแบบยานอวกาศเดิมของ Mariner มาปรับปรุงให้สามารถบรรทุกส่วน Lander ที่ไม่ได้มีขนาดใหญ่ซับซ้อนมากนัก และปล่อยด้วยจรวด Titan IIIE และจรวดท่อนบนที่ชื่อ Centaur แทนที่จะเป็น Saturn V จรวดยักษ์จากยุค Apollo
รวมถึงการกระจายความเสี่ยงให้ Viking เป็นยานอวกาศฝาแฝดสองลำ ได้แก่ Viking 1 และ Viking 2 และทั้งสองก็ประสบความสำเร็จในการเป็นยานอวกาศลำแรกที่ลงจอดดาวอังคารสำเร็จในปี 1977 และได้เผยภาพถ่ายจากพื้นผิวของดาวอังคารภาพแรกให้มนุษยชาติได้เห็น
อย่างไรก็ตามบิลค่าใช้จ่ายของการสร้าง Viking นั้น สูงถึง 217 ล้านเหรียญสหรัฐ ซึ่งเทียบเป็นค่าเงินปัจจุบันจะอยู่ที่ประมาณ หนึ่งพันล้านเหรียญสหรัฐฯ หรือ 34,000 ล้านบาทหากคิดเป็นเงินไทย และไม่รวมค่าใช้จ่ายอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับโครงการที่อาจสูงถึง หนึ่งพันล้านเหรียญฯ ในตอนนั้นหรือ หกพันล้านเหรียญในปัจจุบัน ซึ่งเป็นตัวเลขที่น่าขนลุกมาก
สาเหตุที่ราคาของ Viking นั้นสูงขนาดนี้ก็เพราะว่าอุปกรณ์แต่ละตัว ต้องถูกออกแบบ ผลิต ทดสอบ และนำมาใช้งานอย่างเป็นพิเศษ แค่กล้องตัวเดียว (ที่โคตรห่วยเมื่อเทียบกับปัจจุบัน) ก็มีมูลค่าสูงถึง 27 ล้านเหรียญแล้ว แล้วคิดดูว่าอุปกรณ์ทุกอย่างต้องถูกคิดขึ้นมาใหม่ในลักษณะนี้ ด้วยวิธีเดียวกับที่ใช้ในโครงการ Apollo จึงเป็นสาเหตุว่าทำไมราคาของ Viking จึงโดนตั้งคำถามว่ามันคุ้มจริง ๆ เหรอ
อันที่จริง วิธีคิดของ NASA มันเริ่มวินาศกรรมขึ้นเรื่อย ๆ ตัดภาพมาในฝั่งการสำรวจอวกาศโดยมนุษย์ NASA ในตอนนั้นก็มาทำสถานีอวกาศ Skylab ซึ่งก็ไม่ได้มีเป้าหมายเช่นกันว่าทำไปทำไม สุดท้าย Skylab ก็โดนด่ายับไม่แพ้กัน มาถึงยุคกระสวยอวกาศ (Space Shuttle) ที่เหมือนจะดี แต่สุดท้ายเราก็น่าจะได้เห็นว่ากระสวยอวกาศก็ใช้เงินยับไม่ต่างกัน
โครงการ Faster, Better, Cheaper
อย่างไรก็ตาม ด้วยกรณีของ Apollo มาจนถึง Skylab มาจนถึงกระสวยอวกาศ และโครงการโคตรพ่อโคตรแม่อย่าง Viking ก็นำมาสู่ข้อสรุปที่ว่างานอวกาศต้องมีเป้าหมาย และมีกลยุทธ์ที่ชัดเจนว่าจะทำอะไร จะเอาอะไร และแต่ละโครงการจะมีความเชื่อมโยงกับโครงการอื่นอย่างไร หลังจากนั้น NASA ก็ได้เริ่มแบ่ง Tier Program การสำรวจอวกาศ ในปี 1989 ก็ได้มีการก่อตั้งหน่วยงานที่ชื่อว่า Solar System Exploration Division ขึ้นมาเพื่อวางแผนว่าต่อจากนี้ เราจะสำรวจอวกาศกันอย่างมีระบบ มีเหตุผล และไม่เอางบทั้งก้อนไปลงกับโครงการใดโครงการหนึ่ง
