ยานสำรวจดาวเคราะห์น้อยญี่ปุ่นเสียเครื่องยนต์สุดท้าย

เรื่องราวของ ยานสำรวจดาวเคราะห์น้อยญี่ปุ่นเสียเครื่องยนต์สุดท้าย กำลังได้รับความสนใจจากคนที่ติดตามภารกิจอวกาศทั่วโลก เพราะยานฮายาบูสะ 2 ไม่ได้อยู่ในช่วงเริ่มต้นของการเดินทางอีกต่อไป แต่ยังคงพยายามมุ่งหน้าไปยังเป้าหมายใหม่ แม้ระบบขับเคลื่อนหลักจะเสื่อมสภาพลงอย่างมาก ภารกิจนี้สะท้อนให้เห็นทั้งความเสี่ยงของการสำรวจอวกาศระยะไกล และความสามารถของวิศวกรในการประยุกต์ใช้ชิ้นส่วนที่เหลืออยู่ให้เกิดประโยชน์สูงสุด

ฮายาบูสะ 2 เดินทางออกจากโลกเมื่อเดือนธันวาคม 2014 โดยมีเป้าหมายสำคัญคือการเก็บตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อยริวงู ยานเดินทางไปถึงดาวเคราะห์น้อยดังกล่าวในเดือนมิถุนายน 2018 และสามารถเก็บตัวอย่างจากพื้นผิว รวมถึงบริเวณใต้พื้นผิวที่เกิดจากการยิงอุปกรณ์กระแทกเพื่อสร้างหลุมเทียม ภารกิจดังกล่าวประสบความสำเร็จอย่างน่าประทับใจ ก่อนที่ยานจะนำแคปซูลตัวอย่างกลับมายังโลกและปล่อยลงในประเทศออสเตรเลียเมื่อวันที่ 6 ธันวาคม 2020

ยานสำรวจดาวเคราะห์น้อยญี่ปุ่นเสียเครื่องยนต์สุดท้าย

หลังจากส่งตัวอย่างกลับโลกแล้ว หน่วยงานสำรวจอวกาศญี่ปุ่น หรือ JAXA ได้ขยายภารกิจของฮายาบูสะ 2 ให้เดินทางต่อไปยังดาวเคราะห์น้อย 1998 KY26 ซึ่งเป็นวัตถุใกล้โลกขนาดเล็กและมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ นักวิทยาศาสตร์คาดว่าดาวเคราะห์น้อยนี้อาจมีน้ำอยู่ประมาณหนึ่งล้านแกลลอน อีกทั้งยังหมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็วมากจนหนึ่งวันบนดาวเคราะห์น้อยสิ้นสุดลงแทบจะทันทีหลังเริ่มต้น

อย่างไรก็ตาม การเดินทางไปยังเป้าหมายใหม่ไม่ใช่เรื่องง่าย ยานฮายาบูสะ 2 ใช้เครื่องยนต์ไอออนซีนอนแบบปล่อยไมโครเวฟจำนวน 4 เครื่อง ได้แก่ A, B, C และ D เครื่องยนต์แต่ละเครื่องประกอบด้วยแหล่งกำเนิดไอออนและอุปกรณ์ทำให้ไอออนกลับเป็นกลาง หรือ neutralizer ทั้งสองส่วนต้องทำงานร่วมกันเพื่อสร้างแรงขับขนาดเล็ก แต่ต่อเนื่องและเหมาะกับการเดินทางในอวกาศเป็นเวลานาน

ยานสำรวจดาวเคราะห์น้อยญี่ปุ่นเสียเครื่องยนต์สุดท้าย แต่ยังมีทางรอด

ตลอดหลายปีที่ผ่านมา เครื่องยนต์ A, C และ D เสื่อมสภาพหรือเกิดความผิดปกติไปแล้ว ส่วนเครื่องยนต์ B ถูกใช้งานอย่างระมัดระวังระหว่างการเดินทางไปยังริวงู เพื่อเก็บไว้สำหรับภารกิจต่อขยาย ทว่าเครื่องยนต์ B ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ที่ยังทำงานได้เป็นเครื่องสุดท้ายก็เกิดขัดข้องในช่วงกลางเดือนสิงหาคม การตรวจสอบในเวลาต่อมาพบว่าแหล่งกำเนิดไอออนหยุดทำงาน ขณะที่ neutralizer ยังอยู่ในสภาพใช้งานได้

ข่าวนี้ทำให้ภารกิจเดินทางไปยัง 1998 KY26 ตกอยู่ในความไม่แน่นอน เพราะยานต้องใช้แรงขับอย่างต่อเนื่องเพื่อปรับเส้นทางและรักษาทิศทางในอวกาศ หากไม่สามารถสร้างระบบขับเคลื่อนกลับมาได้ ยานอาจเดินทางไปไม่ถึงเป้าหมายในปี 2031 หรืออาจต้องเปลี่ยนแผนการทำงานบางส่วนตามระดับความเสียหายของระบบอื่นๆ

วิศวกร JAXA เตรียมสร้างเครื่องยนต์ไฮบริด

ทางออกที่ JAXA กำลังพิจารณาเป็นแนวคิดที่เรียบง่ายแต่ชาญฉลาด แทนที่จะพยายามซ่อมเครื่องยนต์ B ให้กลับมาเหมือนเดิม วิศวกรจะปรับวงจรไฟฟ้าเพื่อจับคู่ชิ้นส่วนที่ยังทำงานได้จากเครื่องยนต์หลายตัวเข้าด้วยกัน เครื่องยนต์ C และ D สูญเสีย neutralizer ไปแล้ว แต่แหล่งกำเนิดไอออนของทั้งสองเครื่องยังใช้งานได้ ขณะเดียวกัน neutralizer ของเครื่องยนต์ B ยังทำงานได้

แผนเบื้องต้นคือการนำ neutralizer จากเครื่องยนต์ B มาทำงานร่วมกับแหล่งกำเนิดไอออนของเครื่องยนต์ D หากการเดินสายไฟและการควบคุมระบบเป็นไปตามที่คาด ยานอาจได้เครื่องยนต์ไอออนแบบไฮบริดที่สามารถสร้างแรงขับได้อีกครั้ง วิศวกรวางแผนเริ่มทดสอบหรือเปิดใช้งานระบบใหม่โดยเร็วที่สุด หากผลการทดสอบเป็นบวก ฮายาบูสะ 2 ก็จะมีโอกาสเดินทางต่อ แม้จะยังไม่มีการรับประกันว่าจะไปถึงดาวเคราะห์น้อยเป้าหมายได้อย่างแน่นอน

• เครื่องยนต์ B: แหล่งกำเนิดไอออนเสียหาย แต่ neutralizer ยังทำงานได้
• เครื่องยนต์ C: neutralizer เสียหาย แต่แหล่งกำเนิดไอออนยังมีสภาพใช้งานได้
• เครื่องยนต์ D: เป็นแหล่งที่วิศวกรอาจนำแหล่งกำเนิดไอออนมาใช้ร่วมกับ neutralizer ของ B
• เป้าหมายของแผน: สร้างระบบขับเคลื่อนแบบผสมเพื่อยืดอายุภารกิจ

บทเรียนจากยานฮายาบูสะรุ่นแรก

ความหวังของภารกิจไม่ได้เกิดจากการคาดเดาเพียงอย่างเดียว เพราะ JAXA เคยใช้แนวทางคล้ายกันมาแล้วในภารกิจฮายาบูสะรุ่นแรก ยานลำนั้นเดินทางไปยังดาวเคราะห์น้อยอิโตกาวะและประสบปัญหาชิ้นส่วนของเครื่องยนต์หลายรายการ ทั้ง neutralizer และแหล่งกำเนิดไอออนทยอยขัดข้อง วิศวกรจึงนำชิ้นส่วนที่ยังทำงานได้มาประกอบเป็นระบบขับเคลื่อนแบบผสม และช่วยให้ยานเดินทางกลับมายังโลกพร้อมตัวอย่างฝุ่นจากดาวเคราะห์น้อยได้ในปี 2010

ประสบการณ์ดังกล่าวมีคุณค่ามาก เพราะภารกิจอวกาศมักต้องทำงานห่างจากโลกหลายล้านกิโลเมตร การส่งทีมช่างหรือชิ้นส่วนใหม่ขึ้นไปซ่อมแทบเป็นไปไม่ได้ วิศวกรจึงต้องออกแบบภารกิจให้มีความยืดหยุ่น และต้องกล้าปรับวิธีใช้ฮาร์ดแวร์ที่มีอยู่ให้เหมาะกับสถานการณ์จริง ความสำเร็จในอดีตช่วยเพิ่มความมั่นใจว่าแนวทางเดียวกันอาจช่วย ยานสำรวจดาวเคราะห์น้อยญี่ปุ่นเสียเครื่องยนต์สุดท้าย ให้เดินหน้าต่อได้

ภารกิจนี้สำคัญต่อวงการอวกาศอย่างไร

นอกจากเป้าหมายด้านวิทยาศาสตร์แล้ว ภารกิจของฮายาบูสะ 2 ยังเป็นบททดสอบด้านวิศวกรรมอวกาศระยะยาว ยานลำนี้ถูกออกแบบมาให้ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง การแผ่รังสี และการสึกหรอของอุปกรณ์เป็นเวลาหลายปี การที่ยานยังคงส่งข้อมูลและปฏิบัติภารกิจต่อหลังจากผ่านช่วงอายุการใช้งานเดิม แสดงให้เห็นถึงคุณภาพของการออกแบบ รวมถึงความละเอียดรอบคอบของทีมควบคุมภาคพื้นดิน

หากการดัดแปลงเครื่องยนต์ประสบความสำเร็จ ข้อมูลจาก 1998 KY26 อาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจดาวเคราะห์น้อยขนาดเล็ก วัตถุใกล้โลก และการกระจายตัวของน้ำในระบบสุริยะได้ดีขึ้น ดาวเคราะห์น้อยประเภทนี้ยังเป็นตัวอย่างสำคัญสำหรับการศึกษาวิวัฒนาการของวัตถุขนาดเล็ก และอาจมีประโยชน์ต่อการวางแผนภารกิจสำรวจหรือการป้องกันวัตถุใกล้โลกในอนาคต

แม้อนาคตของภารกิจยังเต็มไปด้วยความเสี่ยง แต่เรื่องนี้พิสูจน์ว่าเครื่องยนต์ที่เสียหายไม่ได้หมายถึงจุดจบเสมอไป ความคิดสร้างสรรค์ การใช้ทรัพยากรอย่างคุ้มค่า และบทเรียนจากภารกิจรุ่นก่อน อาจทำให้ ยานสำรวจดาวเคราะห์น้อยญี่ปุ่นเสียเครื่องยนต์สุดท้าย ยังคงเดินทางต่อได้ ผู้อ่านที่สนใจข่าวอวกาศควรติดตามการทดสอบของ JAXA เพราะผลลัพธ์ครั้งนี้อาจกลายเป็นต้นแบบสำคัญของการยืดอายุยานสำรวจในอนาคต

ที่มา – Japan’s Asteroid Probe Lost Its Last Working Engine. Engineers Have a Clever Fix