วิทยาศาสตร์ของการนำยางไปขายบนดาวอังคาร



เมื่อท่านผู้นำมีแผนที่จะส่งยางไปขายที่ดาวอังคาร ซึ่งนับว่าเป็นแนวคิดที่ล้ำยิ่งนักแน่นอนว่าประเทศไทยเป็นประเทศที่มีความเจริญก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และการบริหารอย่างมาก ทีมงาน SPACETH ก็หวังว่าซักวันเราจะได้เห็นยางไทยไปขายบนดาวอังคารตามที่ท่านผู้นำได้หวังไว้

แต่ก่อนที่เราจะนำยางไปขายบนดาวอังคารเราย่อมต้องมีการศึกษาถึงต้นทุนการขนส่ง และปัจจัยต่าง ๆ ที่จะส่งผลต่อโครงการระดับประเทศนี้ วันนี้ทางทีมงาน SPACETH.CO จะมาวิเคราะห์ให้ฟังฉบับเจาะลึกถึงการส่งสินค้าไปยังดาวอังคารกัน

มีอะไรบนดาวอังคารปัจจุบันบ้าง

แน่นอนว่าดาวอังคารนั้นเป็นเป้าหมายของมนุษย์มาหลายยุคหลายสมัย แม้สหภาพโซเวียตจะพยายามส่งยานไปลงจอดบนดาวอังคารหลายต่อหลายครั้ง แต่ความสำเร็จในการลงจอดบนดาวอังคารครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 1975 เมื่อยาน Viking 1 ของสหรัฐอเมริกาได้ทำการลงจอดบนดาวอังคารสำเร็จ (ด้วยความก้าวหน้าด้านเทคโนโลยี ไม่ได้เกิดจากนักวิทยาศาสตร์ไทยไปนั่งสมาธิแล้วคิดวิธีได้แต่อย่างใด) กลายเป็นยานอวกาศลำแรกที่เดินทางไปลงจอดบนดาวอังคาร ยานอวกาศน้ำหนัก 3 ตันนี้เปิดศักราชการเดินทางสู่ดาวอังคาร

ภาพถ่ายพื้นผิวของดาวอังคารจากยาน Pathfinder ที่มา – NASA/JPL

มาจนถึงปัจจุบัน สหรัฐอเมริกายังคงเป็นประเทศเดียวที่สามารถส่งยานไปลงจอดได้สำเร็จ ในปี 2003 องค์การอวกาศยุโรปหรือ ESA ได้ทำการส่งยาน Beagle 2 ไปลงจอด แต่ก็พลาดไม่สำเร็จ และล่าสุดในปี 2016 ESA ก็ได้ทดลองเช่นเดิมด้วยการส่งยาน Schiaparelli ไปลงจอด ยาน Schiaparelli เป็นหนึ่งในโครงการ ExoMars ที่ประกอบไปด้วยยาน 2 ลำคือ

ยาน Schiaparelli ในภารกิจ ExoMars ที่ทำการลงจอดไม่สำเร็จ ที่มา – ESA/Roskosmos

Schiaparelli เอง และ Trace Gas Orbiter ที่ทำหน้าที่โคจรอยู่เหนือชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร ยาน Schiaparelli เกิดข้อผิดพลาดในระหว่างการลงจอดทำให้เราเสียยานลำนี้ไป

Mark Watney ซักที่บนดาวอังคารจากหนังเรื่อง The Martian ที่มา – The Martian Movie

ปัจจุบันยานอวกาศที่ลงจอดบนดาวอังคารสำเร็จล้วนแล้วแต่เป็นของ JPL หรือ Jet Propulsion Laboratory ซึ่งมีผลงานด้านอวกาศอย่างหาที่ติไม่ได้ตั้งแต่ในโลกแห่งความเป็นจริงไปจนถึงในหนังเรื่อง The Martian ก็เลยทีเดียว

