ยานอวกาศในอนาคตอาจซ่อมแซมตัวเองได้ด้วยวัสดุอัจฉริยะ HealTech

นักวิทยาศาสตร์เผยความก้าวหน้าสำคัญในการพัฒนาวัสดุอัจฉริยะที่อาจทำให้ยานอวกาศในอนาคตความสามารถตรวจจับและซ่อมแซมความเสียหายของโครงสร้างได้เองขณะอยู่ในวงโคจร ซึ่งเทคโนโลยีนี้จะช่วยให้ภารกิจอวกาศระยะยาวและยานพาหนะอวกาศแบบนำกลับมาใช้ใหม่ (Reusable launch vehicles) มีความทนทานและปลอดภัยมากยิ่งขึ้น 

นักวิทยาศาสตร์ชาวยุโรป ภายใต้การสนับสนุนขององค์การอวกาศยุโรป (ESA) กำลังทดสอบวัสดุคอมโพสิตแบบใหม่ที่มีชื่อว่า "HealTech" ภายใต้โครงการ Project Cassandra หรือโครงการตรวจจับและการซ่อมแซมอัตโนมัติแบบผสมผสาน

นวัตกรรมนี้เป็นการรวมเอาระบบตรวจจับความเสียหายและการซ่อมแซมเข้าไว้ด้วยกันในโครงสร้างเดียว โดยประกอบไปด้วยเซนเซอร์ ชิ้นส่วนทำความร้อน และวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ที่สามารถรักษาตัวเองได้

หลักการทำงานของระบบซ่อมแซมตัวเอง

โดยทั่วไปแล้วคาร์บอนไฟเบอร์มักถูกนำมาใช้สร้างยานอวกาศเนื่องจากมีน้ำหนักเบาและแข็งแรงสูง แต่มักจะเกิดรอยร้าวขนาดเล็ก (Microscopic cracks) จากแรงสั่นสะเทือนขณะปล่อยยาน ความเครียดของโครงสร้าง หรือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแบบฉับพลัน

ระบบอัจฉริยะนี้จึงแก้ปัญหาโดยการฝังเซนเซอร์แบบใยแก้วนำแสง (Fiber-optic sensors) ไว้ในชั้นคอมโพสิตเพื่อคอยตรวจสอบและระบุตำแหน่งของรอยร้าวอย่างต่อเนื่อง

เมื่อเซนเซอร์ตรวจพบความเสียหาย โครงข่ายชิ้นส่วนทำความร้อนขนาดเล็กซึ่งทำจากอลูมิเนียมพิมพ์ 3 มิติ จะเพิ่มอุณหภูมิในบริเวณดังกล่าวให้สูงถึงประมาณ 100 ถึง 140 องศาเซลเซียส ความร้อนระดับนี้จะทำให้วัสดุ HealTech อ่อนตัวลง ส่งผลให้สารซ่อมแซมพิเศษที่ซ่อนอยู่ภายในชั้นคาร์บอนไฟเบอร์ไหลเข้าไปผสานรอยร้าวต่างๆ และฟื้นฟูความแข็งแรงของโครงสร้างให้กลับมาเหมือนเดิม

ก้าวต่อไปของนวัตกรรมอวกาศ

โครงการนี้เกิดจากความร่วมมือระหว่างบริษัท CompPair และ CSEM จากประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ร่วมกับบริษัท Com&Sens จากประเทศเบลเยียม ปัจจุบัน ทีมวิจัยได้ทำการทดสอบโครงสร้างต้นแบบขนาดความกว้าง 16 นิ้ว หรือ 40 เซนติเมตร ได้สำเร็จ โดยพบว่าระบบสามารถตรวจจับรอยร้าว กระจายความร้อนไปยังจุดที่เสียหายได้อย่างแม่นยำ และฟื้นฟูความแข็งแรงได้จริง

ขั้นตอนต่อไปคือการเตรียมทดสอบการดัดแปลงวัสดุนี้กับชิ้นส่วนที่มีรูปทรงใหญ่ขึ้น เช่น ถังเชื้อเพลิงไครโอเจนิกแบบเต็มรูปแบบ

เบอร์นาร์ด เดโคติญี (Bernard Decotignie) จากองค์การอวกาศยุโรป (ESA) ระบุว่าเทคโนโลยีนี้จะมีประโยชน์อย่างมหาศาลต่อระบบขนส่งอวกาศ เพราะจะช่วยพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้และช่วยลดต้นทุนในการทำภารกิจ

และหากโครงสร้างสามารถซ่อมแซมตัวเองได้มันจะช่วยลดระยะเวลาในการตรวจสอบ และประหยัดค่าบำรุงรักษาระหว่างเที่ยวบินแต่ละรอบ อีกทั้งยังช่วยยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนยานอวกาศที่ต้องเผชิญกับสภาวะรุนแรงบนอวกาศให้ยาวนานขึ้นอีกด้วย