Organization ฮาวทูทิ้ง: วิธีทิ้งขยะแบบนักบินอวกาศ และการจัดการกับขยะในอนาคต
ฮาวทูทิ้ง: วิธีทิ้งขยะแบบนักบินอวกาศ และการจัดการกับขยะในอนาคต

Chayapatr

ฮาวทูทิ้ง: วิธีทิ้งขยะแบบนักบินอวกาศ และการจัดการกับขยะในอนาคต

May 1, 2020

ปัญหาขยะบนสถานีอวกาศเป็นเรื่องที่เป็นปัญหาที่สร้างความปวดหัวไม่น้อยให้กับเหล่าคนที่เกี่ยวข้อง เพราะในทุก ๆ วันขยะก็ยังถูกสร้างได้บนสถานีอวกาศนานาชาติไม่ต่างจากบนโลกเท่าไหร่ ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์การทดลองที่ไม่ได้ใช้แล้วหรือเครื่องดำรงชีพต่าง ๆ ของนักบินอวกาศ

แต่ที่ต่างออกไปคือบนสถานีอวกาศก็ไม่ได้มีคนเก็บขยะมาคอยเก็บทุกวันเหมือนบนโลก หากไม่มีการจัดการที่ดีพอ นักบินอวกาศจะต้องทนอยู่ของเน่าเสียที่ค้างอยู่และมันคงไม่ดีแน่ถ้านักบินอวกาศป่วยหรือติดเชื้อจากขยะเหล่านี้จนกว่าจะมีมครซักคนเอามันไปทิ้ง ในอีกแง่มุมหนึ่ง ก็คงไม่มีใครอยากใช้สิ่งประดิษฐ์มูลค่า 4.5 ล้านล้านบาทไปกับการเป็นที่พักขยะ

ด้วยเหตุนี้วิธีต่าง ๆ จึงได้ถูกใช้เพื่อทิ้งและกำจัดขยะบนสถานีอวกาศนานาชาติ ในบทความนี้เราจะมาไล่ดูถึงวิธีการที่เคยถูกนำไปใช้และความเป็นไปได้ที่จะเกิดขึ้นในอนาคตกัน

เกริ่นนำ: ว่าด้วยการเก็บขยะและแยกขยะ

จากการที่การ Resupply ข้าวของบนสถานีอวกาศนานาชาติแต่ละไฟท์มีราคาค่อนข้างสูงมาก การใช้ของบนสถานีอวกาศจึงต้องรีดเอาประโยชน์จากมันให้ได้มากที่สุดและนำไปรีไซเคิลให้ได้มากที่สุด ของที่ใช้แล้ว (ทุก ๆ อย่างรวมถึงน้ำ, อากาศ) จะถูกนำไปแยกด้วยวิธีการต่าง ๆ ทั้งจากที่เป็นมนุษย์แยกหรือดำเนินการอัตโนมัติ ของบางอย่างที่รีไซเคิลได้จะถูกนำไปรีไซเคิลยกตัวอย่างเช่น น้ำที่ใช้แล้วจะถูกนำไปบำบัดให้ใช้ใหม่ได้ หรือคาร์บอนไดออกไซต์จากในเคบินจะถูกนำใช้ใน Sabatier Process เพื่อสร้างออกซิเจนจากการรวมไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นต้น

คุณ Mike Fossum สาธิตการแพ็คขยะบนสถานีอวกาศนานาชาติ วิธีการทิ้งที่เขาใช้หลังจากนั้นคือการทำลายโดยใช้ Destructive Reentry ซึ่งเราจะกล่าวอีกทีในภายหลัง

ส่วนขยะที่หมดประโยชน์แล้วจริง ๆ จะถูกแยกประเภทนำไปใส่ถุงเก็บขยะและรัดให้แน่นหนาก่อนที่จะนำไปสู่กระบวนการทิ้งหรือทำลายด้วยวิธีการต่าง ๆ ที่จะกล่าวต่อไป

