Future STEAM

🎉 🛰️🚀🎇 What to expect in SPACE 2️⃣ 0️⃣ 2️⃣ 2️⃣

สวัสดีปีใหม่ทุกท่าน หวังว่าปีนี้จะเป็นปีที่ดีอีกปีหนึ่งของทุกๆ คน โดยเฉพาะอย่างยิ่งชาววงการอวกาศ สำหรับสิ้นปีที่แล้ว เราได้อำลาปีเก่ากันด้วยแผนผัง timeline สรุปเหตุการณ์ Highlight ของวงการอวกาศปี 2021 กันไปเป็นที่เรียบร้อยแล้ว เปิดมาปีใหม่เราจึงต้องมองไปด้านหน้า นั่นก็คือมองไปยังเหตุการณ์หรือภารกิจอวกาศที่มีแผนในปี 2022 ไม่ว่าจะเป็นเที่ยวบินทดสอบ การส่งอวกาศยานขึ้นสู่อวกาศ หรือการเริ่มปฏิบัติการสำคัญก็ตาม เราได้รวบรวมสรุปรายการที่น่าสนใจมาให้ท่านตามที่แสดงในภาพประกอบเรียบร้อยแล้ว แต่นี่ไม่ใช่เหตุการณ์ในแวดวงองกาศทั้งหมดที่กำลังจะเกิดขึ้นในปี 2022 การทดสอบจรวดรุ่นใหม่อีกหลายรุ่นก็มีแผนในปีนี้ เช่น New Glenn ของ Blue Origins และ Valcan ของ ULA เป็นต้น หลายๆ ประเทศก็มีโครงการที่น่าสนใจอีกหลายๆ อย่าง โดยเฉพาะการพยายามกลับไปดวงจันทร์

หมายเหตุ เดือนที่ระบุเป็นเดือนที่เร็วที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ในตอนนี้ อาจจะมีการเลื่อนในภายหลัง

📖 Reference and Source

https://spacenews.com/engine-computer-problem-delays-first-sls-launch/

https://www.space.com/axiom-space-station-first-private-crew-approved

https://www.forbes.com/sites/elizabethhowell1/2022/01/04/spacex-starship-orbital-launch-delayed-further-into-2022/?sh=56fc7ad96581

https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraft/display.action?id=SLIM

https://spacenews.com/china-aims-to-complete-space-station-in-another-huge-year-in-space/

https://www.indiatoday.in/science/story/with-gaganyaan-chandrayaan-3-progressing-isro-has-plans-for-venus-1895527-2022-01-03

https://timesofindia.indiatimes.com/home/science/gaganyaan-1st-uncrewed-mission-unlikely-before-june-2022-no-life-support-systems-testing/articleshow/84655380.cms

https://webbtelescope.org/quick-facts/mission-launch-quick-facts

https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraft/display.action?id=LUNA-25

https://www.jpl.nasa.gov/missions/psyche

https://mars.nasa.gov/mars-exploration/missions/esa-exomars-2022-rover/

https://spacenews.com/boeing-starliner-test-flight-planned-for-spring-2022/

https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraft/display.action?id=JUICE

https://www.nasa.gov/planetarydefense/dart

https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-s-juno-mission-expands-into-the-future

https://www.space.com/nasa-picks-intuitive-machines-prime-1-ice-mining-lander

🌏 🛗 Space Elevator คือเรื่องเพ้อฝันหรือความเป็นไปได้? 🛗 🛰️

สำหรับแฟนคลับอนิเมะ Mobile Suit Gundam โดยเฉพาะอย่างยิ่งภาค 00 คงจะคุ้นเคยกับลิฟท์วงโคจรหรือ Orbital elevator/Space elevator เป็นอย่างดี แต่อาจจะไม่รู้ว่าจริงๆ แล้วมันเป็นสิ่งที่เขาคิดจะสร้างกันอย่างจริงจังและก็มีความเป็นไปได้ในทางวิทยาศาตร์ด้วย

