เปิดขั้นตอนเดินทางยาน Orion ในภารกิจ​ Artemis​ I สู่ดวงจันทร์ของ NASA

หลังประสบโรคเลื่อนมาหลายครั้ง ในที่สุดเวลา 13.47 น. ตามเวลาประเทศไทย วันนี้ (16 พฤศจิกายน) จรวด SLS ของ NASA ก็ได้ทะยานออกจากฐานปล่อยหมายเลข 39B ศูนย์อวกาศเคนเนดี รัฐฟลอริดา เพื่อนำยาน Orion ยานอวกาศในภารกิจ Artemis I ออกเดินทางสู่อวกาศได้ตามกำหนด

จรวด SLS (Space Launch System) นั้นถือเป็นจรวดที่ทรงพลังที่สุดเท่าที่ NASA เคยสร้างมา โดยส่วนแกนจรวดจะใช้แรงขับดันจากเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลว RS-25 ทั้งหมด 4 ตัว แล้วขนาบด้านข้างด้วยจรวดขับดันเชื้อเพลิงแข็ง SRB อีก 2 ตัว ส่งผลให้ SLS มีพลังการยกตัวโดยรวมถึง 39 เมกะนิวตัน เทียบเท่ากับแรงออกตัวของเครื่องบินคองคอร์ดที่มีความเร็วเหนือเสียงถึง 60 ลำรวมกัน ทั้งยังสูงกว่าแรงขับดันของจรวด Saturn V ที่ใช้ในภารกิจ Apollo ที่เคยเป็นแชมป์เก่าถึงประมาณ 15%

ภารกิจ Artemis I ที่ออกเดินทางในวันนี้ คือภารกิจทดสอบจริงครั้งแรกในโครงการ Artemis ที่มีจุดมุ่งหมายในการนำมนุษย์อวกาศอเมริกันหวนคืนไปประทับรอยเท้าบนพื้นผิวดวงจันทร์ หลังร้างลาไปนานถึงครึ่งศตวรรษ นับแต่ภารกิจ Apollo 17 เมื่อปี 1972 สิ้นสุดลง

โดยในภารกิจแรกนี้จะยังไม่มีมนุษย์อวกาศเดินทางไปด้วย จุดมุ่งหมายหลักจะเป็นการทดสอบระบบทุกส่วนให้มั่นใจว่าจะพามนุษย์ไปถึงดวงจันทร์และกลับถึงผิวโลกได้อย่างปลอดภัย

หากทุกอย่างเป็นไปด้วยดี อีก 2 ปีข้างหน้า ก็จะมีการปล่อยยานที่มีผู้โดยสารจริงในภารกิจ Artemis II โดยจะเลียนแบบเส้นทางของ Artemis I ในการนำนักบินอวกาศไปโคจรรอบดวงจันทร์แล้วกลับสู่โลกโดยไม่มีการลงจอด และหากยังคงไปได้สวย ในอีก 2 ปีถัดไป ก็จะมีการเดินทางครั้งประวัติศาสตร์ นั่นคือการนำมนุษย์อวกาศไปเหยียบดวงจันทร์ในภารกิจ Artemis III

ในการเดินทางทดสอบครั้งแรกนี้มีกำหนดคาบเวลาทั้งสิ้น 21-42 วัน แบ่งเป็นการเดินทางขาไป 8-14 วัน โคจรรอบดวงจันทร์ 6-19 วัน และเดินทางขากลับ 9-19 วัน

