การทดสอบยิงยานอวกาศเข้าใส่ดาวเคราะห์น้อยในภารกิจ DART

การทดสอบยิงยานอวกาศเข้าใส่ดาวเคราะห์น้อยในภารกิจ DART

Avenger End Game: แนวคิดเรื่อง จักรวาลที่มีจำนวนเป็นอนันต์ และจักรวาลคู่ขนาน
Avengers: Endgame แนวคิดเรื่อง จักรวาลที่มีจำนวนเป็นอนันต์ และจักรวาลคู่ขนาน
พฤษภาคม 8, 2019
ค้นพบระบบดาวที่แปลกประหลาดที่สุดเท่าที่เคยพบมา
ค้นพบระบบดาวที่แปลกประหลาดที่สุดเท่าที่เคยพบมา (HD 106906)
มิถุนายน 20, 2019
การทดสอบยิงยานอวกาศเข้าใส่ดาวเคราะห์น้อยในภารกิจ DART

© NASA/Johns Hopkins Applied Physics Lab

การทดสอบยิงยานอวกาศเข้าใส่ดาวเคราะห์น้อยในชื่อภารกิจ Double Asteroid Redirection Test หรือเรียกย่อๆว่า DART นี้คือภารกิจประเภท Asteroid Impactor ที่มีแผนการกำหนดการชนเป้าหมายไว้ในเดือนตุลาคมปี ค.ศ. 2022 ใส่ดาวเคราะห์น้อยที่ชื่อ (65803) Didymos โดยแผนการพุ่งชนในครั้งนี้เกิดขึ้นมาจากความต้องการศึกษาของนักดาราศาสตร์ ถึงผลที่อาจเกิดขึ้นของความเคลื่อนไหวหลังการชนดังกล่าวว่า ทิศทางวงโคจรของมันจะเปลี่ยนไปเช่นไรต่อจากนั้น ซึ่งจุดประสงค์ในภารกิจ Double Asteroid Redirection Test ก็คือเพื่อเรียนรู้ และ วางแผนป้องกันดาวเคราะห์น้อยที่อาจพุ่งชนโลกได้ในอนาคต (Planetary Defense)

การทดสอบการหักเหทิศทางเคลื่อนที่ดาวเคราะห์น้อยในครั้งนี้ถือเป็นหัวใจสำคัญของ องค์การนาซ่า และหน่วยงานอื่นๆ เพื่อเตรียมการซ้อมแผนป้องกันภัยก่อนจะเกิดเหตุการณ์ขึ้นจริง ดังนั้นแผนทดสอบในครั้งนี้จึงถือเป็นหนึ่งในแผนป้องกันโลกที่ดีที่สุดในปัจจุบัน นั่นก็คือการเตรียมการตั้งแต่เนิ่นๆและ ค่อยๆเบนวิถีของวงโคจรของดาวเคราะห์ที่อาจชนโลกให้ห่างไกลออกไปอยู่ในจุดที่ปลอดภัยต่อโลก

ภาพประกอบของยานอวกาศ DART พร้อมกับแผงเซลล์แสงสุริยะแบบม้วนได้ (Roll Out Solar Arrays (ROSA)) โดยแต่ละแผงมีความยาว 8.6 เมตร และลึก 2.3 เมตร (ภาพประกอบโดย NASA)
ภาพประกอบของยานอวกาศ DART พร้อมกับแผงเซลล์แสงสุริยะแบบม้วนได้ (Roll Out Solar Arrays (ROSA)) โดยแต่ละแผงมีความยาว 8.6 เมตร และลึก 2.3 เมตร (ภาพประกอบโดย NASA)

โดยภารกิจ DART ครั้งนี้ เกิดจากความร่วมมือระหว่างองค์การนาซ่า และ หอทดลองฟิสิกส์ประยุกต์จอนส์ฮอปกินส์ (Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL)) ภายใต้การกำกับดูแลโดยหน่วยงานปกป้องโลกของนาซ่า (NASA’s Planetary Defense Coordination Office) ในเดือนสิงหาคม ปี ค.ศ. 2018 นาซ่าได้อนุมัติให้เริ่มทำการออกแบบ และการประกอบยานอวกาศ ในขั้นสุดท้ายขึ้น และเมื่อวันที่ 11 เมษายน 2019 ที่ผ่านมา นาซ่าก็ได้ออกมาประกาศว่า พวกเขามีแผนจะปล่อยตัวยานอวกาศ DART โดยจรวด Falcon 9 ในเดือนมิถุนายน ปี ค.ศ. 2021 ส่วนการพุ่งชนดาวเคราะห์น้อย (65803) Didymos นั้นจะเกิดขึ้นในเดือนตุลาคมปี ค.ศ. 2022 หรืออีกประมาณ 1 ปีกับอีก 6 เดือนให้หลังจากส่งยานขึ้นสู่อวกาศ