สำหรับคนที่ยังไม่รู้จัก จะขอแนะนำลิฟท์วงโคจรหรือลิฟท์อวกาศแล้วแต่จะเรียกให้รู้จักคร่าวๆ เสียก่อน ลิฟท์ดังกล่าวก็ทำงานในลักษณะเดียวกับลิฟท์ในตึกทั่วๆ ไปที่เราคุ้นเคยกันเป็นอย่างดี ต่างกันที่มันทะยานขึ้นสู่ท้องฟ้าออกสู่อวกาศเลยทีเดียว แต่การสร้างและหลักการนั้นมีความท้าทายสูงลิบลิ่วซึ่งเป็นเหตุผลที่มันยังไม่ได้รับความสนใจจากสาธารณชนสักเท่าไร

🚀 ที่มาที่ไป

ไอเดีย Space elevator ไม่ได้เริ่มต้นมาจาก Gundam แม้ว่า Gundam จะเป็นสื่อสำคัญที่ทำให้ไอเดียเรื่องนี้แพร่หลายเป็นที่รู้จักมากขึ้นก็ตาม จริงๆ คนปิ๊งไอเดียนี้คือ Konstantin Tsiolkovsky ชายชาวรัสเซียผู้ที่เรียกได้ว่าเป็นเจ้าพ่อแห่งวงการจรวดโลก ด้วยที่เขาเป็นผู้คิดค้นสมการจรวดนั่นเอง ในปี 1895 เขาได้เกิดความคิดจากการมองหอไอเฟลว่า มนุษย์เราก็สามารถสร้างสิ่งก่อสร้างจากพื้นดินขึ้นไปสู่ Geostationary Orbit (GEO) ได้เหมือนกัน แต่ด้วยระดับความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ในยุคนั้นแล้ว เรื่องนี้ก็ยังเป็นได้แค่ไอเดียจนมาถึงปี 1959 เมื่อวิศวกรชาวรัสเซียนาม Yuri Artsutanov ผู้เสนอไอเดีย Electric Train to the Cosmos ซึ่งดูแล้วจะเป็นไปได้มากกว่า นั้นคือการหย่อน Tether ลงมาจากระดับ Geosynchronous orbit (GSO) ซึ่ง 10 ปีต่อมาฝั่งสหรัฐฯ ก็ส่งไอเดีย Sky-Hook ออกสู่สาธารณชน โดยใช้หลักการคล้ายๆกับของ Artsutanov นั่นเอง หลักการก็คือการมีสถานีอวกาศหรือสิ่งก่อสร้างบางอย่างใน GSO แล้วก็หย่อน Tether ลงมาเพื่อใช้ในการขนส่งระหว่างอวกาศกับพื้นโลก

🦾 หลักการทำงาน

ลิฟท์จะประกอบไปตุ้มถ่วงน้ำหนักอยู่ที่ปลายด้านที่อยู่ในอวกาศ จุดเชื่อมกับพื้นโลกที่เปรียบเสมือนเป็นสมอซึ่งควรจะอยู่ในเขตเส้นศูนย์สูตร Tether หรือเชือกที่เชื่อมระหว่างตุ้มถ่วงน้ำหนักกับสมอบนพื้นโลก และก็ตัว Climber ที่ขึ้นลงตาม Tether เพื่อขนส่งสัมภาระ การที่ Climber จะขึ้นสู่อวกาศได้ต้องมีพลังงานในการขับเคลื่อนขึ้นลง ส่วนแรงในทิศทางขนานกับส่วนโค้งผิวโลกนั้นเราได้ฟรีจากแรงเหวี่ยงจากการหมุนรอบตัวเองของโลก ช่วยให้เราประหยัดพลังงานไปได้บางส่วน

👍 ข้อดี

แม้ว่าค่าใช้จ่ายในการสร้างโครงสร้างพื้นฐานจะสูงมาก แต่วิธีการนี้จะทำให้ต้นทุนในการส่งสิ่งต่างๆ หรือแม้กระทั่งคนไปยังวงโคจรในอวกาศลดลงได้ถึง 40-100 เท่าเลยทีเดียว ดังนั้นจึงไม่แปลกเลยที่ Space elevator จะยังคงได้รับความสนใจ และมีผู้ที่พยายามศึกษาค้นคว้าเพื่อทำให้มันเกิดขึ้นจริง