แม้จะไม่มีนักบินอวกาศจริงในห้องโดยสารของยาน Orion แต่ทาง NASA ก็ได้มีการออกแบบและติดตั้งหุ่นจำลองจำนวน 2 ตัว ออกเดินทางไปในภารกิจครั้งนี้ด้วย หุ่นจำลองทั้ง 2 ตัวจะสวมชุด Orion Crew Survival System ซึ่งจะเป็นชุดที่นักบินอวกาศในโครงการ Artemis จะใช้สวมใส่จริงในอนาคต หุ่นตัวแรกจะนั่งในตำแหน่งผู้บังคับการภารกิจ หุ่นอีกตัวจะนั่งในที่นั่งนักบินด้านหลัง โดยในตัวหุ่นจะได้รับการติดตั้งเซ็นเซอร์ต่างๆ จำนวนมาก เช่น เซ็นเซอร์ตรวจจับรังสีจากอวกาศ แรงกดอากาศ อุณหภูมิ ไปจนถึงเซ็นเซอร์ทางสัญญาณชีพ เพื่อบันทึกการเร่งความเร็วและแรงสั่นสะเทือนตลอดภารกิจ ทั้งนี้ เพื่อให้ทราบโดยละเอียดว่าทีมมนุษย์อวกาศในวันที่เดินทางจริงจะต้องพบกับสภาวะแวดล้อมอย่างไรบ้าง เรียกว่าละเอียดตั้งแต่ความร้อนเย็นในห้องโดยสารไปจนถึงแรงดันโลหิตเลยทีเดียว

ขั้นตอนการเดินทางของยาน Orion ในภารกิจ​ Artemis​ I จะเป็นดังนี้ (ตัวเลขขั้นตอนอธิบายตามภาพ)

