‘ออสการ์’ ดาวเทียมกำจัดขยะอวกาศ นวัตกรรมคืนระบบนิเวศให้ชั้นบรรยากาศนอกโลก

152

‘ขยะอวกาศ’ นับเป็นอีกหนึ่งสิ่งที่เกิดขึ้นและทิ้งผลลัพธ์อันเลวร้ายไว้ในชั้นบรรยากาศนอกโลก โดยขยะอวกาศที่พูดถึงนี้มาจาก สิ่งประดิษฐ์ที่มนุษย์สร้างขึ้นด้วยจุดประสงค์ในการใช้งานที่ดี เช่น ใช้สำรวจ ใช้รับ-ส่งข้อมูล แต่พอไม่ได้ใช้ประโยชน์หรือหมดอายุแล้ว สิ่งประดิษฐ์ก็กลายเป็น ‘ขยะอวกาศ’ ไปโดยปริยาย เช่น ดาวเทียมที่หมดอายุการใช้งานไปแล้ว ชิ้นส่วนของจรวดที่ถูกปลดออกตามภารกิจอวกาศต่างๆ รวมไปถึงเศษชิ้นส่วนอันเกิดจากการปะทะกันของสิ่งประดิษฐ์ ขยะเหล่านี้จึงต้องการการเก็บกวาดไม่ต่างจากขยะบนโลก นวัตกรรม ‘ดาวเทียมกำจัดขยะอวกาศ’ จึงต้องเกิดขึ้นเพื่อช่วยโลกจัดการกับปัญหานี้


รู้ทัน ขยะอวกาศ ภัยนอกโลกที่ส่งผลต่อมวลมนุษยชาติ

จากข้อมูลในบทความ “ขยะอวกาศ (Space Debris) มลภาวะในวงโคจรรอบโลกหน้าหลัก ดาราศาสตร์ ขยะอวกาศ (Space Debris) มลภาวะในวงโคจรรอบโลก” เผยเเพร่โดย Sci Ways (พฤศจิกายน 14, 2018) ได้หยิบเอารายงานการวิเคราะห์ของนาซ่า ที่แสดงข้อมูลทางสถิติที่น่าเป็นห่วงเกี่ยวกับสถานการณ์ขยะอวกาศไว้ว่า

“ในวงโคจรของโลก มีขยะอวกาศที่มีขนาดเล็กกว่า 1 เซนติเมตร อยู่มากถึง 170 ล้านชิ้น และอีกประมาณ 670,000 ชิ้น ที่มีขนาด 1-10 เซนติเมตร ส่วนวัตถุขนาดใหญ่กว่านี้ขึ้นไปก็มีอยู่ราว 29,000 ชิ้นตามลำดับ” 

“และจากจำนวนเศษซากขยะอวกาศที่มากมายนี้เอง ที่ส่งผลกระทบอย่างมากต่อยานอวกาศ ดาวเทียมปฏิบัติการ หรือสถานีอวกาศภายในวงโคจรรอบโลก ที่อาจได้รับความเสียหายจากการขัด สี หรือ ปะทะ เข้ากับเศษซากขยะพวกนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุปกรณ์ที่เปราะบางอย่างแผงโซลาร์เซลล์ หรือกระจกเลนส์ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ ที่ไม่มีอุปกรณ์ป้องกันอย่าง วิปเปิ้ล ชีลด์ (Whipple shield)”

นอกจากนั้น ในบทความเดียวกันนี้ ยังระบุว่าที่ความสูงจากพื้นโลกในระยะ 2,000 กิโลเมตร ตรวจพบว่า มีอัตราส่วนของจำนวนขยะอวกาศที่มากกว่าเศษหินอยู่มากมาย โดยส่วนใหญ่จะเป็นฝุ่นที่มาจากการเผาไหม้ในเครื่องยนต์จรวด (solid rocket motors) ซึ่งลักษณะของเศษซากอวกาศเหล่านี้ จะมีรูปร่างคล้ายๆ กับเกล็ดสี รวมไปถึงเศษน้ำแข็งที่มาจากสารหล่อเย็นของดาวเทียมซึ่งใช้แหล่งพลังงานนิวเคลียร์เป็นต้น

ทั้งนี้ เศษซากขยะดังกล่าวสามารถสร้างความสึกกร่อน – เสียหายให้แก่อุปกรณ์เครื่องมือต่างๆ ของมนุษย์ได้ เช่นในกรณีของสถานีอวกาศที่ลอยอยู่เหนือพื้นโลกในระยะ 300-400 กิโลเมตร หรือในเหตุปะทะกันของดาวเทียมในปี 2009 ถึงแม้ว่าอุปกรณ์เหล่านี้มีแผงป้องกันอย่าง วิปเปิ้ล ชีลด์ แล้วก็ตาม ก็ยังมีโอกาสถึง 1 ใน 10,000 ที่ขยะอวกาศเหล่านี้อาจสร้างความเสียให้กับมันได้อยู่ดี

ในแวดวงสิ่งประดิษฐ์ที่ส่งไปโคจรบนอวกาศ มักจะใช้ วิปเปิ้ล ชีลด์ อย่างที่ได้กล่าวมา เพื่อเป็นเกราะป้องกันเศษซากอวกาศความเร็วสูงต่างๆ โดยเครื่องมือนี้จะทำหน้าที่เป็นโล่ไว้คอยรับการกระแทกให้กับ ยานอวกาศ ดาวเทียม รวมไปถึงสถานีอวกาศ ที่เสี่ยงต่อแรงกระแทกจากเศษวัตถุขนาดเล็กต่างๆ เช่นสะเก็ดดาว หรือขยะอวกาศ ที่อาจสร้างความเสียหายให้กับยานอวกาศได้ขณะปะทะกันที่ความเร็วไม่เกิน 18 กิโลเมตรต่อวินาที

และถึงแม้ว่าการทำเช่นนี้จะไปเพิ่มต้นทุนให้มีราคาแพงขึ้นก็ตาม แต่ในการใช้งานระยะยาวก็คือว่า คุ้มค่าต่อการลงทุนเลยทีเดียว ดังนั้น ขอกล่าวถึง เฟร็ด ลอว์เรนซ์ วิปเปิ้ล (Fred Lawrence Whipple) สักหน่อย เพราะเขาเป็นนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันผู้คิดค้น วิปเปิ้ล ชีลด์ ในปี 1946


ได้เวลา ‘ออสการ์’ ดาวเทียมกำจัดขยะอวกาศออกปฏิบัติการ กู้คืนระบบนิเวศให้ชั้นบรรยากาศนอกโลก

ที่ผ่านมา นอกเหนือจากวิธีกำจัดขยะอวกาศ อย่างการส่งยานอวกาศที่บังคับด้วยรีโมทไปเก็บกวาดขยะอวกาศ โดยการผลักหรือดึงลงมาให้ใกล้พอที่จะถูกชั้นบรรยากาศโลกเผาไหม้ได้ หรือความพยายามที่จะการกำจัดขยะอวกาศด้วยเทคโนโลยีการยิงลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงเข้าใส่ (The laser broom) ซึ่งไม่ได้รับการยอมรับจากนานาชาติเท่าไรนัก เพราะด้วยแสงเลเซอร์ที่ใช้นี้เป็นเลเซอร์พลังงานสูง ซึ่งต้องใช้อย่างระมัดระวังและจำกัดกำลังเลเซอร์เอาไว้ อนุญาตให้ใช้แต่เพียงการวัดเชิงสอบในวงโคจรเท่านั้น มิเช่นนั้นอาจส่งผลทำให้เกิดหายนะขึ้นได้

Obsolete Spacecraft Capture and Removal-OSCaR // www.dailymotion.com

มาในปีนี้ มีรายงานข่าวดีมาอัปเดตกันเรื่องของการคิดค้น ‘ออสการ์’ ดาวเทียมกำจัดขยะอวกาศ ได้สำเร็จ โดยทีมวิจัยทางด้านวิศวกรรมนำโดย ศาสตราจารย์ เคิร์ท แอนเดอร์สัน อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล อวกาศยาน และนิวเคลียร์ สถาบันเรนส์เซลเลอร์ โพลีเทคนิค ในนครนิวยอร์ก สหรัฐอเมริกา ที่เปิดเผยถึงโครงการพัฒนานวัตกรรมกำจัดขยะอวกาศชิ้นล่าสุดว่า

“ชื่อของ ออสการ์ มาจากคำย่อของชื่อโครงการในภาษาอังกฤษว่า Obsolete Spacecraft Capture and Removal-OSCaR โดยได้รับการออกแบบมาให้เป็นดาวเทียมขนาดเล็ก หรือ ชนิดที่เรียกกันในวงการว่า ‘ทรียู คิวบ์แซท’ (3U Cubesat) ซึ่งคิดค้นขึ้นมาสำหรับใช้เป็นดาวเทียมเพื่อกำจัดขยะอวกาศในวงโคจรใกล้โลก มีจุดเด่นที่ต้นทุนต่ำ สามารถทำงานได้เองโดยอัตโนมัติ ไม่จำเป็นต้องมีเจ้าหน้าที่ภาคพื้นดินคอยควบคุมบังคับแต่อย่างใด” 

“ตัวดาวเทียมจะมีความกว้าง 10 เซนติเมตร และหนา 10 เซนติเมตร พร้อมด้วยศักยภาพเกินตัว ด้วยการติดตั้งอุปกรณ์นำร่อง อุปกรณ์สื่อสาร เครื่องยนต์ จรวดขับเคลื่อน และระบบเทอร์มัล-คอนโทรล รวมไปถึงอุปกรณ์สำคัญ คือ ปืนยิงตาข่าย 4 กระบอก สำหรับใช้ยิงตาข่ายเพื่อดักจับขยะอวกาศให้ได้ 4 ชิ้น และเมื่อปฏิบัติภารกิจดังกล่าวแล้วเสร็จ ออสการ์ก็จะนำตัวเองออกจากวงโคจรพร้อมกับขยะอวกาศ จากนั้นจะถูกทำลายในชั้นบรรยากาศของโลกได้เอง”

