ไขข้อข้องใจสภาพอวกาศมีผลต่อการส่งจรวดอย่างไร?

ทีมวิศวกรสำนักงานพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศ (องค์การมหาชน) หรือ จิสด้า กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัย และนวัตกรรม ไขข้อข้องใจว่าทำไม? สภาพอากาศ ถึงมีผลต่อภารกิจอวกาศ

ตามกำหนดสเปซเอกซ์ (SpaceX) ซึ่งเป็นบริษัทเอกชนมีกำหนดส่งมนุษย์ไปสถานีอวกาศนานาชาติในวันที่ 28 พ.ค.63 เวลา 03.33 น. ตามเวลาในประเทศไทย ซึ่งเป็นครั้งแรกในรอบ 9 ปี แต่ภารกิจต้องหยุดชะงักเนื่องจากสภาพอากาศไม่เอื้ออำนวย ทำให้เจ้าหน้าที่ห้องควบคุมตัดสินใจยุติการบินดังกล่าว ก่อนปล่อยจรวดเพียง 16 นาที ทำให้หลายๆ คนที่กำลังรอชมอย่างใจจดจ่อต้องผิดหวังไปตามๆ กัน รวมไปถึง นายโดนัลด์ ทรัมป์ ประธานาธิบดีสหรัฐฯ ที่ไปติดตามปฏิบัติการด้วยตัวเอง

สภาพอากาศมีผลต่อภารกิจอวกาศอย่างไร? เป็นคำถามที่ทีมวิศวกรจิสด้าได้อธิบายว่า ในการตัดสินใจส่งจรวดทุกครั้ง เราจะต้องคำนึงถึงสภาพอากาศเป็นสำคัญ เช่น ทิศทางและความเร็วลม, อุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์, ปริมาณเมฆ, สภาวะฝนฟ้าคะนอง และอื่นๆ ที่จะเป็นอุปสรรคและปัจจัยเสี่ยงในการส่ง โดยอุณหภูมิที่ต่ำอาจทำให้เกิดความเสียหายต่อระบบจรวดนำส่ง, การเกิดลมปะทะที่รบกวนเสถียรภาพของตัวจรวด หรือการเกิดฟ้าผ่าที่ทำให้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ อาจจะล้มเหลวได้ รวมถึงสภาพอากาศในระหว่างที่จรวดกำลังเดินทางด้วย

นอกจากสภาพอากาศจะส่งผลต่อการส่งจรวดขึ้นสู่อวกาศแล้ว ยังส่งผลต่อความปลอดภัยในกรณีที่จำเป็นต้องยกเลิกภารกิจฉุกเฉินเนื่องจากระบบทางเทคนิคขัดข้องภายหลังจากที่ส่งออกไปแล้ว ซึ่งตรงนี้ผู้ส่งต้องมั่นใจว่าสภาพอากาศต้องอำนวยสำหรับการกลับมาลงของกระสวยอวกาศก่อนกำหนด หรือคลื่นลมในทะเลต้องอยู่ในมาตรฐานความปลอดภัยตามที่กำหนด สำหรับโมดูลลูกเรือ (Crew Module) ที่แยกตัวออกมาและกลับสู่มหาสมุทรโดยใช้ร่มชูชีพ ผู้ส่งจะต้องปฎิบัติตามหลักเกณฑ์ที่กำหนดเพื่อความปลอดภัยต่อมนุษย์อวกาศ, เจ้าหน้าที่ที่ฐานส่ง, ประชาชน และในตัวภารกิจเองเช่นกัน

ในทางกลับกัน ถ้าส่งนักบินอวกาศออกไปในสภาพอากาศที่เลวร้าย อาจเกิดผลกระทบต่อระบบการทำงานของจรวดจนทำให้เกิดความล้มเหลวในระดับที่รุนแรง หรือเกิดความหายนะได้ (Catastrophic Failure) ดังกรณีที่เคยเกิดขึ้นกับการส่งจรวดอะพอลโล (Apollo 12) ขึ้นสู่วงโคจร เมื่อวันที่ 14 พฤศจิกายน 2512 จรวดถูกฟ้าผ่าถึง 2 ครั้งภายในนาทีแรกหลังจากปล่อยขึ้นจากฐานยิงจรวด ทำให้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ล้มเหลวเกือบทั้งหมด แต่เจ้าหน้าที่ภาคพื้นดินสามารถแก้ไขปัญหาโดยใช้ระบบที่ไม่ได้เกิดความเสียหาย นำจรวดขึ้นสู่วงโคจร สามารถรักษาชีวิตนักบินอวกาศและภารกิจไว้สำเร็จ จากกรณีที่เกิดขึ้นทำให้เกิดข้อกำหนดห้ามส่งจรวดขึ้นสู่วงโคจรในกรณีที่จรวดมีเส้นทางวิ่งผ่านเมฆบางประเภท เช่น เมฆเป็นรูปทั่งตีเหล็ก เป็นต้น ซึ่งลักษณะทางกายภาพของเมฆ และพื้นผิวที่เป็นโลหะของจรวดจะทำให้เกิดสภาวะตัวนำ ล่อให้เกิดฟ้าผ่า ถึงแม้ขณะส่งสภาพอากาศจะปกติ ไม่มีฝนฟ้าคะนองก็ตาม (อ้างอิง https://www.livescience.com/apollo-12-lightning-launch.html)