😞 อุปสรรค

ถึงแม้จะดูเป็นสิ่งที่น่าสนใจมากๆ แต่ Space elevator ก็ยังไม่มีท่าทีจะเกิดขึ้นจริงสักที แม้แต่ในยุคนี้ที่เรามีจรวดที่สามารถใช้ซ้ำได้บางส่วนแล้ว นั่นเป็นเพราะอุปสรรคของมันมีหลายประการและแต่ละอย่างก็เป็นดั่งกำแพงสูงชันเหลือเกิน ข้อแรกที่สำคัญที่สุดคือเรื่องของวัสดุ วัสดุสำหรับ Tether ต้องทั้งเบาและแข็งแรง Kevlar ก็ยังไม่ดีพอที่จะนำมาใช้งานในส่วนนี้ วัสดุที่พอจะมีความเป็นได้ก็อย่างเช่น Graphene และ Diamond Nanothreads ข้อที่สองคือเรื่องของปัญหาที่เกิดจากสภาวะอันสุดโต่งในอวกาศ ไม่ว่าจะเป็นอุณหภูมิทั้งร้อนมากเย็นมาก รังสี ฯลฯ อีกทั้งบรรดา Space debris ที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ อีก ข้อที่สามคือเรื่องของพลังงาน แม้ว่าจะมีไอเดียในการสร้างพลังงานในอวกาศแล้วส่งผ่านตาม Tether ลงมายังพื้นโลกก็ตาม ข้อที่สี่คือการควบคุมความเร็ว โดยเฉพาะการชะลอ Climber ที่ปลายทาง อีกทั้ยังมีความยุ่งยากของการบำรุงรักษาและเรื่องของความปลอดภัย ถ้าโครงสร้างถูกตัดขาดปลายด้านตุ้มถ่วงก็จะหลุดลอยออกนอกอวกาศ อีกทั้งโครงสร้างที่เหลือก็ยังลงมาฟาดกับพื้นโลกได้เป็นหลักหมื่นกิโลเมตร เรียกได้ว่าเป็นจุดอ่อนไหวที่ผู้ก่อการร้ายคงจ้องตาเป็นมัน

🤔 ปัจจุบันและอนาคต

ปัจจุบันก็ยังมีผู้ที่ให้ความสนใจและพยายามทำการวิจัยอย่างเต็มที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในญี่ปุ่นที่เป็นประเทศต้นกำเนิด Gundam และประเทศผู้สันทันด้านเทคโนโลยีหุ่นยนต์และเทคโนโลยีนาโน โดยมีบริษัทที่ทำการศึกษาเรื่องนี้อย่างจริงจัง เช่น บริษัท Obayashi Corporation ที่เคยประมาณตัวเลขค่าใช้จ่ายโครงการอยู่ที่ประมาณ 10 ล้านล้านเยน แต่ก็เป็นเรื่องของอนาคตที่ไกลมากทีเดียว

ความจริงก็ต้องบอกเลยว่า ตอนนี้เรื่องของ Space elevator ก็เป็นทั้งความเป็นไปได้และอาจจะกลายเป็นเรื่องเพ้อฝันไปตลอดกาลก็ได้ จริงๆ ก็เคยมีคนเสนอว่าการสร้าง Space elevator บนดวงจันทร์อาจจะเป็นไปได้มากกว่าเสียอีก ด้วยความที่ดวงจันทร์มีแรงโน้มถ่วงต่ำกว่าโลกมาก อย่างไรก็ดี ปัจจุบันมนุษย์เราก็ยังไม่สามารถกลับไปเหยียบดวงจันทร์อีกครั้ง ดังนั้นการจะไปสร้างลิฟท์วงโคจรบนดวงจันทร์ก็คงไม่ใช่อะไรที่ท้าทายน้อยไปกว่าการสร้างบนโลกเลย บางทีเราอาจจะค้นพบวัสดุใหม่ที่ทำให้เรื่องนี้เป็นไปได้ในอนาคต บางทีเราอาจจะได้แร่ธาตุจากนอกโลกที่ทำให้มันเป็นไปได้ หรือบางทีสุดท้ายแล้วเรื่องนี้อาจจะไม่เกิดขึ้นจริง แล้วก็อาจะมีใครคิดค้นวิธีที่ถูกกว่าและเป็นไปได้มากกว่าจนเรื่องนี้กลายไปเป็นสีสันของนวนิยาย ภาพยนตร์ หรืออนิเมะไซไฟแห่งอดีตกาลตลอดไป