คุณ Don Pettit, flight engineer ของภารกิจ Expedition 30 กับถุงขยะบนโมดูล Harmony ที่ยังไม่ได้ถูกนำไปกำจัด – ที่มา NASA

เอามันลงมากับกระสวยอวกาศ

ในช่วงแรก ๆ ของสถานีอวกาศนานาชาติ ได้มีการใช้ประโยชน์จากพื้นที่ว่างในกระสวยอวกาศที่นำของมา resupply บนสถานีอวกาศนานาชาติในการนำขยะติดกลับลงไปยังโลกด้วย วิธีการนี้เป็นวิธีการที่ดูเรียบง่ายที่สุดที่ได้ถูกใช้งาน

แต่เมื่อเกิดโศกนาฏกรรมของกระสวยอวกาศ Columbia ขึ้นในปี 2003 ที่ทำให้มีการกฎเกณฑ์อะไรหลาย ๆ อย่างเปลี่ยนแปลงไปรวมถึงจากกักกระสวยอวกาศไว้เพื่อตรวจสอบและแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้น จากบทความของคุณ Mike Engle อดีตวิศวกรที่ NASA ได้เขียนไว้ให้กับ Air&Space ของ Smithsonian เขาได้กล่าวไว้ว่า “จึงมีความจำเป็นที่จะต้องพัฒนาวิธีใหม่ขึ้นมา”

ให้นักบินอวกาศโยนทิ้งออกจากสถานี

วิธีการ Jettison หรือโยนของทิ้งออกจากตัวยานได้รับการเสนอและเขียนเป็น Policy ขึ้นมาใช้บน ISS ในช่วงประมาณปี 2005 ถึงแม้การทิ้งขยะไปในอวกาศจะไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่การที่มันยังไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาและใช้อย่างจริงจังก็น่าจะเพราะด้วยความกังวลในด้านความปลอดภัยของมัน เพราะมันมีโอกาสที่ขยะที่ทิ้งจะไปกระสบชิ้นส่วนต่าง ๆ ของสถานีหรือถ้ามันไม่ reentry กลับลงไปยังโลก มันก็มีโอกาสที่จะโคจรกลับมาชนกับสถานีอวกาศนานาชาติในภายหลังได้

คุณ Clay Anderson นักบินอวกาศของ Expedition 15 ขณะทำ EVA เพื่อ Jettison EAS

วิธีการ Jettison ใช้ประโยชน์จาก Destructive Reentry ที่สิ่งของที่ไม่มี Heat Shield จะเกิดความร้อนและระเบิดออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ เผาไหม้บนชั้นบรรยากาศก่อนที่จะกลับลงมายังโลก (จริง ๆ ก็ยังมีโอกาสที่ส่วนที่เผาไหม้ไม่หมดจะตกลงมายังพื้นโลก แต่โอกาสค่อยข้างน้อยมาก)

EAS ที่ถูก Jettison ในปี 2007 – ที่มา NASA

การใช้ Jettison จะให้นักบินทำการ EVA แล้วโยนของไปในมุมและแรงที่พอเหมาะ การ Jettison เกิดขึ้นครั้งแรกในช่วงปลายปี 2005 แต่เป็นเพียงการทิ้งสิ่งเล็ก ๆ เท่านั้น จุดเปลี่ยนที่สำคัฐเกิดขึ้นในภารกิจ Expedition 15 จากการโยน EAS ที่มีขนาดพอ ๆ กับตู้เย็นทิ้ง: EAS หรือ Early Ammonia Servicer เป็นอุปกรณ์ที่ถูกติดตั้งไว้ที่ Thruster P6 สำหรับเป็นอ่างเก็บแอมโมเนียในกรณีเกิดการรั่วไหล แต่มันก็ไม่เคยได้ถูกใช้จริงจนกระทั่งมันหมดอายุการใช้งานของมัน ทางทีมกระสวยอวกาศปฏิเสธที่จะนำมันกลับลงมาเนื่องด้วยพวกเขาพิจารณาว่ามันอาจจะเกิดอันตรายขึ้นได้ แต่หากทิ้งไวัมันก้อาจจะเกิดอันตรายต่อสถานีเช่นกัน วิธีการ Jettison จึงได้ถูกพิจารณาขึ้นมา จากคำบอกเล่าของคุณ Engle ทีม Safety เกลียดไอเดียนี้ เพราะความเสี่ยงขนาดยักษ์ที่ขึ้นอยู่กับตัวนักบิน แต่สุดท้ายวิธีนี้ก็ถูกใช้งานและสำเร็จลุล่วงไปได้ด้วยดี