อีก 1 ตัวอย่างจากกรณีที่องค์การบริหารการบินอวกาศสหรัฐฯ (นาซา) ตัดสินใจส่งยานอวกาศชาเลนเจอร์ (Challenger) ขึ้นสู่วงโคจร เมื่อวันที่ 28 มกราคม 2529 ท่ามกลางสภาพอากาศเย็นจัด โดยอุณหภูมิขณะส่งยานอวกาศอยู่ใกล้จุดเยือกแข็ง ซึ่งต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนดไปเพียง 20 องศาฟาเรนไฮต์ (11.1 องศาเซลเซียส) โดยเกณฑ์ดังกล่าวเป็นข้อกำหนดของ Solid Rocket Booster ซึ่งอุณหภูมิใกล้จุดเยือกแข็งดังกล่าวทำให้ระบบ O-Ring ที่ผนึกแยกเชื้อเพลิงล้มเหลว ทำให้เชื้อเพลิงรั่วและเกิดระเบิดหลังการส่งได้เพียง 73 วินาที ส่งผลให้นักบินอวกาศทั้ง 7 คนบนยานอวกาศเสียชีวิต (อ้างอิง https://en.wikipedia.org/wiki/Space_Shuttle_Challenger_disaster)

ในส่วนของการประเมินสถานการณ์ วิเคราะห์สภาพอากาศที่จะสามารถบอกได้ว่าควรจะดำเนินการต่อหรือยุติ ในทุกวันนี้เท่าที่ทราบยังไม่มีข้อกำหนดมาตรฐานที่เป็นสากล อย่างไรก็ตามผู้ส่งจรวดแต่ละรายจะใช้ข้อกำหนดที่มีการปฎิบัติกันมา ร่วมกับข้อกำหนดทางเทคนิค ซึ่งอาจแตกต่างกันในการนำส่งด้วยจรวดคนละชนิด โดยหลักแล้ว อุณหภูมิ, ความชื้นสัมพัทธ์, ความแรงลม และปริมาณฝน เป็นปัจจัยหลักสำคัญที่ต้องคำนึงถึงเป็นลำดับแรก ก่อนการส่งจรวดจะต้องมีการเช็คระบบต่างๆทั้งในส่วนของระบบของตัวจรวดเองและระบบภาคพื้นดิน (Launch Pad and Ground Mission Control) ว่าพร้อมสำหรับการนับถอยหลังแล้วหรือไม่ หากทุกระบบพร้อมและสภาพอากาศเป็นไปตามข้อกำหนด จึงจะเริ่มขั้นตอนการนับถอยหลัง

นอกจากนี้ ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่อาจมีผลต่อการส่งจรวด เช่น ความไม่ยินยอมหรืออนุญาตให้ใช้พื้นที่ในบางประเทศเป็นจุดตกของถังเชื้อเพลิง ซึ่งจรวดนำส่งจะต้องปลดแยกถังเชื้อเพลิง (Rocket Booster) ที่ใช้แล้วออก เพื่อลดน้ำหนักบรรทุก โดยถังเชื้อเพลิงจะตกกลับมายังบริเวณพื้นที่ๆกำหนดไว้ ที่ไม่มีประชาชนอาศัยอยู่ ซึ่งในบางประเทศอาจไม่ยินยอมให้ใช้พื้นที่ดังกล่าว อย่างเช่นกรณีที่เกิดขึ้นกับการส่งดาวเทียมธีออส (THEOS-1) หรือไทยโชตมาแล้ว ทำให้ต้องมีการเจรจาและเลื่อนกำหนดการส่งออกไป

หากมีเหตุการณ์ไม่คาดฝันเกิดขึ้น ระหว่างที่มีการส่งไปแล้ว จะมีการแก้ไขไขสถานการณ์ยังไง? ในขั้นตอนการนับถอยหลังก่อนการส่งจะมีการตรวจสอบและพร้อมสำหรับการยกเลิกในกรณีที่เกิดความผิดปกติหรือในกรณีหลังการปล่อยไปแล้ว จะมีโหมดยกเลิก หรือ Abort Mode ต่างๆ ของระบบจรวดที่สามารถสั่งการได้ในกรณีที่เกิดความผิดปกติ โดยสามารถยกเลิกได้ตามช่วงเวลาที่กำหนด ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นช่วงที่คาบเกี่ยวกับการจุดหรือปลดจรวดในแต่ละท่อน โดยหลังจาก Abort Mode ในแต่ละ mission แล้ว สิ่งที่เกิดขึ้นตามมาจะขึ้นอยู่กับภารกิจ เช่น กรณีที่ของกระสวยอวกาศ (Space Shuttle) ที่สามารถกลับมาลงจอดได้ จะมีการกำหนด Flight Path ในการกลับมาลง ณ ฐานปล่อยที่กำหนด (เช่น Kennedy Space Center หรือ Edwards Air Force Base) หรือมี Flight Crew Module ที่สามารถแยกตัวออกมาและกลับลงมาในบริเวณที่กำหนด (โดยมากจะเป็นพื้นที่ทะเล) หรือ กรณีนี้ใช้ร่มชูชีพ

กรณีอื่นๆ ที่นอกเหนือจากนี้ เช่น การปล่อยดาวเทียมหรือภารกิจที่ไม่มีนักบินอวกาศ จรวดนำส่งจะมีระบบทำลายตัวเอง เพื่อป้องกันอันตรายจากการตกกลับมายังพื้นที่ๆ มีประชาชนอยู่ โดยเป็นการสั่งการจากภาคพื้นดิน ทั้งนี้การส่งจรวดจะต้องกำหนดเส้นทางที่จรวดจะวิ่งผ่าน (Launch Course) ไม่ให้ผ่านบริเวณพื้นที่แผ่นดิน หรือให้ผ่านในช่วงที่สั้นที่สุด ฐานปล่อยจรวดต่างๆจึงมักอยู่ใกล้ทะเล เช่น ฐานปล่อยที่ Tanegashima ของ JAXA หรือ ศูนย์อวกาศเคนเนดี (Kennedy Space Center) ที่ เคปคานาเวอรัล