วิธีการแบ่ง Tier ของ NASA ในตอนนั้นก็คือ แบ่งว่า โครงการไหนเป็นโครงการส่งไปเพื่อสร้างการค้บพบใหม่ ๆ ทำสิ่งที่ไม่เคยทำมาก่อน หรือเป็นโครงการที่ตั้งใจจะสำรวจหาอะไร ทุกอย่างถูกวางบนกรอบคิดที่คำนึงถึงปัจจัยทั้งเทคโนโลยี เศรษฐศาสตร์ และการเมือง และอวกาศไม่จำเป็นต้องราคาแพงเสมอไป
โดยเราจะจัด Tier ของโครงการ NASA ได้เป็น Discovery Program เป็นโครงการที่เน้นการสร้างการค้นพบหรือตอบคำถามที่เราอยากรู้อยู่แล้ว และใช้งบน้อยที่สุด, New Frontiers program เป็นโครงการที่ไปสำรวจสิ่งที่ไม่เคยมีการสำรวจมาก่อน และสุดท้ายคือ Large strategic science missions (Flagship) ซึ่งเป็นโครงการขนาดใหญ่ ใช้เงินเยอะที่สุดและต้องมีความเสี่ยงต่ำที่สุด (โครงการ Flagship ในปัจจุบัน เช่น กล้อง James Webb)
และแนวคิดนี้เองก็ได้นำไปสู่นโยบาย Faster, Better, Cheaper หรือ เร็วกว่า, ดีกว่า, ถูกกว่า ฟังดูอาจจะเหมือนโปรแกรมส่งเสริมการขายของห้างสรรพสินค้า แต่นี่คือนโยบายที่ JPL รับต่อมาจาก NASA โดยตรงว่าให้สร้างยานอวกาศที่ราคาถูก สร้างให้ได้เยอะและเร็ว เพื่อกระจายความเสี่ยง หรือพูดง่าย ๆ ก็คือห้ามเล่นท่ายาก
ซึ่งแน่นอนว่า นโยบายแบบนี้ออกมาก็จะต้องมีท้ังฝั่งคนที่เชียร์ว่านี่มันเยี่ยมไปเลย กับคนที่บอกว่านี่มันเหี้ยอะไรเนี่ย และใจความสำคัญของการทำ Faster, Better, Cheaper ก็คือ ให้ใช้ของที่มีอยู่แล้วในตลาด (Commercial Off-the-Shelf (COTS) Components) ซึ่งถ้าเราเป็นวิศวกร JPL ในยุคนั้นเราอาจจะรู้สึกเหี้ยมากที่ต้องไปเดินช้อปปิ้งของในตลาดเพื่อมาสร้างยานอวกาศ แทนที่จะได้สร้างเองในแล็บเหมือนเมื่อก่อน รวมถึงการหา Subcontractor ให้มาช่วยทำงานบางอย่าง ซึ่งก็แน่นอนว่า เจอผู้รับเหมาดีก็ดี แต่เจอผู้รับเหมาเหี้ยก็เหี้ยเลย (ซึ่งถ้าอ่านต่อไปจะได้เห็นว่าความเหี้ยเกิดอะไรขึ้นบ้าง)
และยานอวกาศรุ่นแรกที่เป็นผลผลิตจากโครงการ Faster, Better, Cheaper ก็คือ Mars Pathfinder ที่พัฒนาโดย JPL และ NEAR Shoemaker ที่พัฒนาโดย Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory หรือ APL แต่ในบทความนี้เราจะโฟกัสที่ Mars Pathfinder กันก่อน
ในเดือนธันวาคมปี 1997 JPL ประสบความสำเร็จกับการส่งยาน Mars Global Surveyor ไปโคจรรอบดาวอังคารในรอบหลายสิบปี และถ่ายภาพความคมชัดสูงในบริเวณต่าง ๆ ของดาวอังคาร เปิดทางไฟเขียวให้กับการลงจอดดาวอังคารอีกครั้ง Mars Pathfinder เป็นยานอวกาศที่ตั้งเป้าจะลงจอดดาวอังคารให้สำเร็จอีกครั้ง โดยที่ต้องปฏิบัติตาม นโยบาย Faster, Better, Cheaper และข้อสำคัญของโครงการนี้คือให้ใช้ Off-the-Shelf Components
