เมื่อวันศุกร์ที่ 7 พฤษจิกายนที่ผ่านมา ถือเป็นวันที่ For All Mankind ซีรีส์ Sci-fi จาก Apple TV+ ได้ก้าวเข้าสู่ Season ที่ 4 อย่างเป็นทางการ ในตอนที่หนึ่ง เราจะเห็นยานอวกาศลำใหม่อย่าง Unity โผล่มาท้ายตอน และได้ถูกอธิบายเสริมในส่วน Connection Seasons 3 and 4 ในตอน “A Game-Changing Engine (1999)” ว่ามันเป็นยานอวกาศที่ใช้เทคโนโลยีเครื่องยนต์พลาสมานิวเคลียร์ ซึ่งดูเหมือนว่ามันมีความพิเศษต่อ For All Mankind Season ใหม่นี้
บทความนี้มีการเปิดเผยเนื้อหาบางส่วน For All Mankind Season 3 และ 4 หากใครที่ยังรับชมซีรีส์ชุดนี้ยังไม่เป็นปัจจุบันควรข้ามบทความนี้ไปก่อน
ในส่วนของ For All Mankind Season 3 หลังจากได้ก้าวผ่านปัญหาบนดวงจันทร์มาสู่การเริ่มต้นศึกษาและพยายามตั้งอาณานิคมบนดาวอังคารแบบเต็มตัว ปัญหาใหม่ ๆ ก็ตามมาด้วยไม่ต่างจากตอนอยู่บนดวงจันทร์ ใน Season 3 เราจะเห็นตัวละคร Dev Ayesa ผู้บริหารบริษัทเอกชน Helios Aerospace ได้เผยแนวคิดสำหรับยานอวกาศพร้อมเทคโนโลยีจรวดใหม่ แม้ตัวยาน Phoenix ยานอวกาศลำปัจจุบันของ Helios ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปเชื้อเพลิงมีเทนยังอยู่ในวงโคจรของดาวอังคารก็ตาม
ประเด็นที่น่าสนใจคือเทคโนโลยีใหม่ดังกล่าวคือเครื่องยนต์จรวดพลาสมานิวเคลียร์ ซึ่งถูกออกแบบมาเพื่อตอบโจทย์ปัญหาที่แม้แต่ในโลกความเป็นจริงก็ต้องเผชิญคือปัญหาเรื่อง Launch Window จากโลกไปดาวอังคาร ซึ่งตีเป็นเลขกลม ๆ คือต้องรอทุก 2 ปีถึงจะสามารถส่งของหรือยานอวกาศไปดาวอังคารได้ แต่เครื่องยนต์พลาสมานิวเคลียร์ที่ว่าคืออะไร ทำไมถึงสำคัญต่อการแก้ปัญหา Launch Window เรามาเริ่มรู้จักกัน
ความต่างระหว่างเครื่องยนต์พลาสมาและเครื่องยนต์ไอออน
เครื่องยนต์พลาสมานับเป็นเครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า (Electric Propulsion) ซึ่งอยู่ในหมวดหมู่เดียวกับเครื่องยนต์ไอออนที่เป็นที่นิยมในหมู่ยานอวกาศและดาวเทียมในปัจจุบัน แต่ทั้งเครื่องยนต์พลาสมาและไอออนนั้นกลับมีความซับซ้อนของกลไกที่ต่างกันโดยสิ้นเชิง โดยเครื่องยนต์ไอออนนั้นทำงานโดยอาศัยการดึง Electron ออกจากอะตอมของแก๊สที่เพื่อสร้างสถานะ Positive Ion และใช้กระแสไฟฟ้าสร้างแรงแม่เหล็กในการเร่งไอออนที่เกิดขึ้นเพื่อสร้างเป็นแรงขับให้กับยานอวกาศ
ในขณะเดียวกัน เครื่องยนต์พลาสมากลับทำงานด้วยการแปลงสถานะของแก๊สไปสู่สถานะพิเศษอย่างพลาสมาไอออนอุณหภูมิสูงโดยผ่านกรรมวิธีที่ต่างกันไปเพื่อสร้างแรงขับ ซึ่งในหมวดหมู่ของเครื่องยนต์พลาสมาเองก็สามารถแบ่งประเภทออกมาได้อีกหลายแบบ แต่ในบทความนี้จะพูดถึงประเภทที่คาดว่าถูกหยิบมาใช้ใน For All Mankind อย่าง Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket หรือ VASIMR ซึ่งมีการวิจัยและกำลังอยู่ในการพัฒนาในโลกความเป็นจริง
เครื่องยนต์ VASIMR จะเป็นเปลี่ยนเกมได้จริงหรือไม่
แนวคิดการทำงานของ VASIMR ไม่ใช่อะไรที่ใหม่มากนัก แต่หลักการทำงานของมันก็ต้องอาศัยความเข้าใจเรื่องไฟฟ้าและฟิสิกส์ในระดับหนึ่ง ในขั้นต้นต้องจ่ายแก๊สที่จะใช้ขับดันเครื่องยนต์เข้าชิ้นส่วนที่เป็น Coupler ตัวแรก เพื่อแตกตัวแก๊สเป็นไอออนด้วย Helicon Coupler และให้ความร้อนด้วยพลังงานจากคลื่นวิทยุที่มาจาก RF Generator พอผ่านตรงนี้ออกมาจะได้พลาสมาอุณหภูมิต่ำ (Cold Plasma) ที่ร้อนในระดับหลายพันองศาเซลเซียส ถือเป็นการสร้างสถานะพลาสมาขั้นต้นก่อนที่จะเอาไปใช้ในส่วนถัดไป ซึ่งพลาสมาที่ได้ออกมาจะถูกป้อนเข้าสู่ Coupler ตัวที่สองอย่าง Ion Cyclotron Heating ซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่ใช้เร่งอุณหภูมิของพลาสมาขึ้นไปอีกในระดับนับล้านองศาเซลเซียส
ความร้อนระดับนี้จะให้พลาสมาสัมผัสกับผนังเครื่องยนต์แล้วหล่อเย็นแบบเครื่องยนต์จรวดสันดาปก็ไม่เกิดประโยชน์อะไร ทำให้ตัวเครื่องยนต์จำเป็นต้องใช้ขดลวดตัวนำยิ่งยวดสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อความคุมกลุ่มก้อนพลาสมา ซึ่งตัวขดลวดตัวนำยิ่งยวดนี้จะทำหน้าที่คล้ายกับหัวฉีด (Nozzle) เครื่องยนต์จรวดแบบ Convergent-Divergent ที่ถูกใช้งานกับเครื่องยนต์จรวดสันดาป (หัวฉีดที่อาศัยหลักการเร่งการไหลของของไหลด้วยการบีบพื้นที่หน้าตัดส่วนหนึ่งของท่อให้เล็กลง เพื่อสร้าง Choke Flow ก่อนที่จะบานออกในส่วนเปิดด้านปลายของหัวฉีดเพื่อเร่งความเร็วของของไหลออกสู่ภายนอก) โดยเหตุผลที่หัวฉีดของเครื่องยนต์พลาสมาสามารถอาศัยหลักการทำงานเดียวกันกับเครื่องสันดาปได้เพราะตัวพลาสมามีพฤติกรรมที่คลายกับแก๊สนั่นเอง
หรือถ้าให้เข้าใจแบบง่ายสุด ๆ ตัวเครื่องยนต์แบบ VASIMR จะแปลงแก๊สให้กลายเป็นพลาสมาที่ร้อนมาก ๆ เพื่อผลักพวกมันออกสู่ภายนอกเครื่องยนต์เพื่อสร้างแรงขับ ซึ่งสุดท้ายแล้วก็จบตรงที่กฏของ Newton ข้อที่สามซึ่งเป็นกฏพื้นฐานที่ใช้งานกันบนจรวดและยานอวกาศทุกลำในประวัติศาสตร์
ตัว VASIMR เองก็มีข้อดีในในระดับที่เหนือกว่าเครื่องยนต์ไอออนหลายขุม แนวคิดของมันเคลมว่าสามารถทำได้ทั้งให้แรงขับที่สูงแต่ได้ Isp ที่ต่ำ และ ให้แรงขับต่ำแต่ได้ Isp ที่สูง ซึ่งก็ถูกเคลมอีกว่าสูงกว่า Isp ของเครื่องยนต์ไอออน (Isp หรือ Specific Impulse คือค่าที่ใช้วัดความประสิทธิภาพของน้ำหนักเชื้อเพลิงขับดันต่อแรงขับที่ได้ออกมา ยิ่ง Isp มีค่าสูงยิ่งมีประสิทธิภาพที่สูงตามไปด้วย) ต่างจากเครื่องยนต์ไออนที่ทำได้เพียงให้แรงขับต่ำ ได้ Isp สูง เห็นได้ว่าเครื่องยนต์พลาสมาแบบ VASIMR มีความยืดหยุ่นกว่าเครื่องยนต์ไอออน
