“ยานเวเนรา” กับศาสตร์และศิลป์ของวิศวกรรมในการเอาชนะความร้อนบนพื้นผิวดาวศุกร์

เมื่อวันที่ 8 มิถุนายน 1975 สหภาพโซเวียตได้ส่งยานเวเนรา 9 (Venera 9) ออกสู่อวกาศเพื่อเดินทางไปยัง “ดาวศุกร์” จวบจนถึงปัจจุบันสหภาพโซเวียตเป็นเพียงชาติเดียวที่สามารถส่งยานอวกาศไปลงจอดบนพื้นผิวของดาวศุกร์ได้อย่างปลอดภัยและสามารถปฏิบัติภารกิจในสภาวะร้อนสุดขั้วได้ ในบทความนี้จะเล่าถึงยานอวกาศเวเนรา 9 กับการเอาชนะปัญหาความร้อนบนพื้นผิวของดาวศุกร์

ในปี 1970 สหภาพโซเวียตได้ส่งยานเวเนรา 7 เพื่อเดินทางไปสำรวจชั้นบรรยากาศชั้นในของดาวศุกร์ มันถูกออกแบบมาให้ทำการสำรวจชั้นบรรยากาศและลงจอดบนพื้นผิวของดาวศุกร์ด้วยการใช้ร่มชะลอความเร็วระหว่างฝ่าเข้าชั้นบรรยากาศ จากการศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์ในภารกิจก่อนหน้าทำให้ทราบว่าดาวศุกร์นั้นร้อนและมีความดันบรรยากาศที่สูงมาก วิศวกรของโซเวียตจึงสร้างยานเวเนรา 7 ให้แข็งแรงทนทานกับความดันบรรยากาศอันมหาศาลของดาวศุกร์ ตัวยานเวเนรา 7 สามารถทนต่อความดันบรรยากาศได้สูงถึง 182 บาร์ (Bar) หรือ 182 เท่าของความดันบรรยากาศโลก และออกแบบให้ทนทานต่อความร้อนสูงบนพื้นผิวของดาวศุกร์ได้ด้วย ก่อนที่ยานจะแยกตัวออกจากยานขนส่ง (Bus Spacecraft) ตัวยานจะถูกทำให้เย็นจนมีอุณหภูมิภายใน -8 องศาเซลเซียส เพื่อต่อสู้กับความร้อนสูง จากนั้นวิศวกรได้ออกแบบให้ร่มชะลอความเร็วเริ่มต้นกางที่ชั้นบรรยากาศระดับต่ำใกล้กับพื้นผิวเพื่อที่จะให้ยานใช้เวลาอยู่ภายในชั้นบรรยากาศให้ได้น้อยที่สุด

ยานเวเนรา 7 สามารถเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์ได้ตามที่ออกแบบเอาไว้ แต่ที่ความสูงประมาณ 3 กิโลเมตรเหนือพื้นผิวของดาวศุกร์ ร่มชะลอความเร็วได้ขาดออก ตัวยานจึงหมุนควงสว่านตกลงไปยังพื้นผิวของดาวศุกร์ ในเวลานั้นวิศวกรของโซเวียตถอดใจกับภารกิจ แต่หลังจากนั้นไม่กี่สัปดาห์ได้มีวิศวกรถอดเทปสัญญาณที่เก็บได้จากภารกิจเวเนราก่อนจะพบสัญญาณขนาดเล็กที่ถูกส่งมาจากตัวยานโดยตรงผ่านทางเสาสัญญาณที่หันมายังทิศทางของโลกพอดี ทีมวิศวกรพบว่าตัวยานสามารถมีชีวิตรอดจากการตกจากความสูง 3 กิโลเมตรได้ ทนต่อพื้นผิวที่ร้อนถึง 500 องศาเซลเซียส และมีความดันบรรยากาศที่สูงถึง 90 บาร์ได้นานถึง 23 นาที

จากข้อมูลนี้ทำให้การส่งยานอวกาศไปยังดาวศุกร์เป็นเรื่องที่ท้าทายเป็นอย่างมาก ประการแรก มนุษย์ต้องออกแบบให้ยานสามารถเอาฝ่าบรรยากาศที่หนาแน่นราวกับกำแพงอิฐของดาวศุกร์ ต่อด้วยการเอาชนะความดันบรรยากาศอันมหาศาล ตามด้วยการต้องเอาชนะกับความร้อนที่สูงระดับตะกั่วหลอมละลายให้ได้ พวกเขาจึงออกแบบระบบจัดการความร้อนใหม่ที่จะทำให้ยานไปถึงพื้นผิวของดาวศุกร์และเก็บข้อมูลทางวิทยาศาสตร์บนพื้นผิวของดาวศุกร์กลับมาได้

ยานเวเนรา 8 ได้รับการออกแบบระบบจัดการความร้อนใหม่ วิศวกรได้ติดตั้งก้อนลิเทียมไนเตรท (Lithium Nitrate) ภายในยานเพื่อทำหน้าที่เป็นตัวดูดซับพลังงานความร้อนเอาไว้ เนื่องจากคุณสมบัติของลิเทียมไนเตรทที่จะหลอมเหลวในอุณหภูมิ 255 องศาเซลเซียสแต่ตัวของมันต้องใช้พลังงานในการเปลี่ยนจากสถานะของแข็งไปเป็นของเหลวที่สูงมากถึง 303 จูลต่อกรัม ดังนั้นมันจึงเปรียบเสมือนวัสดุที่ดูดซับความร้อนได้อย่างดีโดยที่อุณหภูมิไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่มากนัก

ด้วยการติดตั้งแท่งลิเทียมไนเตรททำให้ยานเวเนรา 8 สามารถลงจอดบนดาวศุกร์และมีชีวิตรอดบนพื้นผิวได้นานถึง 50 นาทีพร้อมส่งกลับข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ที่มีประโยชน์และเป็นการยืนยันว่าข้อมูลที่ถูกส่งจากยานเวเนรา 7 ก่อนหน้านี้เป็นข้อมูลที่ถูกต้อง

แต่ยานเวเนรา 8 นั้นไม่ได้มีการติดตั้งกล้องถ่ายภาพภายในยานเข้าไปด้วย และนั่นทำให้ยังไม่มีใครเคยเห็นหน้าตาของพื้นผิวของดาวศุกร์ ยานเวเนรา 9 จึงติดตั้งกล้องถ่ายภาพเข้าไปและปรับเปลี่ยนโครงสร้างทั้งหมดของตัวยานเป็นยานอวกาศแบบใหม่ที่ไม่มีร่มชะลอความเร็ว แต่ใช้ครีบและร่มบนตัวยานในการชะลอความเร็วระหว่างที่ฝ่าชั้นบรรยากาศพร้อมกับขาตั้งของยานที่ทำหน้าที่รับแรงกระแทกขณะที่ลงจอด วิธีการนี้ทำให้ยานสามารถใช้เวลาระหว่างการฝ่าชั้นบรรยากาศน้อยลงและมีเวลาบนพื้นผิวมากขึ้น และเนื่องจากอย่างที่เราทราบกันดีว่า ที่พื้นผิวของดาวศุกร์มันมีอุณหภูมิที่สูงมาก การที่กล้องถ่ายภาพจะสามารถทำงานได้จึงต้องใช้วิธีที่ซับซ้อนเล็กน้อยคือการทำให้กล้องถ่ายภาพอยู่ด้านในของยาน บริเวณที่เย็นและใช้กล้องปริทรรศน์ (Periscope) ในการยื่นออกไปนอกยานเพื่อถ่ายภาพคล้ายกับเรือดำน้ำที่ต้องการส่องกล้องสังเกตการณ์ผิวน้ำ

เลนส์ของกล้องถ่ายภาพที่อยู่ด้านนอกนั้นมีความหนามาก และมันถูกครอบอีกชั้นด้วยฝาปิดกล้องถ่ายภาพเพื่อป้องกันเศษฝุ่นกระเด็นชนระหว่างการลงจอด กล้องบนยานเวเนรา 9 มีทั้งหมด 2 ตัว สามารถเก็บภาพรอบยานได้ 360 องศา

ยานเวเนรา 9 ลงจอดบนพื้นผิวของดาวศุกร์ในวันที่ 22 ตุลาคม 1975 มีชีวิตรอดอยู่บนพื้นผิวของดาวศุกร์ได้นานถึง 53 นาที และถ่ายภาพพื้นผิวของดาวศุกร์ส่งกลับมาเป็นภาพแรก น่าเสียดายที่กล้องถ่ายภาพของเวเนรา 9 ฝาปิดครอบเลนส์กล้องถูกดีดออกและสามารถทำงานได้ตามปกติเพียงกล้องเดียว นอกจากนี้ยานเวเนรา 9 ยังเป็นยานอวกาศลำแรกที่สามารถเข้าสู่วงโคจรของดาวศุกร์ได้สำเร็จ นับว่าเป็นการเข้าสู่วงโคจรของดาวเคราะห์ดวงอื่นได้สำเร็จเป็นครั้งแรก

สหภาพโซเวียตกลายเป็นผู้เชี่ยวชาญการส่งยานอวกาศเพื่อไปลงจอดในดาวศุกร์ พวกเขายังส่งยานขึ้นไปอีกถึง 10 ภารกิจ และให้ภาพถ่ายพร้อมข้อมูลกลับมายังโลกอีกเป็นจำนวนมาก ทั้งคลื่นแผ่นดินไหวบนดาวศุกร์ แร่ธาตุภายในพื้นผิวของดาวศุกร์ หรือแม้แต่เสียงที่ได้ยินจากชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์

หลังจากที่สหภาพโซเวียตส่งยานอวกาศจำนวนมากไปยังดาวศุกร์และได้ความรู้กลับมาเป็นจำนวนมาก ความลุ่มหลงในการสำรวจดาวศุกร์ก็ดูเหมือนจะหายไปพร้อมกับการล่มสลายของสหภาพโซเวียต และหลายชาติก็หันเหความสนใจจากดาวศุกร์ที่ร้อนและไร้ซึ่งชีวิตไปยังดาวอังคารที่น่าสนใจยิ่งกว่า

แต่ถึงกระนั้นความสนใจในการกลับไปสำรวจดาวศุกร์นั้นกำลังกลับมาหลังจากการที่มีข่าวการค้นพบฟอสฟีนในชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์ ทั้งภาครัฐและเอกชนต่างตื่นเต้นและสนใจที่จะส่งยานอวกาศกลับไปสำรวจชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์อีกครั้งหนึ่ง หนึ่งในนั้นคือภารกิจ DAVINCI ภารกิจส่งยานอวกาศลงไปสำรวจชั้นบรรยากาศลึกของดาวศุกร์โดยตรงเพื่อทำความเข้าใจถึงวิวัฒนาการของดาวศุกร์และการมีอยู่ของฟอสฟีนในชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์จริงหรือไม่ มีกำหนดส่งยานออกสู่ห้วงอวกาศในปี 2029

เรียบเรียงโดย : จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร : ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS  

ที่มาข้อมูล : youtube

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech