ถ้าเราเอาภาพของสถานีอวกาศนานาชาติ มาเทียบกับ Lunar Gateway ที่กำลังจะสร้างขึ้นในโครงการ Artemis ความแตกต่างหนึ่งที่เห็นได้ชัดแบบไม่ต้องใช้เครื่องวัดใด ๆ ก็คือขนาด Lunar Gateway ดูเล็กกว่าสถานีอวกาศนานาชาติ มาก ไม่ใช่แค่ในภาพรวม แต่ “โมดูล” แต่ละชิ้นของมันก็เล็กลงอย่างเห็นได้ชัดด้วย
แน่นอนว่านั่นไม่ใช่เรื่องแปลก เพราะวัตถุประสงค์ของสองสถานีนี้แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง สถานีอวกาศนานาชาติ ถูกออกแบบมาให้เป็นสถานีที่มีคนประจำอยู่ตลอดเวลา เป็นเหมือนบ้านและห้องแล็บในวงโคจรของโลก แต่ Gateway เป็นเหมือนจุดแวะพักชั่วคราวรอบดวงจันทร์ สร้างขึ้นเพื่อรองรับภารกิจ Artemis ไม่กี่ครั้งต่อปี และไม่มีลูกเรืออยู่ถาวร
แต่เมื่อดูในเชิงวิศวกรรมแล้ว คำถามหนึ่งที่น่าสนใจคือ: ทำไมโมดูลของ Gateway ถึงเล็กได้ขนาดนั้น เล็กกว่าทั้ง KIBO, Destiny หรือแม้กระทั่งโมดูลยุคแรก ๆ ของสถานีอวกาศนานาชาติ ด้วยซ้ำ ซึ่งคำตอบนี้จะตอบได้เราก็ต้องเข้าใจเรื่องของโครงสร้าง และประวัติศาสตร์ที่สำคัญในการสร้างสถานีอวกาศทั้งสองกันก่อน
เทียบขนาด HALO และ Destiny
หนึ่งในโมดูลหลักของ Gateway คือ HALO หรือ Habitation and Logistics Outpost มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงประมาณ 3 เมตร เท่านั้น ขณะที่โมดูล Destiny ของ ISS ซึ่งเป็นห้องแล็บหลักของสหรัฐฯ มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4.3 เมตร และถ้าไปดู KIBO โมดูลของญี่ปุ่น เส้นผ่านศูนย์กลางของมันทะลุไปถึง 4.4 เมตร ซึ่งใหญ่มาก ๆ ซึ่งแน่นอนว่าทำให้พื้นที่ใช้สอยของมันมากขึ้นตามไปด้วย
แต่หากมาดู HALO นั้นมีขนาดไม่ต่างอะไรจากยานอวกาศ Cygnus ที่ใช้ขนเสบียงไปยัง ISS เลย ซึ่งไม่ใช่เรื่องบังเอิญ เพราะทั้ง HALO และ Cygnus ถูกผลิตโดยบริษัทเดียวกันคือ Thales Alenia Space จากอิตาลี ที่เชี่ยวชาญด้านโครงสร้างแรงดันอวกาศแบบเบาและแข็งแรง ซึ่งพูดได้ตรง ๆ ว่า HALO นั้นมีพื้นฐานในการพัฒนาและโปรไฟล์ทางวิศวกรรมมาจาก Cygnus นี่แหละ
อย่างไรก็ตาม Cygnus ถูกออกแบบมาเพื่อใช้งานในภารกิจขนส่งเสบียงเป็นหลัก จึงไม่จำเป็นต้องมีระบบควบคุมสภาพแวดล้อมสำหรับมนุษย์ในระดับที่ซับซ้อน แต่ HALO ซึ่งเป็นโมดูลอยู่อาศัยจริง ๆ ต้องมีทั้งระบบควบคุมอุณหภูมิ ระบบให้ออกซิเจน ระบบกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ ไปจนถึงระบบควบคุมความชื้น ซึ่งทั้งหมดนี้ต้องบรรจุลงไปในปริมาตรภายในที่มีจำกัด นี่ทำให้ HALO ต้องถูกออกแบบอย่างแน่นหนาในแง่ของการใช้พื้นที่
ยุคกระสวย และยุคจรวดหัวแหลม
หนึ่งในเหตุผลสำคัญที่โมดูลในยุคสถานีอวกาศนานาชาติ ใหญ่โตได้ขนาดนั้น ก็เพราะว่าเราเคยมี Space Shuttle หรือกระสวยอวกาศ ซึงเป็นยานที่มี Cargo Bay กว้างมาก ประมาณ 4.6 เมตร และยาวถึง 18 เมตร กระสวยอวกาศทำหน้าที่เหมือนรถบรรทุกอวกาศที่เปิดฝากระบะแล้วหยิบของออกได้เลย ไม่ต้องห่วงเรื่อง Fairing หรือความกว้างของหัวจรวด