65803 Didymos

สำหรับเป้าหมายการพุ่งชนในภารกิจ DART นั้นก็คือ ดาวเคราะห์น้อยที่ชื่อว่า ‘ดิดีมอส’ (Didymos) โดยดาวเคราะห์น้อยดวงนี้ถูกค้นพบขึ้นเป็นครั้งแรกโดยหอดูดาวนานาชาติคิทพีค (Kitt Peak National Observatory) เมื่อวันที่ 11 เมษายน ปี ค.ศ. 1996 โดยลักษณะพิเศษของดาวเคราะห์น้อยดวงนี้ก็คือ มัน ประกอบไปด้วยวัตถุอวกาศ 2 ก้อน หรือที่ถูกนิยามไว้ว่า ดาวเคราะห์น้อยแฝด (ในคำว่า Didymos นั้นเป็นคำในภาษากรีก ที่มีความหมายว่า แฝด) โดยวัตถุหลักมีขนาดที่ประมาณ 800 เมตร และวัตถุที่โคจรอยู่รอบๆอีก 1 ก้อน ขนาดประมาณ 150 เมตร ที่โคจรอยู่ห่างจากดาวหลักในระยะประมาณ 1.1 กิโลเมตร สำหรับเป้าหมายการชนของยานอวกาศคือ ดาวเคราะห์น้อยขนาดเล็ก ( 150 เมตร)

ภาพเรดาร์จากกล้องวิทยุ Arecibo ของดาวเคราะห์น้อย (65803) Didymos ถ่ายเอาไว้เมื่อวันที่ 23, 24 และ 26 พฤศจิกายน ปี ค.ศ. 2003
ภาพเรดาร์จากกล้องวิทยุ Arecibo ของดาวเคราะห์น้อย (65803) Didymos ถ่ายเอาไว้เมื่อวันที่ 23, 24 และ 26 พฤศจิกายน ปี ค.ศ. 2003

โดยดาวเคราะห์แฝด Didymos นี้อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ประมาณ 150 – 350 ล้านกิโลเมตร และมีคาบวงโคจรอยู่ที่ 2 ปี กับอีก 1 เดือน และจัดได้ว่าอยู่ห่างจากโลกค่อนข้างไกล เพราะโอกาสที่ดาวเคราะห์แฝดดวงนี้จะโคจรเข้ามาใกล้โลกมากที่สุดเราก็ต้องรอไปจนถึงเดือน พฤศจิกายน ปี ค.ศ. 2123 ที่มันจะโคจรเข้ามาใกล้โลกสุดที่ราวๆ 6 ล้านกิโลเมตร ซึ่งก็ยังเป็นในระยะที่ห่างไกลจากโลกมากอยู่ดี ดังนั้นสำหรับภารกิจ DART จึงจัดได้ว่าอยู่ในความปลอดภัย ไม่ได้มีผลกระทบอะไรต่อวงโคจรที่จะเปลี่ยนมาชนโลก

ภาพจำลองของระบบดาว Didymos  โดยประมวลผลจากข้อมูลเรดาร์ ที่แสดงให้เห็นถึงแสงและเงาบนพื้นผิว (ภาพจาก Naidu et al., AIDA Workshop, 2016)
ภาพจำลองของระบบดาว Didymos โดยประมวลผลจากข้อมูลเรดาร์ ที่แสดงให้เห็นถึงแสงและเงาบนพื้นผิว (ภาพจาก Naidu et al., AIDA Workshop, 2016)

จากข้อมูลติดตามอย่างละเอียดก็พบว่า ดาวหลักของระบบดาว Didymos หมุนรอบตัวเอง 1 รอบในทุกๆ 2.26 ชั่วโมง ส่วนดาวบริวารของมัน ถูกแรงไทดัล ล็อก (Tidal lock) ให้หันหน้าเข้าหาดาวหลักเพียงอย่างเดียว (คล้ายๆกรณีดวงจันทร์กับโลก) และมีคาบวงโคจรรอบดาวหลัก 1 รอบ ในทุกๆ 11.9 ชั่วโมง

ภารกิจ

นักวิทยาศาสตร์ประเมินว่า มีดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่อยู่ประมาณ 25,000 ดวง ที่ซุ่มซ่อนอยู่ภายในระบบสุริยะของเรา แม้ว่าในปัจจุุบัน เราจะสามารถตรวจจับความเคลื่อนไหวได้มากถึง 8,000 ดวงในนั้นแล้วก็ตาม นี้จึงทำให้เราไม่มีทางรู้ได้เลยว่า จะมีดาวเคราะห์น้อยปริศนาดวงไหนจะซุ่มโจมตีโลกได้อีก นอกเหนือไปจากวัตถุอวกาศที่เราตรวจพบ ดังนั้น เจ้าหน้าที่นาซ่าจึงคิดว่า การเตรียมความพร้อมและเก็บเกี่ยวประสบการณ์ จากแผนปกป้องโลกในครั้งนี้จึงมีความสำคัญแค่ไหน เพื่อที่จะรับมือกับหายนะที่ไม่คาดคิดในอนาคตได้นั่นเอง

สำหรับยานอวกาศ DART นี้ไม่ได้บรรทุกอุปกรณ์ตรวจวัดอะไรมากมายเหมืนยานสำรวจดวงดาวลำอื่นๆ เพราะหน้าที่ของ DART นั่นมีเพียงแต่การตรวจจับเป้าหมายและพุ่งชนเท่านั้น! ดังนั้นยานลำนี้จึงแทบไม่มีอะไรเลยนอกเหนือไปจากอุปการณ์นำวิถีและอุแกรณ์สื่อสารติดต่อกลับมา ได้แก่ ‘ซัน เซ็นเซอร์’ (Sun sensor) หรืออุปกรณ์ตรวจจับตำแหน่งดวงอาทิตย์ และ ‘สตาร์ แทรคเกอร์’ star tracker หรืออุปกรณ์ตรวจจับดาว พร้อมกับรูกล้องขนาด 20 เซ็นติเมตรที่สนับสนุนในการล็อกเป้าหมายสำหรับการพุ่งชนที่จะเกิดขึ้นด้วย โดยเป้าหมายในการพุงชนในครั้งนี้ก็คือ บริเวณจุดศูนย์กลางของดวงจันทร์บริวาร Didymos (ซึ่งเป็นจุดที่สามารถสร้างความเสียหายกระจายออกไปได้มากที่สุด)

ส่วนประกอบต่างๆของยานอวกาศ DART (ภาพประกอบโดย NASA)
ส่วนประกอบต่างๆของยานอวกาศ DART (ภาพประกอบโดย NASA)

และผลจากการปะทะของยานอวกาศกับดาวเคราะห์น้อยที่จะเกิดขึ้นในเดือนตุลาคม ปี ค.ศ. 2022 นี้ นักวิทยาศาสตร์คำนวณเอาไว้ว่า ด้วยน้ำหนักยานที่ 500 กิโลกรัม (ครึ่งตัน) ที่ความเร็ว 6 กิโลเมตรต่อวินาทีนี้ จะสามารถเปลี่ยนแปลงความเร็วให้แก่วัตถุเป้าหมายได้เพิ่มขึ้นประมาณ 0.4 มิลลิเมตรต่อวินาที ซึ่งหากเราดูเผินๆก็ดูเหมือนจะเล็กน้อยมากก็จริง สำหรับผลการปะทะที่เกิดขึ้น แต่ถึงอย่างนั้น นั่นก็เป็นเพียงช่วงเวลาสั้นๆเท่านั้น เพราะหากเราได้มองดูผลที่จะเกิดขึ้นในระยะยาวก็จะพบว่า ด้วยการเปลี่ยนวิถีเพียงเล็กน้อยนี้เอง ก็อาจไปก่อให้เกิดการเคลื่อนไปอย่างมาก (Large shift of path) ในระนาบวิถีวงโคจร!

แผงเซลล์สุริยะม้วนได้ (The ROSA array) แบบใหม่นี้ จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการรับพลังงานจากแสงอาทิตย์ และให้พลังงานไฟฟ้าได้ดีขึ้นกว่าเดิม (ภาพที่เห็นนี้คือการทดสอบจริงบนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ในเดือนมิถุนายน 2017)
แผงเซลล์สุริยะม้วนได้ (The ROSA array) แบบใหม่นี้ จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการรับพลังงานจากแสงอาทิตย์ และให้พลังงานไฟฟ้าได้ดีขึ้นกว่าเดิม (ภาพที่เห็นนี้คือการทดสอบจริงบนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ในเดือนมิถุนายน 2017)