The new jettison policy for the International Space Station

ยัดใส่ยานขนส่งปล่อยลงมาให้เผาไหม้บนชั้นบรรยากาศ

แต่วิธีการที่เป็นที่นิยมและมาตรฐานที่สุดในปัจจุบัน ไม่ใช่การ Jettison แต่เป็นการทำลายมันพร้อมกับยาน Resupply (ผู้เขียนมองว่าการ Jettison ยังมีความยุ่งยากในหลายแง่มุม อย่างการต้องทิ้งขยะเป็นจำนวนมากหรือการที่ต้อง EVA ในการ Jettison) ในวิธีนี้นักบินอวกาศจะทำการขนย้ายถุงขยะที่ละถุงจากที่เก็บที่ต่าง ๆ ไปไว้ใน Cargo ของยาน Resupply (อย่างในวิดิโอคือ Cygnus)

วิดิโอการเคลื่อนย้ายขยะเข้า Cargo ของยานที่จะทำลาย

เมื่อการขนย้านเสร็จแล้ว ยานจะถูก undock ออกจากสถานีอวกาศนานาชาติให้ตกลงไปยังโลก (และเช่นเดียวกับการ Jettison) วิธีนี้จะใช้ประโยชน์จาก Destructive Reentry ให้มันทำลายยานไปพร้อมกับขยะภายในนั้นในชั้นบรรยากาศ

การ Destructive Reentry ของยาน Cygnus 3 ในภารกิจ Cygnus CRS Orb-2 – ที่มา NASA

มันต้องมีวิธีที่ดีกว่านี้อีก!

การบีบอัดขยะ – โครงการ NextSTEP ในความดูแลของ Advanced Exploration Systems Division ของ NASA ซึ่งเป็นหนึ่งในโครงการความร่วมมือกับเอกชนเพื่อสร้างพัฒนาการการใหม่ ๆ ในการสำรวจอวกาศ (อย่าง Lunar Gateway หรือการสำรวจดาวอังคารในอนาคต) ในหลากหลายด้านเช่น หมวด A: Habitation Systems, หมวด D: In-Situ Resource Utilization (ISRU), หมวด H: Human Landing System (ระบบเพื่อจะนำมนุษย์ลงไปยังพื้นดวงจันทร์อย่างปลอดภัย) แต่ที่เราจะมาโฟกัสกันในครั้งนี้คือหมวด F: Trash Compaction & Processing หรือชื่อเต็ม ๆ คือ NextSTEP F: Logistics Reduction in Space by Trash Compaction and Processing System (TCPS)

คอนเซปต์ของ Habitation Module (จากหมวด A) ของ Boing ซึ่งเป็น 1 ใน 6 เจ้าที่ได้รับการคัดเลือกในเฟสแรก – ภาพ NASA

โมเดลของโครงการนี้คล้าย ๆ กับการประมูลของรัฐโดยทั่วไป คือภายในหนึ่งหมวด จะมีการเปิด requirement และให้แต่ละเจ้าที่สนใจมาเสนอการประมูล หลังจากนั้นทีมงานที่เกี่ยวข้องจะทำการคัดเลือกข้อเสนอของบริษัทที่ดูท่าน่าจะเหมาะสมที่สุด (อาจจะมีมากกว่า 1 เจ้าก็ได้) ให้มาดำเนินการพัฒนาและทดลองในเฟสต่อไป

