Featured Mars Sample Return ส่งตัวอย่างดินดาวอังคารกลับโลกได้อย่างไร สรุปวิธีโดย NASA และ ESA
Mars Sample Return ส่งตัวอย่างดินดาวอังคารกลับโลกได้อย่างไร สรุปวิธีโดย NASA และ ESA

Chottiwatt Jittprasong

Mars Sample Return ส่งตัวอย่างดินดาวอังคารกลับโลกได้อย่างไร สรุปวิธีโดย NASA และ ESA

November 11, 2020

BREAKING: วันที่ 10 พฤศจิกายน 2020 NASA ได้ปล่อยรายงานภารกิจ Mars Sample Return หรือ MSR ที่ก่อนหน้านี้ NASA ได้ยื่น Proposal และ Concept ต่าง ๆ ให้ Indepedent Review Board หรือ IRB ในช่วงเดือนสิงหาคม ซึ่ง IRB เป็นคณะกรรมการที่แต่งตั้งขึ้นเพื่อประเมินความเป็นไปได้ของ Concept ของภารกิจต่าง ๆ รวมถึงประเมินความคุ้มค่าของภารกิจและศักยภาพทางด้านเทคโนโลยีของ NASA ในปัจจุบันว่าสามารถรองรับ Concept ที่ร่างไว้ของภารกิจได้หรือไม่

ผลของรายงานจาก IRB ระบุว่า NASA และ ESA มีความพร้อมสำหรับภารกิจ MSR เพียงพอและได้ออกคำแนะนำทั้งหมด 44 คำแนะนำให้กับ NASA และ ESA เพื่อปรับปรุง Concept ของภารกิจเพื่อเพิ่มโอกาสในการสำเร็จภารกิจ MSR อ้างอิงจากรายงาน NASA-ESA Mars Sample Return Independent Review Board Report

Mars Sample Return (MSR) เป็นภารกิจร่วมกันระหว่าง NASA และ ESA ในการส่งโรเวอร์ไปเอาตัวอย่างจากดาวอังคารกลับโลก และภารกิจนี้ไม่ได้จะไปเก็บตัวอย่างดินดาวอังคารแล้วส่งกลับมาเองแต่จะใช้ตัวอย่างจาก Mars 2020 Perseverance Rover ซึ่งจะลงจอดที่ Jezero Crater ในปี 2021 เพราะว่า Perseverance rover นั้นมีอุปกรณ์รองรับสำหรับการเก็บตัวอย่าง (Sample Handling) อยู่แล้ว ซึ่งตอนแรกมีไว้สาธิตเทคโนโลยีการเก็บตัวอย่างบนดาวอังคารเฉย ๆ (ดันจะได้ใช้จริงซะงั้น)

Mars 2020 เก็บตัวอย่างได้อย่างไร

อุปกรณ์ Sample Handling ของ Perseverance แยกเป็นสองส่วนด้วยกัน คือ Sample Container และ Witness tubes โดย Sample Container คือ Container เล็ก ๆ สำหรับเก็บตัวอย่างทั้งหมด 43 containers ซึ่งจะใช้ในการเก็บตัวอย่างหินและดินบนดาวอังคาร

31 Sample Tubes แบบเดียวกับที่ใช้บน Perseverance Rover ของ NASA (บน Perseverance เป็น 43 tubes) – ที่มา NASA/JPL-Caltech

การเก็บตัวอย่างจะอาศัยแขนกลของ Perseverance เองที่มีสว่านเจาะดินติดอยู่ โดยจะเก็บทีละหลอดจากนั้นจึงนำไปเก็บไว้ใน Container ใหญ่ ซึ่งการเคลื่อนย้ายหลอดเก็บตัวอย่างจนถึงการซีลหลอดเก็บตัวอย่างจะผ่านการใช้แขนกลทั้งหมด

แขนกลพร้อมสว่านเจาะดินบน Mars 2020 Perseverance Rover – ที่มา NASA

ส่วนหลอดเก็บตัวอย่างที่เรียกว่า Witness tubes คือ หลอดเก็บตัวอย่างที่ไม่ได้เก็บตัวอย่างแต่จะถูกซีลไว้ตลอดเวลาทำหน้าที่เป็น Positive/Negative control ของการเก็บตัวอย่างจริง ๆ ใน Sample Container ข้างในของ Witness tubes จะมีวัสดุซึ่งใช้ดักจับฝุ่นโมเลกุลต่าง ๆ ใช้สำหรับดักจับ Particulate Matters ทุกชนิดตั้งแต่ที่ยานออกจาก Clean Room จนยานลงจอดบนดาวอังคารและสำรวจดาวอังคาร Witness tubes ก็จะทำหน้าที่ดักจับทุกอย่างไว้ มีไว้เพื่อดูว่า Perseverance rover ปนเปื้อนอะไรจากโลกมาบ้าง เช่น สารอินทรีย์ สารอนินทรีย์ ต่าง ๆ หรือซึ่งรวมถึงการปนเปื้อนบนดาวอังคารหรือการปนเปื้อนจากตัวมันเองด้วย เช่น สารเคมีหลงเหลือจากระบบลงจอด เพื่อให้นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าสารไหนหรือโมเลกุลอะไรมาจากดาวอังคารจริง ๆ ไม่ใช่การปนเปื้อน