โดยภาพรวมก็คือ การชนของยานอวกาศ DART จะสามารถก่อให้เกิดความเปลี่ยนแปลงในความเร็วเพิ่มขึ้นได้ประมาณ ครึ่งมิลลิเมตรต่อวินาที ซึ่งจะไปส่งผลให้คาบเวลาในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ได้เพิ่มขึ้นเป็น 10 นาที เช่นปกติ ดาวเคราะห์น้อย Didymos นั้นจะมีคาบวงโคจรรอบดวงอาทิตย์อยูที่ 770 วัน (หรือ 2.11 ปี) หลังการชนมันก็จะเพิ่มขึ้นไปอีก 10 นาทีกลายเป็น 770 กับอีก 10 นาทีเป็นต้น นี้ก็หมายความว่าด้วยการชนของยานอวกาศ DART บริเวณจุดเล็กๆนี้ ก็สามารถไปทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในระยะทางสะสม เพิ่มขึ้นได้ถึง 1 ล้านกิโลเมตรของระยะห่างระหว่างดาวเคราะห์น้อย Didymos กับโลก! ซึ่งนี้จะเป็นประโยชน์อย่างมากต่อความปลอดภัยของลูกหลานเราในอนาคตสืบต่อไป

ส่วนในเรื่องของการตรวจวัดค่าความเร็วที่เปลี่ยนไปจริงๆนั้น นักดาราศาสตร์มีแผนเตรียมเอาไว้แล้วเช่นกัน นั่นก็คือในอีกไม่กี่ปีหลังจากการชน พวกเขาจะใช้ยานอวกาศอีกลำที่ชื่อว่า ‘เฮร่า’ (Hera) ซึ่งเป็นยานอวกาศที่พัฒนาขึ้นมาโดยองค์การอวกาศยุโรป (European Space Agency, ESA) มาคอยทำหน้าที่ในการตรวจจับและประเมินผลการเลื่อนตำแหน่งไปในวงโคจร รวมไปถึงความเปลี่ยนแปลงในอัตราเร็วของดาวเคราะห์น้อย Didymos กันอย่างละเอียดอีกที

NEXT (ion thruster)

สำหรับเครื่องยนต์ขับแรงดันของยานอวกาศ DART จะใช้เครื่องยนต์ที่ชื่อว่า ‘เน็กส์ ไออน ทรัสเตอร์’ (NEXT ion thuster) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ขับเคลื่อนไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ชนิดหนึ่ง โดย NEXT นั้นย่อมาจาก NASA Evolutionary Xenon Thruster ซึ่งได้รับการพัฒนามาในโครงการของศูนย์วิจัยเกล็น (Glenn Research Center) โดยเครื่องยนตร์ประเภทนี้จะเรียกอีกอย่างได้ว่า Ion thruster ก็ได้ โดยจะใช้รูปแบบของการขับเคลื่อนด้วยพลังงานจากไฟฟ้าที่ใช้สำหรับการผลักยานให้พุ่งไปข้างหน้าได้ ในสภาวะของสูญญากาศในอวกาศ

ลำแสงโฟตอนที่พุ่งออกมาจากเครื่องยนต์ NEXT ion thruster ขนาด 7 กิโลวัตต์ ณ ห้องปฏิบัติการสูญญากาศ ซึ่งผ่านการทดสอบมาแล้วกว่า 48,000 ชั่วโมง (ภาพจาก NASA's Evolutionary Xenon Thruster (NEXT))
ลำแสงโฟตอนที่พุ่งออกมาจากเครื่องยนต์ NEXT ion thruster ขนาด 7 กิโลวัตต์ ณ ห้องปฏิบัติการสูญญากาศ ซึ่งผ่านการทดสอบมาแล้วกว่า 48,000 ชั่วโมง (ภาพจาก NASA’s Evolutionary Xenon Thruster (NEXT))

หลักการทำงานของ Ion thruster ก็คือ การไปกระตุ้นให้อิเล็กตรอนในก๊าซเชื้อเพลิง ได้เกิดหลุดแยกออกมาจากอะตอมของมัน พร้อมกับสร้างสะภาวะของกลุ่มเมฆประจุบวกขึ้นมา (Cloud of positive ions) นี้จึงไปทำให้เครื่องขับดันหลักๆของยานในอวกาศจึงจำเป็นต้องอาศัยความรู้ว่าด้วยเรื่องของพลังงานไฟฟ้าสถิต (electrostatics) อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เพื่อไปทำให้เครื่องยนต์ได้ถูกขับเร่งไปข้างหน้า ด้วยแรงประจุไฟฟ้า (คูลอมบ์) ในสนามไฟฟ้า (Coulomb force along an electric field) ขึ้น และจากการทดสอบเครื่องยนต์ NEXT ion thruster ด้วยแผงเซลล์สุริยะของก๊าซ Xenon ณ ห้องสูญญากาศในปัจจุบันก็พบว่า มันจะสามารถเร่งอัตราเร็วให้ยานอวกาศได้สูงสุดถึง 145,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง หรือ 40 กิโลเมตรต่อวินาทีกันเลยทีเดียว!

Secondary spacecraft

สำหรับการถ่ายทอดสดเพื่อให้เห็นการชนกันระหว่างยานอวกาศ DART กับเป้าหมายของดวงจันทร์บริวาร Didymos นั้น จะเป็นหน้าที่ขององค์การอวกาศอิตาลี (ASI) ที่คอยทำการส่งยานอวกาศที่ชื่อ ‘ลิเซีย’ (LICIA หรือ Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids) มาเฝ้าติดตามกิจกรรมที่จะเกิดขึ้นในปี 2022 นี้ อย่างใกล้ชิด โดยยานอวกาศลำดังกล่าวมีขนาดเล็กที่เรียกว่า CubeSat (มีขนาดเล็กประมาณกล่องรองเท้า หรือที่ 12 x 24 x 36 เซ็นติเมตร และมีน้ำหนักเพียง 14 กิโลกรัมเท่านั้น) ติดตามไปกับยาน DART อย่างใกล้ชิด และจะแยกออกจากกันก่อนที่จะเกิดการพุ่งชนดวงจันทร์ Didymos ที่ทำเช่นนี้ก็เพื่อให้เรา ได้เห็นภาพการชนในมุมมองบุคคลที่สามกันอย่างละเอียด หลังจากนั้น LICIA ก็จะเคลื่อนผ่านดาวเคราะห์น้อยดวงนี้ไป พร้อมกับส่งข้อมูลภาพถ่ายต่อเนื่องกลับไปยังโลก! สำหรับงานออกแบบยานอวกาศ LICIA นั้น หน้าตามันก็จะคล้ายกับ ArgoMoon ขององค์การอวกาศอิตาลี (ASI) ในภารกิจ Exploration Mission 1 ของนาซ่าที่มีแผนจะปล่อยตัวในปี 2019 ส่วน LICIA มีแผนปล่อยตัวสู่อวกาศในปี 2020

ภาพตัวอย่างของ ArgoMoon CubeSat ขององค์การอวกาศอิตาลี (ASI) ในภารกิจ Exploration Mission 1 ปี ค.ศ. 2019 ซึ่งหากเราดูเผินๆแล้ว ก็ไม่ต่างอะไรจากกล้องถ่ายภาพในอวกาศเลย
ภาพตัวอย่างของ ArgoMoon CubeSat ขององค์การอวกาศอิตาลี (ASI) ในภารกิจ Exploration Mission 1 ปี ค.ศ. 2019 ซึ่งหากเราดูเผินๆแล้ว ก็ไม่ต่างอะไรจากกล้องถ่ายภาพในอวกาศเลย

และเพื่อไม่ให้เป็นการสับสน โครงการอวกาศ LICIA นี้จะถูกแยกต่างหาก ออกจากโครงการ ‘เฮร่า’ (Hera) ของ องค์การอวกาศยุโรป เพราะ Hera นั้นจะถูกส่งขึ้นสู่อวกาศภายหลังการชนแล้วในปีถัดมา เพื่อมาคอยติดตามผลที่เกิดขึ้นว่า มีความเปลี่ยนแปลงอย่างไรในวงโคจรของ Didymos

อีกทั้งโครงการทดสอบเปลี่ยนแปลงวิถีวงโคจรของดาวเคราะห์น้อยนั้น ทางฝั่งรัสเซียก็มีด้วยเช่นกัน แต่จะแตกต่างไปจากขององค์การนาซ่าและองค์การอวกาศยุโรปตรงที่ รัสเซียจะใช้เลเซอร์กำลังสูงยิงเข้าใส่ดาวเคราะห์น้อยแทนการชนแบบตรงๆของนาซ่า ซึ่งขณะนี้ยังอยู่ในระหว่างทดสอบ

แหล่งที่มา

  1. Double Asteroid Redirection Test (DART) Mission
  2. Double Asteroid Redirection Test
  3. NASA Evolutionary Xenon Thruster (NEXT)
  4. Ion thruster
  5. ArgoMoon
Sci Ways
Sci Ways
นักเดินทางข้ามกาลเวลา
Facebook
กลับสู่บนสุด