กรกฎาคม 2021 นับว่าเป็นเดือนที่มีความสำคัญกับสถานีอวกาศนานาชาติเป็นอย่างมาก เพราะมันคือเดือนที่ ISS ได้รับการติดตั้งโมดูลใหม่ขนาดใหญ่จากฝั่งรัสเซียที่ชื่อว่า “Nauka” ครั้งแรกนับตั้งแต่การติดตั้งโมดูล Leonardo ของ ESA ในปี 2011 อะไรคือสิ่งที่ทำให้เรื่องราวนี้น่าตื่นเต้น และทำไมการสร้างสถานีอวกาศในยุคหลังนี้ถึงเป็นเรื่องน่าตื่นเต้น บทความนี้จะพามาทำความเข้าใจความสำคัญของเทคนิคการสร้างสถานีอวกาศกัน
16 กรกฏาคม 2011 กระสวยอวกาศ Endeavour ในเที่ยวบินรองสุดท้าย (STS-134) ของภารกิจกระสวยอวกาศก่อนที่พวกมันจะถูกปลดประจำการ ได้นำเอาอุปกรณ์ 3 ตัวขึ้นไปติดตั้งบนสถานีอวกาศนานาชาติ ได้แก่ อุปกรณ์ทดลองด้านฟิสิกส์อนุภาค AMS-2, ส่วนต่อขยายของแขนกล Canadarm 2, และส่วนต่อขยายสำหรับติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มเติม ขึ้นไปติดตั้งกับสถานีอวกาศนานาชาติ ซึ่งในตอนนั้น NASA ได้ประกาศว่า สถานีอวกาศนานาชาติได้ถูกสร้างเสร็จสมบูรณ์แล้ว ทำให้ไม่มีเหตุผลที่จะยื้อชีวิตกระสวยอวกาศต่อไปอีก หลังจากเที่ยวบิน STS-135 ของกระสวย Atlantis กระสวยอวกาศก็ไม่ได้ขึ้นบินอีกตลอดกาล
กระสวยอวกาศนั้นนับว่ามีบทบาทสำคัญอย่างมากในการก่อสร้างสถานีอวกาศ เพราะมันสามารถบรรทุกโครงสร้างขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถใส่ไปกับจรวดได้ หรือสามารถบรรทุกโครงสร้างที่ไม่มีระบบนำทางตัวเอง เช่น โครงเหล็ก, แผง Solar Arrays, โมดูลต่าง ๆ ขนาดเล็กใหญ่ ทำให้โฉมหน้าของสถานีอวกาศนานาชาตินั้นเป็นเอกลักษณ์และแตกต่างจากสถานีอวกาศอื่น ๆ ในประวัติศาสตร์ ที่เหมือนเป็นการเอาโมดูลต่าง ๆ มาต่อ ๆ กันเฉย ๆ
ปัจจุบัน เทคนิคที่เป็นที่นิยมของการก่อสร้างสถานีอวกาศเรียกว่า “Modular” คือมีโมดูลต่าง ๆ มาประกอบกัน เพราะเราไม่สามารถสร้างจรวดขนาดใหญ่ที่สามารถส่งสถานีขึ้นไปทั้งก้อนได้ และแม้ว่าจะใช้โครงสร้างแบบ Modular เหมือนกันแต่ถ้าเราลองดูหน้าตาโครงสร้างของสถานีอวกาศนานาชาติ กับสถานีอวกาศ Mir ของโซเวียตในอดีต เราจะพบว่าหน้าตาของมันแตกต่างกันมาก ISS นั้นจะดูเป็นระเบียบเรียบร้อย ในขณะที่ Mir นั้นจะดูรก ๆ แปลก ๆ แถมยังงมีหน้าตาเหมือน ๆ กันไปหมด นี่แหละคือสาเหตุที่เราบอกว่า การสร้างสถานีอวกาศในยุคที่มีกระสวยอวกาศและไม่มีกระสวยอวกาศนั้นแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ
ถามว่าทำไมจึงเป็นเช่นนั้น ก็เพราะว่าในการสร้างสถานีอวกาศ Mir นั้น เกิดจากการเอาโมดูลต่าง ๆ มา Dock ต่อ ๆ กัน ซึ่งในแต่ละโมดูลจะต้องเดินทางขึ้นไปกับจรวด และบินมาต่อกับโมดูลอื่น ๆ ในอวกาศ และด้วยเหตุนี้เอง ทำให้โมดูลต่าง ๆ จะต้องมีทั้งระบบจัดการพลังงาน, ระบบขับดัน (Propulsion), ระบบการนำทาง (Guidence Naviation and Control) เหมือนกับว่าโมดูลแต่ละโมดูลเป็นยานอวกาศโดยตัวมันเอง
อ่าน – เจาะลึกระบบไฟฟ้าบนสถานีอวกาศนานาชาติ State of the Art แห่งการจัดการพลังงานนอกโลก
ทีนี้ปัญหาเกิดแล้ว ถ้าสมมติว่าเราต้องการส่งอะไรที่มีขนาดใหญ่มาก ๆ อย่างแผง Solar Array, โครงเหล็ก หรือแม้กระทั่ง Module ที่ไม่ซับซ้อนมากขึ้นไปติดตั้ง เราจะทำไม่ได้เลย เพราะแผง Solar Array มันไม่สามารถบินไปติดกับตัวสถานีได้เอง ดังนั้นเราจึงต้องพึ่งพา “ยานขนส่ง” ซึ่งยานขนส่งที่ว่า ก็คือกระสวยอวกาศนั่นเอง เพราะกระสวยอวกาศมีส่วนบรรทุกที่มีขนาด ยาว 18 เมตร สูงและกว้าว 4.8 เมตร ถ้าเทียบเป็นคอนโดก็จะเป็นคอนโดขนาด 90 ตารางเมตร เพดานสูง พูดง่าย ๆ คือ เราสามารถเอาคอนโด Penthouse ยัดเข้าไปในกระสวยอวกาศได้เลยทีเดียว นอกจากนี้กระสวยอวกาศยังมีแขนกล Canadarm ที่สามารถช่วยในการหยิบจับ ยกชิ้นส่วนต่าง ๆ ไปประกอบกับสถานีได้ ทำให้เราสามารถขนเอา โมดูลที่ไม่มีระบบขับดัน หรือโครงสร้างใหญ่ ๆ อย่าง Solar Arrays, โครงเหล็ก ต่าง ๆ ขึ้นไปประกอบได้ แถมกระสวยอวกาศยังสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ด้วย ทำให้กระสวยอวกาศนั้นมีบทบาทสำคัญในการสร้างสถานีอวกาศนานาชาติอย่างมาก
นอกจากนี้มันยังทำให้การโยกย้ายโมดูลและโครงสร้างต่าง ๆ เกิดขึ้นได้ง่ายด้วย เพราะแขนกลสามารถยก หยิบ จับ โยกย้ายโมดูลต่าง ๆ ได้ตามใจชอบ ซึ่งตลอดชีวิตของสถานีอวกาศนานาชาติ มันได้ผ่านการปรับโครงสร้างมาหลายครั้ง (อธิบายง่าย ๆ ก็คือเมื่อก่อน ISS ไม่ได้หน้าตาเป็นแบบปัจจุบัน)
ดังนั้นถ้าเราไปดูโมดูลของสถานีอวกาศนานาชาติดัง ๆ เราจะพบว่านอกจากตัว Core Module ฝั่งรัสเซีย แม่งไม่มีโมดูลไหนเลยที่สามารถเดินทางได้เอง ตั้งแต่ Columbia, Columbus, Unity, Leonardo ไปจนถึงโมดูล Kibo ของญี่ปุ่น ทั้งหมดนี้ถูกนำขึ้นไปติดตั้งผ่านการบรรทุกของกระสวยอวกาศเพียงเท่านั้น
หลังจากการปลดระวางกระสวยอวกาศ โมดูลใหม่ ๆ ถูกส่งขึ้นไปติดตั้งอย่างไร
ทีนี้หลายคนอาจจะคิดว่า ถ้ากระสวยอวกาศสำคัญขนาดนั้นหลังจากที่ปลดระวางกระสวยอวกาศไป ก็ไม่มีโมดูลใหม่ ๆ ส่งขึ้นไปติดตั้งเลยใช่หรือไม่ คำตอบก็คือถูกแค่ครึ่งเดียว เพราะว่าต่อให้ไม่มีกระสวยอวกาศ แต่เราก็ยังสามารถติดตั้งส่วนประกอบใหม่ ๆ ขนาดเล็กได้อยู่ ผ่านการติดขึ้นไปกับส่วนบรรทุกของยานอวกาศขนาดเล็กที่เดินทางขึ้นลงสถานีอวกาศ อย่าง ATV ของ ESA หรือว่า HTV ของ JAXA หรือแม้กระทั่งยาน Progress ของรัสเซียก็ยังพอบรรทุก Payload ชิ้นเล็ก ๆ ได้อยู่ แต่จุดเปลี่ยนที่สำคัญก็คือยาน Dragon ของ SpaceX ซึ่งมีส่วนที่เรียกว่า “Trunk” ที่สามารถติดเอา Payload ที่ชิ้นใหญ่ ๆ ขึ้นไปได้
ดังนั้น หลังจากการมาของยาน Dragon ที่ไปเชื่อมต่อกับสถานีอวกาศนานาชาติครั้งแรกในช่วงปี 2012 เราจะพบว่าพวกของชิ้นใหญ่ ๆ จะถูกนำไปติดตั้งผ่านยาน Dragon ยกตัวอย่างเช่น IDA หรือ International Docking Adapte ที่เป็น Adapter สำหรับระบบ Docking ในยุคหลังกระสวย, หรือโมดูล BEAM ซึ่งเป็นการทดสอบโมดูลแบบขยายได้ (หดตัวในขณะเดินทางแล้วไปขยายเมื่อติดตั้งกับสถานีแล้ว) หรืออุปกรณ์ Bartolomeo ซึ่งเป็นโมดูลภายนอกที่เปิดให้นักวิจัยสามารถส่งการทดลองไปอยู่นอกสถานีได้
ซึ่งข้อจำกัดของการส่งได้แต่ของชิ้นเล็ก ๆ ก็สร้างปัญหาให้กับ ISS ไม่น้อย เพราะ ISS มีแผนที่จะต้องอัพเกรดระบบจัดการพลังงาน โดยเฉพาะส่วนของ Solar Array ขนาดใหญ่ของมัน ซึ่งตอนแรกถูกบรรทุกขึ้นไปพร้อมกับกระสวย ทำให้เราไม่สามารถส่ง Solar Array แบบเดิมไปติดตั้งได้อีกแล้ว แต่นี่ก็ทำให้วิศวกร คิดค้นระบบที่เรียกว่า IROSA ซึ่งเป็นแผง Solar Array ม้วนได้ ขึ้นไปติดตั้งทับของเดิม และขนส่งมันไปกับยาน Dragon ของ SpaceX แทน
อ่าน – สรุปการ EVA เพื่อเริ่มติดตั้ง iROSA Solar Array แบบใหม่ให้กับ ISS และ เปิดแผนการอัพเกรดแผง Solar Array บน ISS แทนที่ของเก่า
แล้วรัสเซียประกอบสถานีอวกาศอย่างไร
แน่นอนว่ารัสเซียเป็นหนึ่งในชาติที่สามารถสร้างสถานีอวกาศขนาดใหญ่ได้ (เช่น Mir) และรัสเซียหรือโซเวียตเดิม ก็ไม่มีกระสวยอวกาศหรือแขนกลด้วย ทำให้โมดูลจากฝั่งรัสเซียนั้น “จะต้องสามารถเชื่อมต่อเองได้” ย้อนกลับไปดูสองโมดูลแรกของสถานีอวกาศนานาชาติในฝั่งรัสเซีย คือ Zarya และ Zvesda เราจะพบว่า ทั้งสองมันคือยานอวกาศดี ๆ นี่เอง ที่เดินทางมาเชื่อมกันในอวกาศ
ดังนั้นการสร้างสถานีอวกาศในแบบรัสเซียก็คือ เอามาต่อกันในอวกาศเท่านั้น! โมดูล Nauka ก็เช่นกัน มันจะต้องเดินทางขึ้นไปเชื่อมต่อหรือ Dock กับสถานีอวกาศนานาชาติด้วยตัวของมันเอง นี่จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมมันถึงมีความซับซ้อนเป็นอย่างมาก เพราะมันต้องมีทั้งระบบ GNC, Propulsion, Engergy Management ต่าง ๆ แล้วก็โชคดีที่ในรอบนี้ Nauka มีแขนกลใหม่ที่สร้างโดยฝั่ง ESA ประกอบเข้าไปด้วย ทำให้ในที่สุดรัสเซียก็มีแขนกลใช้ซักที (ฮา)
อ่าน – Nauka จากรัสเซีย โมดูลสุดท้ายของสถานีอวกาศนานาชาติ ในปีที่ 23
Nauka กับการออกแบบการเชื่อมต่อกับสถานีอวกาศนานาชาติ
เราเชื่อว่าหลายคนอ่านมาถึงตรงนี้ก็คงเข้าใจแล้วว่าทำไม การเชื่อมต่อของ Nauka กับ ISS ถึงเป็นเรื่องน่าตื่นเต้น เพราะจริง ๆ แล้วรัสเซียเคยเชื่อมต่อโมดูลของพวกเขาเข้ากับ ISS เพียงแค่ 4 ครั้งในประวัติศาสตร์ ครั้งแรกคือตอนที่ Zarya กับ Zvesda เชื่อมเข้าหากันในปี 2000 ครั้งที่สองคือตอนที่ มีการนำโมดูล Pirs ขึ้นไปติดตั้งในปี 2001 โดยวิธีการคือเอา Pirs ติดไปกับหัวยาน Progress แล้วเขาเข้าไป Dock และครั้งที่สามก็คือการที่รัสเซียส่งโมดูล Poisk ขึ้นไปติดตั้งในปี 2009 โดยใช้วิธีเดียวกับ Pirs คือติดไปกับหัวยาน Progress และครั้งที่ 4 ก็คือการติดตั้งโมดูล Nauka ในปี 2021 นี้เอง
ดังนั้นนี่จะเป็นการติดตั้งโมดูลของรัสเซีย แบบใช้วิธีที่ “แปลกใหม่” ที่สุดในประวัติศาสตร์การก่อสร้าง ISS และเอาจริง ๆ มันก็ควรจะยากที่สุดด้วย เพราะความผิดพลาดเล็กน้อยอาจทำให้สถานีอวกาศนานาชาติพังเละเลยก็ได้
โดยวิธีการเชื่อมต่อ คือการปล่อยตัวโมดูล Nauka ด้วยจรด Proton-M จากนั้น Nauka จะเดินทางมาที่วงโคจรของ ISS ในระหว่างนั้น ISS จะปรับแนวการโคจรให้เป็นแบบ 90 องศากับพื้นโลก (เพื่อหงายท้องให้ Nauka เข้ามาต่อจากด้านหลัง) หลังจากหงายท้องแล้ว รัสเซียนำยาน Progress มา Dock กับโมดูล Pirs และดึงเอาโมดูล Pirs ออกไป เปิดทางให้ Nauka และท้ายที่สุด Nauka ก็เชื่อมต่อกับ ISS ก่อนที่จะบังคับให้ ISS โคจรเอาท้องขนานกับพื้นโลกตามเดิม เป็นการจบกระบวนท่าที่ซับซ้อนที่สุดในการประกอบสถานี
การเชื่อมต่อที่เหมือนจะราบรื่นแต่ก็ดันเกิดปัญหา
Nauka เชื่อมต่อกับสถานีอวกาศนานาชาติสำเร็จในเวลาประมาณสองทุ่มครึ่ง ของวันที่ 29 กรกฎาคม ตามเวลาประเทศไทย หลังจากระบบ Audo Docking ทำงานได้อย่างราบรื่น ใน 10 เมตรสุดท้าย ได้มีการสลับมาใช้ระบบ Manual Docking และบังคับตัวโมดูลให้เชื่อมกับสถานีด้วยมือ ในขณะที่ ISS โคจรอยู่เหนือน่านฟ้ารัสเซีย
3 ชั่วโมงหลังการเชื่อมต่อ NASA ได้รับแจ้งจากนักบินอวกาศว่าได้สังเกตเห็นแสงวาบออกมาจากบริเวณ Nauka จึงได้มีการตรวจสอบ พร้อมกับสั่งให้นักบินอวกาศทยอยปิดหน้าต่างเหล็กทับหน้าต่างกระจกของ ISS ทุกบาน เพื่อป้องกันหากมีวัตถุหรือเศษอะไรต่าง ๆ หลุดออกมาแล้วมากระแทกกับหน้าต่างของสถานีแตก
หลังจากนั้น NASA ได้ออกมารายงานว่า เมื่อเวลาประมาณ 23 นาฬิกา 45 นาที ตามเวลาประเทศไทย โมดูล Nauka ได้ Burn เชื้อเพลิงจำนวนหนึ่งโดยไม่ได้ตั้งใจ อย่างไรก็ตามเชื้อเพลิงบน Nauka ได้หมดลงแล้ว ดังนั้นเหตุการณ์นี้ถือว่าสิ้นสุดลง การจุดเครื่องยนต์ จะทำให้วงโคจรของ ISS ผิดไปจากเดิมอย่างมีนัยสำคัญ NASA และ Roskosmos แก้ปัญหาด้วยการนำ ISS เข้าสู่ Free Drift Mode แล้วเตรียมทำการปรับแก้วงโคจร โดยการใช้ยาน Progress ของรัสเซีย
ผลกระทบหนึ่งอย่างก็คือ วันที่ 30 กรกฎาคม มีการปล่อยยาน Boeing Starliner เพื่อทดสอบการ Dock กับตัวสถานี จากฝั่งสหรัฐฯ NASA ได้ประกาศว่าการปล่อยถูกเลื่อนออกไป เพื่อให้วิศวกรโฟกัสกับการแก้ปัญหาตัวสถานีก่อน
สาเหตุที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่าวงโคจรของ ISS เปลี่ยนแปลงไปโดยไม่ได้ตั้งใจ ทำให้ต้องมีการปรับแก้วงโคจรกันใหม่ แถม ISS ตอนนี้ก็ไม่ได้อยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง เพราะต้องตะแคงข้างเพื่อให้ Nauka เข้ามา Dock ในโมดูลฝั่งรัสเซีย (ซึ่งก็เกิดเรื่องจนได้)
ในอนาคตจะมีโมดูลใหม่ขึ้นไปบน ISS อีกมั้ย
มี เพราะในอนาคต ISS อาจะถูกปรับให้เป็นการใช้งานเพื่อการค้ามากขึ้น โดยจะมีการติดตั้งโมดูลใหม่ชื่อว่า Axiom ซึ่งตอนแรกจะถูก Host ไว้กับ ISS ก่อน จากนั้นจะแยกตัวออกมาเป็นสถานีอวกาศเอกชนแห่งแรก ซึ่งความหวังในการเชื่อมต่อ Axiom นั้น ก็คงหนีไม่พ้น SpaceX นั่นเอง (ฮา)
อ่าน – Axiom แบบสถานีอวกาศเอกชนแห่งแรกสำหรับนักท่องเที่ยว ที่พร้อมก่อสร้างปี 2024 นี้
นอกจากนี้เรากำลังจะมียานอวกาศขนส่งขนาดใหญ่อย่าง Starship ซึ่งสามารถออกแบบให้บรรทุก Paylaod ขนาดใหญ่ได้ Starship จึงเป็นอีกหนึ่งความหวังในการจัดการกับสถานีอวกาศนานาชาติ หรือเอาจริง ๆ เราแอบเชียร์ให้เมื่อ ISS หมดอายุของมันแล้ว เราค่อย ๆ เอายาน Starship นำมันกลับลงมาบนโลกแล้วทำเป็นมิวเซียมด้วยซ้ำ (ซึ่งจริง ๆ ก็ยากมากและแพงมาก แต่ถ้าทำได้มันก็คงจะล้ำค่ามาก ๆ)
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
