สิบสามปีนับตั้งแต่ยานสำรวจคิวริออซิตี้ลงจอดบนดาวอังคาร วิศวกรกำลังหาวิธีที่จะทำให้ยายนต์พลังไฟฟ้าของนาซามีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น รถยนต์ไฟฟ้า หรือพูดง่ายๆ ก็คือ หุ่นยนต์หกล้อรุ่นนี้จะได้รับอิสระในการทำงานมากขึ้นและมีขีดความสามารถในการทำงานหลายอย่างพร้อมกัน นี่คือการปรับปรุงที่ออกแบบมาเพื่อใช้ประโยชน์จากแหล่งพลังงานของคิวริออซิตี้ให้ได้มากที่สุด นั่นคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกกัมมันตรังสีแบบหลายภารกิจ (MMRTG) ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น หมายความว่ายานสำรวจจะมีพลังงานเหลือเฟือ ในขณะที่มันยังคงถอดรหัสว่าสภาพภูมิอากาศของดาวอังคารยุคโบราณเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร ดาวแดงดวงนี้ ได้เปลี่ยนโลกแห่งทะเลสาบและแม่น้ำจนกลายเป็นทะเลทรายอันหนาวเหน็บอย่างที่เป็นอยู่ในปัจจุบันได้อย่างไร
ยานคิวริออซิตีถูกสร้างขึ้นโดยห้องปฏิบัติการขับเคลื่อนไอพ่นของนาซา ซึ่งบริหารงานโดย Caltech มีที่ตั้งอยู่ในเมืองพาซาดีนา รัฐแคลิฟอร์เนีย JPL เป็นผู้นำภารกิจในนามของสำนักงานวิทยาศาสตร์สังกัดองค์การนาซาในกรุงวอชิงตัน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการสำรวจดาวอังคารของนาซา ส่วน Malin Space Science Systems เป็นผู้สร้างและดำเนินการ
...
ยานสำรวจ 'คิวริออสซิตี้' ของนาซา ต้องใช้เวลาเดินทางนานถึงแปดเดือน เพื่อไปถึงดาวอังคาร นับเป็นยานพาหนะพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในการสำรวจพื้นผิวและสภาพอากาศของดาวแดงที่ไกลที่สุดของมนุษย์ มีขนาดเท่ารถ MINI Cooper และมีน้ำหนักประมาณหนึ่งตัน ใช้เทคโนโลยีที่ซับซ้อนที่สุดเท่าที่เคยมีมาในปี 2011 เพื่อการเดินทางไปสำรวจพื้นผิวและสภาพอากาศของดาวอังคาร
เนื่องจาก'คิวริออสซิตี้' เป็รนรถพลังงานไฟฟ้าที่ค้อนข้างมีขนาดใหญ่และหนักมาก การลงจอดบนดาวเคราะห์ดวงนี้จึงเป็นความท้าทายอย่างมากสำหรับนักวิทยาศาสตร์ ดังนั้น ทางออกที่ดีที่สุดเพื่อให้ยานอยู่รอด จึงเป็นสิ่งที่ท้าทายมาก ทางเลือกนั้นกล้าหาญมากจนถูกเรียกว่า 'บ้า' หลังจากพุ่งเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวอังคารด้วยความเร็ว 13,200 ไมล์ต่อชั่วโมง หรือประมาณ 21243 กิโลเมตรต่อชั่วโมง นั่นเป็นความเร็วระดับที่เกินจากไฮเปอร์โซนิคไปไกลมาก แคปซูลที่บรรจุยาน 'คิวริออสซิตี้' จะต้องเคลื่อนที่ช้าลงเนื่องจากแรงเสียดทานของชั้นบรรยากาศอันเบาบางของดาวแดงดวงนี้ ร่มชูชีพทำงานด้วยความเร็วเหนือเสียง มีเส้นผ่านศูนย์กลางกว้างเกือบ 16 เมตร ระหว่างการเดินทางสู่พื้นผิวดาวอังคาร ยานอวกาศที่บรรทุกคิวริออสซิตี้จะเคลื่อนที่ช้าลงจาก 6 กิโลเมตรต่อวินาที จนหยุดนิ่งสนิทนับเป็นครั้งแรกหลังจากมีการใช้ระบบนำร่องเข้าสู่ดวงจันทร์ นับตั้งแต่โครงการ Apollo Moon ในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 ในระหว่างการร่อนลง จะมีการปล่อยอุปกรณ์ซึ่งมีลักษณะคล้ายเตียงบินได้ จากจุดนี้ จรวดแบบย้อนยุคจะถูกจุดขึ้นเพื่อทำหน้าที่ชะลอความเร็วของการร่อนลงจอด
...
