เผยวิธีชั่งน้ำหนักบนสถานีอวกาศนานาชาติ ISS โดยใช้กฎนิวตัน F = ma พร้อมสรุปภารกิจสำคัญ Expedition 73

การชั่งน้ำหนักร่างกายมนุษย์บนโลกเป็นสิ่งที่ทำได้ง่าย ๆ แต่บนอวกาศกลับกลายเป็นเรื่องที่ท้าทาย ล่าสุด นักบินอวกาศจอห์นนี่ คิม (Johnny Kim) วิศวกรการบินจาก NASA ได้อธิบายผ่านโซเชียลมีเดียเมื่อวันพฤหัสบดีที่ผ่านมาว่า แม้ในอวกาศจะอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนัก แต่ก็ไม่ได้ไร้มวล คำถามสำคัญคือจะวัดมวลของร่างกายได้อย่างไร?

คำตอบ คือ การใช้อุปกรณ์พิเศษ เช่น Body Mass Measurement Device หรือ BMMD ของรัสเซีย ซึ่งใช้อ้างอิงกฎข้อที่สองของนิวตัน F = ma หรือ แรงเท่ากับมวลคูณด้วยความเร่ง 

การทำงานของอุปกรณ์พิเศษ Body Mass Measurement Device หรือ BMMD

1. อุปกรณ์ทำงานภายใต้หลักการที่ว่า แม้จะอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักแต่มวลร่างกายยังคงอยู่ ดังนั้นจึงใช้หลักฟิสิกส์มาช่วยในการคำนวณ โดยอิงตามกฎข้อที่สองของนิวตัน F=ma ใช้องค์ประกอบสำคัญ คือ ระบบมวลติดสปริง (Mass-Spring System) ที่สร้างแรงคืนตัว เพื่อให้เกิด การแกว่ง (Oscillation) โดยนักบินอวกาศจะเข้าไปยึดติดกับอุปกรณ์เพื่อกลายเป็นส่วนหนึ่งของมวลรวมในระบบที่ถูกทำให้แกว่ง 

2. เมื่อนักบินอวกาศเริ่มใช้งาน BMMD จะกระตุ้นให้ร่างกายและสปริงเกิด การแกว่งตัวในแนวดิ่ง โดยที่อัตราเร็วของการแกว่งหรือที่เรียกว่า คาบ (Period) จะมีความสัมพันธ์โดยตรงกับมวลรวมทั้งหมด หากมวลร่างกายของนักบินอวกาศมีมาก การแกว่งของระบบจะเกิดขึ้นอย่างช้าลง ในทางกลับกัน หากมวลน้อย การแกว่งก็จะเร็วขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ระบบเซนเซอร์ของอุปกรณ์จะทำการวัดและบันทึกคาบของการแกว่งที่เกิดขึ้นซ้ำ ๆประมาณ 6 รอบ เพื่อให้ได้ข้อมูลที่แม่นยำ

3. ขั้นตอนสุดท้ายคือการนำข้อมูลคาบเวลาที่วัดได้มา คำนวณหามวลร่างกาย โดยใช้ค่าคงที่ของสปริง (Spring Constant) ที่ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้า ผลลัพธ์ที่ได้จากการวัดหลายครั้ง ปกติใช้ประมาณ 3 ครั้ง และจะถูกนำมาหาค่าเฉลี่ยเพื่อระบุมวลที่ถูกต้องของนักบินอวกาศ การวัดมวลประจำเดือนนี้มีความสำคัญต่อการเฝ้าระวังสุขภาพของลูกเรือ เพื่อติดตามการสูญเสียมวลกล้ามเนื้อและกระดูกที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง

นอกจากนี้ นักบินอวกาศจอห์นนี่ คิม (Johnny Kim) ได้จัดตั้งสถานีพักผ่อนชั่วคราวสำหรับลูกเรือ Soyuz MS-28 หนึ่งในสามคนที่กำลังจะเดินทางมาถึงในโมดูลห้องปฏิบัติการ Columbus ซึ่งจะทำให้จำนวนผู้อาศัยบนสถานีเพิ่มขึ้นเป็น 10 คนชั่วคราว 

ด้านนักบินอวกาศซีน่า คาร์ดแมน (Zena Cardman) ก็ได้ทำการเตรียมบรรจุชิ้นส่วนของชุดอวกาศ (EMUs หรือ Spacesuits) ที่มีกำหนดจะนำกลับสู่โลกด้วยยาน Soyuz MS-27 ของรัสเซีย ขณะที่นักบินอวกาศคิมิยะ ยูอิ (Kimiya Yui) จาก JAXA ได้บันทึกภาพภูเขาไฟฟูจิในประเทศญี่ปุ่นจากบน ISS เป็นการเก็บภาพสังเกตการณ์วงโคจรที่งดงาม
 
สำหรับภารกิจ Expedition 73 ขณะนี้ลูกเรือในภารกิจยังคงเดินหน้างานวิจัยวิทยาศาสตร์หลากหลายแขนงอย่างต่อเนื่อง โดยนักบินอวกาศไมค์ ฟิงค์ (Mike Fincke) วิศวกรการบินจาก NASA ได้ทำการทดลองชื่อ DROPLET เพื่อสังเกตการณ์ว่าอนุภาคเกาะติดกับหยดของเหลวและจัดเรียงตัวใหม่อย่างไรในสภาวะไร้น้ำหนัก โดยติดตั้งตัวอย่างภายในกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์

ขณะเดียวกันนักบินอวกาศซีน่า คาร์ดแมน (Zena Cardman) วิศวกรการบิน ได้ร่วมกับนักบินอวกาศไมค์ ฟิงค์ (Mike Fincke) ในการตรวจสอบการทำงานของอุปกรณ์สแกนใหม่ Ultrasound 3 ซึ่งสามารถใช้สแกนหัวใจและหลอดเลือดดำของลูกเรือ 

รวมถึงการถ่ายภาพภายในกระดูก อวัยวะ และเนื้อเยื่อ นอกจากนี้ นักบินอวกาศไมค์ ฟิงค์ (Mike Fincke) ยังทำงานวิจัยเรื่อง Stellar Stem Cells-2 ภายในกล่องถุงมือวิทยาศาสตร์ไมโครกราวิตี้ (Microgravity Science Glovebox) เพื่อศึกษาผลกระทบของสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงต่อเซลล์ต้นกำเนิดที่จะพัฒนาไปเป็นเซลล์หัวใจและเซลล์สมอง 

การวิจัยนี้มีความสำคัญต่อการแพทย์ฟื้นฟู (Regenerative medicine) ทั้งบนโลกและการบินอวกาศในอนาคต เนื่องจากพบว่าการเพาะเลี้ยงเซลล์เหล่านี้บนโลกนั้นมีประสิทธิภาพไม่เท่าที่ควร