1. 13.47.44 ตามเวลาไทย จรวด SLS​ ส่งยาน Orion​ ออกจากฐานปล่อยหมายเลข​ 39B ศูนย์อวกาศเคนเนดี รัฐ​ฟลอริดา​ หลังการปล่อยยาน 1 นาที 10 วินาที จรวดจะเร่งความเร็วไปจนถึง 447 เมตรต่อวินาที ที่ความสูงจากผิวโลก 12,954 เมตร
2. ณ เวลา 2 นาที 12 วินาที หลังการปล่อยยาน จะมีการปลดส่วนของบูสเตอร์เชื้อเพลิงแข็งทั้ง 2 ข้างของจรวดออก ซึ่งเมื่อถึงเวลานี้ จรวดจะอยู่สูงจากผิวโลก 48.1 กิโลเมตร ความเร็ว 1,417 เมตรต่อวินาที จากนั้น ณ เวลา 3 นาที 13 วินาที หลังการปล่อยยาน จะมีการปลดเปลือกหุ้มยานบริการ (ESM) ออก และปลดส่วนหนีภัยฉุกเฉิน หรือ LAS ออก ในอีก 6 วินาทีหลังจากนั้น
3. ณ เวลา 8 นาที 4 วินาที แกนขับดันจรวดเชื้อเพลิง​เหลวจะหยุดทำงาน และแยกตัวออกไปใน 12 วินาที
4. ยาน Orion ที่ยังติดอยู่กับส่วนขับดัน ICPS จะไต่ระดับขึ้นไปเรื่อยๆ เพื่อเข้าสู่เส้นทาง Translunar ที่จะออกจากวงโคจรโลกเพื่อเดินทางสู่ดวงจันทร์ เครื่องยนต์ RL-10-B-2 บนส่วนขับดัน ICPS จะเริ่มทำงานเป็นช่วงสั้นๆ คือ 22 วินาที
5. ยาน Orion เริ่มกางแผงเซลล์สุริยะที่ 18 นาที 20 วินาที หลังการปล่อยยาน ขั้นตอนนี้จะกินประมาณ 12 นาที
6. ณ เวลา 1 ชั่วโมง 37 นาที หลังการปล่อยยาน ส่วนขับดัน ICPS จะติดเครื่องยนต์เป็นครั้งที่ 2 จนเชื้อเพลิงหมด ขั้นตอนนี้จะกินเวลา 18 นาที สร้างพลังเพียงพอที่จะขับดันยาน Orion ตรงสู่ดวงจันทร์ในอีกหลายวันข้างหน้า
7. ส่วนขับดัน ICPS แยกตัวออกไป 2 ชั่วโมง 6 นาที 10 วินาที หลังการปล่อยยาน ตัวยาน Orion จะติดเครื่องยนต์ของตัวเองเพื่อหนีออกส่วนของ ICPS ด้วย และในขั้นตอนนี้จะมีการปล่อยดาวเทียมจิ๋ว CubeSat ขนาดเท่ากล่องรองเท้าจำนวน 7 ดวงแรก จากนั้นจะปล่อยอีก 2 ดวง ดาวเทียมจิ๋วพวกนี้จะทำหน้าที่แยกออกไปต่างหาก นั่นคือทำการทดลองทางชีวภาพ ซึ่งจะสังเกตปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิตต่างๆ เช่น ยีสต์ สาหร่าย เห็ดรา และเมล็ดพืช ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยต่อการดำรงชีพในอวกาศที่ห่างไกลจากโลกมากกว่าที่เคยทดลองในสถานีอวกาศนานาชาติ
8. ประมาณ 6 ชั่วโมง หลังออกเดินทางจากฐานปล่อย เครื่องยนต์เล็กที่ติดตั้งอยู่ที่โมดูลบริการของยาน Orion จะเริ่มทำงานเป็นช่วงสั้นๆ ในขั้นตอนที่เรียกว่า Outbound Trajectory Correction (OTC) เพื่อปรับทิศทางสู่วงโคจร Distant Retrograde Orbit (DRO) รอบดวงจันทร์ วงโคจรนี้คือวงโคจรที่ตัวยานอวกาศจะเคลื่อนที่สวนทางกับทิศทางที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก เพื่ออาศัยความเสถียรจากจุดสมดุลแรงโน้มถ่วง
9. ยาน Orion โคจรเข้าเฉียดผิวดวงจันทร์ที่ระยะห่างเพียง 100 กิโลเมตร เพื่อทำ Outbound Powered Flyby ส่งตัวยานไปที่วงโคจร DRO ที่มีความเสถียรรอบดวงจันทร์
10. ยาน Orion ติดเครื่องยนต์ในโมดูลบริการเพื่อปรับมุมเข้าสู่วงโคจร DRO ที่ระยะห่าง 61,500 กิโลเมตรจากผิวดวงจันทร์ ที่วงโคจรนี้ยานจะไม่ต้องใช้พลังงานใดๆ ในการเคลื่อนไหวอีก ยกเว้นพลังงานไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อใช้กับระบบดำรงชีพและระบบคอมพิวเตอร์ของยานเท่านั้น
11. ยาน Orion ทำงานสำรวจเก็บข้อมูลต่างๆ ระหว่างโคจรรอบดวงจันทร์ โดยเชื่อมต่อสัญญาณสื่อสารกับโลกผ่านระบบ Deep Space Network และในระหว่างนี้ก็จะมีการปล่อยดาวเทียมจิ๋ว CubeSat ดวงที่ 10 ซึ่งเป็นดวงสุดท้ายออกมาโคจรรอบดวงจันทร์ในวงโคจร DRO นี้ด้วย
12. หลังเวลาที่เหมาะสม โดยพิจารณาจากมุมและระยะทางระหว่างดวงจันทร์และโลก ยาน Orion จะเข้าสู่ขั้นตอนเดินทางกลับโลก โดยเริ่มจากติดเครื่องยนต์ของโมดูลบริการเพื่อเปลี่ยนมุมจากวงโคจร DRO เข้าไปใกล้ผิวดวงจันทร์ที่ระยะ 100 กิโลเมตรเหมือนตอนขามา
13. โดยอาศัยแรงเหวี่ยงแบบสลิงช็อตจากแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ ในขั้นตอน Return Powered Flyby (RPF) ยาน Orion จะพุ่งออกจากดวงจันทร์มุ่งหน้ากลับโลก
14. ในระหว่างการเดินทางกลับ ยาน Orion จะติดเครื่องยนต์ของโมดูลบริการเป็นครั้งสุดท้ายเพื่อทำขั้นตอน Return Trajectory Correction (RTC) ในการปรับมุมกลับโลกให้ถูกต้อง
15. ยาน Orion เข้าสู่เขตแรงโน้มถ่วงของโลก ยานจะปลดโมดูลบริการที่หมดหน้าที่แล้วออกไป
16. ยาน Orion หันท้ายยานที่ติดตั้งแผ่นเกราะกันความร้อนไปด้านหน้าเพื่อป้องกันตัวเองจากการเผาไหม้ระหว่างตกลงสู่ชั้นบรรยากาศ โดยความร้อนที่เกิดขึ้นจะสูงกว่าที่พบในยานอวกาศใกล้โลกโดยทั่วไป นั่นคืออาจมีอุณหภูมิถึง 2,760 องศาเซลเซียส
17. ยาน Orion กางร่มชะลอความเร็วลงสู่มหาสมุทรแอตแลนติก ที่ซึ่งทัพเรือสหรัฐฯ ได้เตรียมเรือไว้รอรับ เป็นอันจบการเดินทาง

