เมื่อครั้งหนึ่งมนุษย์อยากทดลองใช้โทรศัพท์มือถือเป็นหัวใจของดาวเทียม

ในช่วงปี 2012–2013 ที่โทรศัพท์สมาร์ตโฟนกำลังได้รับความนิยมในตลาดอย่างล้นหลาม มีโทรศัพท์มากมายจากหลายค่ายหลายตระกูลเข็นออกมาให้เลือกสรร ที่จริงโทรศัพท์มือถือคือสิ่งประดิษฐ์ราคาถูกที่มีอุปกรณ์ทุกอย่างสำหรับการทำดาวเทียมที่เพียบพร้อม ทำให้เกิดไอเดียที่น่าสนใจในตอนนั้นว่า จะเป็นอย่างไรถ้าเรานำสมาร์ตโฟนมาใช้เป็นหัวใจหลักของดาวเทียมที่โคจรรอบโลก

แม้จะเป็นในปี 2012 ที่โทรศัพท์สมาร์ตโฟนเพิ่งเริ่มต้นเข้ามาครองตลาดโทรศัพท์เคลื่อนที่ของผู้คนส่วนใหญ่ และในเวลานั้นโทรศัพท์สมาร์ตโฟนเองก็ยังไม่ได้มีประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของการใช้งานเหมือนอย่างในทุกวันนี้ แต่ว่าเหล่าวิทยาศาสตร์และนักวิจัยส่วนใหญ่ก็เห็นต้องพ้องกันว่า จริง ๆ แล้วโทรศัพท์สมาร์ตโฟนนั้นเป็นสิ่งประดิษฐ์อันทรงพลังและเพียบพร้อมสำหรับการเป็นหัวใจหลักของดาวเทียมเป็นอย่างมาก

สมาร์ตโฟนโดยเนื้อแท้ก็คือคอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่ง เนื่องด้วยมันต้องทำงานพร้อมกับระบบปฏิบัติการอย่าง iOS หรือ Andriod ทำให้ภายในตัวโทรศัพท์ต้องมีหน่วยประมวลผลกลางหรือ CPU ที่มีประสิทธิภาพสูง มีความเร็วในการประมวลผล (clock speed) อยู่ที่หลักกิกะเฮิร์ตซ์ ซึ่งเร็วกว่า CPU ของดาวเทียมทั่วไปในหลักกิโลเฮิร์ตซ์หรือเมกะเฮิร์ตซ์เท่านั้น อีกทั้งยังมี หน่วยความจำ (RAM) มีขนาดใหญ่หลายกิกะไบต์ แตกต่างจากคอมพิวเตอร์ของดาวเทียมที่มีเพียงไม่กี่เมกะไบต์ ยังไม่นับรวมหน่วยเก็บข้อมูลขนาดใหญ่ กล้องถ่ายภาพ และแบตเตอรีภายในตัว ครบครันตามที่ดาวเทียมดวงหนึ่งจะต้องการ แต่ทั้งหมดราคาต่ำกว่าคอมพิวเตอร์ของดาวเทียมปกติหลายสิบถึงหลายร้อยเท่า ทำให้วิศวกรและนักวิจัยหลายคนมองเห็นถึงศักยภาพและความเป็นไปได้ที่จะนำโทรศัพท์มือถือมาใช้งานเป็นหัวใจหลักในการประมวลผลของดาวเทียม

ในช่วงเวลาปี 2009–2015 มีหลายโครงการที่สนใจนำโทรศัพท์สมาร์ตโฟนมาใช้ในดาวเทียมมาก หนึ่งในนั้นคือตัวนาซาเองกับโครงการ PhoneSat (โฟนแซต) ที่วิศวกรจับเอาโทรศัพท์ HTC Nexus One กับ Samsung Nexus S มาใช้เป็นหัวใจหลักของดาวเทียม CubeSat (คิวบ์แซต) ขนาด 1U และไม่ได้ทดลองแค่ดวงเดียวแต่เป็นดาวเทียมถึงสามดวง พวกเขาตั้งชื่อว่า Alexander, Graham และ Bell เป็นการล้อชื่อของ Alexander Graham Bell บิดาของเทคโนโลยีโทรศัพท์ ดาวเทียม Graham (PhoneSat 1.0a) และ Bell (PhoneSat 1.0b) นั้นใช้โทรศัพท์ HTC Nexus One เป็นหัวใจหลัก ส่วน Alexander ที่เป็น Phonesat 2.0 นั้นใช้โทรศัพท์ Samsung Nexus S เป็นหัวใจหลัก โดยที่ในตัว Alexander นั้นมีระบบล้อปฏิกิริยา (reaction wheels) และขดลวดสร้างแรงบิดแม่เหล็ก (magnetorquer coils) ในการควบคุมทิศทางและการหันเพิ่มเติมจาก PhoneSat ในรุ่น 1.0 ทั้งยังมีแผงโซลาร์เซลล์เพื่อชาร์จแบตเตอรี่และเปิดใช้งานระบบ GPS ภายในโทรศัพท์อีกด้วย

เรื่องน่าตลกวัสดุของที่ใช้ในดาวเทียม CubeSat ทั้งสามดวงนี้รวมแล้วราคาถูกกว่าน็อตบางตัวที่นาซาซื้อมาใช้ในโครงการอื่น ๆ เสียอีก แถมโทรศัพท์มือถือที่เป็นหัวใจหลักของงานยังเป็นของที่หาซื้อง่ายมาก หากใช้งานไม่ได้ขึ้นมา ทีมวิศวกรก็เพียงเดินไปซื้อใหม่ที่ห้างสรรพสินค้าใกล้ ๆ ได้โดยทันที เรียกได้ว่าเป็นหนึ่งในโครงการดาวเทียมที่ทั้งง่ายในการหาซื้อของและราคาก็ย่อมเยามาก

สาเหตุที่เลือกโทรศัพท์ HTC Nexus One และ Samsung Nexus S เป็นเพราะสมาร์ตโฟนนี้มีจุดขายชูโรงอยู่ที่ใช้ระบบปฏิบัติการแอนดรอยด์แบบมาตรฐาน (pure Andriod) แบบโอเพนซอร์สจากทาง Google โดยตรง ทำให้วิศวกรเข้าไปปรับเปลี่ยนชุดคำสั่งภายในระบบปฏิบัติการได้โดยง่าย แตกต่างจากโทรศัพท์มือถือรุ่นอื่นอย่าง Samsung Galaxy หรือ HTC one ในเวลานั้นที่เป็นระบบปิดและยากต่อการนำชุดคำสั่งมาทำการดัดแปลงอีกทั้งการดัดแปลงยังผิดกฎหมายลิขสิทธิ์หรือข้อตกลงการใช้งาน (EULA) อีกด้วย

ดาวเทียมทั้งสามดวงนี้ได้ขึ้นสู่อวกาศด้วยจรวด Antares ของบริษัท Orbital Sciences ในวันที่ 21 เมษายน 2013 อย่างปลอดภัยสามารถปฏิบัติภารกิจได้ตามที่ออกแบบไว้ ใช้เวลาโคจรรอบโลกนานหกวันก่อนจะขาดการติดต่อและเผาไหม้ภายในชั้นบรรยากาศของโลกหลังจากนั้น ด้วยความสำเร็จนี้ทำให้เกิดโครงการ PhoneSat 2.4 และ 2.5 ตามมา ซึ่งนับว่าเป็นหนึ่งในความสำเร็จของแนวคิดการประยุกต์สมาร์ตโฟนที่ทรงพลังในท้องตลาดมาใช้งานกับดาวเทียม

ในเวลาไล่เลี่ยกันนั้นมีดาวเทียมที่ใช้สมาร์ตโฟน ขึ้นไปสู่อวกาศด้วยเช่นกัน นั่นคือ STRaND-1 ดาวเทียมจากทีมวิศวกรบริษัท เซอร์เรย์ แซทเทลไลท์ เทคโนโลยี จำกัด (Surrey Satellite Technology Ltd ) และมหาวิทยาลัยเซอร์เรย์ (University of Surrey) ในโครงการนี้ได้ใช้ HTC Nexus One เหมือนกับ PhoneSat ของนาซา เพียงแต่ว่าดาวเทียมกลับไม่สามารถทำงานได้จริงตามที่ตั้งใจไว้ เนื่องจากทีมวิศวกรได้แบ่งระบบออกเป็นสองชุดได้แก่ ระบบการทำงานหลักที่ใช้คอมพิวเตอร์เกรดอวกาศในการดำเนินงาน มาคอยควบคุมและติดต่อสื่อสารกับดาวเทียม ส่วนสมาร์ตโฟน จะทำงานต่อในงานการทดลองการทำงานของแอปพลิเคชันในอวกาศและการถ่ายภาพ ซึ่งปัญหาของดาวเทียม STRaND-1 ไม่ได้อยู่ที่สมาร์ตโฟน แต่อยู่ที่คอมพิวเตอร์ควบคุมหลักที่ไม่สามารถทำงานได้ จนทำให้ภารกิจล้มเหลวไปอย่างน่าเสียดาย

ถึงอย่างนั้นกระแสของการนำสมาร์ตโฟนไปใช้ในงานอวกาศและดาวเทียมก็ได้รับการพูดถึงมากขึ้น เพราะอุปกรณ์จิ๋วที่มีประสิทธิภาพสูง ประหยัดไฟ และมีมาตรฐานเกรดอวกาศนั้น มีราคาแพงตั้งแต่หลักหมื่นถึงหลักแสนดอลลาร์สหรัฐ ส่วนอุปกรณ์ภายในสมาร์ตโฟนนั้นสามารถทำงานที่ว่าได้เหมือนกัน แถมยังมีราคาที่ถูกกว่า ทำให้กลายเป็นสิ่งที่น่าสนใจสำหรับโครงการดาวเทียมขนาดเล็กหรือการทดลองในระดับมหาวิทยาลัย

ในเวลาต่อมาคอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยว (single board computer) อย่าง Raspberry Pi หรือ Orange Pi ได้เข้ามาในตลาดและเป็นทางเลือกเพิ่มเติมสำหรับทีมวิจัยที่ต้องการใช้คอมพิวเตอร์ขนาดเล็กและมีส่วนต่อขยายมาตรฐานที่สามารถเชื่อมต่อได้ง่ายและมากมายโดยไม่ต้องออกแบบอุปกรณ์ที่นำมาใช้เชื่อมต่อเอาเองเหมือนกับการประกอบจากบอร์ดของโทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์ในกลุ่มนี้จึงกลายเป็นกระดูกสันหลังของงานด้านดาวเทียม CubeSat ขนาดเล็กและชุดการทดลองที่ส่งขึ้นไปยังสถานีอวกาศนานาชาติเนื่องจากมีราคาถูก ประสิทธิภาพดี มีขนาดเล็ก และกินพลังงานน้อย

แม้ว่าการสร้างดาวเทียมหรือชุดการทดลองส่งไปยังสถานีอวกาศนานาชาติในยุคใหม่จะไม่ได้ใช้สมาร์ตโฟนเป็นหัวใจหลักในการประมวลผลอีกแล้ว แต่ CPU ที่ใช้งานในโทรศัพท์มือถือก็ยังถือว่ามีสมรรถนะสูง ประหยัดไฟ และสามารถทำงานได้ดีมากอยู่ดี ทำให้มีการนำ CPU ของโทรศัพท์มือถืออย่าง Qualcomm Snapdragon 801 มาเพิ่มการทนทานต่อรังสีและกลายเป็น CPU หลักในการประมวลผลของเฮลิคอปเตอร์ดาวอังคารลำแรก อินเจนูอิตี (Ingenuity) ซึ่ง Snapdragon 801 เป็น CPU เรือธงขอสมาร์ตโฟน ที่ใช้กันในยุคปี 2014 อย่าง Samsung Galaxy S5 หรือ Sony Xperia Z3 พลังในการประมวลผลของมันแรงกว่า IBM RAD750 ที่ใช้ในหุ่นยนต์โรเวอร์เพอร์เซเวียแรนซ์ (Perseverance rover) หลายร้อยเท่า การประมวลผลการบินของ อินเจนูอิตีบนดาวอังคารนั้นแบบเรียลไทม์และห้ามผิดพลาด ซึ่งอย่างที่เราทราบกันดีว่าอินเจนูอิตีประสบความสำเร็จในการบินบนดาวอังคารเป็นอย่างดีและยังตอกย้ำความสำเร็จว่า CPU ที่ใช้กันในโทรศัพท์สมาร์ตโฟนว่า สามารถขับเคลื่อนเฮลิคอปเตอร์ให้โบยบินบนดาวอังคารได้อีกด้วย

สุดท้ายแล้วการที่มีนักวิจัยหรือวิศวกรหัวใสนำสิ่งที่มีอยู่ในท้องตลาดมาทำในสิ่งที่ไม่มีใครเคยทำมาก่อนอย่างการนำสมาร์ตโฟนมาจับใส่ใส่ดาวเทียมเพื่อนำไปใช้ในงานด้านอวกาศ ได้เปิดประตูบานใหม่แห่งโอกาสที่ไม่มีใครเคยทำมาก่อน และทำให้เกิดสิ่งใหม่ที่ไม่มีใครคาดว่าจะเกิดขึ้น อย่างการที่ CPU ของโทรศัพท์จะไปเป็นหัวใจหลักของเฮลิคอปเตอร์ลำแรกบนดาวอังคาร ซึ่งคงไม่มีมีทางเกิดขึ้นได้เลยหากปราศจากความกล้าในการคิดนอกกล่องและการอนุมัติให้มีการทดสอบเกิดขึ้น

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

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

ที่มาข้อมูล : NASA 

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech