ภารกิจอวกาศชั้นนักท่องเที่ยว

ภารกิจใช้จรวดนั้นมีต้นทุนที่แพงเสมอ ส่วนหนึ่งเพราะจรวดถูกทำลายหลังการใช้ แต่ด้วยวิธีล่าสุดในการนำจรวดที่ใช้แล้วกลับมาใช้งานอีกครั้ง อุตสาหกรรมจรวดกำลังก้าวเข้าสู่ยุคของถูก ความท้าทายคือความโน้มถ่วงของโลกและบรรยากาศ 

เสียงเครื่องเจ็ตคำรามลั่นขณะเครื่องบินอวกาศสกายลอน (Skylon) ลำใหม่ของยุโรปแล่นบนทางวิ่ง ทะยานขึ้น และพุ่งผ่านบรรยากาศโลกอย่างรวดเร็ว เครื่องบินอวกาศขนาดยาว 82 เมตร ซึ่งดูคล้ายเครื่องบินขับไล่ลำมหึมา บินด้วยความเร็ว 6,300 กิโลเมตร (กม.)/ชั่วโมง (ชม.) ที่ความสูง 28.5 กม. จากจุดนี้เป็นต้นไป เครื่องยนต์จะเปลี่ยนเป็นภาคจรวด เพิ่มความเร็วเป็น 2.65 หมื่น กม./ชม. มุ่งสู่อวกาศ เมื่อยานสกายลอนส่งดาวเทียมเข้าสู่วงโคจรหรือส่งสัมภาระหรือมนุษย์อวกาศไปยังสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) แล้ว ยานก็กลับโลกและลงจอดบนสนามบินสำหรับเครื่องบินปกติ

ยานสกายลอนมีแผนบินครั้งแรกในปี 2019 และหวังให้ใช้ซ้ำอย่างน้อย 200 ครั้ง บริษัท รีแอกชันเอนจินส์ สัญชาติอังกฤษ ผู้อยู่เบื้องหลังโครงการมุ่งให้บริการส่งดาวเทียมราคาต่ำโดยบริษัทคู่แข่งรายอื่น รวมทั้งบริษัท เวอร์จิน กาแลคติก จากสหรัฐอเมริกา ต่างลงสนามเพื่อร่วมแข่งขันแล้ว

ความท้าทายของความโน้มถ่วง

ต้นทุนการส่งจรวดมีราคาแพง เพราะต้องใช้เชื้อเพลิงมหาศาลทำความเร็วให้หลุดพ้นแรงโน้มถ่วงของโลก เมื่อ 300 ปีก่อน ไอแซก นิวตัน เสนอแนวทางไว้โดยสร้างภาพปืนใหญ่บนภูเขาสูงให้ยิงลูกปืนใหญ่ออกมา และคำนวณอย่างละเอียดว่าลูกปืนจะต้องพุ่งด้วยความเร็วกว่า 1 หมื่น กม./ชม. จึงจะหลุดจากสนามความโน้มถ่วงของโลกออกสู่อวกาศ จรวดเองก็ใช้หลักการเดียวกัน และยังต้องสู้กับแรงต้านลมในบรรยากาศด้วย สำหรับจรวดธรรมดานี่คือปัญหาใหญ่ที่สุด แพงที่สุด และเป็นขั้นตอนที่ใช้เชื้อเพลิงเกือบทั้งหมดที่บรรทุกขึ้นไป หากท่อนแรกของจรวดสามารถนำกลับไปใช้ใหม่ หรือไม่ต้องใช้ เช่น ด้วยการส่งจรวดกลางอากาศจากเครื่องบินภารกิจอวกาศจะราคาถูกลงอย่างชัดเจน

ที่ผ่านมา การส่งจรวดมีราคาแพงมากจนดาวเทียมเล็กต้นทุนต่ำต้องรอจนกว่าจะมีช่องสัมภาระว่างในจรวดที่ส่งดาวเทียมขนาดใหญ่เข้าสู่วงโคจร รายชื่อสำรองที่รอรับบริการจึงมีจำนวนมากจนผู้ออกแบบดาวเทียมเล็กไม่อาจกำหนดเวลาส่งของตนได้

อวกาศยังไม่ใช่สิ่งที่คนส่วนใหญ่ใช้งานได้ ตราบเท่าที่ราคาของการส่งจรวดยังไม่ลดลงมาก แต่เรากำลังเข้าใกล้จุดนั้นแล้ว ด้วยความพยายามของหน่วยงาน เช่น บริษัท สเปซเอกซ์ ที่รัฐแคลิฟอร์เนีย ผู้เสนอราคาส่งจรวดเข้าวงโคจรใกล้โลกที่ถูกที่สุดที่ 2,200 เหรียญสหรัฐ/กก. ด้วยจรวดฟอลคอน ต้นทุนนี้ถูกกว่าการส่งด้วยจรวดแอเรียน 5 ของยุโรป ซึ่งอัตราต่อ กก.อยู่ที่ 10,476 เหรียญสหรัฐ หรือด้วยจรวดแอตลัส 5 ของสหรัฐ (13,182 เหรียญสหรัฐ/กก.)