โมดูลใหญ่ ๆ เช่น Destiny, Columbus หรือแม้กระทั่ง Tranquillity จึงสามารถสร้างและส่งขึ้นไปทั้งชิ้นได้แบบไม่ต้องพับ ไม่ต้องลดขนาดใด ๆ และยังสามารถใช้แขนกล Canadarm ของ Shuttle เพื่อวางตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ ซึ่งในยุคนั้นขนาดของ Payload Fairing ไม่ใช่เรื่องที่ต้องกังวล และ Payload ที่ส่งก็อยู่ใน Cargo Bay ที่เปิดปิดได้ ทำให้การออกแบบโมดูลเน้นไปที่ฟังก์ชันภายในมากกว่ารูปร่างภายนอก
ในขณะที่ฝั่งรัสเซียโมดูลอย่าง Zvezda และ Zary นั้นถูกส่งโดยจรวด Proton-M มีขนาด Payload Fairing ประมาณ 4.5 เมตร เส้นผ่านศูนย์กลาง Zvezda มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4.15 เมตร และยาว 15 เมตร และ Zarya ซึ่งเป็นโมดูลแรกที่ถูกส่งขึ้นไปในปี 1998 มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4.15 เมตรเท่ากัน และยาวประมาณ 12 เมตร
แต่พอมาถึงยุคของ Gateway โมดูล HALO ต้องส่งขึ้นไปพร้อมกับโมดูล PPE หรือ Power and Propulsion Element โดยใช้ Falcon Heavy ที่มี Payload Fairing กว้างราว 5.2 เมตร (ภายนอก) และมีพื้นที่ภายในที่ใช้ได้จริงแค่ประมาณ 4.6 เมตร หรืออาจน้อยกว่านั้นอีก โดยการคัดเลือกเกิดขึ้นในปี 2021 เราได้รายงานไว้ใน NASA เลือก Falcon Heavy เป็นจรวดส่งสถานีอวกาศโคจรรอบดวงจันทร์ Lunar Gateway
โดยที่สิ่งหนึ่งที่ต้องรู้ไว้ก็คือ เมื่อ HALO รวมกับ PPE แล้วมันจะมีความยาวมากกว่า 17 เมตร ทำให้ในการปล่อย แม้จะใช้ Falcon Heavy แต่ก็ต้องใช้ Fairing แบบบยาวกว่าปกติ ที่เราเรียกว่า Extended Fairing ซึ่งแน่นอนว่า นี่จะเป็นครั้งแรกที่ SpaceX นำเอา Extended Fairing มาใช้ ซึ่งจะมีความสูงถึง 18.7 เมตร จากของปกติที่สูง 13.2 เมตรเท่านั้น อ้างอิงจาก Falcon 9 User Manual หน้า 16
แม้ว่าจะดูพอ ๆ กับกระสวย แต่การส่งของไปถึงวงโคจรรอบดวงจันทร์ ในวงโคจร Near-Rectilinear Halo Orbit ก็ไม่เหมือนการส่งขึ้น LEO น้ำหนักและขนาดของ Payload ที่จรวดแบกขึ้นไปได้จะลดลงอย่างมาก เพราะต้องใช้พลังงานเพิ่มหลายเท่าเพื่อหนีแรงโน้มถ่วงโลกไปถึงจุดที่โคจรรอบดวงจันทร์ได้ อ่านรายละเอียดเจาะลึกเรื่องการออกแบบสถานีและวงโคจรได้ใน สรุป Lunar Gateway สถานีดวงจันทร์ แผนวงโคจร ทุกโมดูล ทุกระบบ โดยละเอียด
แม้กระทั่งจรวดยักษ์อย่าง SLS Block 1 ก็สามารถส่ง Payload ไป NRHO ได้เพียงประมาณ 27 ตัน และ Block 2 ที่อยู่ในแผนอนาคตอาจขยายได้ถึง ประมาณ 45 ตัน ซึ่งยังน้อยกว่าความสามารถในการแบกของกระสวยอวกาศ ไป LEO หลายเท่า และยังไม่มีความยืดหยุ่นในการส่งซ้ำได้บ่อยเหมือนกระสวยอวกาศ
โดย SLS Block 1B ที่จะมีขนาด Fairing แบบกว้าง 8.4 เมตร สูง 27 เมตร นั้นจะถูกใช้ในการแบกเอาโมดูล I-HAB ของ ESA ไปต่อกับสถานีฯ ซึ่งจะเกิดขึ้นในภารกิจ Artemis IV ที่เราได้รายงานไปในบทควาาม เปิดแผน Artemis IV ภารกิจสร้าง Lunar Gateway โดยที่ I-HAB จะถูกติดตั้งอยู่ในส่วนที่เรียกว่า Co-Manifested Payload ที่อยู่ระหว่างจรวดท่อนที่สอง ICPS และยาน Orion
