Spaceline: แนวทางใหม่ในการออกสำรวจอวกาศของมนุษยชาติ

กระทู้สนทนา

ปัจจุบันความฝันในการออกไปสำรวจอวกาศของมนุษย์ยังเป็นเรื่องไกลตัว ด้วยค่าใช้จ่ายมหาศาลในการส่งของจากโลกขึ้นสู่อวกาศ ไม่ว่าจะเป็นตัวยาน ดาวเทียม สถานนีอวกาศ หรือแม้แต่มนุษย์

ด้วยแนวคิดแบบนักลงทุน SpaceX สามารถทำให้ต้นทุนในการส่งของขึ้นสู่อวกาศลดลงอย่างมาก
เครดิตภาพ: (screenshot) SpaceX/YouTube
--------------------------------------------------------
แม้การเข้าสู่ธุรกิจด้านอวกาศของภาคเอกชนทำให้เกิดการแข่งขันด้านต้นทุน ทำให้ค่าใช้จ่ายในการส่งของขึ้นสู่อวกาศลดลงกว่าเมื่อก่อนมาก
แต่ที่ว่าถูกนี่คือ 300,000 บาทต่อกิโลนะครับ นั่นคือถ้าดาวเทียมคุณหนัก 100 กิโล ค่าส่งก็ประมาณ 30 ล้านบาท ^^''
นั่นก็เพราะว่าเชื้อเพลิงจรวดนั้นไม่ใช่แค่เพื่อการยกของที่ต้องการส่งขึ้นไปเท่านั้น ยังต้องเอาชนะน้ำหนักจรวดและน้ำหนักเชื้อเพลิงที่ขนขึ้นไปด้วยนั้นเอง
--------------------------------------------------------
** จึงเป็นที่มาขอแนวคิดการสร้างลิฟต์อวกาศ (Space Elevator) **
ด้วยการทำงานแบบลิฟต์ ในการยกของจากพื้นโลกไปยังสถานีปลายทางที่วงโคจร geosynchronous orbit ซึ่งสูงจากพื้นโลก 42,000 กิโลเมตร (GEO Station)
หากลิฟต์อวกาศสร้างสำเสร็จ จะเป็นการเปิดประตูสู่อวกาศอย่างแท้จริง เพราะต้นทุนในการส่งของขึ้นสู่อวกาศจะถูกลงอย่างมาก

แผนภาพโครงสร้างคร่าว ๆ ของลิฟต์อวกาศ Cr: engineersrule.com

แต่แนวคิดนี้ยังไม่อาจทำได้ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบันเพราะแม้แต่วัสดุที่ล้ำที่สุดที่มนุษย์คิดขึ้นมาได้อย่างเช่น Carbon Nano Tube ก็ยังไม่อาจรับน้ำหนักโครงสร้างขนาดยักษ์ของลิฟต์อวกาศและแรงเหวี่ยงอันมหาศาลได้

แม้แต่ Carbon Nano Tube วัสดุสุล้ำก็ยังไม่อาจทำให้ฝันเป็นจริงได้
เครดิตรูป: phys.org
--------------------------------------------------------
** แนวคิดใหม่?? **
ลืมแนวคิดเกี่ยวกับออกเดินทางสู่อวกาศด้วยลิฟท์อวกาศไปก่อน แล้วมาตีลังกาคิดกับแนวคิดการเอาสลิงอวกาศที่ยิงยึดไว้ที่ดวงจันทร์แล้วห้อยมายังโลกกัน โดย Zephyr Penoyre จากมหาวิทยาลัย Cambridge และ Emily Sandford จากมหาวิทยาลัย Columbia ได้ทำเสนอแนวคิดใหม่ที่เรียกว่า "Spaceline"
รายละเอียดของ Spaceline ที่ตีพิมพ์
https://arxiv.org/pdf/1908.09339.pdf

Spaceline: สลิงที่ยิงยึดไว้ที่ผิวดวงจันทร์แล้วห้อยกลับมายังโลก
เครดิตรูป: https://techcrunch.com

