เสาอากาศจากเครื่องพิมพ์สามมิติ ความเป็นไปได้ใหม่อะไหล่ยานอวกาศต้นทุนต่ำ

เมื่อเร็ว ๆ นี้ NASA เพิ่งได้ทดสอบระบบเสาอากาศต้นทุนต่ำที่ผลิตโดยเครื่องพิมพ์สามมิติกับบอลลูนชั้นบรรยากาศระดับสูง ซึ่งให้ผลลัพธ์การทำงานที่น่าสนใจและเปิดความเป็นไปได้ใหม่ ๆ ของเสาอากาศสื่อสารในอวกาศที่มีต้นทุนต่ำแต่มีประสิทธิภาพสูง

เสาอากาศที่เราคุ้นเคยกันอาจจะอยู่ในรูปแบบของเสาก้างปลา หนวดกุ้ง หรือรูปแบบของจาน ซึ่งเสาอากาศสำหรับการสื่อสารในอวกาศก็เป็นรูปแบบเดียวกับเสาที่เราคุ้นเคยกันในชีวิตประจำ มนุษยชาติพยายามที่จะพัฒนาเทคโนโลยีเสาอากาศให้เล็กลงและมีประสิทธิภาพสูงขึ้นกันมาโดยตลอด หนึ่งในตัวอย่างที่ชัดเจนคือเสาอากาศของเครื่องโทรศัพท์มือถือที่รับและส่งสัญญาณผ่านเสาอากาศที่มีขนาดเล็กเพียงไม่กี่เซนติเมตร ซึ่งก็เป็นอีกหนึ่งรูปแบบของเสาอากาศที่ถูกนำไปใช้จริงในอวกาศสำหรับกลุ่มดาวเทียมขนาดเล็กเช่น CubeSat

ภาพการทดสอบเสาอากาศที่ผลิตจากกระบวนการพิมพ์ 3 มิติมาทำการทดลองสัญญาณภายในห้องไร้ซึ่งการสะท้อน

แม้เสาอากาศที่เราใช้งานกันในทุกวันนี้จะมีขนาดที่เล็ก ต้นทุนที่ต่ำและประสิทธิภาพสูงได้ แต่กระบวนการผลิตนั้นกลับยุ่งยากหากจะผลิตเสาอากาศเหล่านี้ในอวกาศ ดังนั้นทาง NASA จึงได้มีแนวคิดในการพัฒนาเสาอากาศโดยการใช้เทคโนโลยีพิมพ์สามมิติเพื่อลดความซับซ้อนและลดการพึ่งพาเครื่องจักรหนักในกระบวนการผลิต

แม้เครื่องพิมพ์โลหะสามมิติจะเกิดขึ้นจริงแล้วบนโลก แต่การพิมพ์โลหะสามมิติในอวกาศยังเป็นเพียงแนวคิดต้นแบบอยู่ ทางทีมวิจัยจึงเลือกกระบวนการผลิตโดยใช้ Ceramic-filled Polymer หรือพอลิเมอร์ที่มีการผสมสารกลุ่มเซรามิกลงไป เพื่อให้วัสดุมีความทนทานและมีความต้านทานไฟฟ้าต่ำ และส่วนของตัวนำไฟฟ้าบนเสาอากาศนั้นจะใช้หมึกนำไฟฟ้า (Conductive Ink Printer) วาดลวดลายลงบนเสาอากาศ

เสาอากาศถูกออกแบบให้มีรูปแบบ 3D Magneto-electric Dipole Antenna หรือเสาอากาศที่มีหน้าตาคล้ายกับตัวอักษร T ซึ่งช่วยทำให้สัญญาณพุ่งไปในทิศทางเดียวและมีความเข้มสูงกว่ารูปแบบอื่น โดยมีรูปแบบการกระจายของหน้าสัญญาณแบบ Cardioid แตกต่างจากเสาอากาศแบบ Dipole Antenna ที่จะกระจายสัญญาณในรูปร่างแบบโดนัท

ภาพการทดสอบภาคสนามของเสาอากาศจากการพิมพ์ 3 มิติเพื่อรับสัญญาณจากดาวเทียมในเครือข่าย Near Space Network

หลังจากที่สร้างโดยเครื่องพิมพ์สามมิติแล้ว ตัวเสาอากาศถูกนำไปทดสอบภายในห้องไร้เสียงสะท้อน (Anechoic Chamber) ที่ NASA Goddard Space Flight Center ห้องพิเศษสำหรับการทดสอบการกระจายสัญญาณของเสาอากาศโดยจะไม่มีการสะท้อนกลับของสัญญาณภายในห้อง และได้มีการทดสอบกับภาคสนามจริงที่ Columbia Scientific Balloon Facility ใน Texas เพื่อทดสอบความสามารถในการส่งและรับข้อมูลดาวเทียมผ่านเครือข่าย Near Space Network นอกจากนี้ยังได้นำไปติดตั้งบนบอลลูนสำรวจสภาพอากาศเพื่อทดสอบความทนทานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงของอวกาศ

ผลสรุปว่าเสาอากาศนี้สามารถผ่านการทดสอบทุกรูปแบบตามที่กล่าวไป แสดงให้เห็นว่าเสาอากาศนี้สามารถทำงานได้ดีและพร้อมสำหรับการทดสอบในอวกาศ ซึ่งหากผ่านการทดสอบการทำงานในอวกาศได้จริง กระบวนการนี้จะลดต้นทุนการผลิตเสาอากาศสำหรับดาวเทียมและการสื่อสารระหว่างดวงดาว อีกทั้งอาจจะถูกนำไปใช้เป็นกระบวนการผลิตอะไหล่เสาอากาศรับ-ส่งสัญญาณสำหรับถิ่นฐานบนดวงจันทร์ของมนุษย์ในอนาคตได้อีกด้วย

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