เมื่อเร็ว ๆ นี้ บริษัท LandSpace ของจีนประกาศความสำเร็จในการส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรโลกได้สำเร็จโดยใช้จรวดที่ใช้เชื้อเพลิงมีเทนเป็นครั้งแรกของโลก แซงหน้าบริษัท SpaceX ของสหรัฐฯ ที่พยายามพัฒนาจรวด Starship จรวดขนาดใหญ่ที่จะใช้เชื้อเพลิงมีเทนเป็นเชื้อเพลิงหลัก นับว่าอุตสาหกรรมอวกาศในตอนนี้มุ่งไปที่การพัฒนาเครื่องยนต์จรวดที่ใช้เชื้อเพลิงมีเทนกัน ทำไมชาติมหาอำนาจอวกาศจึงแข่งขันกันเรื่องเครื่องยนต์จรวดที่ใช้งานมีเทนเป็นเชื้อเพลิงหลัก มาหาคำตอบกันได้ในบทความนี้

ภาพถ่ายการทดสอบเครื่องยนต์ของจรวด Starship ของ SpaceX โดยเครื่องยนต์ที่ Starship ใช้นั้นใช้เชื้อเพลิงประเภทมีเทน

การที่กระแสเทคโนโลยีเครื่องยนต์จรวดเปลี่ยนผ่านจากการใช้เชื้อเพลิงเคโรซีน (Kerosene) มาจากหลายสาเหตุทั้งเรื่องของประสิทธิภาพเครื่องยนต์ที่สูงกว่า ไอเสียสะอาดกว่า การนำกลับมาใช้ซ้ำที่ซ่อมบำรุงน้อยกว่า ไปจนถึงการเดินทางไปยังดาวอังคารและตั้งถิ่นฐานระยะยาวบนนั้น

มีเทน (Methane; CH4) เป็นหนึ่งในก๊าซที่มีประสิทธิภาพในการเผาไหม้สูงกว่าเคโรซีนมาก แม้ว่าประสิทธิภาพมันจะไม่ได้เทียบเท่ากับไฮโดรเจนก็ตาม อีกทั้งมีเทนยังจัดเก็บให้อยู่ในรูปแบบของของเหลวง่ายกว่าก๊าซไฮโดรเจน อุณหภูมิที่ก๊าซมีเทนจะอยู่ในรูปของเหลวอยู่ที่ -161°C ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่สูงกว่าก๊าซไฮโดรเจนที่มีอุณหภูมิที่ใช้ในการจัดเก็บต่ำถึง -253°C จึงทำให้การจัดเก็บมีเทนไม่จำเป็นต้องใช้ถังเก็บความเย็นขั้นสูง และรั่วซึมได้ยาก

ภาพถ่ายจรวด Falcon 9 ถูกปล่อย โดยเปลวไฟจากเครื่้องยนต์ Merlin นั้นใช้น้ำมันเคโรซีนในการสร้างพลัง และด้วยเหตุผลนี้จึงเห็นเขม่าสีดำถูกพ่นออกมาจากเปลวไฟของเครื่องยนต์ด้วย ภาพจาก SpaceX

ในเรื่องของไอเสียและการใช้ซ้ำ เชื้อเพลิงมีเทนเมื่อเผาไหม้แล้วมีเขม่าเกิดขึ้นน้อยกว่าเคโรซีน หากต้องการให้จรวดนั้นสามารถใช้งานซ้ำได้ การใช้มีเทนเป็นเชื้อเพลิงจะมีคราบเขม่าที่เกิดขึ้นภายในเครื่องยนต์น้อยกว่า ทำให้การบำรุงรักษาน้อยกว่าการใช้ เคโรซีน ดังที่เคยใช้งานใน Falcon 9

จุดสำคัญที่สุดนั้นก็คือการที่เราเลือกใช้เครื่องยนต์ประเภทนี้กับการเดินทางไปตั้งถิ่นฐานบนดาวอังคารของมนุษย์ เนื่องจากว่ามีเทนนั้นเก็บรักษาง่ายกว่าก๊าซประสิทธิภาพสูงอย่างไฮโดรเจน การเดินทางไปยังดาวอังคารที่ใช้ระยะเวลาหลายเดือนจึงเหมาะสมมากกว่า และที่สำคัญคือเราสามารถสังเคราะห์มีเทนขึ้นบนดาวอังคารได้โดยง่ายผ่านปฏิกิริยาซาบาติเยร์ (Sabatier Reaction) โดยอาศัยการดึงคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีปริมาณมากในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารมาผสมกับน้ำแข็งที่เจาะมาจากใต้พื้นผิวของดาวอังคาร จะสามารถผลิตน้ำและเชื้อเพลิงมีเทนได้ ซึ่งหมายความว่าในภารกิจเดินทางไปและกลับจากดาวอังคารไม่จำเป็นต้องเตรียมเชื้อเพลิงปริมาณมหาศาลไป แต่สามารถอาศัยการสังเคราะห์จากบนพื้นผิวของดาวอังคารเพื่อการเดินทางกลับได้

ภาพถ่ายของจรวด Super Heavy ของ SpaceX ระหว่างการทดสอบเครื่องยนต์ที่ภาคพื้น ก็ใช้เป็นจรวดที่ใช้เชื้อเพลิงมีเทนเช่นเดียวกัน ภาพจาก SpaceX

การสังเคราะห์มีเทนขึ้นมาใช้เองบนดาวอังคารยังการสร้างเศรษฐกิจบนพื้นผิวของดาวอังคารได้ต่ออีกด้วย เพราะเมื่อบนพื้นผิวดาวอังคารสามารถพึ่งพาทรัพยากรพื้นฐานได้ด้วยตนเอง การดำเนินการในระบบเศรษฐกิจย่อมสามารถเกิดขึ้นได้เอง สอดคล้องกับการตั้งถิ่นฐานบนดาวอังคารระยะยาวของมนุษยชาติ

ทั้งหมดคือสาเหตุว่าอุตสาหกรรมอวกาศในตอนนี้จึงแข่งขันพัฒนาเครื่องยนต์จรวดที่ใช้เชื้อเพลิงมีเทนที่ใช้งานได้จริง ไม่ใช่เพียงแค่ว่าเพื่อใช้ในการขนส่งทั่วไปในวงโคจรเหมือนกับที่ใช้งานในอดีต แต่เป็นการมุ่งที่จะเดินทางไปสำรวจและตั้งถิ่นฐานบนดาวอังคารโดยมนุษย์และสร้างระบบเศรษฐกิจที่สามารถพึ่งพาตนเองบนดาวอังคารได้ เพื่อตอบสนองความฝันของมนุษยชาติ

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

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

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

ทำไมอุตสาหกรรมอวกาศยุคใหม่เลือก “มีเทน” เป็นเชื้อเพลิงหลักของจรวด