เมื่อสหรัฐฯ ปรับยุทธศาสตร์การสำรวจอวกาศ มุ่งใช้พลังงานนิวเคลียร์ในยานอวกาศ

นาซาได้ปรับแผนยุทธศาสตร์การสำรวจอวกาศครั้งใหญ่ โดยยกเลิกโครงการก่อสร้างสถานีอวกาศ Lunar Gateway ในวงโคจรดวงจันทร์ และเปลี่ยนเป้าหมายไปที่การพัฒนาระบบโครงสร้างพื้นฐานบนพื้นผิวดวงจันทร์โดยตรง การปรับเปลี่ยนนี้ควบคู่ไปกับการผลักดันเทคโนโลยีพลังงานนิวเคลียร์ฟิชชัน (nuclear fission) สำหรับการขับเคลื่อนยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์และการตั้งถิ่นฐานระยะยาว

แม้แสงอาทิตย์จะเป็นแหล่งพลังงานหลักของภารกิจในอวกาศ แต่กลับมีข้อจำกัดที่คาดไม่ถึงเช่นกันในภารกิจระยะยาว ดวงจันทร์มีช่วงเวลากลางคืนยาวนานถึง 14 วัน จึงไม่ง่ายที่จะอาศัยพลังงานจากแสงอาทิตย์เพียงอย่างเดียวในการปฏิบัติภารกิจ นอกจากนี้ พื้นที่เป้าหมายสำหรับโครงการอาทิมีสและสถานีวิจัยนานาชาติบนดวงจันทร์ (International Lunar Research Station หรือ ILRS) คือการตั้งฐานสำรวจบริเวณหลุมอุกกาบาตขั้วใต้ซึ่งคาดว่ามีทรัพยากรน้ำแข็ง ซึ่งเป็นจุดที่แสงอาทิตย์ส่องไม่ถึงอย่างถาวร การพึ่งพาพลังงานจากแสงอาทิตย์จึงเป็นไปไม่ได้

นอกจากนี้ การเดินทางข้ามดาวเคราะห์ด้วยเครื่องยนต์ไฟฟ้าที่เป็นเทคโนโลยีใหม่ ยังต้องพึ่งพากระแสไฟที่นิ่งและต่อเนื่องเพื่อประสิทธิภาพสูงสุดในการสร้างแรงขับดัน ซึ่งความเข้มแสงอาทิตย์ต่อพื้นที่จะยิ่งลดลงเมื่อออกเดินทางไกลออกไปเรื่อย ๆ พลังงานไฟฟ้าจากเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์จึงเป็นอีกทางเลือกที่จะใช้ในการหล่อเลี้ยงเครื่องยนต์ที่ขับดันด้วยไฟฟ้า และเป็นหนทางที่จะพามนุษยชาติเดินทางไปยังดาวอังคารได้เร็วกว่าเดิม

ยาน SR-1 Freedom และระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ไฟฟ้า (NEP)

ภายใต้แผนงานใหม่ของนาซา ทีมงานได้ถอดรื้อชิ้นส่วนและโครงสร้างต่าง ๆ ที่ดำเนินการมาตั้งแต่สมัยลูนาร์เกตเวย์ จากนั้นนำไปใช้ในโครงการอื่น ๆ แทน หนึ่งในนั้นคือโมดูลพลังงานและขับเคลื่อน (Power and Propulsion Element หรือ  PPE) ซึ่งเป็นส่วนที่ใช้ในการขับดันสถานีอวกาศลูนาร์เกตเวย์สำหรับเดินทางไปยังดวงจันทร์ ทางนาซาจึงได้นำชิ้นส่วนของ PPE มาพัฒนาต่อยอดเป็นยานอวกาศสเปซรีแอกเตอร์-1 ฟรีดอม (Space Reactor-1 หรือ SR-1 Freedom) ซึ่งจะเป็นยานสำรวจระหว่างดาวเคราะห์ลำแรกที่ใช้เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชัน มีกำหนดปล่อยสู่อวกาศในเดือนธันวาคม 2028 เพื่อเดินทางไปยังดาวอังคาร

ยาน SR-1 ใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ (Nuclear-Electric Propulsion หรือ NEP) โดยเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าจากเตาปฏิกรณ์ไปขับเคลื่อนเครื่องยนต์ไอออน ประกอบด้วยเครื่องยนต์ขับดันฮอลล์-เอฟเฟกต์ (Hall-effect thruster) ขนาดหกกิโลวัตต์ จำนวนสี่เครื่อง ผลิตโดยบริษัทบูเซ็ก (Busek) และเครื่องยนต์ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าขั้นสูง (Advanced Electric Propulsion System หรือ AEPS) ขนาด 12 กิโลวัตต์อีกสามเครื่องเครื่อง ซึ่งเป็นการพัฒนาร่วมกันระหว่างนาซาและบริษัทแอโรเจ็ตร็อกเกตไดน์ (Aerojet Rocketdyne)

แม้ตามทฤษฎี การใช้เครื่องยนต์ไฟฟ้าขับดันเหล่านี้จะสามารถเปิดการทำงานของเครื่องยนต์ได้ต่อเนื่อง ส่งผลให้ตัวยานไปถึงดาวอังคารได้เร็วกว่าเดิม แต่ด้วยข้อจำกัดด้านขนาดและกำลังไฟของ SR-1 ในปัจจุบัน ระยะเวลาในการเดินทางไปดาวอังคารของยานลำนี้จะยังไม่แตกต่างจากยานสำรวจรุ่นก่อนหน้าอย่างมีนัยสำคัญ ภารกิจนี้จึงมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อการสาธิตและทดสอบการทำงานของระบบในสภาวะอวกาศจริง (technology demonstrator)

ขณะเดียวกัน SR-1 เองก็ไม่ได้เป็นแค่ภารกิจทดสอบเทคโนโลยียานอวกาศรุ่นใหม่ของนาซาเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่นำส่งยานไปลงจอดบนพื้นผิวของดาวอังคารในภารกิจสกายฟอล (Skyfall) ซึ่งเป็นภารกิจใหม่ของนาซาอีกด้วย

ในภารกิจสกายฟอลนี้ นาซาวางแผนจะส่งเฮลิคอปเตอร์ปีกหมุนลักษณะเดียวกับอินเจนูอิตี (Ingenuity) สามลำลำลงสู่พื้นผิวของดาวอังคาร เฮลิคอปเตอร์ทั้งสามลำจะบินลาดตระเวนเพื่อเก็บข้อมูลเชิงพื้นที่ โดยใช้อุปกรณ์ถ่ายภาพด้วยเรดาร์ทะลุทะลวงพื้นดิน (ground-penetrating radar) และระบบวิทยุสื่อสาร เพื่อประเมินความปลอดภัยของจุดลงจอดสำหรับภารกิจส่งมนุษย์ไปดาวอังคารในอนาคต รวมทั้งค้นหาและทำแผนที่ทรัพยากรน้ำแข็งใต้พื้นผิว (subsurface water ice) ไปในตัว

LR-1 และโครงสร้างพื้นฐานบนดวงจันทร์

การดำเนินงานของยาน SR-1 ถือเป็นขั้นตอนการลดความเสี่ยงทางวิศวกรรม (risk retirement) ข้อมูลและการทดสอบระบบจาก SR-1 จะนำไปใช้ในการพัฒนาลูนาร์รีแอกเตอร์-1 (Lunar Reactor-1 หรือ LR-1) ซึ่งเป็นเตาปฏิกรณ์ฟิชชันเครื่องแรกที่มนุษย์ส่งไปติดตั้งบนพื้นผิวดวงจันทร์ภายในปี 2030 เพื่อทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลักให้กับฐานปฏิบัติการบนดวงจันทร์สำหรับโครงการอาร์ทิมิสของสหรัฐอเมริกา

การตัดสินใจครั้งนี้สอดคล้องกับนโยบายอวกาศของสหรัฐอเมริกาในการนำพลังงานนิวเคลียร์มาใช้งานในอวกาศ ซึ่งตามเดิมแล้วเทคโนโลยีเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์สำหรับโครงการอวกาศของสหรัฐฯ นั้นหยุดการพัฒนามาตั้งแต่การทดสอบเตาปฏิกรณ์ระบบเสริมกำลังด้วยนิวเคลียร์ (Systems for Nuclear Auxiliary Power หรือ SNAP-10A) ในปี 1965 และเราจะเห็นเพียงการนำสารกัมมันตรังสีมาใช้เฉพาะแค่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วยพลังงานความร้อนจากไอโซโทปกัมมันตรังสี (radioisotope thermoelectric generator) ที่เป็นเพียงการใช้ประโยชน์จากความร้อนที่เกิดจากการสลายตัวทางรังสีมาใช้ในการสร้างพลังงานไฟฟ้าผ่านปรากฏการณ์ซีเบ็ก (Seebeck) เท่านั้น ไม่ใช่เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ดังนั้นการที่สหรัฐฯ นำเทคโนโลยีเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์กลับมาใช้และเร่งรัดให้เกิดการใช้งานจริง คือการเขยิบกลยุทธ์จาก "การสำรวจเพื่อความรู้" (exploration) ไปสู่ "การตั้งถิ่นฐานและการครองสิทธิ์" (establishment) โดยมีพลังงานนิวเคลียร์เป็นกุญแจปลดล็อกข้อจำกัดทางฟิสิกส์เดิม ๆ ที่แผงโซลาร์เซลล์ทำไม่ได้ เป้าหมายระยะยาวของโครงการพลังงานนิวเคลียร์คือการสร้างห่วงโซ่อุปทานและพัฒนาบุคลากรในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์สำหรับอวกาศ เพื่อรองรับการตั้งถิ่นฐานบนพื้นที่นอกโลกอย่างถาวรในอนาคต

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

ที่มาข้อมูล : science  

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech