หลังจากที่ยาน Perseverance ได้ประสบความสำเร็จในสองภารกิจสำคัญได้แก่การลงจอดให้สำเร็จบนพื้นผิวของดาวอังคารที่เป็นหนึ่งในขั้นตอนการลงจอดที่ซับซ้อนมากที่สุด แถมยังสามารถปล่อยเฮลิคอปเตอร์ Ingenuity ให้ขึ้นบินบนดาวอังคารครั้งแรกในประวัติศาสตร์ อีกหนึ่งภารกิจสำคัญที่ติดไปกับยาน Perseverance ก็คือการทดลองที่ชื่อว่า MOXIE ซึ่งเป็นก้าวสำคัญในการสำรวจอวกาศ เพราะ Instrument ตัวนี้คือเครื่องเปลี่ยนแก๊สคาบอร์ไดออกไซด์ให้กลายเป็นออกซิเจน
NASA และ JPL ได้เผยความสำเร็จที่น่าตื่นเต้นนี้ไว้ในข่าว NASA’s Perseverance Mars Rover Extracts First Oxygen from Red Planet บอกว่าหลังจากที่ MOXIE เริ่มทำงาน มันสามารถสร้างออกซิเจนออกมาได้ถึง 5 กรัม ซึ่งเทียบเท่ากับอากาศที่มนุษย์อวกาศจะสามารถใช้หายได้ใจนาน 10 นาที แต่จริง ๆ แล้ว MOXIE นั้นถูกออกแบบให้สร้างออกซิเจนได้มากถึง 10 กรัมต่อชั่วโมงเลยทีเดียว ซึ่งเราอาจจะสงสัยว่า 10 กรัมต่อชั่วโมงนั้นเทียบเท่าแค่ 20 นาทีของการหายใจของมนุษย์อวกาศหนึ่งคนเท่านั้น มันจะไปสำคัญอย่างไร ต้องบอกว่า MOXIE นั้นเป็นอุปกรณ์ต้นแบบที่ถูกผลิตขึ้นมาโดยนักวิจัยจากหลาย ๆ ที่ ซึ่งเมื่อเราได้ข้อมูลจากการทดสอบครั้งต่าง ๆ ของ MOXIE นั้น มันก็จะนำไปสู่อุปกรณ์ในการเปลี่ยนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ให้กลายเป็นออกซิเจน ในปริมาตรที่อาจจะมากพอให้เราสามารถใช้ชีวิตบนดาวอังคารได้สบาย ๆ ในเวลาอันใกล้นี้
เป็นที่ทราบกันดีว่าออกซิเจนนั้นเป็นแก๊สที่มีความสำคัญต่อการใช้ชีวิตเป็นอย่างมาก เมื่อมนุษย์ต้องเดินทางไปในอวกาศเราอาจจะไม่สามารถพกเอาออกซิเจนไปในจำนวนมหาศาลได้ ถ้าใครที่เคยดูหนัง The Martian ก็จะพบว่า หนึ่งในสิ่งแรก ๆ ที่ Mark Watney จำเป็นต้องสร้างนอกจากอาหารแล้วก็คือน้ำซึ่งก็คือธาตุประกอบของออกซิเจนนั่นเอง ดังนั้นไม่ใช่แค่เรื่องของการหายใจ แต่การสร้างน้ำบนดาวอังคาร หรือการเผาไหม้ต่าง ๆ ออกซิเจนเป็นสิ่งที่สำคัญมาก ๆ
ในปี 2019 ผู้เขียนได้มีโอกาสนั่งฟังหลักการทำงานของ MOXIE ในงาน Apollo 50+50 ซึ่งจัดโดย AeroAstro ของ MIT ซึ่งในตอนนั้นยาน Perseverance ยังอยู่ในระหว่างสร้าง (รวมถึง Ingenuity ก็ยังทดสอบบินบนโลกอยู่) ตอนนั้น Eric Hinterman ซึ่งเป็น Ph.D. Candidate ใน AeroAstro และเป็นหัวหน้าทีมพัฒนา MOXIE ได้ขึ้นมาเล่าถึงเรื่องราวของ MOXIE ด้วยตัวเอง
จริง ๆ แล้ว MOXIE เป็นงานวิจัย ป.เอก ของ Eric ซึ่งได้รับทุนจาก NASA’s Space Technology Mission Directorate and Human Exploration and Operations Mission Directorate เพื่อนำการทดลองนี้ไปอยู่บนดาวอังคารจริง ๆ
Eric บอกว่าสิ่งที่ยากที่สุดของการสำรวจอวกาศข้อข้อจำกัดเรื่อง “ราคา” และ “ทรัพยากร” ย้อนกลับไปในหนัง The Martian เราจะเห็นว่าการพานักบินอวกาศ Mark Wartney กลับบ้านนั้นต้องใช้เงินและความร่วมมือจำนวนมหาศาล แถมทุกอย่างที่ส่งไปต้องเดินทางออกไปจากโลก แต่จริง ๆ แล้วการสำรวจอวกาศมีอีกวิธีหนึ่งที่เรียกว่า In-Situ Resource Utilization (ซึ่งเราเคยเล่าไปแล้วในบทความ แผนการบริหารทรัพยากรบนดาวอังคาร In-Situ Resource Utilization) ไอเดียของมันก็คือ ถ้าเราไม่สามารถเคลื่อนย้ายทรัพยากรไป ๆ มา ๆ ระหว่างดาวสองดวงได้ เราก็สร้างทรัพยากรนั้นขึ้นมาเองด้วยกระบวนการทางเคมี ฟิสิกส์ หรืออะไรก็แล้วแต่ ซึ่งเอาจริง ๆ วิธีการก็ไม่ได้ต่างจากที่เราสังเคราะห์เคมีใหม่ ๆ ขึ้นบนโลก เพียงแต่เราต้องใช้วิธีการคิดที่มีบรรทัดฐานมาจากดาวดวงนั้นนั่นเอง
จริง ๆ แล้ว Eric ให้ความสำคัญกับแนวคิดเรื่อง “เชื้อเพลิง” มาก เพราะจรวดหรือเครื่องยนต์ต่าง ๆ จะจุดได้ก็ต้องมีเชื้อเพลิง เหมือนการทดลองที่เราเรียนกันมาตอนเด็ก ๆ ที่จุดเทียนแล้วเอาแก้วไปครอบ ถ้าเอาแก้วไปครอบซักพักไฟก็จะดับเพราะออกซิเจนถูกเผาไหม้หมดแล้ว ดังนั้นสรุปได้ว่าเราจะจุดไฟได้ต้องมีออกซิเจน ลองนึกดูว่าเวลาเราจุดเครื่องจรวด มันต้องใช้ออกซิเจนจำนวนมหาศาลมากกว่าการหายใจของมนุษย์มาก การผลิตออกซิเจนได้บนดาวอังคารจึงสำคัญ
แล้ว MOXIE ทำงานอย่างไร
MOXIE นั้นใช้หลักการที่ชื่อว่า Solid oxide electrolysis cell (SOEC) ซึ่งตอนนี้ก็มี Paper พูดถึงกระบวนการนี้อยู่เต็มไปหมด สามารถไปหาอ่านได้ อธิบายหลักการของ SOEC ง่าย ๆ ก็คือ มันจะใช้หลักการทางไฟฟ้าเปลี่ยนให้ Carbondioxide หรือ CO2 ให้กลายเป็น Carbonmonoxide หรือ CO เฉย ๆ จะเห็นว่าจากเดิมที่มีออกซิเจนสองอะตอม ตอนนี้ออกซิเจนเราเหลือหนึ่งอะตอม เราก็แค่รวบรวมหนึ่งอะตอมนั้นเราก็จะได้ออกซิเจน หรือ O2 มาใช้ได้แล้ว
ซึ่งเอาจริง ๆ หลักการนี้ไม่ได้มีอะไรมาก แต่ Eric บอกว่าความยากของมันอยู่ที่ การเสกลให้มันใหญ่ขึ้นเพียงพอกับที่จะสามารถใช้ในยานอวกาศได้ (เพื่อให้นักบินอวกาศหายใจได้ก่อน) จากนั้นก็เสกลใหญ่ขึ้นให้อยู่ในระดับที่สามารถใช้สร้างเชื้อเพลิงจรวดได้ ซึ่งนั้นคืองานวิจัยจริง ๆ ของ Eric ต่างหาก (Eric พูดแบบนี้จริง ๆ)
ดังนั้นความสำคัญของ MOXIE บนยาน Perseverance จึงไม่ใช่ว่า มันสามารถเปลี่ยนคาร์บอนได้ออกไซด์ให้กลายเป็นออกซิเจนได้จริง ๆ หรือเปล่า แต่อยู่ที่ว่า ข้อมูลต่าง ๆ พารามิเตอร์การทำงานของ MOXIE ที่มีประสิทธิภาพแค่ 5-10 กรัมต่อชั่วโมงนั้นบอกอะไรเรา และถ้าเราต้องการสร้างออกซิเจนในปริมาณที่เพียงพอจริง ๆ เราจะต้องทำลายข้อจำกัดของอะไรบ้าง การนำเอา MOXIE ไปใช้บนดาวอังคารจริง ๆ จึงเป็นทางเดียวที่เราจะรู้เพราะมันไปอยู่ในสถานที่นั้นจริง ๆ
แนวคิดเรื่อง In-Situ Resource Utilization แน่นอนว่าเป็นสิ่งที่ใหม่มาก เพราะปัจจุบันแม้กระทั่งสถานีอวกาศนานาชาติก็ยังต้องอาศัยโลกเป็นหลักในการจัดการทรัพยากรต่าง ๆ แต่ถ้าเราต้องไปอยู่บนดาวอังคารจริง ๆ ที่ต้องใช้การเดินทางนานถึว 6-8 เดือน การรอเสบียงจากบนโลกจึงไม่ใช่ทางออกที่ดีที่สุด เราจึงต้องหันมาทำงานวิจัยด้าน In-Situ กันมากขึ้น
In-Situ ก็เลยกลายเป็น Trend งานวิจัยในแวดวงอวกาศที่สำคัญ และ MOXIE ของ Eric และทีมจาก MIT นั้นก็กลายเป็นตัวอย่างที่บอกเราว่า NASA, JPL นั้นก็เอาด้วย และมองว่า In-Situ คือหนทางสู่การสำรวจอวกาศในอนาคตจริง ๆ นั่นเอง
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