เมื่อยานปล่อยคิวริออสซิตี้ ลอยอยู่เหนือจุดลงจอดแล้ว ชั้นบนของยาน จะเปลี่ยนตัวเองเป็น "เครนลอยฟ้า" และทำการปล่อยยานสำรวจ หรือหุ่นยนต์สำรวจดาวอังคารคิวริออสซิตี้ลงสู่พื้นผิวโดยใช้เชือกผูก จากนั้นยานปล่อยจะแยกตัวออกไป นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษสองคน ได้แก่ ดร. จอห์น บริดเจส และศาสตราจารย์ซันจีฟ กุปตา นักธรณีวิทยา ทำหน้าที่ควบคุมยานสำรวจและวิเคราะห์ข้อมูลที่ยานรวบรวม หลังการลงจอดประสบความสำเร็จ
เรื่องที่น่ากลัวก็คือ ระยะทาง จากภารกิจสำรวจดาวอังคารทั้งหมดสองในสามเคยล้มเหลวไม่เป็นท่า ยานบีเกิล 2 ที่ประสบอุบัติเหตุและสูญหายไปในวันคริสต์มาส ปี 2003 อย่างไร้ร่องรอย ตามสถิติแล้ว โอกาสที่คิวริออสซิตี้ จะลงจอดบนดาวอังคารที่อยู่ห่างออกไป 300-400 ล้านกิโลเมตร อย่างปลอดภัยมี % แค่นิดเดียวเท่านั้น
...
ดร. จอห์น บริดเจส จากศูนย์วิจัยอวกาศ มหาวิทยาลัยเลสเตอร์ หนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษที่ทำงานในภารกิจห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ดาวอังคาร กล่าวว่า “ผมค่อนข้างมองโลกในแง่ดี การสำรวจอวกาศไม่เหมาะสำหรับคนใจไม่สู้ “การลงจอดของยานสำรวจครั้งก่อน ใช้ถุงลมแบบพองลม ยานคิวริออซิตี้หนักเกินไปสำหรับอุปกรณ์ถุงลมนิรภัย เราจึงพัฒนาเทคนิคเครนลอยฟ้าขึ้นมา”เป้าหมายของยานสำรวจนี้คือหลุมกาเล ซึ่งอยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตรของดาวอังคาร พื้นที่นี้มีความน่าสนใจเป็นพิเศษ เนื่องจากมีร่องรอยทางธรณีวิทยาที่บ่งชี้ว่าน้ำเคยไหลผ่านมาในบริเวณนี้ เป้าหมายของภารกิจ คือ การนำยานคิวริออสซิตี้ขึ้นไปยังยอดเขาชาร์ป ความสูง 5.5 กิโลเมตร ซึ่งอยู่ใจกลางหลุมกาเล รถยนต์หรือยานไฟฟ้า 'คิวริออสซิตี้ จะกลายเป็นห้องปฏิบัติการเคลื่อนที่หกล้อ เพื่อทำหน้าที่สำรวจบริเวณโดยรอบ วิเคราะห์ตัวอย่างที่เจาะจากหินหรือตักขึ้นมาจากพื้นดิน ยานสำรวจคันนี้ ยังยังติดตั้งปืนเลเซอร์ที่สามารถยิงหินให้ระเหยกลายเป็นฝุ่นได้ไกลถึง 30 ฟุต ก่อให้เกิดแสงวาบที่สามารถนำไปใช้รวบรวมข้อมูลทางเคมีได้ บนยานสำรวจมีกล้องขยายภาพที่สามารถเปิดเผยรายละเอียดที่เล็กกว่าเส้นผมของมนุษย์ มีกล้องสเตอริโอสำหรับถ่ายภาพพาโนรามาของดาวเคราะห์แดงอีกด้วย
ศาสตราจารย์ซันจีฟ กุปตา นักธรณีวิทยาจากอิมพีเรียลคอลเลจลอนดอน กล่าวว่า “นาซาเลือกหลุมกาเลเป็นจุดลงจอด เพราะมีลักษณะทางธรณีวิทยาที่น่าตื่นเต้นมากมายที่เราจะสำรวจ” ซึ่งรวมถึงหุบเขาและสิ่งที่ดูเหมือนพื้นทะเลสาบบนพื้นปล่องภูเขาไฟ ตลอดจนช่องทางและสามเหลี่ยมปากแม่น้ำ ซึ่งเราคิดว่าอาจถูกน้ำกัดเซาะ
...
