อดีตวิศวกร NASA เผยทำไมจอดยานบนดวงจันทร์ให้ตั้งตรงนั้นยากมาก ?

เมื่อไม่นานนี้ ยานสำรวจดวงจันทร์โอดิสซิอุส (Odysseus) ลงจอดที่ดวงจันทร์ได้สำเร็จตามการประกาศอย่างเป็นทางการ แต่ว่าการลงจอดมีลักษณะแบบเอียง รวมไปถึงขายานก็เกิดการหักผิดรูป จนทำให้มีอดีตวิศวกรที่ทำงานกับองค์การบริหารการบินและอวกาศ หรือนาซา (NASA) ได้ออกมาอธิบายหลักการทางฟิสิกส์และอวกาศว่าปัญหาต่าง ๆ เหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร

ข้อมูลพื้นฐานยานสำรวจดวงจันทร์โอดิสซิอุส (Odysseus)

ยานสำรวจดวงจันทร์โอดิสซิอุส (Odysseus) พัฒนาโดยบริษัท อินทูอิทีฟ แมชชีนส์ (Intuitive Machines) สูง 4.3 เมตร เส้นผ่านศูนย์กลาง 1.57 เมตร มีอุปกรณ์ทดลองทางวิทยาศาสตร์กว่า 12 ชิ้น ทำให้มีน้ำหนักรวมกว่า 675 กิโลกรัม  

ยานสำรวจดวงจันทร์โอดิสซิอุสได้ลงจอดบริเวณหลุมอุกกาบาตมาลาเพิร์ต เอ (Malapert A) ห่างจากขั้วใต้ของดวงจันทร์ 300 กิโลเมตร ในช่วงเวลาเช้ามืดของวันที่ 23 กุมภาพันธ์ ตามเวลาในประเทศไทยที่ผ่านมา แต่ปัญหาคือมันจอดท่าเอียงตะแคงข้างและไม่สามารถทำงานได้ตามปกติส่งผลให้ยานทำงานได้ไม่เต็มที่ โดยภาพถ่ายแรกที่ส่งกลับมายังโลกนั้นพบว่ามีฝุ่นเต็มพื้นที่ พร้อมขาที่หักและจม แล้วทั้งหมดนี้มันเกิดขึ้นได้อย่างไร

คำอธิบายถึงการที่ยานสำรวจดวงจันทร์โอดิสซิอุส (Odysseus) เสียหลักบนดวงจันทร์

ดร.ฟิล เมตซ์เกอร์ (Dr. Phil Metzger) เป็นอดีตวิศวกรที่องค์การบริหารการบินและอวกาศ หรือนาซา (NASA) ได้ออกมาวิเคราะห์และแสดงความเห็นบนบัญชีเอกซ์ (X, Twitter) ของตัวเอง โดยเริ่มอธิบายจากหลักการทางฟิสิกส์ถึงเรื่องของสมดุลและการเคลื่อนที่ พร้อมอธิบายความเป็นไปได้ว่ามาจาก 3 ปัจจัย ได้แก่

 1.ความคลาดเคลื่อนในการนำทางยาน (Navigation error) 

 2. ความล้มเหลวในการสั่งการและควบคุมตัวยาน (Control failure) 

 3. การที่พื้นผิวลงจอดไม่เสมอระดับ (Unlevel terrain) จนทำให้ยานไม่ได้ลงจอดตามปกติ เพราะมีส่วนที่แตะพื้นก่อน แล้วผลักตัวยานจนเกิดการหมุน

ดร.ฟิล เมตซ์เกอร์ ให้ข้อมูลว่าแท้จริงแล้วการหมุนของยานบนดวงจันทร์นั้นง่ายมาก โดยเริ่มจากอธิบายว่าในสภาวะปกติบนพื้นโลก การหมุนหรือการเสียหลักจะเกิดขึ้นตอนที่วัตถุเสียการทรงตัวคืออยู่นอกจุดศูนย์ถ่วง (Centre of Gravity)

แต่ในกรณีของยานที่อยู่บนดวงจันทร์นั้นมีโอกาสหมุนได้ง่ายมากขึ้น เนื่องจากจากการที่แรงโน้มถ่วงบนดวงจันทร์น้อยกว่าโลกถึง 6 เท่า แรงที่จะดึงยานให้ตั้งกับพื้นเหมือนที่คนยืนบนโลกจึงน้อยกว่าตามไปด้วย ซึ่งแปลว่าถ้าใช้ความเร็วลงจอดไม่ถูกต้องเพียงนิดเดียวยานก็หมุนได้ทันที

ด้วยเหตุนี้ ยานสำรวจดวงจันทร์โอดิสซิอุส (Odysseus) ที่คาดว่าจะมีความเร็วตอนลงจอดสูงเกินไปขณะลงจอด รวมกับการควบคุมสมดุลยานที่ไม่ดีจากน้ำหนักตัวที่มาก และพื้นผิวที่ขรุขระจนระบบนำทางและวัดระยะลึกทำงานไม่สมบูรณ์ จนเป็นเหตุให้ยานเกิดการเสียสมดุลในที่สุด ซึ่งปัญหาในลักษณะคล้ายกันนี้ก็คาดว่าเกิดกับยานเอสแอลไอเอ็ม (SLIM: Smart Lander for Investigating Moon) ขององค์การสำรวจอวกาศญี่ปุ่น (JAXA) ที่ลงจอดบนดวงจันทร์เมื่อปลายเดือนมกราคมเสียสมดุลด้วยเช่นกัน

หมายเหตุสำหรับรายละเอียดเชิงฟิสิกส์: Dr. Metzger อธิบายในรูปแบบพลังงานศักย์ที่กระทำกับตัวยานที่สัมพันธ์กับความเร็วในทิศทางข้าง (sideways velocity) ว่าการหมุนจะเกิดขึ้นเมื่อความเร็วดังกล่าวมากกว่าสัดส่วนความยาวของขายานและแรงโน้มถ่วง ( v > sqrt (2gh)) และด้วยเหตุผลที่ว่าแรงโน้มถ่วงบนดวงจันทร์น้อยกว่าโลก 6 เท่า ความเร็วที่ว่านี้จึงมีค่าน้อยมากตามไปด้วย และความสัมพันธ์นี้ยังอธิบายว่าขาตั้งยานที่แคบและทำมุมลาดชันกว่าจะมีโอกาสล้มหรือหมุนได้ง่ายกว่าตามไปด้วย

ข้อมูลจาก Dr. Phil Metzger via X, Futurism

ภาพจาก Intuitive Machines