นอกจากนี้ ศาสตราจารย์แอนเดอร์สัน ยังอัปเดตสถานการณ์ขยะอวกาศ โดยอ้างอิงปรากฏการณ์ เคสเลอร์ ซินโดรม ที่มีการนำเสนอขึ้นเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1978 โดยนักวิทยาศาสตร์ของนาซ่าที่ชื่อ โดนัลด์ เจ. เคสเลอร์ (Donald J. Kessler) ซึ่งเขาได้ออกมาอธิบายว่า

ขยะอวกาศที่อยู่ในวงโคจรรอบโลกมีขนาดตั้งแต่ 1 ถึง 10 เซนติเมตรนั้น (มีจำนวนมากถึง 670,000 ชิ้น) สามารถก่อให้เกิดภาวะของการชนกันเอง จนนำไปสู่สิ่งที่เรียกว่า โดมิโน เอฟเฟ็กต์ (Domino Effect) ขึ้นมาได้ และเมื่อขยะพวกนี้ชนกันเองในอวกาศที่มีความเร็วสูง จะส่งผลให้เกิดทิศทางการเคลื่อนที่เปลี่ยนไปคนละทาง หรือในอีกด้าน ก็จะพัดพาให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันจนเป็นกลุ่มขยะที่มีลักษณะใหญ่ขึ้นคล้ายลูกบอลหิมะ (snowball)

จากปรากฏการณ์นี้ อาจก่อเกิดปัญหารบกวนวงโคจรรอบโลกได้ เช่น การส่งยานอวกาศขึ้นไป นอกเหนือจากการที่เราจะต้องมาเสียทุนทรัพย์ในเรื่องของเชื้อเพลิงหรือเทคโนโลยีที่นำพาขึ้นไปด้วยแล้ว ยังจะต้องมาเพิ่งงบประมาณในส่วนของค่าป้องกันเศษขยะอวกาศเหล่านี้อีก แถมยังต้องมาลุ้นด้วยว่า ขยะอวกาศเหล่านี้จะสุ่มไปพุ่งปะทะเข้ากับดาวเทียม (ที่ยังใช้งานอยู่) ด้วยหรือไม่ เป็นต้น

ดังนั้น ด้วยสภาวะปัญหาที่กล่าวมา ทำให้ทีมวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกเริ่มหันมาตระหนักในเรื่องของปัญหาที่มาจากปรากฏการณ์เคสเลอร์เพิ่มมากขึ้น และจะต้องดำเนินมาตรการร่วมมือกันจึงจะสามารถกำจัดขยะอวกาศ อันเป็นผลผลิตจากอุตสาหกรรมด้านอวกาศของมนุษย์ให้เบาบางลง รวมถึงช่วยลดปริมาณการเพิ่มขยะอวกาศที่อาจเกิดขึ้นในอนาคตอย่างได้ผล

ดาวเทียมกำจัดขยะอวกาศ ออสการ์ จึงเป็นเหมือนบันไดอีกขึ้นในการคิดค้นนวัตกรรมที่เป็นความหวังในการกำจัดขยะอวกาศอย่างได้ผล


ศาสตราจารย์แอนเดอร์สัน ให้ความรู้เพิ่มเติมในตอนท้ายว่า ช่วงสองสามปีที่ผ่านมามีความตกลงกันอย่างไม่เป็นทางการกันขึ้นว่า ใครก็ตามที่ส่งวัตถุอะไรก็ตามขึ้นไปในวงโคจร ก็จำเป็นต้องมีความรับผิดชอบ ทำตัวเป็นพลเมืองดีด้วย ดังนั้น ทีมวิจัยของโครงการนี้จึงมีแนวความคิดว่า หากต้นทุนเพื่อการกำจัดขยะอวกาศต่ำลงแล้ว ก็อาจได้เห็นฝูงบินของดาวเทียมออสการ์ขึ้นไปทำงานร่วมกันเพื่อกำจัดขยะส่วนใหญ่ออกไปให้พ้นจากวงโคจรได้


ที่มา :


อัปเดต นวัตกรรมนอกโลกแล้ว มาอ่านบทความน่ารู้นำเสนอไอเดียใหม่ๆ สร้างนวัตกรรมดีๆเพื่อโลกสวย กันต่อ

ผนึกกำลังนักวิจัยไทย สู้ ‘วิกฤตน้ำ’ ตั้งเป้า 3 ปี เพิ่มประสิทธิภาพบริหารจัดการน้ำระดับชาติครบทุกมิติ

DAISY หนังสือเสียง นวัตกรรมเพื่อผู้พิการทางสายตา

อัปเดต 2 นวัตกรรมโดรน สุดเจ๋ง เขย่าวงการใช้โดรนในงานสำรวจ