NASA กำลังพัฒนาวิธีในการ “กักเก็บเชื้อเพลิงเหลว” ทั้งไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจนเหลวที่ต้องเก็บรักษาในอุณหภูมิติดลบ 200 องศาเซลเซียสในอวกาศ เพื่อภารกิจ “อาร์ทิมิส” และภารกิจที่ตามมาในอนาคต เช่น ภารกิจส่งมนุษย์สู่ “ดาวอังคาร” ซึ่งการเก็บรักษาเชื้อเพลิงให้อยู่ในสถานะของเหลวที่ประหยัดพื้นที่และพร้อมใช้งานคืออีกหนึ่งความท้าทายของ NASA

NASA กำลังศึกษาการเก็บเชื้อเพลิงเหลวที่จำเป็นต่อภารกิจ Atemis และภารกิจอันทะเยอทะยานต่าง ๆ มากมายในอนาคต ซึ่งการเก็บเชื้อเพลิงของจรวดให้อยู่ในสถานะของเหลวนั้นจำเป็นต้องใช้อุณหภูมิที่เย็นจัด เนื่องจากเชื้อเพลิงของจรวดเป็นของเหลวกลุ่มไครโอเจนิก (Cryogenic) เช่น ไฮโดรเจนเหลว ออกซิเจนเหลว และมีเทนเหลว เป็นต้น สารเหล่านี้จะเป็นของเหลวในอุณหภูมิที่เย็นจัดเท่านั้น ซึ่งจะต้องครอบคลุมถึงการเก็บในสภาวะสุดขั้วของอวกาศและรวมไปถึงการเติมเชื้อเพลิงให้กับจรวดในอุณหภูมิที่เย็นจัดอีกด้วย

ความท้าทายของการเก็บเชื้อเพลิงที่เป็นกลุ่มไครโอเจนิก คือการต้องเก็บในอุณหภูมิที่เย็นจัด เชื้อเพลิงเหล่านี้ไม่เหมือนกับเชื้อเพลิงกลุ่มที่เคยใช้กับยานอวกาศที่สำรวจอวกาศห้วงลึกในอดีต เนื่องจากไฮดราซีน (Hydrazine) ที่ใช้กันอยู่เดิมนั้น แม้เป็นสารเคมีที่คงสภาพได้ดี แต่ประสิทธิภาพต่ำมาก อีกทั้งยังเป็นสารกลุ่มที่ยากต่อการผลิตและเป็นพิษสูง แตกต่างจากกลุ่มไครโอเจนิกที่มีประสิทธิภาพดีกว่ามาก ง่ายต่อการสังเคราะห์นอกโลก และที่สำคัญ เชื้อเพลิงกลุ่มนี้ไม่เป็นพิษกับมนุษย์และสิ่งแวดล้อม

อย่างไรก็ตาม การเก็บเชื้อเพลิงไว้ในอุณหภูมิที่เย็นจัดนั้นเป็นเรื่องที่ท้าทายมาก เชื้อเพลิงกลุ่มนี้จะถูกใช้งานในจรวดเมื่อต้องยิงออกนอกโลก เพราะสถานที่ผลิตและจัดเก็บบนโลกได้รับการออกแบบไว้เป็นอย่างดี แตกต่างจากในอวกาศที่แหล่งพลังงานมีจำกัด อีกทั้งยากต่อการบริหารพื้นที่ในการจัดเก็บ ไม่รวมถึงการวัดปริมาณเชื้อเพลิงที่เหลืออยู่ภายในถังและการเติมเชื้อเพลิงให้กับจรวดนอกอวกาศ ทั้งหมดล้วนเป็นความท้าทายใหม่ที่ต้องพัฒนาเพื่อเตรียมความพร้อมในอนาคต

NASA ขณะกำลังทดสอบ Radio Frequency Mass Gauge

NASA Cryogenic Fluid Management (CFM) คือโครงการการพัฒนาการจัดเก็บเชื้อเพลิงเหลวไครโอเจนิกภายนอกอวกาศสำหรับภารกิจบนดวงจันทร์ ดาวอังคาร และภายในห้วงอวกาศลึก ซึ่งเป็นโครงการวิจัยที่มีความท้าทายเป็นอย่างมากเพราะเป็นงานที่ไม่เคยมีใครทำมาก่อนกับการต้องคิดค้นวิธีในการสร้างถังจัดเก็บเชื้อเพลิงไครโอเจนิกในปริมาณมหาศาล ตลอดระยะเวลาภารกิจที่จะกินเวลามากกว่าหลักเดือน โดยที่ยังต้องสามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ

ถังเชื้อเพลิงไครโอเจนิกจะต้องเผชิญกับคลื่นความร้อนโดยตรงจากดวงอาทิตย์ ซึ่งอาจทำให้อุณหภูมิภายในถังสูงจนเกิดการระเบิดได้ ดังนั้น NASA จึงต้องศึกษาถังเชื้อเพลิงนี้อย่างถ้วนถี่ เพื่อป้องกันสิ่งที่ไม่คาดคิดที่อาจจะเกิดขึ้นในอนาคต

NASA ได้ทดลองถังเชื้อเพลิงภายในห้องสุญญากาศ In-Space Propulsion ของศูนย์วิจัยทดสอบ Neil Armstrong ของ NASA เอง ในรัฐโอไฮโอของสหรัฐ เพื่อทดสอบถังเชื้อเพลิงเมื่อต้องเผชิญกับสภาวะสุญญากาศและมีความแตกต่างกันมากของอุณหภูมิระหว่างนอกถังกับภายในถัง

การทราบปริมาณเชื้อเพลิงภายในถังเชื้อเพลิงก็เป็นอีกหนึ่งสิ่งที่สำคัญ ซึ่ง NASA นั้นมีบทเรียนอันเจ็บปวดจากกระบวนการในการวัดปริมาณเชื้อเพลิงในอดีตจากภารกิจ Apollo 13 ที่ถังเชื้อเพลิงระเบิดระหว่างทางไปยังดวงจันทร์จากการตรวจวัดเชื้อเพลิงภายในถังเชื้อเพลิง ในครั้งนี้ NASA นำบทเรียนมาปรับปรุงเพื่อพัฒนาวิธีการในการตรวจวัดปริมาณเชื้อเพลิงภายในถังด้วยคลื่นวิทยุ ซึ่ง NASA เรียกเครื่องมือชนิดนี้ว่า Radio Frequency Mass Gauge (RFMG) ซึ่งเครื่องมือชนิดนี้ได้รับการทดสอบในเที่ยวบินแบบพาราโบลาและบนสถานีอวกาศแล้วว่าสามารถที่จะวัดปริมาณของเชื้อเพลิงภายในถังได้จริง และกำลังจะทดสอบบนดวงจันทร์ในเร็ว ๆ นี้

การถ่ายเชื้อเพลิงไครโอเจนิกจากถังเก็บเชื้อเพลิงไปยังจรวดเป็นอีกสิ่งหนึ่งที่จำเป็นในภารกิจการไปเยือนดวงจันทร์ของมนุษย์ ซึ่งถังเก็บเชื้อเพลิงเหล่านี้จะไร้ซึ่งประโยชน์หากมันไม่สามารถถ่ายโอนเชื้อเพลิงเข้าหรือออกจากถังได้ การพัฒนาระบบการถ่ายโอนเชื้อเพลิงภายใต้อุณหภูมิที่เย็นจัดเป็นไปเพื่อป้องกันการระเหยของเชื้อเพลิงไครโอเจนิก เบื้องต้น NASA ได้พิสูจน์แนวคิดแล้วว่าสามารถใช้งานได้จริง แต่กำลังย่อส่วนของกลไกเพื่อใช้ในการทดสอบจริงสำหรับเที่ยวบินแบบพาราโบลาและการทดสอบในอวกาศ

ท้ายที่สุดแล้ว ความพยายามของ NASA ในการพัฒนาและทดสอบระบบ CFM ที่ใช้จะสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและคุ้มค่า เนื่องจากงานวิจัยนี้สำคัญอย่างยิ่งต่อความสำเร็จของภารกิจที่ทะเยอทะยานของในอนาคตของมนุษยชาติ เป็นอีกหนึ่งงานรากฐานที่จำเป็นต่อการตั้งอาณานิคมของมนุษย์บนดวงจันทร์ ดาวอังคาร และการสำรวจห้วงอวกาศลึก

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

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

ที่มา : NASA

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

NASA กับการพัฒนาการเก็บ “เชื้อเพลิงเหลวเยือกแข็ง” สำหรับภารกิจ “อาร์ทิมิส”