ส่งยานไปดาวอังคารยังไง

แน่นอนว่าการส่งยานอวกาศไปยังดาวอังคารนั้นยานอวกาศไม่สามารถบินไปได้ด้วยตัวของมันเอง ยางของเราก็เช่นกัน ขั้นแรกเลยก็คือเราต้องส่งยางของเราขึ้นไปเหนือชั้นบรรยากาศก่อน โดยเราจะต้องให้พาหนะที่บรรทุกยางของเราอยู่ในวงโคจรที่เสถียรก่อน เรียกว่า Parking Orbit ก่อนที่จะทำ Departure Burn เพื่อเร่งความเร็วให้หลุดพ้นจากแรงโน้มถ่วงของโลก และบินเข้าไปในวิธีโคจรที่ทำให้ยานขนยางของเราเดินทางไปที่ดาวอังคาร โดยปกติแล้วยานอวกาศจะถูกส่งขึ้นไปด้วยจรวดซึ่งก็มีอยู่หลายเจ้าให้เลือกใช้บริการ

ทีม JPL กับยาน Mars Science Laboratory (ด้านหลัง) บรรจุในแคปซูลพร้อมส่งไปยังดาวอังคาร ที่มา – NASA/JPL

เนื่องจากทีมสร้างยานอวกาศ ไม่ได้เป็นทีมที่สร้างจรวดเอง รวมถึงหน่วยงานอวกาศอย่าง NASA ก็ไม่ได้เป็นเจ้าของเทคโนโลยีจรวด จึงต้องว่าจ้างหน่วยงานอื่น ๆ ที่เป็น Launch provider ซึ่งในปัจจุบันก็จะมีอยู่หลายเจ้าด้วยกัน

  • ULA หรือ United Launch Alliance เป็น Launch Provider ที่ประกอบไปด้วย 2 บริษัทใหญ่คือ Boeing และ Lockheed Martin เจ้าของเทคโนโลยีจรวด 2 รุ่นด้วยกัน ได้แก่ Atlas ของ Lockheed Martin และ Delta ของ Boeing ซึ่งจรวดทั้งสองรุ่นมีผลงานในการส่งยานอวกาศให้ NASA ไปยังดาวอังคารแล้ว ไม่ว่าจะเป็นยาน MER (Mars Exploration Rover) ทั้งสองลำ ได้แก่ Spirit และ Opportunity ในปี 2003 ที่ส่งด้วยจรวด Delta II และยาน Curiousity Rover ในปี 2012 ที่ถูกส่งไปด้วยจรวด Atlas V ทำให้ ULA นั้นมี Portoflio ที่ดีมาก ๆ เลยทีเดียว
จรวด Atlas V ของ ULA บรรทุกยาน MSL พร้อมทำการปล่อย ณ แหลมเคอเนอเวอรัล ที่มา – CCAFS/NASA
  • Roskosmos หน่วยงานอวกาศจากรัสเซีย ที่มีจรวดขนาดใหญ่อย่าง Proton ที่มีพลังมากพอในการส่งยานอวกาศไปยังดาวอังคาร ยาน ExoMars ก็เดินทางไปดาวอังคารด้วยจรวด Proton นี้ แม้ว่าจะเกิดอุบัติเหตุเล็กน้อยระหว่างทำการ Burn Orbit แต่ยาน ExoMars ก็เดินทางไปถึงดาวอังคารได้ นอกจากจรวด Proton แล้ว จรวด Soyuz ก็ยังสามารถส่งยานอวกาศไปยังดาวอังคารได้เช่นกัน แต่ก็จะบรรทุกน้ำหนักได้ไม่มากเท่า Proton
จรวด Proton M ของรัสเซีย พายาน ExoMars ขึ้นสู่อวกาศ ที่มา – Roskosmos
  • IRSO หน่วยงานอวกาศอินเดีย ในปี 2013 พวกเขาได้ใช้จรวด PSLV รุ่นใหญ่พิเศษในการส่งยานอวกาศชื่อมังคลายาน ยานอวกาศหนัก 1.3 ตัน ไปโคจรรอบดาวอังคารสำเร็จ ทำให้อินเดียกลายเป็นอีกหนึ่งตัวเลือกที่น่าสนใจในการพายางของเราไปยังดาวอังคาร
IRSO ส่งยานมังคลายานขึ้นสู่ดาวอังคาร ที่มา – IRSO
  • SpaceX บริษัทเอกชนรุ่นใหม่มาแรงที่ล่าสุดโชว์จรวดที่ทรงพลังที่สุดในโลก Falcon Heavy ที่พารถยนต์ Tesla Roaster ของ Elon Musk เดินทางไปยังวงโคจรของดาวอังคารได้สำเร็จ Elon Musk ได้เคลมว่า Falcon Heavy สามารถส่งสิ่งของ (รวมถึงยางของท่านผู้นำ) หนักกว่า 16 ตันไปยังดาวอังคารได้อย่างสบาย ๆ โดยที่ได้ราคาถูกกว่าเจ้าอื่นด้วย
จรวด Falcon Heavy จรวดที่ทรงพลังที่สุดในโลกปัจจุบัน ที่มา – SpaceX

แม้ในอนาคตจะมีผู้เล่นรายอื่นในด้านการปล่อยจรวดเข้ามาแข่งขันกัน (รวมถึงจรวด LongMarch 5 ของจีน ที่ก็มีความสามารถพอที่จะส่งสิ่งของหนักไปยังดาวอังคารได้เช่นกัน) แต่ ณ ตอนนี้ดูเหมือนว่าคนที่สามารถส่งยางของเราไปดาวอังคารได้ก็น่าจะมีเท่านี้ แน่นอนว่าสิ่งที่สำคัญที่สุดในภารกิจการส่งยางไปดาวอังคารของเราก็คือต้นทุน ค่าส่งนั้นเป็นเรื่องที่เราต้องคิดกัน

SpaceX นั้นดูเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจ ด้วยความสามารถในการส่งยางหนัก 16 ตันไปดาวอังคารโดยที่คิดค่าส่งแค่ 90 ล้านเหรียญ หรือประมาณ 2,800 ล้านบาท ถูกกว่า ULA ที่สามารถส่งยางเพียง 5.5 ตัน แต่ต้องจ่ายค่าส่งแพงถึง 5,000 ล้านบาทเลยทีเดียว

จรวด SLS ของ NASA ที่ปัจจุบันอยู่ระหว่างการออกแบบและทดสอบ ที่มา – NASA

ส่วน NASA หน่วยงานอวกาศของสหรัฐที่ตอนนี้กำลังพัฒนาจรวดรุ่นใหม่ที่ชื่อว่า SLS หรือ Space Launch System แม้เราจะยังไม่ทันได้เห็นตัวจรวด แต่ NASA ก็เปิดเผยต้นทุนในการส่งมาแล้วว่าสามารถส่งสิ่งของหนักถึง 45 ตัน ไปยังดาวอังคารได้ในราคา 15,000 ล้านบาท (แพงมาก แต่สามารถส่งได้ถึง 45 ตันในหนึ่งเที่ยว)

ภาพจำลองจรวด BFR ของ SpaceX บนดาวอังคาร ที่มา – SpaceX

สรุปเลยก็คือ ณ​ ปัจจุบัน SpaceX ดูเหมือนจะเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจในการส่งยางไปขายที่ดาวอังคาร ในราคาที่ถูกกว่าเจ้าอื่น และราคาการส่งของ SpaceX ก็น่าจะถูกลงไปอีกเมื่อ SpaceX สามารถพัฒนาจรวดรุ่นใหม่ในชื่อ BFR – Big Fucking Rocket ที่จะถูกใช้ในการส่งคนไปยังดาวอังคาร และสามารถขนสิ่งของหนักเป็นร้อย ๆ ตันได้อย่างสบาย ๆ แม้จะยังไม่มีการเปิดเผยราคาที่ชัดเจนแต่ SpaceX ก็ดูจริงจังกับแผนการสร้าง BFR นี้มาก และเที่ยวบินแรกของมันจะมีขึ้นภายในปี 2024

ช่วงเวลาก็สำคัญนะ

ในการจะส่งอะไรก็ตามไปดาวอังคารนั้น ไม่ใช่ว่านึกจะส่งก็ส่งใด (ซึ่งก็จะแย่หน่อย หากท่านนายกใจร้อน) ในการส่งยานไปดาวอังคารนั้นเราจะต้องรอให้ดาวอังคารกับโลกมาอยู่ในแนวที่เหมาะสมก่อน ซึ่งการที่โลกและดาวอังคารมาอยู่ในแนวที่เหมาะสมนี้จะช่วยทำให้เราประหยัดเชื้อเพลิงที่ใช้ในการส่ง

Transfer Orbit ไปยังดาวอังคาร ที่มา – NASA

อธิบายง่าย ๆ ว่ายานอวกาศของเราต้องหลุดจากวงโคจของโลกไปโคจรในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ก่อน ซึ่งในที่นี้แรงเหวี่ยงที่เกิดจากการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์จะถูกนำมาคิดด้วย เมื่อยานอวกาศทำ Departure Burn ในทิศทางที่เหมาะสมยานจะเดินทางไปในวงโคจรที่สูงขึ้น (ห่างจากดวงอาทิตย์ขึ้น) ซึ่งก็คือการเดินทางไปทางวงโคจรของดาวอังคารนั่นเอง

ตามกฏของเคปเลอร์ วัตถุจะโคจรรอบศูนย์กลางเป็นวงรี ซึ่งวงรีนั้นจะมีตัวแปรที่สำคัญอยู่ 2 คือมีค่า r สองค่า ตอนที่ยานเร่งความเร็วหลุดจากแรงโน้มถ่วงของโลกนั้นยานจะอยู่ในวงโคจรของดวงอาทิตย์ โดยค่า r ทั้ง 2 ค่าจะเท่ากันคือ 1AU (ระยะห่างระหว่างโลกจากดวงอาทิตย์) แต่ถ้ายานทำการเร่งความเร็วไปเรื่อย ๆ ค่า r ในอีกฝั่งหนึ่งจะเพิ่มขึ้นคือไปอยู่ในวงโคจรที่สูงขึ้น

วิธีการก็คือถ้าเราจุดเครื่องเร่งความเร็ว (เรียกว่าการ Burn) ไปเรื่อย ๆ จนค่า r ไปแตะที่วงโคจรของดาวอังคาร (ประมาณ 1.5 AU) เราก็จะส่งยานไปดาวอังคารได้ด้วยการใช้เชื้อเพลิงน้อยที่สุด เรียกวิธีนี้ว่า Hohmann-Transfer และเรียกวิถีโคจรนี้ว่า Trans-Mars Injection

ความยากของเราก็คือเราต้องกะระยะเวลาให้ตอนที่ยานเดินทางไปถึง 1.5 AU นั้นเป็นช่วงที่ดาวอังคารต้องอยู่บริเวณนั้นพอดี ซึ่งโอกาสที่เราจะใช้พลังงานน้อยที่สุดในการส่งยานไปดาวอังคารนั้นจะเกิดขึ้นโดยประมาณทุก ๆ 780 วัน ทำให้เราจะเห็น Pattern การส่งยานไปดาวอังคารทุก ๆ ประมาณ 2-3 ปี ตั้งแต่ยาน MAVEN และ มัลคลายานในปี 2013 , ยาน ExoMars ในปี 2016, ยาน InSight และ Tesla Roadster (ที่ Burn Orbit พลาด) ในปี 2018 และในปี 2020 ที่จะมีทั้งการส่งยาน ExoMars รุ่นใหม่, Mars 2020 Rover (NASA), Mars Hope (ยานของอาหรับเอมมิเรตส์ ) และยานสำรวจดาวอังคารของจีนและอินเดีย

ถึงดาวอังคาร

การเลือกช่วงเวลานั้นสำคัญ ยานอวกาศจะใช้เวลาประมาณ 6-8 เดือนในการเดินทางสู่ดาวอังคาร แต่การ Burn ออกจากโลกนั้นยังไม่เพียงพอที่จะทำให้เราไปลงจอดบนดาวอังคารได้ เพราะว่ายานของเรานั้นโคจรด้วยความเร็วสัมพันธ์กับดวงอาทิตย์ ซึ่งเมื่อเมื่อเปลี่ยนเป็นความเร็วสัมพันธ์กับดาวอังคารแล้ว ยานของเราจะโคจรเร็วมาก แรงโน้มถ่วงของดาวอังคารจะไม่สามารถจับยานของเราไว้ได้ เราต้องเข้าสู่วงโคจรของดาวอังคารเสียก่อน เราต้องทำการ Burn ลดความเร็ว ให้เข้าสู่วงโคจรดาวอังคาร (ซึ่งก็ต้องใช้เชื้อเพลิงอีกจำนวนหนึ่ง) เรียกว่า Injection Burn หรือ Insertion Burn

ยาน ExoMars จุดเครื่องยนต์ลดความเร็วเข้าสู่วงโคจรของดาวอังคาร ที่มา – ESA

อีกหนึ่งวิธีที่เรานิยมใช้ก็คือการทำ Aerobreaking หรือ Orbital Decay แล้วแต่จะเรียก คือตอนที่เรา Burn ออกจากโลกเราจะเล็งให้ยานของเราบินเฉียดเข้ามาในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร เพื่อให้ชั้นบรรยากาศของมันสร้างแรงเสียดทานลดความเร็วการโคจรให้สุดท้ายยานเข้าสู่วงโคจรของดาวอังคาร พอถึงจุดนั้นแล้ว ยานจะจุดจรวดอีกครั้งเพื่อยกตัวเองขึ้นจากวงโคจรของดาวอังคาร และเข้าสู่วงโคจรรอบดาวอังคารตามปกติ ซึ่งวิธีการนี้ประหยัดเชื้อเพลิงมากกว่าการ Insertion Burn

ยาน Mars Reconnaissance Orbiter กำลังทำ Aero Breaking ที่มา – NASA/JPL

แต่!! เนื่องจากเป้าหมายของเราคือการนำยางไปลงจอดบนดาวอังคาร ไม่ใช่การโคจร เราจึงสามารถข้ามขั้นตอนการเข้าสู่วงโคจรไปได้ วิธีการก็คือตั้งแต่ปล่อยจากโลกเราจะเล็งให้ยานนั้นเข้าสู่วงโคจรของดาวอังคารและถูไถไปกับชั้นบรรยากาศและค่อย ๆ ลอดความเร็วลงจนลงจอดบนดาวอังคารได้ในที่สุด

แคปซูลของยาน MSL ทำการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร ที่มา – NASA/JPL

แต่นั่นหมายความว่าความเร็วในการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวอังคารนั้นจะสูงมาก เราจึงต้องเตรียมวิธีการรับมือ ณ ตรงนี้ไว้ด้วย

นำยางเข้าสู่ชั้นบรรยากาศและลงจอด

จากที่บอกไปว่าการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวอังคารนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย ๆ เลย ยานอวกาศหลายลำถูกฆ่าด้วยชั้นบรรยากาศของดาวอังคารตอนที่ลงไปลงจอด ได้แก่ Mars 2, Mars 3, Mars 6 ของสหภาพโซเวียต ที่ทั้ง 3 ลำ “ระเบิด” ในขณะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ รวมถึงยานรุ่นใหม่ๆอย่าง Mars Climate Orbiter, Deep Space 2

ความยากของมันจะอยู่ตรงที่

  • อากาศดาวอังคารนั้นมีความเบาบางมาก มีความบางเพียง 1% ของชั้นบรรยากาศโลก ดังนั้น วัตถุต่างๆจะตกลงสู่พื้นได้เร็วขึ้น เพราะแรงเสียดทานน้อย การลดความเร็วจึงไม่สามารถทำได้ดีนักบนดาวอังคาร
  • แต่ความเร็วที่เราเดินทางเข้าไปนั้นสูงมาก ๆ ทำให้เกิดความร้อนและการเสียดสีอย่างรุนแรง เราจำเป็นต้องมีเทคโนโลยีกันความร้อนชั้นสุดยอด ไม่เช่นนั้นยางของท่านนายกอาจจะละลายก่อนที่จะถึงพื้นผิวของดาวอังคารได้
แผ่นกันความร้อนขนาดใหญ่ที่ใช้กับยาน MSL ที่มา – NASA/JPL

ตอนนี้ปัญหาเรื่องการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศได้ถูกแก้ไขได้ ด้วยการพัฒนาแผ่นกันความร้อนรุ่นใหม่ๆ ที่มีความสามารถในการกันความร้อนและเสียดสีจากชั้นบรรยากาศได้ดีมากกว่ารุ่นเก่า เมื่อบวกกับการคำนวนการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศที่ถูกต้อง (ด้วย AI ที่ฉลาด และ คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังยิ่งขึ้น) ทำให้การเข้าสู่ชั้นบรรยากาศไม่ใช่ปัญหาอีกต่อไป แต่!

ความเร็วหลังจากการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศนั้นจะเร็วมากระดับ Supersonic โดยความเร็วก่อนถึงชั้นบรรยากาศ อาจสูงถึง 26,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และเมื่อเข้าสู่ชั้นบรรยากาศแล้ว ความเร็วจะยังคงสูงถึง 1,500 กิโลเมตรต่อชั่วโมง

การทดสอบร่มชูชีพสำหรับดาวอังคารในอุโมงลมของ NASA ที่มา – NASA/Ames Research Center/JPL

การลงจอดบนดาวอังคารนั้นถูกพัฒนามาอย่างต่อเนื่อง ในปี 1975 ยาน Viking 1 รอดจากการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศและลงจอดบนดาวอังคารด้วยการใช้ ร่มชูชีพ “เครื่องยนต์จรวด” ชะลอความเร็ว เรียกว่า Retro Rocket หลังจากที่มันเข้าสู่ชั้นบรรยากาศแล้ว (ตอนนั้น ณ​ ความเร็ว 900 กิโลเมตร/ชั่วโมง) ตัวแคปซูลได้ทำการปล่อยร่มชูชีพมาชะลอความเร็ว จนถึงความสูง 1.5 กิโลเมตร เหนือพื้นผิว ยานได้ถูกปล่อยลงมาจากแคปซูล แล้วยานก็ใช้เครื่องยนต์ Retro Rocket ค่อย ๆ ลดความเร็วและลงจอดอย่างนิ่มนวลบนดาวอังคาร

Carl Sagan นักวิทยาศาสตร์ ถ่ายภาพคู่กับแบบจำลองขนาดเท่าจริงของยาน Viking ที่มา – JPL/NASA

ในปี 1976 ยาน Viking 2 ได้ใช้เทคนิคเดียวกันนี้ในการลงจอดบนดาวอังคาร ทำให้มันกลายเป็นยานลำที่ 2 ที่ลงจอดบนดาวอังคารสำเร็จ

หลังจากนั้นก็ไม่มียานไปลงจอดบนดาวอังคารอีกเลย เนื่องจากการส่งยานไปลงจอดบนดาวอังคารนั้นใช้ต้นทุนที่สูง และเสี่ยงต่อการผิดพลาด แต่ในปี 1997 NASA ก็ได้ตัดสินใจส่งยานไปลงจอดบนดาวอังคารอีกครั้ง แต่ในครั้งนี้เป็นยานฉบับ “ประหยัด” ตัวยานมีขนาดเล็กและใช้เทคนิคการลงจอดที่ไม่ซับซ้อน

AirBag ที่ใช้กับยาน Pathfinder ที่มา NASA/JPL

ยาน Pathfinder เดินทางไปลงจอดบนดาวอังคารโดยใช้เทคนิคใหม่ที่เรียกว่า Airbag ซึ่งไม่เคยใช้ในภารกิจใดมาก่อน หลังจากที่มันเข้าสู่ชั้นบรรยากาศแล้วตัวยานจะถูกห้อยลงมาจากแคป เมื่อถึงความสูง 355 เมตร ถุง Airbag ที่ห่อหุ้มตัวยานไว้จะถูกสูบลมเข้าด้วยปฏิกริยาทางเคมี เมื่อถึงความสูง 21 เมตร เหนือพื้นผิว เชือกที่เชื่อมระหว่างตัวยานกับส่วนแคปซูลจะถูกตัดออก ยานที่ถูกห่อหุ้มด้วย Airbag จะตกกระแทกพื้น เด้ง และกลิ้งไปมาบนพื้นผิว 1 ชั่วโมง หลังการลงจอดเปลือกยานก็ถูกเปิดออกเผยให้เห็นตัวยาน Pathfinder และรถหุ่นยนต์คันจิ๋วชื่อ Sojourner ออกมาวิ่งเล่น

ภาพถ่ายจากยาน Pathfinder บนดาวอังคาร จะเห็น AirBag ที่ถูกสูบลมออกอย่างชัดเจน ที่มา – NASA/JPL

JPL/NASA เริ่มเห็นว่าเทคนิคการลงจอดแบบนี้ใช้งานได้ดีและความเสี่ยงน้อย Airbag จึงถูกนำมาใช้ในอีกครั้งในปี 2003 เมื่อ NASA ตัดสินใจส่งยานชุด MER ได้แก่ Opportunity และ Spirit ไปยังดาวอังคาร ยานทั้ง 2 ลำเป็นยานแบบ Rover และยาน Opportunity ยังคงทำงานได้ดีมาจนถึงทุกวันนี้

ยาน Mars Exploration Rover ที่มา – NASA/JPL

ในปี 2012 NASA ทำการส่งยาน MSL หรือ Mars Science Laboratory ที่มีชื่อเล่นว่า Curiosity Rover ไปลงจอดบนดาวอังคาร แต่ด้วยขนาดยานที่หนักเกือบ 1 ตัน และมีขนาดเท่ากับรถหนึ่งคัน (ยาน MER หนักแค่ 185 กิโลกรัม) ภายใน Curiosity นั้นยังประกอบไปด้วยอุปกรณ์ที่ sensitive มากมาย ที่ถ้าให้ลงจอดด้วยเทคนิค Airbag ให้ไปกระแทก เด้ง และกลิ้งนั้น สภาพของอุปกรณ์คงแตกไม่เหลือชิ้นดี (เรื่องนี้อาจจะไม่ต้องห่วงสำหรับยางของท่านนายก) และน้ำหนักขนาดนั้นคงต้องใช้ Airbag ที่ใหญ่มาก ก็ไม่รู้จะหาที่สูบมาจากไหน

NASA แก้ปัญหานี้ด้วยการพัฒนาระบบการลงจอดใหม่ทั้งหมด ยานเข้าสู่ชั้นบรรยากาศด้วยแผ่นกันความร้อนขนาดใหญ่ที่สุดที่เคยสร้างมา จากนั้นถูกชะลอความเร็วด้วยร่มชูชีพที่ใหญ่ที่สุดที่เคยสร้างมาเช่นกัน ร่มชูชีพนี้มีน้ำหนักมากถึง 45 กิโลกรัม เพียงเท่านั้นยังไม่พอที่ยานหนักหนึ่งตันจะลงจอดได้ ในครั้งนี้ NASA กลับมาใช้เครื่องยนต์อีกครั้ง แต่ เนื่องจากการใช้เครื่องยนต์ลงจอดจะทำให้เกิดฝุ่นตลบไปทั่ว NASA ไม่ต้องการให้มีฝุ่นไปตกบนตัวยาน จึงต้องให้เครื่องยนต์จรวดอยู่สูงจากพื้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

การลงจอดด้วย Sky Crain ของ MSL ที่มา – NASA

NASA จึงออกแบบสิ่งที่เรียกว่า Sky Crain คือการห้อยตัวยาน Curiosity Rover ลงมาจากเครื่องยนต์จรวด ด้วยเชือกยาว 6 เมตร และค่อย ๆ นำ Curiosity แตะพื้น จากนั้นตัว Sky Crain จะยกตัวเองขึ้นแล้วบินไปตกในจุดที่ไกลออกไป เป็นการลงจอดที่ซับซ้อนที่สุดที่มนุษย์เคยทำมา และในปี 2020 NASA ก็จะใช้เทคนิคเดียวกันนี้ในการลงจอดยาน Mars 2020 ซึ่งเป็นยานแฝดของ Curiosity

ภาพถ่ายจริง ขณะยาน MSL ทำการ Selfie บนดาวอังคาร ที่มา – NASA/JPL

ปัจจุบันเทคโนโลยีการลงจอดบนดาวอังคารเป็นไปอย่างก้าวกระโดดทั้งในทางวิศวกรรม และในทางวิทยาการคอมพิวเตอร์ ในอัลกอริทึมที่ NASA ใช้ในการลงจอดยานบนดาวอังคารก็คืออัลกอริทึมเดียวกับที่ SpaceX ใช้ในการลงจอดจรวด Falcon 9 บนโลกและ BFR บนดาวอังคาร

ดังนั้นเราสามารถสรุปได้ว่าการจะส่งยางไปบนดาวอังคารนั้นนอกจากการเลือกการจรวดสำหรับทำการส่งที่เหมาะสมแล้ว ยังต้องออกแบบระบบการลงจอดที่เหมาะสมเช่นกัน ไม่ว่าจะเป็นแบบร่มชูชีพ แบบ Airbag หรือแบบ Skycrain หรือจะลงจอดด้วยจรวดตรง ๆ เหมือน BFR ของ SpaceX ก็ได้

สรุปความเป็นไปได้และคำนวณราคาขนส่ง

จากเทคโนโลยีปัจจุบันหากเราเลือกวิธีการที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งก็น่าจะเป็นการใช้จรวด Falcon Heavy ของ SpaceX ที่มีราคาการปล่อยอยู่ที่ 2,800 ล้านบาท แล้วทำการออกแบบส่วนบรรทุกที่จะนำยางไปลงบนดาวอังคารได้ (และจะต้องใส่เข้าไปในส่วนบรรทุกของ Falcon Heavy ได้) ลองยกตัวเลขมาอยู่ที่ 6.6 x 6.6 x 4.6 เมตร จะได้ยางปริมาตร 200 ลูกบาศก์เมตร ลองให้ยาง 1 ลูกบาศกเมตร หนัก 1.5 ตัน ถ้า 200 ลูกบาศก์เมตรก็จะได้ 300 ตัน ซึ่งมากกว่าที่ Falcon Heavy จะขนได้ เราจึงต้องส่งยางทั้งหมด 13 ครั้ง ครั้งละ 16 ตัน เท่านั้น แต่ เราต้องคำนวณเชื้อเพลิงสำหรับทำการลงจอดเผื่อไปด้วย

ภาพถ่ายจริงบนดางอังคารจากยาน Spirit Rover ที่มา – NSSDCA/NASA

การส่ง Payload หนัก 16 ตันไปบนดาวอังคารนั้นแน่นอนว่าเมื่อร่วมกับเชื้อเพลิงที่ต้องใช้ในการลงจอดแล้ว (ร่มชูชีพอย่างเดียวไม่น่าช่วยได้) น่าจะทำให้จำนวนการขนต่อครั้งเหลือเพียงแค่ 10 – 12 ตัน

สรุปแบบง่าย ๆ เลยก็คือในการส่งยาง 10 – 12 ตันไปยังดางอังคาร จะต้องใช้ค่าขนส่งสูงถึง 2,800 ล้านบาท ไม่รวมค่าพัฒนายานอวกาศและระบบการลงจอดที่สามารถบวกเป็นตัวเลขไปง่าย ๆ อีกซัก 1,000 ล้านบาท รวมแล้วก็ตีได้ซัก 4,000 ล้านบาท การส่งยางไปขายบนดาวอังคารนั้นใช้ทุนถึง 40 ล้านบาท/กิโลกรัม

อ้างอิงจากวันที่เขียนบทความ ราคายางอยู่ที่ 40 บาท/กิโลกรัม ทำให้เรารู้ว่าการส่งยางไปดาวอังคารนั้น ทำให้ราคายางสูงขึ้นไปกว่าในประเทศถึง 100,000 เท่าเลยทีเดียว นับว่าเป็นวิสัยทัศน์ของท่านนายกที่น่าสนใจและเป็นแบบอย่างที่ดีให้กับพวกเรา

อ้างอิง

Mars Launch Window Calculation | JPL

Falcon Heavy Price | SpaceX

Space Launch System | NASA

Mars Science Lab EDL | JPL/Caltech

Viking 1 Mission | JPL/Caltech