ตามชื่อของมัน หมวด F นี้ได้เกิดขึ้นมาจากแนวคิดที่ว่าหากเราเดินทางไปในสถานที่ ๆ ไกลกว่าแค่ LEO อย่างดาวอังคารดู เราไม่สามารถทำ Destructive Reentry หรือให้ยานลำอื่นมาขนขยะให้ระหว่างทางได้ วิธีการบีบอัดขยะจึงได้ถูกพิจารณายกขึ้นมาจัดการแข่งขัน และมีการประกาศขึ้นในเดือนกรกฎาคม ปี 2018 (แต่เป็นที่น่าเสียดายว่า link ของประกาศการประมูลหายไปแล้วจากการที่หน่วยงานได้ย้ายเว็บไซต์) โดยสามารถส่งข้อเสนอได้ถึงเดือนสิงหาคมปีเดียวกัน

Heat Melt Compactor หนึ่งในสองเทคโนโลยีที่จัดเตรียมไว้ให้ผู้สนใจประกวดในหมวด F สามารถนำข้อมูลไปใช้พัฒนาของตนต่อได้ – ที่มา NASA

แต่ NASA ก็ไม่ได้ปล่อยให้ผู้ที่สนใจต้องเริ่มจากศูนย์เลยเพราะทีเดียว เพราะทาง NASA ก็ได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างเครื่อง Heat Melt Compactor ที่จะทำการรีดน้ำส่วนที่เหลือในขยะและบีบอัดขยะอัตราส่วน 10/1 และเทคโนโลยี trash to gas ให้เป็นฐานสำหรับเอาไปพัฒนาต่อได้

ต้นเดือนตุลาคม 2018 NASA ได้ประกาศสองไอเดียที่ได้รับการคัดเลือกให้ไปพัฒนาต่อจากสองบริษัทคือ Sierra Nirvada Corporation (SNC) และ UTC Aerospace System (UTAS) ที่มีวิธีการต่างกันคือ SNC จะเน้นไปที่การพัฒนาการบีบอัดขยะที่อุณหภูมิสูงส่วน UTAS จะเน้นการดึงน้ำและอากาศออกจากขยะที่อุณหภูมิต่ำ

NASA Selects Two Companies to Help Take Out the Deep Space Trash

ไอเดียของ UTC Aerospace System หรือ UTAS ที่เป็นหนึ่งในสองชิ้นได้รับการคัดเลือกคู่กับ SNC – ที่มา UTC Aerospace Systems

ทั้งสองบริษัทมีเวลา 18 เดือนที่จะพัฒนาระบบนี้ขึ้นมาจริง (นับเป็น Phase A) ก่อนที่จะมีการตรวจสอบและจะมีเวลาอีก 24-30 เดือนในการปรับปรุงแก้ไขเพิ่มเติมและตรวจสอบให้ได้ตรงตามเงื่อนไขและข้อจำกัดต่าง ๆ ก่อนไปทดลองใช้บนสถานีอวกาศนานาชาติ

รีไซเคิล

ในเดือนตุลาคมปี 2018 NASA Tournament Lab ได้ร่วมมือกับบริษัท NineSigma จัดการประกวดในอีกหัวข้อคือ “Recycling in Space Challenge” ที่หาวิธีการต่อยอดหรือเพิ่มเติมการรีไซเคิลของขยะจากที่มีอยู่แล้วในปัจจุบันบน ISS โดยการจัดประกวดนี้จะมีรางวัล 10000$ สำหรับผู้ชนะ และ 2500$ สำหรับรองชนะเลิศสองรางวัล