กุญแจสู่ภารกิจอวกาศชั้นนักท่องเที่ยวคือการหลุดจากความโน้มถ่วงของโลกด้วยราคาถูก ในพาหนะที่พุ่งทะลุบรรยากาศหนาเข้าสู่สุญญากาศของอวกาศ ที่ซึ่งดาวเทียมจะถูกส่งด้วยเชื้อเพลิงจำกัดเข้าสู่วงโคจรใกล้โลกที่ความสูง 160-200 กม. หรือวงโคจรค้างฟ้าที่ความสูง 3.6 หมื่น กม.

บอกลาเครื่องยนต์ซับซ้อน

ยานสกายลอนใช้หลักเดียวกับยานกระสวยอวกาศของสหรัฐที่ปลดระวางแล้ว คือการใช้ซ้ำ นาซ่าตั้งใจสร้างกระสวยอวกาศขึ้นเพื่อลดค่าส่งดาวเทียมและมนุษย์อวกาศ แต่ความจริงไม่เป็นอย่างนั้น ก่อนการส่งยานเอนเตอร์ไพรส์ซึ่งเป็นกระสวยอวกาศลำแรกเมื่อปี 1977 นาซ่าคาดว่า ราคาต่อ กก.ในการส่งขึ้นวงโคจรใกล้โลกอันเป็นย่านที่ดาวเทียมใช้กันมากที่สุด น่าจะไม่เกิน 1.8 หมื่นเหรียญสหรัฐ/กก. แต่ราคาเฉลี่ยจริงกลับอยู่ที่ 6.15 หมื่นเหรียญสหรัฐ/กก.

ต้นทุนที่พุ่งสูงเกิดจากหลายสาเหตุ ความซับซ้อนของเครื่องยนต์หลักในกระสวยอวกาศทำให้เสียเวลาและมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาเช่นเดียวกับกระเบื้องฉนวนความร้อนที่ป้องกันการลุกไหม้ขณะร่อนลงผ่านบรรยากาศ หลังการลงจอดทุกครั้ง กระเบื้องทั้ง 3.5 หมื่นแผ่นจะถูกตรวจสอบ แผ่นไหนที่เสียหายจะถูกสั่งทำใหม่เป็นรูปร่างเฉพาะแผ่นนั้น แถมยังมีอุบัติเหตุทั้งเล็กและใหญ่ ที่เลวร้ายที่สุดคือครั้งที่ยานชาลเลนเจอร์ระเบิดเมื่อปี 1986 และคร่าชีวิตมนุษย์อวกาศไปถึง 7 คน แผน 12 ภารกิจ/ปี จึงไม่เคยเกิดขึ้น สถิติดีที่สุดคือ 9 ภารกิจ/ปี

ยานสกายลอนได้เปรียบจากประสบการณ์ที่ผ่านมา เครื่องบินอวกาศแห่งอนาคตของยุโรปจะบินขึ้นด้วยตัวมันเองจากสนามบินโดยไม่ต้องใช้จรวดเร่ง ซึ่งต่างจากกระสวยอวกาศ การส่งขึ้นจึงปลอดภัยกว่า การบินผ่านบรรยากาศโลกจะเกิดขึ้นโดยไม่พึ่งออกซิเจนเหลว แต่ใช้เครื่องยนต์เจ็ตที่ดูดอากาศเข้าไปใช้ในกระบวนการสันดาปที่ความสูง 28.5 กม.

ฉะนั้น ยานสกายลอนจึงเบากว่าและทุ่นค่าใช้จ่ายยิ่งกว่ากระสวยอวกาศ ยานจะต้องสามารถยกน้ำหนัก 12 ตัน ไปยังวงโคจร 300 กม.เหนือผิวโลก หรือนำสัมภาระ 9.5 ตันขึ้นสู่ความสูง 460 กม. ยานสกายลอนจะต้องสามารถบินขึ้น เข้าสู่อวกาศ และลงจอด ทั้งโดยอัตโนมัติและโดยมีนักบินควบคุม

การปฏิวัติที่แท้จริงเกี่ยวกับเครื่องบินอวกาศ คือเครื่องยนต์ผสมที่พัฒนาโดยบริษัท รีแอกชั่นเอนจินส์ ของอังกฤษ ปีที่แล้วห้องปฏิบัติการวิจัย กองทัพอากาศสหรัฐได้ตรวจสอบเทคโนโลยีดังกล่าวอย่างละเอียด และให้ความเห็นชอบต่อความเป็นไปได้ องค์การอีซาได้ตรวจสอบเห็นชอบไปก่อนแล้ว ส่งผลให้คณะกรรมาธิการยุโรปอนุมัติเงินช่วยเหลือจากส่วนของอังกฤษจำนวน 50 ล้านปอนด์สำหรับโครงการระยะต่อไป เมื่อไม่นานมานี้ แผนกำหนดว่า ภายใน 3 ปี ยานสกายลอนจะทะยานขึ้นฟ้าเป็นครั้งแรก

ส่งจรวดลำแรกปี 2018

เครื่องบินอวกาศของยุโรปจะต้องแข่งกับบริษัทที่จะใช้เครื่องบินเจ็ตยกจรวดผ่านบรรยากาศจนเกือบพ้นก่อนปล่อยจรวด โครงการที่ตั้งเป้าหมายสูงกว่าใครคือสตราโตลอนช์โดยบริษัท ลวัลแคนแอโรสเปซของสหรัฐ ซึ่งใช้เครื่องบินจัมโบ้เจ็ตแฝดปีกติดกัน ระยะกางปีก 117 เมตร จรวดที่บรรจุดาวเทียมจะถูกติดตั้งใต้ปีกระหว่างลำตัวเครื่องบินทั้งสองลำ และจะถูกปล่อยที่ความสูง 9 กม.

การส่งขึ้นครั้งแรกคาดว่าจะเกิดขึ้นในปี 2018 ในแผนระยะยาว สตราโตลอนช์จะส่งมนุษย์อวกาศไปยัง ISS ด้วยยานคล้ายกระสวยอวกาศขนาดย่อม ชื่อ ดรีมเชเซอร์ ซึ่งพัฒนาแนวคิดโดยองค์การนาซ่า ยานนี้ยาวเพียง 6.9 เมตร กางปีก 5.5 เมตร และบรรทุกมนุษย์อวกาศได้คราวละ 2-3 คน เมื่อจบภารกิจ ยานดรีมเชเซอร์จะลงจอดที่สนามบิน

งานหลักของสตราโตลอนช์ คือการส่งดาวเทียมขนาดใหญ่ไม่เกิน 6,100 กม. ในขณะที่ผู้ประกอบการชาวอังกฤษ ริชาร์ด แบรนสัน กับพนักงานเวอร์จิน กาแลคติก ของเขาใช้เครื่องบินลำเล็กกว่าในการไล่ล่าความฝันที่จะครองตลาดที่กำลังเติบโตของการส่งดาวเทียมขนาดเล็ก ยานไวท์ไนท์ทูของพวกเขาเป็นเครื่องบินเจ็ต มีระยะกางปีก 24 เมตร และจะส่งจรวดจากความสูง 14 กม. จรวดแต่ละลำสามารถยกน้ำหนักไม่เกิน 230 กก. เข้าสู่วงโคจรรอบโลก

ขณะนี้ เวอร์จิน กาแลคติก กำลังพัฒนาจรวดลอนเชอร์วัน (LauncherOne) โดยประเมินว่าระบบนี้จะลดต้นทุนในการส่งขึ้นดาวเทียมขนาดเล็กถึง 1 ใน 3 หรือ 1 ใน 4 ของอัตราปัจจุบัน เป้าหมายของบริษัทคือช่วยมหาวิทยาลัยและสถาบันวิจัยทั่วไปให้สามารถเข้าถึงอวกาศ

 

การนำกลับมาใช้ใหม่ลดต้นทุนลงร้อยละ 80

บริษัทการบินและอวกาศสามารถประหยัดเงินนับล้าน หากมีความเป็นไปได้ที่จะใช้จรวดท่อนแรกซ้ำซึ่งเป็นต้นทุนส่วนใหญ่ของจรวด

สเปซเอกซ์ บริษัทยักษ์ใหญ่แห่งวงการการบินและอวกาศของสหรัฐเฉลิมฉลองได้เต็มที่เมื่อไม่กี่วันก่อนสิ้นปี เมื่อบริษัทสามารถใช้จรวดท่อนแรกซ้ำได้ ท่อนแรกเป็นสัดส่วนไม่น้อยกว่าร้อยละ 80 ของต้นทุนจรวดทั้งหมด ฉะนั้น การนำกลับมาใช้ใหม่ได้เฉพาะชิ้นส่วนนี้จึงสร้างกำไรมากหากโครงการประสบความสำเร็จ ก่อนหน้านี้สเปซเอกซ์เจอแต่โชคร้าย จรวดฟอลคอน 9 ล้มเหลวในการลงจอดบนลานกลางมหาสมุทร และจรวดอีกลำหนึ่งระเบิดขึ้นและสูญเสียสัมภาระทั้งหมดระหว่างทางไปสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS)

หลังจากนั้น มันยังเกิดอุบัติเหตุ เมื่อจรวดฟอลคอน 9 ที่ลงจอดในมหาสมุทรแปซิฟิกระเบิดและเกิดเพลิงไหม้ แต่ในท้ายที่สุดสเปซเอกซ์ก็ทำได้สำเร็จแล้ว เมื่อเดือน เม.ย.ที่ผ่านมา