มาจนถึงตรงนี้ ก็ต้องบอกว่าผู้สนับสนุนของเราออพตัส (OPHTUS) ก็ได้เกี่ยวข้องกับบริบททางประวัติศาสตร์นี้โดยตรง เนื่องจากแว่นตารุ่นใหม่ HOVER 2.0 นั้น ได้ใช้วัสดุแบบ Shaped-Memory alloy ที่เรียกว่า NiTiNol ซึ่งถูกใช้งานในอุตสาหกรรมอวกาศ และเป็นหนึ่งใน Off-the-Shelf Components ที่สำคัญให้กับโครงการ Faster, Better, Cheaper ด้วย
ยาน Mars Pathfinder นั้น ได้รับการออกแบบให้มีขนาดเล็กกว่า Viking มาก Pathfinder มีขนาดเพียงแค่ประมาณ 1 ใน 4 ของ Viking เพื่อให้สามารถเดินทางไปกับจรวด Delta II ได้ และมีมวลเพียงแค่ 120 กิโลกรัม ในขณะที่ Viking มีมวลถึง 600 กิโลกรัม
Pathfinder ประกอบไปด้วยยานอวกาศแบบ Lander ซึ่งจะมีรถ Rover ขนาดเล็กชื่อว่า Sojourner ยาว 65 เซนติเมตร และกว้าง 48 เซนติเมตร และหนักเพียงแค่ 10 กิโลกรัม บรรทุกไปกับส่วนลงจอดด้วย แถม Pathfinder ก็จะใช้วิธีการลงจอดแบบใหม่คือ การใช้ร่มชูชีพและจรวดขนาดเล็กช่วยชะลอความเร็ว ก่อนที่จะใช้เชือกหย่อนเอา ถุงลม (Air Bag) ที่จะพองตัวเองออก และตัดเชือกที่เชื่อมกับตัวร่มชูชีพ ปล่อยให้ตัวถุงลมที่ภายในมียานอวกาศอยู่เด้งบนผิวดาวอังคาร และเมื่อหยุดเด้งแล้วก็จะปล่อยลมออกจากถุงลมและเปิดฝาออก ให้ Pathfinder เริ่มทำงาน และ Sojourner วิ่งออกมาได้
ซึ่งทั้งหมดนี้อาศัยกลไกที่ซับซ้อน Off-the-Shelf Components ที่สำคัญนั้น ก็คือ Shaped-Memory alloy ที่ถูกใช้ในอุปกรณ์พวกตัวดึงสลัก (Pin Pullers) และตัวกระตุ้นกลไกให้ทำงาน (Actuators) ต่าง ๆ โดยอุปกรณ์พวกนี้ ได้ถูกซื้อมาจากบริษัทเอกชน ที่เป็นการนำเอาความสำเร็จจากยานรุ่นก่อน ๆ มาใช้ ขายเป็น Components ชิ้น ๆ ไป ในกรณีของ Pathfinder ได้มีอุปกรณ์ทดลองบนยานที่ชื่อ Materials Adherence Experiment ที่เป็นกรณีศึกษาที่ประสบความสำเร็จในการนำเอา Shaped-Memory alloy มาใช้บนดาวอังคารเป็นครั้งแรก และได้เขียนไว้ใน Dust on Mars: Materials Adherence Experiment results from Mars Pathfinder โดยอาศัยความทนทาน การคงรูป ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญของ Shaped-Memory alloy มาใช้
และ HOVER 2.0 นั้นก็ได้เลือกเอาวัสดุ Shaped-Memory alloy มาใช้งานในการทำเป็นขาแว่นรุ่นใหม่ เพราะได้รับการพิสูจน์แล้วว่าแข็งแรงจริง ๆ เราเรียกวิธีการนี้ว่าการเลือก Off-the-Shelf Components ซึ่งทำให้ไม่ต้องไปเสียเวลาทำ R&D ใหม่ทั้งหมด
และหลังจากความสำเร็จของ JPL ในการลงจอดยาน Pathfinder ก็ทำให้โครงการ Faster, Better, Cheaper ได้ดำเนินต่อไป อย่างไรก็ตามก็ดันมาเกิดการสะดุด เมื่อโครงการ Faster, Better, Cheaper ทำให้ JPL ต้องเสียยาน Mars Climate Orbiter และ Mars Polar Lander จากการพุ่งชนดาวอังคารในปี 1999 จากข้อผิดพลาดโง่ ๆ ได้แก่การเขียนโปรแกรมผิด และการไม่ยอมแปลงหน่วย (SI กับ Imperial) ซึ่งเกิดจากการจ้าง Supplier ภายนอกมารับงาน และการใช้ Off-the-Shelf Components (ซึ่งรวมถึง Software ด้วย) และที่เวรกรรมมากที่สุดก็คือการตัด Redundancy (ระบบสำรอง) บางอย่างออกไปแบบไม่สนไม่แคร์
แต่อย่างไรก็ตาม ในปี 2001 ยานอวกาศ 2001 Mars Odyssey ก็ได้เป็นอีกยานอวกาศอีกลำที่เข้าสู่วงโคจรสำเร็จ และ 2001 Mars Odyssey ก็ยังคงทำงานมาจนถึงปัจจุบัน เป็นยานอวกาศที่เก่าที่สุดบนวงโคจรดาวอังคารที่ยังคงโคจรอยู่
เรียกได้ว่า แม้เราจะได้เห็นวินาศกรรมบ้าง (ไม่) เล็กน้อยกรณี Climate Orbiter และ Polar Lander แต่ Faster, Better, Cheaper ก็เป็นแนวคิดสำคัญที่ช่วยให้ Mars Global Surveyor, Pathfinder และ 2001 Mars Odyssey ประสบความสำเร็จ และโลกก็ได้กลับมาเริ่มสำรวจดาวอังคารอย่างมั่นใจอีกครั้ง ปัจจุบันแม้เราจะไม่ได้ใช้แนวคิด Faster Better Cheaper เท่ากับในอดีต แต่วิธีคิดบางอย่างก็ได้วางรากฐานสู่การสำรวจอวกาศที่มีราคาถูกลงและเข้าถึงได้ง่ายขึ้นอย่างมาก
กรณีศึกษาของ Faster, Better, Cheaper ได้รับการบันทึกไว้ในหนังสือ Faster, Better, Cheaper: Low-Cost Innovation in the U.S. Space Program และข้อมูลเชิงตัวเลขสถิติต่าง ๆ ใน The Faster, Better, Cheaper Approach To Space Missions: An Engineering Management Assessment
และสิ่งสำคัญก็คือด้วยวิธีการในการสำรวจอวกาศใหม่ ๆ ก็ยิ่งช่วยให้บริษัทเอกชนได้เติบโต และเทคโนโลยีอวกาศก็ไม่ใช่เทคโนโลยีที่ไว้ขึ้นหิ้งอีกต่อไป แต่กลับถูกถ่ายทอดมายังอุสาหกรรมต่าง ๆ ยกตัวอย่างเช่นกรณีของ Shaped-Memory alloy ด้วยเช่นกัน ทุกวันนี้การทำงานอวกาศล้วนเป็นการซื้อ Off-the-Shelf Components มาทำ และยานสำรวจดาวอังคารปัจจุบันอย่าง Phoenix Lander (2007) ยานโคจร MAVEN (2013) ก็ล้วนใช้ชิ้นส่วน Off-the-Shelf เช่น Shaped-Memory alloy จากบริษัท Ensign-Bickford Aerospace & Defense Company
และถ้าใครที่อยากได้แว่นตาที่มาพร้อมกับเทคโนโลยีอวกาศแบบ Off-the-Shelf Components ก็สามารถสั่งซื้อแว่นออปตัสรุ่น HOVER 2.0 กับเทคโนโลยี Shaped-Memory alloy วัสดุใหม่ ที่บิดงอได้ แต่กลับมาคงรูปเดิม ได้ทาง เว็บไซต์ของออปตัส
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