ระบบกรองน้ำของ NASA ที่ปัจจุบันอยู่บนสถานีอวกาศนานาชาติ เป็นหนึ่งในระบบรีไซเคิลทรัพยากรของ ISS ที่ถูกใช้อยู่ในปัจจุบัน – ที่มา NASA

ผลการตัดสินถูกประกาศในเดือนมีนาคมปี 2019 มีการประกาศผลทางเว็บของ NASA โดยผู้ที่ได้รางวัลทั้ง 3 ได้แก่

รางวัลชนะเลิศ “Waste Pre-Processing Unit” ของคุณ Aurelian Zapciu จากโรมาเนีย
รางวัลรองชนะเลิศคนที่ 1 “Microgravity Waste Management System” ของคุณ Derek McFall จากอเมริกา
รางวัลรองชนะเลิศคนที่ 2 “Trash-Gun (T-Gun)” ของคุณ Ayman Ragab Ahmed Hammdallah จากอิยิปต์

note: มีการอธิบายผลงานของผู้ที่ได้รางวัลทั้ง 3 รวมกันแค่ 1 ย่อหน้าสั้น ๆ (ในคอมพิวเตอร์ผมเห็นประมาณ 3 บรรทัดครึ่ง) และไม่ได้มี figure ประกอบ จึงขอละเว้นไว้ก่อนเผื่ออาจจะอธิบายแล้วผิดไปจากผลงานจริงนะครับ

NASA Announces Winners of Recycling in Space Challenge

ถึงแม้แนวคิดพวกนี้อาจจะไม่ได้เห็นถูกใช้อย่างแพร่หลายในช่วงปัจจุบัน แต่ก็เชื่อได้ว่ามันจะไปมีบทบาทอย่างมากในช่วง Lunar Gateway แน่นอน (เหตุผลหลักเหตุผลหนึ่งของการจัดประกวดทั้ง 2 อย่างก็เขียน mention ไว้ถึงการปูทางสู่ Lunar Gateway เช่นกัน)

Shooting Star ถังขยะสุดแฟนซีของ Sierra Nevada Corporation เนื่องจากยาน resupply ให้ ISS ของ SNC จะต่างจากของ SpaceX และ Cygnus ที่ออกแบบมาใช้ครั้งเดียวและเผาไหม้ตอนกลับ แต่จะเป็นเหมือนเครื่องบินหรือกระสวยอวกาศที่นำมา reuse ได้มากกว่า พวกเขาจึงต้องออกแบบ module สำหรับเก็บขยะและปล่อยมันตอนกลับให้มันไหม้บนชั้นบรรยากาศแทน – ที่มา Sierra Nevada Corporation

สุดท้ายแล้ว ผมเชื่อว่าเรื่องขยะจะเป็นเรื่องใหญ่สำหรับการสำรวจอวกาศในปัจจุบันและจะยังคงเป็นต่อไป แต่ที่จะแตกต่างออกไปคือวิธีการต่าง ๆ มากมายจะถูกคิดค้นและพัฒนามากขึ้นไปกว่านี้อีก ทั้งภาครัฐบาลและภาคเอกชนที่ทำเรื่องเกี่ยวกับอวกาศก็จะมีการปรับตัวอยู่เรื่อย ๆ ของภาครัฐอาจถูกกระตุ้นและผลักดันด้วยแนวคิดด้านการใช้เงินภาศีอย่างคุ้มค่าและภาคเอกชนจากการแข่งขันทางทุนนิยม ทั้งเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดต้นทุน

เราก็คงรอเอาใจช่วยกันว่าการสร้างสรรค์ของมนุษย์จะไปได้ถึงจุดไหนในช่วงชีวิตของเรา และมันจะสามารถเอากลับมาเพื่อใช้พัฒนาคุณภาพชีวิตของคนบนโลกได้อย่างไรบ้าง





Read More

บทความอื่น ๆ ที่ควรอ่านต่อ



In Coversation

เรื่องราวน่าสนใจที่กำลังเป็นบทสนทนา