ด้วยความมันมี Isp ที่สูงมาก สร้างแรงขับได้คุ้มน้ำหนักเชื้อเพลิงมากกว่าทั้งเครื่องยนต์สันดาปและไอออน ต่อให้เป้าหมายอยู่ไกลทำให้ต้องใช้เชื้อเพลิงมากกว่าปกติก็ยังอยู่ในขอบเขตที่รับได้ (อ่าน Trajectory Design and Optimization ศาสตร์เบื้องหลังการออกแบบเส้นทางการสำรวจอวกาศ) ทำให้แนวคิดของเครื่อยนต์แบบนี้สามารถประยุกต์กับแนวคิด “อยากจะปล่อยเมื่อไหร่ก็ได้ ไม่อยากรอ Launch Window ทุก 2 ปี” ได้อย่างลงตัว นั่นแปลว่าต่อจากนี้เราจะไม่เห็นปัญหาในการรอ Launch Window ที่เหมาะสมใน For All Mankind Season 4 อีกแล้ว
นอกจากนี้ แนวคิดของมันทำให้มีการคำนวณออกมาว่าอาจทำให้ยานอวกาศที่มีเครื่องยนต์แบบนี้สามารถบินไปถึงดางอังควรได้ภายใน 39 วัน แต่คำกล่าวเหล่านี้เป็นเพียงทฤษฎีที่ยังเกิดขึ้นจริงไม่ได้ เพราะในปัจจุบันยังไม่มีแหล่งให้กำเนิดพลังงานที่ไหนที่เสถียรและเพียงพอในการหล่อเลี้ยงเครื่องยนต์ที่จำเป็นต้องสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแรงสูงและตัวกำเนิดความร้อนที่ต้องให้พลาสมามีอุณภูมิระดับล้านองศา
แต่สำหรับ For All Mankind ที่เป็นเรื่องสมมติ การเสกเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันที่ทั้งปลอดภัยและเป็นแหล่งกำเนิดพลังงานที่เพียงพอต่อเครื่องยนต์แบบนี้ไม่ใช่เรื่องยากสำหรับเหล่ามือเขียนบท ทำให้มันถูกหยิบขึ้นมาเพื่อแสดงมุมความเป็น Sci-fi ออกมาก่อนที่ทุกคนจะมองว่ามันเป็น Series ที่มีความเป็น Drama มากกว่า Sci-fi (ฮา)
ในโลกความเป็นจริงเอง ก็ยังมีการวิจัยและพัฒนาเครื่องยนต์แบบ VASIMR อยู่เรื่อย ๆ โดยที่โดดเด่นล่าสุดบริษัท Ad Astra Rocket Company ก็ได้รับเงินทุนเพิ่มจาก NASA ในการศึกษาและพัฒนาเทคโนโลยีตัวนี้ ซึ่งบริษัทนี้ก็ไม่ใช่บริษัทที่ใหม่อะไร มีการตั้งเป้าในการพัฒนาเทคโนโลยีเครื่องยนต์พลาสมามาตั้งแต่การก่อตั้งบริษัทในปี 2005
อย่างไรก็ตาม เรื่องแต่งสมมติในบางครั้งก็เป็นจุดประกายที่สร้างกลุ่มนักวิทยาศาสตร์และนักคิดรุ่นใหม่ ๆ ที่จะเข้ามาช่วยผลักดันพรมแดนความรู้ของมนุษยชาติให้กว้างออกไปกว่าที่เคยเป็น และในบางครั้งพรมแดนความรู้เหล่านี้ก็กลับมาหาเหล่าผู้สร้างสรรค์เพื่อเป็นไอเดียในการสร้างแรงบันดาลใจให้คนรุ่นใหม่หันมาสนใจในความเป็นวิทยาศาสตร์และจะวนลูปแบบนี้ต่อไปตราบใดที่มนุษย์เรายังไม่เลิกตั้งคำถามกับสิ่งที่เห็น ซึ่งเป็นสารตั้งต้นไปสู่กระบวนการทางวิทยาศาสตร์
(แอบสงสัยว่าเมื่อไหร่ทีม Production ของ For All Mankind จะรู้จัก Radiator ที่ใช้งานบนยานอวกาศซักที มีแต่แผง Solar Panel ไม่มีอุปกรณ์ที่จัดการความร้อนก็แปลก ๆ อยู่ (ฮา))
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