อีกประเด็นหนึ่งที่มักถูกมองข้ามคือการประกอบสถานีในอวกาศ ณ ระดับที่ห่างจากโลกหลายแสนกิโลเมตร การประกอบ Gateway ใน NRHO จำเป็นต้องใช้ระบบ Docking อัตโนมัติที่แม่นยำและปลอดภัย เพราะไม่มีนักบินอวกาศคอยประกอบจากภายนอกเหมือนที่เคยทำกับ ISS ทุกอย่างต้องทำให้เล็ก พอดี และพร้อมใช้งานตั้งแต่ต้น
สถานีที่เล็กลง ไม่ได้แปลว่าแย่ลง
แม้ Gateway จะเล็กลง แต่เทคโนโลยีที่ใช้กลับก้าวหน้าขึ้นมาก ทั้งระบบควบคุมสภาพแวดล้อม ระบบสื่อสาร การควบคุมพลังงาน และระบบการด็อกยานต่าง ๆ ล้วนได้รับการออกแบบให้มีขนาดกะทัดรัดแต่ยังทำงานได้ครบถ้วน
ระบบพลังงานไฟฟ้าของ PPE จะใช้แผงโซลาร์เซลล์แบบ Roll-Out Solar Arrays หรือ ROSA ที่น้ำหนักเบาและสามารถกางออกอัตโนมัติได้เมื่ออยู่ในวงโคจร รวมถึงใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า Solar Electric Propulsion) ที่ประหยัดเชื้อเพลิงมากกว่าระบบดั้งเดิมหลายเท่า สามารถอ่านเรื่องเกี่ยวกับพลังงานของสถานีได้ใน เจาะลึกระบบไฟฟ้าบนสถานีอวกาศนานาชาติ State of the Art แห่งการจัดการพลังงานนอกโลก
ที่สำคัญคือ Gateway ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อรองรับคนจำนวนมากแบบสถานีอวกาศนานาชาติ โดยปกติจะมีลูกเรือไม่เกิน 4 คน และอยู่บนสถานีแค่ไม่กี่สัปดาห์ต่อภารกิจ ไม่ต้องมีพื้นที่ให้ใช้ชีวิตนาน ๆ เหมือนการอยู่ประจำ การออกแบบจึงสามารถลดขนาดลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยไม่กระทบกับภารกิจหลัก
และแม้ HALO จะเล็ก แต่โมดูลในอนาคตอย่าง I-HAB จาก ESA จะช่วยเพิ่มพื้นที่อยู่อาศัยให้มากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป นอกจากนี้ยังมีแผนเสริมด้วยโมดูลจาก JAXA และระบบ Docking ที่รองรับยาน Orion และ Starship ซึ่งจะเข้ามาเสริมความสามารถในการอยู่อาศัยและปฏิบัติงานในระยะยาวมากยิ่งขึ้น รวมถึงการเติมเสบียงก็จะใช้ยาน Dragon XL ที่พัฒนาโดย SpaceX ซึ่งก็จะเพิ่มขีดจำกัดในการใช้งานไปอีก
มองสถานีอวกาศยุคใหม่ผ่านข้อจำกัดของความเป็นจริง
การสร้างสถานีอวกาศในยุคปัจจุบันไม่ใช่แค่เรื่องของ “อยากได้ใหญ่แค่ไหนก็สร้างได้” อีกต่อไป แต่ต้องมองผ่านข้อจำกัดของระบบขนส่งอวกาศที่เราใช้อยู่จริง ๆ ไม่ว่าจะเป็นรูปทรงของ Fairing, พิกัดน้ำหนักที่จรวดแบกได้, หรือแม้กระทั่งงบประมาณต่อภารกิจ
Gateway คือผลลัพธ์ของการออกแบบที่พยายามทำให้เล็กที่สุดแต่ยังใช้ประโยชน์ได้มากที่สุด เพื่อรองรับภารกิจที่ไกลจากโลกกว่าที่เคย การย่อขนาดลงจึงไม่ใช่ข้อด้อย แต่เป็นกลยุทธ์ในการเอาชนะความท้าทายใหม่ในยุคสำรวจดวงจันทร์และดาวอังคาร
ในยุคที่เราต้องคิดทุกกิโลกรัม ทุกลูกบาศก์เมตร และทุกดอลลาร์ การทำสิ่งเล็กให้ฉลาดคือความท้าทายที่แท้จริง และ Lunar Gateway กำลังพิสูจน์ว่าอนาคตของการสำรวจอวกาศ ไม่จำเป็นต้องใหญ่โตเสมอไป แต่ต้องออกแบบอย่างชาญฉลาด พร้อมรับทุกภารกิจที่รออยู่เบื้องหน้า
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