แนวคิดอาจจะฟังดูสุดโต่ง โดยแทนที่จะสร้างโครงสร้างหรือใช้สลิงยักษ์ยึดที่พื้นโลก Spaceline จะเอาสลิงไปยึดไว้ที่ผิวดวงจันทร์แทนแล้วปล่อยให้ห้อยระมาจนถึงระยะที่สนามแรงโน้มถ่วงของโลกออกแรงดึงสลิงได้พอดี

หลักการของ Spaceline ห้อยสลิงโยนมาทางโลกใหปลายสายเข้ามาในบริเวณสนามแรงโน้มถ่วงโลกแต่ไม่ต้องถึงพิ้นโลก
เครดิตรูป: https://bigworldtale.com

อ่านถึงตรงนี้อย่างเพิ่งเลิกอ่านนะครับ อ่านต่ออีกนิด แล้วจะเข้าใจว่าไอเดียนี้น่าสนใจเพราะอะไร ^^
อย่างที่เล่าตอนต้น ลิฟต์อวกาศโครงสร้างหรือสลิงยักษ์ต้องรับแรงเหวี่ยงอันเกิดจากการโคจรของสถานี GEO Station ที่หมุนด้วยความเร็วเท่ากับการหมุนรอบตัวเองของโลก

แผนภาพการคำนวณในกรณีของลิฟต์อวกาศ
เครดิตรูป: Cap จากรูปใน Paper
แต่ในกรณี Spaceline ด้วยความเร็วในการโคจรรอบโลกของดวงจันทร์คือ 1 เดือน ซึ่งช้ากว่าเกือบ 30 เท่า แรงเหวี่ยงที่สลิงต้องรับจึงน้อยกว่ามาก

แผนภาพการคำนวณในกรณีของ Spaceline
เครดิตรูป: Cap จากรูปใน Paper

ค่าระยะต่าง ๆ ที่ใช้ประกอบการคำนวนในแผนภาพ Spaceline ด้านบน Cr: Cap จากใน Paper

ทั้งนี้แม้ว่าสลิงอาจจะมีขนาดเล็กลงแต่ก็ยาวกว่าลิฟต์อวกาศมากเช่นกัน ลิฟต์อวกาศต้องใช้สลิงยาวอย่างน้อย 42,000 กิโลเมตร แต่ Spaceline ต้องใช้สลิงยาวถึง 340,000 กิโลเมตร การที่สลิงไม่ได้ยาวเท่ากับระยะห่างระหว่างโลกกับดวงจันทร์ที่ 384,000 กิโลเมตร เพราะปลายด้านที่ห้อยมายังโลกซึ่งต่อกับสถานีฝั่งโลกจะอยู่ห่างจากพื้นโลกใกล้เคียงกับระยะของ GEO Station ที่ห่างจากพื้นโลกในกรณีลิฟต์อวกาศ

ยึดสลิงจากตรงนี้เลยจ้า แล้วห้อยปลายไปยังโลก
เครดิตรูป: NASA Scientific Visualization Studio/Wikimedia Commons

โดยในเอกสารการศึกษายังได้ระบุถึงแนวทางการออกแบบสลิงโดยสลิงจะมีการสอบเข้าที่ปลายทั้งสองข้างเพื่อลดแรงดึงกระทำจากแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์และโลกต่อสลิง ด้วยการออกแบบนี้ จากการคำนวน Spaceline สามารถสร้างได้โดยใช้วัสดุที่มีอยู่ในปัจจุบันอย่างเช่น Zylon ซึ่งเป็นวัสดุในประเภท Carbon Fiber

ตารางคุณสมบัติของวัสดุต่าง ๆ
เครดิตรูป: Cap จากใน Paper

แต่ทั้งนี้จากการประเมินต้นทุนการทำสลิงที่มีขนาดเท่าไส้ดินสอ ห้อยโยงจากดวงจันทร์มานี้ก็มีราคาเป็นหลักแสนล้านบาทอยู่ดี
ฟังดูเยอะแต่ก็ยังมีความเป็นไปได้กว่าลิฟต์อวกาศอยู่มาก ;)
-----------------------------------------------------------------
** แล้วจะได้อะไร แค่ได้ไปดวงจันทร์?? **
ในเอกสารการศึกษายังได้ประเมินค่าใช้จ่ายในการเดินทางไปดวงจันทร์ด้วยวิธีนี้ว่าน่าจะประหยัดกว่าปัจจุบันอย่างน้อย 3 เท่า
โดยช่วงแรกจะเดินทางออกจากโลกด้วยจรวดเหมือนปกติ ก่อนจะเชื่อมต่อกับสถานทีฝั่งโลก แล้วค่อยเดินทางต่อด้วยระบบแบบลิฟต์ หรืออาจใช้การล่องลมสุริยะ (Solar Sail) ซึ่งแทบไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง

การเดินทางด้วย Spaceline
เครดิตรูป: Liftport/Michael Laine

แล้วจะไปทำอะไรที่ดวงจันทร์ สิ่งที่น่าจะใจ เช่น การไปตั้งนิคมเพื่อการทำเหมือง ท่องเที่ยว แต่แค่นั้นหรือ?

ภาพจินตนาการของการทำเหมือนบนดวงจันทร์
เครดิตภาพ: https://greatlakesledger.com

เหตุผลที่น่าสนใจไม่ใช่การไปดวงจันทร์ แต่เป็นการไปยัง Lagrange point ที่อยู่ระหว่างโลกกับดวงจันทร์
------------------------------------------------
** Lagrange point ประตูสู่อวกาศที่แท้จริง **
Lagrange point คือบริเวณในห้วงอวกาศที่ gravity gradient เป็นศูนย์ หรือไร้แรงดึงดูดอย่างแท้จริง อันเกิดจากการต้านกันของสนามแรงโน้มถ่วงหักล้างกันจนหมดพอดี

จุด Lagrange point ต่าง ๆ ที่อยู่ระหว่าง ดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์
เครดิตภาพ: NASA / WMAP Science Team

ถ้าคุณออกมาขันน๊อตนอกสถานีอวกาศนานาชาติ แล้วเผลอทำประแจหลุดมือ ประแจนั้นก็จะรักโลกขึ้นมาทันที มันจะลอยละลิ่วกลับหาโลกหนีออกห่างจากคุณไปเร็วขึ้นเรื่อย ๆ แต่ที่Lagrange point สบายใจได้ประแจจะรอคุณอยู่ที่เดิม

Lagrange point ระหว่างโลกกับดวงจันทร์ (L1) นั้นอยู่ที่ 326,000 กิโลเมตรจากพื้นโลก หรือห่างจากสถานีฝั่งโลก 228,000 กิโลเมตรไปตามแนวสลิง เป็นอาณาบริเวณที่แรงโน้มถ่วงของโลกและดวงจันทร์หักล้างกันเองอย่างสมบูรณ์

ตำแหน่งLagrange point ที่เราสนใจ
------------------------------------------------------
แล้วมันเจ๋งยังไง Lagrange point เนี่ย?
- ก็เพราะไม่ต้องกังวลว่าการก่อสร้างยานอวกาศ สถานี หรือ กล้องโทรทัศน์อวกาศ จะทำให้ตำแหน่งของสถานีเสียสมดุลย์จนร่วงกลับสู่โลก

ถ้าหากทำสำเร็จ สถานีที่ Lagrange point จะเป็นก้าวแรกของมนุษยชาติสู่อวกาศอย่างแท้จริง ดังนั้นแนวคิดของ Spaceline ที่จะพาเราไปถึงจุด Lagrange point จึงน่าสนใจเป็นอย่างมาก

ส่วนตัวผม ซื้อเลยไอเดียนี้เป็นไปได้กว่าลิฟต์อวกาศมาก
แต่ทั้งนี้ก็ยังไม่ง่าย เพราะต้องมีงานในการไปยึดสลิงที่ดวงจันทร์นี่ซิ รวมถึงการก่อสร้างสถานีฝั่งโลก และใน Paper ยังไม่ได้คำนึงถึงปัจจัยเสี่ยงในการที่สลิงจะถูกเศษวัตถุในอวกาศชนขาดหรือเสียหาย

ก็ได้แต่หวังว่าคงมีโอกาสได้เห็นในชั่วชีวิตผมแค่นั้นแหละ แค่นั้นตายตาหลับละ 😔
เขียนไว้ที่อื่น แต่เอามาแชร์ให้อ่านกันครับ