ผ่านไป 13 ปี เมื่อไม่นานมานี้ในปี 2568 คิวริออซิตี้ยานยนต์สำรวจพลังงานไฟฟ้า ได้เคลื่อนตัวเข้าสู่พื้นที่ที่เต็มไปด้วยโครงสร้างรูปทรงกล่อง เชื่อกันว่าสันเขาที่แข็งกระด้างเหล่านี้เกิดจากน้ำใต้ดินเมื่อหลายพันล้านปีก่อน การก่อตัวที่ทอดยาวหลายไมล์บนส่วนนี้ของภูเขาชาร์ป ซึ่งเป็นภูเขาสูง 3 ไมล์ (5 กิโลเมตร) อาจเผยให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่สามารถรอดชีวิตอยู่ใต้พื้นผิวของดาวอังคารเมื่อหลายล้านปีก่อนได้หรือไม่ ซึ่งช่วงเวลาที่อาจมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่จนกระทั่งดาวเคราะห์แดงเกิดความแห้งแล้งอย่างรุนแรง
ย้อนเวลากลับไปเมื่อสี่ปีก่อน ยานสำรวจดาวอังคารคิวริออซิตีของนาซาได้ทำภารกิจสำคัญ นั่นก็คือ การใช้กล้องบันทึกภาพสองตัวที่มีความแตกต่างกัน เพื่อสร้างภาพหน้าหินมงต์แมร์กู ชื่อที่ตั้งโดยนักวิทยาศาสตร์ของนาซ่า ใช้เรียกหินที่โผล่จากพื้นผิวและมีความสูง 20 ฟุต (6 เมตร) ภาพพาโนรามาที่ส่งกลับมายังโลกด้วยสัญญาณไมโครเวฟ ประกอบด้วยภาพ 60 ภาพซึ่งถ่ายโดยอุปกรณ์ Mars Hand Lens Imager (MAHLI) บนแขนหุ่นยนต์ของยานสำรวจเมื่อวันที่ 26 มีนาคม 2564 ซึ่งเป็นวันที่ 3,070 ของภารกิจบนดาวอังคาร สังเกตล้อที่ทำจากโลหะไทเทเนียม เริ่มมีการเสื่อมสภาพ แต่ยังคงปฎิบัติภารกิจได้อยู่
หลุมที่มองเห็นได้ทางด้านซ้ายของยานสำรวจ คือจุดที่หุ่นยนต์เจาะเก็บตัวอย่างหินที่มีชื่อเล่นว่า "นอนทรอน" ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่ควบคุมคิวริออซิตี ตั้งชื่อให้กับพื้นที่ส่วนนี้ของดาวอังคารโดยใช้ชื่อจากภูมิภาครอบหมู่บ้านนอนทรอน ซึ่งตั้งอยู่ทางตะวันตกเฉียงใต้ของประเทศฝรั่งเศส ภาพสุดท้าย เผยให้เห็นดาวเคราะห์โลกที่อยู่ห่างออกไปกว่า 400 ล้านกิโลเมตร จากรัศมีวงโคจรของดาวเคราะห์ทั้งสองดวงเมื่อโคจรห่างจากกันมากที่สุด....
ภารกิจสำรวจดาวแดงดวงนี้ ต้องใช้พลังงานมหาศาล นอกจากการขับเคลื่อนและยืดแขนหุ่นยนต์เพื่อศึกษาหินและหน้าผาแล้ว ยานคิวริออซิตี้ยังมีอุปกรณ์รุงรัง ทั้งวิทยุ กล้องถ่ายภาพ และเครื่องมือวิทยาศาสตร์อีก 10 ชิ้น ที่ล้วนต้องใช้พลังงานไฟฟ้าหล่อเลี้ยงการทำงาน เช่นเดียวกับเครื่องทำความร้อนหลายตัวที่ช่วยให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ชิ้นส่วนกลไก และเครื่องมือต่างๆ ทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ ภารกิจในอดีตอย่างยานสำรวจสปิริตและออปพอร์ทูนิตี้ รวมถึงยานลงจอดอินไซต์ ล้วนอาศัยแผงโซลาร์เซลล์เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ แต่เทคโนโลยีดังกล่าวก็มีความเสี่ยงที่จะไม่ได้รับแสงอาทิตย์เพียงพอที่จะให้พลังงานต่อยานสำรวจได้
ในทางกลับกัน คิวริออซิตีและเพอร์เซเวียแรนซ์ ซึ่งเป็นน้องเล็กกว่า ต่างใช้แหล่งพลังงานนิวเคลียร์ MMRTG ซึ่งใช้เม็ดพลูโทเนียมที่สลายตัว เพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้าและชาร์จแบตเตอรี่ของยานสำรวจ อุปกรณ์ให้พลังงาน MMRTG ป้อนกระแสไฟฟ้าให้เพียงพอต่อความต้องการ หล่อเลี้ยงเครื่องมือวิทยาศาสตร์มากมายของยานสำรวจ MMRTG ขึ้นชื่อเรื่องอายุการใช้งานที่ยาวนาน (ยานอวกาศวอยเอเจอร์คู่แฝดใช้ RTG มาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2520) แต่เมื่อพลูโทเนียมสลายตัวไปตามกาลเวลา การชาร์จแบตเตอรี่ของคิวริออซิตี จึงใช้เวลานานขึ้น ทำให้เหลือพลังงานสำหรับภารกิจทางธรณีวิทยาและวิทยาศาสตร์น้อยลงไปในแต่ละวัน
ทีมงานได้บริหารจัดการพลังงานรายวันของยานสำรวจอย่างระมัดระวัง โดยคำนึงถึงอุปกรณ์ทุกชิ้นที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ แม้ว่าส่วนประกอบเหล่านี้จะได้รับการทดสอบอย่างละเอียดก่อนการปล่อยยาน แต่ส่วนประกอบของคิวริออสซิตี้ เป็นส่วนหนึ่งของระบบที่ซับซ้อน ล่าสุด ยานสำรวจลำนี้ได้เผยให้เห็นความทรหดอดทนหลังจากผ่านสภาพแวดล้อมอันโหดร้ายของดาวอังคารมาหลายปี มันโดนทั้งพายุทราย ฝุ่น กัมมันตภาพรังสี (Radioactivity) และอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ในแต่ละวันนานถึง 13 ปีแล้ว ทำให้เกิดกรณีพิเศษที่วิศวกรผู้สร้างคาดไม่ถึง
“พวกเราเป็นเหมือนพ่อแม่ที่ระมัดระวังมากขึ้นในช่วงแรกของภารกิจ” ไรดาร์ ลาร์เซน จากห้องปฏิบัติการขับเคลื่อนไอพ่นของนาซาในแคลิฟอร์เนียตอนใต้ ซึ่งเป็นผู้สร้างและควบคุมยานสำรวจคิวริออสซิตี้ กล่าว ลาร์เซนนำทีมวิศวกร ร่วมกันพัฒนาขีดความสามารถใหม่ เหมือนกับว่ายานสำรวจวัยรุ่นที่กำลังเติบโต โดยมีความเชื่อมั่นว่ามันจะอยู่ปฎิบัติภารกิจได้อีกหลายปี
โดยทั่วไป วิศวกรของ JPL จะป้อนรายการภารกิจให้ Curiosity ทีละอย่าง ก่อนที่ยานสำรวจจะหยุดการทำงานในแต่ละวันเพื่อชาร์จพลังงาน ในปี 2021 ทีมงานได้เริ่มศึกษาว่าภารกิจของยานสำรวจ คิวริออสซิตี้ สองหรือสามภารกิจ สามารถรวมเข้าด้วยกันได้อย่างไร้ปัญหาหรือไม่ ซึ่งจะช่วยลดระยะเวลาที่ Curiosity ต้องทำงานอย่างหนัก
ตัวอย่างเช่น วิทยุของ Curiosity จะส่งข้อมูลและภาพไปยังยานโคจรที่ลอยผ่านเป็นประจำ ยานโคจรจะส่งต่อข้อมูลที่รับได้มายังโลกอีกทอดหนึ่ง ยานสำรวจคิวริออสซิตี้ สามารถสื่อสารกับยานโคจรขณะทำการสำรวจ สามารถขยับแขนกล หรือถ่ายภาพได้ การรวมภารกิจเข้าด้วยกัน ช่วยลดระยะเวลาในการวางแผนในแต่ละวัน โดยใช้เวลาน้อยลงเมื่อเปิดเครื่องทำความร้อนและเครื่องมือต่างๆ ให้อยู่ในสถานะพร้อมใช้งาน ซึ่งจะช่วยลดการใช้พลังงานไฟฟ้าลง การทดสอบแสดงให้เห็นว่า Curiosity สามารถทำได้อย่างปลอดภัย
อีกเคล็ดลับหนึ่งคือการปล่อยให้ยานคิวริออซิตี้ตัดสินใจหยุดพักหากมันทำงานเสร็จก่อนเวลา วิศวกรมักจะประเมินระยะเวลาของกิจกรรมในแต่ละวันไว้ล่วงหน้า เผื่อในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดขึ้น หากคิวริออซิตี้ทำงานเสร็จก่อนเวลาที่กำหนด มันจะพัก หรือหมายถึงการเข้านอนก่อนเวลาที่กำหนด
การปล่อยให้ยานสำรวจจัดการเวลางีบหลับ ทำให้มีระยเวลาในการชาร์จพลังงานไฟฟ้าน้อยลงก่อนถึงแผนในวันถัดไป แม้แต่กิจกรรมที่ลดเวลาลงเพียง 10 หรือ 20 นาที จากกิจกรรมเดียว ก็ใช้เวลารวมกันในระยะยาว ทำให้ MMRTG มีอายุการใช้งานเพิ่มขึ้น สำหรับการทำงานทางวิทยาศาสตร์และการสำรวจพื้นผิวของดาวอังคารเพิ่มเติมในอนาคต
ทีมงานได้นำความสามารถใหม่ มาใช้กับคิวริออซิตี้มาหลายปีแล้ว ปัญหาทางกลไกหลายอย่าง จำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงอย่างเร่งด่วน วิธีการเก็บตัวอย่างด้วยสว่านบดหินของแขนหุ่นยนต์ ความสามารถในการขับเคลื่อนผ่านพื้นผิวที่ขรุขระ ได้รับการปรับปรุงด้วยการอัปเดตซอฟต์แวร์ใหม่ล่าสุด เมื่อวงล้อฟิลเตอร์สีหยุดหมุนบนกล้องตัวใดตัวหนึ่งจากสองตัวที่ติดตั้งบน Mastcam ซึ่งเป็น "หัว" แบบหมุนได้ของ Curiosity ทีมงานได้พัฒนาวิธีแก้ปัญหาเพื่อให้สามารถถ่ายภาพพาโนรามาที่สวยงามแบบเดียวกันนี้ได้อย่างต่อเนื่อง
JPL ยังพัฒนาอัลกอริทึมเพื่อตรวจสอบและลดการสึกหรอของวงล้อ Curiosity ที่ถูกกระแทกด้วยหินมานานนับสิบปีจนสึกกร่อน แม้ว่าวิศวกรจะติดตามความเสียหายของล้ออย่างใกล้ชิด แต่ไม่ได้กังวลใจอะไร หลังจากระยะทาง 35 กิโลเมตร และการวิจัยอย่างกว้าง เป็นที่ชัดเจนว่าแม้ล้อที่ทำจากไทเทเนียมจะเกิดความเสียหาย แต่วงล้อก็ยังคงใช้งานได้นานหลายปี (และในกรณีที่เลวร้ายที่สุด Curiosity สามารถสลัดวงล้อที่เสียหายออก และยังคงขับเคลื่อนด้วยส่วนที่เหลือได้) มาตรการเหล่านี้ร่วมกันทำขึ้นเพื่อให้ Curiosity ยังคงทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพต่อไปอีกหลายปี หากระบบชาร์จกระแสไฟฟ้ายังไม่พังไปซะก่อน!
อาคม รวมสุวรรณ
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th
Facebook https://www.facebook.com/chang.arcomhttps://
www.facebook.com/ARCOM-CHANG-Thairath-Online-525369247505358/