ยกตัวอย่างเช่นหากนำ Sample Container มาเปิดออกเพื่อตรวจสอบแล้วพบแบคทีเรีย (คงไม่เกิดขึ้น) แล้วพอไปเปิดใน Witness tubes ก็พบแบคทีเรียอีกเช่นกัน ในเคสนี้อาจเป็นการปนเปื้อนได้ เพราะว่าใน Witness tubes ไม่ควรมีแบคทีเรียอยู่ถ้าแบคทีเรียนั้นมาจากดาวอังคารจริง ๆ แสดงว่าแบคทีเรียนี้ติดมาจากโลกตั้งแต่แรก

Witness tubes ยังจะเจอกับทุกอย่างที่ Sample Container เจอไม่ว่าจะเป็นแรงสั่นสะเทือนจากการขุดเจาะ หรือการกระทำอื่นใดที่ Sample Container ผ่านยกเว้นแค่ Witness tubes ไม่ได้เก็บตัวอย่างดาวอังคารจริง ๆ เท่านั้นเพื่อควบคุมคุณภาพของตัวอย่างใน Sample container

ระบบการเก็บตัวอย่างของ Mars 2020 Perseverance Rover เรียกว่า Sample Caching System การเก็บตัวอย่างจะเกิดขึ้นที่ละหลอดตัวอย่าง (มีทั้งหมด 42 หลอด) โดยแต่ละหลอดจะถูกจับใส่หัวสว่านของแขนกลจากนั้นจึงนำไปขุดเจอะหินหรือดินในพื้นที่ที่ต้องการเก็บตัวอย่าง ซึ่งหลอดเก็บตัวอย่างถูกออกแบบมาให้เก็บตัวอย่างระหว่างเจาะได้เลยจึงไม่จำเป็นต้องทำแยกกันระหว่างการเก็บตัวอย่างและการเจาะ โดยจะเจาะเข้าไปในดินลึกประมาน 5 เซนติเมตรและเก็บตัวอย่างมาประมาน 15 กรัมในแต่ละหลอด หลังจากนั้นจึงนำหลอดตัวอย่างที่บรรจุตัวอย่างเสร็จสิ้นแล้วส่งต่อให้แขนกลขนาดเล็กซึ่งอยู่ในส่วนของ Caching Assembly (3 DOF Sample Handling Arm) ซึ่งมีหน้าที่ส่งต่อหลอดเก็บตัวอย่างให้ระบบถ่ายรูปสำหรับตรวจสอบตัวอย่าง หรือระบบซีลหลอดเก็บตัวอย่าง เมื่อเสร็จสิ้นขั้นตอนทั้งหมดก็จะนำหลอดเก็บตัวอย่างไปเก็บไว้ที่ Container หลัก

ระบบ Sample Handling ของ Mars 2020 Perseverance – ที่มา NASA

หลังการเก็บตัวอย่างเสร็จสิ้นในแต่ละพื้นที่เก็บตัวอย่าง (Region of Interest) ซึ่ง Mars 2020 มีพื้นที่ Region of interest ทั้งหมด 3 พื้นที่หลัก ๆ

  • Objective A: พื้นที่ที่มีหินซึ่งอาจเคยมีลักษณะหรือคุณสมบัติที่เอื้ออำนวยต่อสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กในอดีต (Microbial life)
  • Objective B: หินที่อาจปนเปื้อนสารเคมีของสิ่งมีชีวิตในอดีต (Biosignatures)
  • Objective C: ขุดหินหรือดินอะไรก็ได้ 30 ตัวอย่าง ตามสบาย (ขอแค่เป็นหินที่มันน่าขุด)
Depot Caching Strategy ของภารกิจ Mars 2020 – ที่มา NASA

Perseverance จะเดินทางไปที่จุดที่เรียกว่า Sample Cache Depot (มันเป็นชื่อเท่ ๆ เท่านั้นแหละ ไม่ได้มีฐานเก็บตัวอย่างอะไรหรอก ดินดาวอังคารดี ๆ นี่เอง) Perseverance จะเอาตัวอย่างที่เก็บได้ในแต่ละพื้นที่ไปกองไว้ที่ Sample Cache Depot แล้วก็ทิ้งไว้งั้นแหละ รอ NASA และ ESA มาเก็บกลับโลก

ภาพจำลอง Perseverance rover ขณะทิ้งหลอดเก็บตัวอย่างไว้ที่ Sample Cache Depot – ที่มา NASA/JPL-Caltech

สามารถดูคลิปวิดีโอสรุปขั้นตอนการทำ Sample Caching ของ Perseverance rover ได้ข้างล่างนี้