ภารกิจ Artemis I และ II จะเป็นเสมือนการเตรียมความพร้อมนำข้อมูลที่ได้มาเพื่อปรับแต่ง ไม่ต่างจากการ ‘ซ้อมใหญ่’ สำหรับภารกิจ Artemis III ที่จะถือเป็นวันลงสนามจริงในการนำมนุษย์อวกาศจำนวน 4 คน ออกเดินทางไปลงจอดและเดินสำรวจผิวดวงจันทร์ในอีก 4 ปีข้างหน้า

ภารกิจในโครงการ Artemis จะเน้นไปที่ความเท่าเทียม แตกต่างจากยุค Apollo ที่นักบินอวกาศทั้ง 18 คนใน 6 ภารกิจล้วนแต่เป็นผู้ชายผิวขาว รอบนี้จะมีผู้หญิงและเป็นคนผิวดำเดินทางไปกับยาน Orion ด้วย โดยจะคัดเลือกตัวแทนเพียง 2 คนลงไปเดินบนดวงจันทร์ อีก 2 คนจะทำหน้าที่เฝ้าระวังอยู่บนวงโคจร

สุดท้ายปลายทางของโครงการ Artemis นั้นคือการสำรวจดวงจันทร์เพื่อนำมนุษยชาติไปตั้งอาณานิคมอยู่บนนั้นในระยะยาว โดยบริเวณที่โครงการนี้ได้หมายตาไว้คือขั้วใต้ของดวงจันทร์ ที่ซึ่งมีแหล่งของ ‘น้ำแข็ง’ ที่ก้นหลุมอุกกาบาตจำนวนมาก น้ำแข็งที่ไม่เคยละลายตลอดช่วงเวลานับล้านปีที่ผ่านมาเหล่านี้ เป็นความหวังในการสกัดเอาดื่มกิน รวมทั้งแยกเอาไฮโดรเจนออกมาเป็นเชื้อเพลิงได้ด้วย แน่นอนว่าคู่แข่งในการสำรวจอวกาศของสหรัฐฯ ทุกวันนี้ไม่ใช่สหภาพโซเวียต แต่เป็นจีนที่ได้ออกสตาร์ทนำหน้าไปก่อนแล้ว ในการส่งยานกึ่งหุ่นยนต์ในชื่อ ‘ฉางเอ๋อ’ หลายภารกิจไปลงที่ขั้วใต้ของดวงจันทร์เป็นผลสำเร็จ ทั้งยังสามารถขุดดินบนดวงจันทร์กลับมาวิจัยบนโลกแล้วด้วย ทางสหรัฐฯ ก็คงต้องแก้เกมด้วยการทำสิ่งที่จีนยังทำไม่ได้และยังไม่เคยมีชาติใดทำได้ นั่นคือส่งมนุษย์อวกาศกลับคืนไปสู่ดวงจันทร์อีกครั้ง

ภาพ: NASA, Gregg Newton / AFP

อ้างอิง:

• https://www.nasaspaceflight.com/2022/11/artemis-i-launch-nov/ 
• https://www.nasa.gov/image-feature/artemis-i-map 
• https://www.nasa.gov/feature/purposeful-passenger-artemis-i-manikin-helps-prepare-for-moon-missions-with-crew