📖 Reference and Source

Photo: Public Domain/NASA (Space Elevator Artist Concept)

https://www.britannica.com/technology/space-elevator

https://interestingengineering.com/tech-that-can-make-space-elevators-a-reality

https://futurism.com/why-space-elevators-are-the-future-of-space-travel

https://www.smithsonianmag.com/smart-news/researchers-take-tiny-first-step-toward-space-elevator-180970212/

https://www.smithsonianmag.com/innovation/people-are-still-trying-build-space-elevator-180957877/

https://www.technologyreview.com/2019/09/12/102622/a-space-elevator-is-possible-with-todays-technology-researchers-say-we-just-need-to-dangle/

https://www.youtube.com/watch?v=qPQQwqGWktE

💥 🛰️ ทำความเข้าใจกับ Kessler Syndrome 🚀 🔥

ชื่อ Kessler Syndrome นี้มาจากชื่อนักวิทยาศาตร์ที่ NASA คนหนึ่งซึ่งเป็นคนนำเสนอเรื่องนี้ในช่วงปี 1970s เขาคนนั้นมีชื่อว่า Donald J. Kessler หรือที่หลายๆ คนคุ้นเคยกันในชื่อ Don Kessler นั่นเอง อย่างที่เห็นในภาพประกอบ เรื่องของ Kessler Syndrome นั้นมีความเกี่ยวข้องกับ Space debris หรือขยะอวกาศ กล่าวคือ Kessler Syndrome จะเกิดขึ้นเมื่อการเพิ่มขึ้นของ Space debris ในอวกาศทำให้มีความน่าจะเป็นที่จะเกิดการชนกันระหว่างวัตถุในอวกาศกับ Space debris ใดใดเพิ่มมากขึ้นไปเรื่อยๆ

❌ ความเข้าใจผิดเกี่ยวกับ Kessler Syndrome

ไม่ใช่เพียงแค่คนทั่วไปเท่านั้น นักวิชาการหรือผู้เชี่ยวชาญบางคนก็ยังมีความเข้าใจผิดเกี่ยวกับ Kessler Syndrome อยู่ โดยเฉพาะในช่วงยุคแรกๆ ของการพูดถึง Kessler Syndrome ซึ่งทำให้ Don Kessler ต้องนำเรื่องนี้กลับมาขยายความอธิบายอีกครั้งในภายหลัง คนมักเข้าใจผิดว่า Kessler Syndrome เป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ เกิดขึ้นเมื่อถึงจุดวิกฤติหนึ่งๆ ของปริมาณ Space debris ในอวกาศ แล้วทำให้เกิดการชนกันของ Space debris กับวัตถุในอวกาศเป็นทอดๆ ถ้าใครเคยชมภาพยนตร์เรื่อง Gravity ปี 2013 อาจจะเห็นภาพได้ชัดเจน อีกทั้งหลายคนยังเข้าใจว่า Kessler Syndrome เป็นเรื่องของอนาคตอันไกลโพ้น

✅ ความจริงเกี่ยวกับ Kessler Syndrome

จริงๆ แล้ว Kessler Syndrome ไม่ใช่ปฏิกิริยาลูกโซ่ ไม่มีจุดวิกฤติที่ทำให้เกิดการชนกันเป็นทอดๆ การชนกันในอวกาศไม่เหมือนกับเชื้อโรคที่ต้องมีพาหะส่งผ่านไปเรื่อยๆ แต่การชนกันสามารถเพิ่มสูงขึ้นเพราะความหนาแน่นของ Space debris ที่เพิ่มขึ้น กล่าวคือ เมื่อ A ชน B ไม่จำเป็นว่าชิ้นส่วนของ B จะต้องไปชน C ต่อ แต่การชนครั้งต่อไปอาจจะเป็น E ชนกับ F แทนก็เป็นได้ ยิ่งโดยเฉพาะอวกาศกว้างใหญ่ไพศาลอย่างยิ่ง การที่ A ชน B แล้วไปชน C ต่อเนื่องนั้นจึงเกิดได้ยาก ยิ่งความน่าจะเป็นที่การชนส่งทอดไปเรื่อยๆ นั้นย่อมยิ่งเป็นไปได้ยาก ดังนั้นหัวใจหลักของ Kessler Syndrome คือการเพิ่มขึ้นแบบ Exponential ของความน่าจะเป็นในการเกิดการชนกันและไม่สามารถชะลอการเพิ่มขึ้นของประชากร Space debris ได้ หากไม่มีการลงมือทำอะไรสักอย่าง ทำให้เป็นปัญหาในการทำกิจกรรมในอวกาศในอนาคตเนื่องจากมีความเสี่ยงสูงเกินไป ภาพยนตร์ Gravity จึงออกจะแสดงเหตุการณ์ที่เกินจริงไปสักหน่อย แต่ก็เป็นเรื่องดีที่ทำให้คนหันมาสนใจกับปัญหานี้เพิ่มขึ้น

อีกเรื่องที่น่าสนใจคือ Kessler Syndrome ไม่ใช่ปัญหาในอนาคต แต่เป็นปัญหาที่เกิดขึ้นอยู่แล้วในขณะนี้ แม้ว่าตอนนี้การที่อวกาศจะมีระดับความเสี่ยงต่อการชน Space debris จนไม่สามารถออกสู่ห้วงอวกาศได้นั้นอาจจะยังเป็นเรื่องของอนาคต แต่การเพิ่มขึ้นของการชนกันและการเพิ่มขึ้นของประชากร Space debris นั้นสูงขึ้นอย่างรวดเร็วและเกิดขึ้นมานานแล้ว และคงจะเกิดขึ้นต่อไปเรื่อยๆ โดยเฉพาะที่ความสูงประมาณ 900-1000 กิโลเมตร ซึ่งถือว่าเป็นพื้นที่ที่มีความเสี่ยงสูงมาก เนื่องจากมีประชากร Space debris จำนวนมาก อีกทั้งยังอยู่สูงจนแรงต้านอากาศน้อยเกินกว่าจะเร่งให้ขยะเหล่านั้นตกลงสู่โลกโดยเร็ววันได้

🔖🔖🔖
Kessler Syndrome อาจจะฟังดูเหมือนเป็นปัญหาของมหาอำนาจและมหาเศรษฐี แต่อย่าลืมว่า ยิ่งความเสี่ยงในการชนกันในอวกาศเพิ่มสูงขึ้นเท่าไร ต้นทุนกิจกรรมทางอวกาศก็เพิ่มสูงขึ้นเท่านั้น นั่นหมายความว่าอำนาจในการแข่งขันของเอกชนเจ้าเล็กเจ้าน้อยจะค่อยๆ หายไปเรื่อยๆ เหลือเพียงคู่แข่งจำนวนน้อยที่สู้ราคาไหว และนั่นก็หมายถึงราคาค่าบริการที่คนทั่วไปต้องจ่ายเมื่อใช้บริการจากดาวเทียมด้วย แล้วเมื่อชีวิตของคุณสะดวกสบายขึ้นด้วยข้อมูลจากดาวเทียม คุณจะสามารถใช้ชีวิตแบบย้อนเวลากลับไปพึ่งพาเทคโนโลยีภาคพื้นสมัยเก่าได้อย่างนั้นหรือ? จริงอยู่ว่านี่ไม่ใช่ปัญหาที่ทุกคนช่วยกันแก้ได้ แต่หากสักวันหนึ่งคุณได้มีโอกาสทำงานในทีมออกแบบที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมอวกาศ ก็อยากให้คำนึงถึงปัญหานี้ด้วย กิจกรรมอวกาศกลายเป็นสิ่งจำเป็นและไม่ควรที่จะหยุดชะงักก็จริง แต่เราสามารถลดปัญหาได้จากการมีจิตสำนึกรับผิดชอบเมื่อเราทำงานเกี่ยวกับมัน

📖 Source

Photo: Public Domain/NASA (Space Debris in Low Earth Orbit in 2009)�
https://www.nasa.gov/

(ข้อมูลส่วนใหญ่มาจากเนื้อหาวิชาเรียนของผู้เขียน)

ℹ️ Further reading

https://room.eu.com/article/Space_debris_Kessler_Syndrome_and_the_unreasonable_expectation_of_certainty