การเริ่มต้นภารกิจ MSR

ภายในระยะเวลา 2020 – 2030 NASA และ ESA จะเริ่มภารกิจ MSR เพื่อส่งโรเวอร์ไปรับตัวอย่างจาก Mars 2020 กลับมายังโลก แผนก็คือ อย่างแรกเลยคือส่ง Lander ที่มีหน้าตาคล้าย InSight Lander ชื่อว่า Sample Retrieval Lander (SRL) ไปดาวอังคาร เพื่อไปรับหลอดตัวอย่างที่ Mars 2020 เอาไปกองไว้ที่ Sample Cache Depot ก่อน

โครงสร้างภารกิจ MSR – ที่มา NASA-ESA

โดยที่ SRL จะมีโรเวอร์และจรวดติดไปลงบนดาวอังคารด้วย ซึ่งเจ้า SRL ตัวนี้จะทำหน้าที่เป็นฐานปล่อยจรวดขนาดย่อมและเป็น Hub ให้กับโรเวอร์ขนาดเล็กที่มีชื่อว่า Sample Fetch Rover และจรวดที่ว่าก็เป็นจรวดขนาดเล็กชื่อว่า Mars Ascent Vehicle (MAV) ที่มีขนาดเล็กพอแค่บรรจุ Sample Container ของ Mars 2020 เข้าไปเท่านั้น ขณะเดียวกันระหว่างที่ SRL กำลังเดินทางไปดาวอังคาร NASA และ ESA ก็จะส่ง Earth Return Orbiter ซึ่งเป็นยานที่มีหน้าที่รับตัวอย่างจาก SRL ไปวงโคจรดาวอังคารไว้รอล่วงหน้าด้วย

แผนภาพภารกิจ Mars Sample Return – ที่มา ESA

SRL จะลงจอดพร้อม Sample Fetch Rover และ Mars Ascent Vehicle ใกล้ ๆ กับพื้นที่ลงจอดของ Mars 2020 จากนั้นจึงส่ง Sample Fetch Rover ซึ่งเป็นโรเวอร์ขนาดเล็กไปเก็บหลอดเก็บตัวอย่างที่ Perseverance ทิ้งไว้ที่ Sample Cache Depot กลับมายัง SRL ซึ่ง SRL จะบรรจุหลอดเก็บตัวอย่างลงใน MAV

ภาพจำลอง Sample Retrieval Lander หลังกางออกบนพื้นผิวของดาวอังคาร (ข้างบนคือ Sample Fetch Rover) – ที่มา NASA/JPL-Caltech

เมื่อหลอดเก็บตัวอย่างทั้งหมดถูกบรรจุลงใน Payload ของ MAV และ Earth Return Orbiter รออยู่ในวงโคจรดาวอังคารเรียบร้อยแล้ว SRL ก็จะยิง MAV ซึ่งตัวมันเองเป็นจรวดอยู่แล้วออกจากดาวอังคารเข้าสู่วงโคจรดาวอังคารพร้อมกับหลอดเก็บตัวอย่างจาก Perseverance rover เมื่ออยู่ในวงโคจร MAV จะแยกตัวออกจากส่วนของ Payload

ภาพจำลองขณะ SRL ยิง MAV พร้อมหลอดเก็บตัวอย่างจาก Perseverance ขึ้นสู่วงโคจรดาวอังคาร – ที่มา NASA/JPL-Caltech

Earth Return Orbiter ที่รออยู่ในวงโคจรดาวอังคารก็จะ Rendezvous และรับ Payload ซึ่งบรรจุหลอดเก็บตัวอย่างไว้อยู่เข้ามาไว้ใน Earth Return Module ซึ่งเป็น Biocontainment system ที่จะช่วยป้องกันไม่ให้ตัวอย่างข้างในปนเปื้อนอีกชั้น จากนั้น Earth Return Orbiter ก็จะเดินทางกลับโลกพร้อมกับตัวอย่างดาวอังคาร เมื่อใกล้ถึงโลก Orbiter จะแยกตัวออกจาก Earth Return Module เพื่อปล่อยให้ Earth Return Module เข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลกเพื่อการเก็บกู้ตัวอย่าง ส่วนตัว Orbiter จะทำ Orbit insertion เข้าสู่วงโคจรของโลกสำหรับภารกิจในอนาคต

ภาพจำลองยาน Earth Return Orbiter ในวงโคจรดาวอังคาร – ที่มา ESA

เป็นอันเสร็จสิ้นภารกิจการส่งตัวอย่างจากดาวเคราะห์ครั้งแรกของมนุษยชาติและยังเป็นครั้งแรกที่มีการยิงจรวดอะไรก็ตามออกจากชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์อื่นอีกด้วย

ดูสรุปภารกิจ Mars Sample Return จาก ESA ได้จากวีดีข้างล่างนี้

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

Independent Review Indicates NASA Prepared for Mars Sample Return Campaign

Mars sample return

Earth Return Orbiter





Read More

บทความอื่น ๆ ที่ควรอ่านต่อ



เรื่องราวน่าสนใจ

อัพเดทเรื่องราว ข่าว และบทวิเคราะห์เจาะลึก