เบื้องหลังเครือข่ายสื่อสาร Deep Space Network เลเซอร์อัจฉริยะในภารกิจ Artemis ll

ภารกิจอาร์เทมิส 2 (Artemis II) ขององค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติสหรัฐ หรือ นาซา (NASA) นับเป็นก้าวสำคัญของมนุษยชาติในการกลับไปสำรวจดวงจันทร์อีกครั้ง หลังจากห่างหายจากภารกิจมนุษย์อวกาศมากว่า 50 ปี ภารกิจนี้จะพานักบินอวกาศ 4 คน เดินทางด้วยยานโอไรออน (Orion) โคจรรอบดวงจันทร์ โดยไม่ลงจอด เพื่อทดสอบระบบสำคัญก่อนภารกิจลงจอดจริงใน Artemis III และเป็นฐานสู่เป้าหมายระยะยาวในการเดินทางไปดาวอังคาร 

อย่างไรก็ตาม ความสำเร็จของภารกิจไม่ได้พึ่งพาเพียงจรวดหรือยานอวกาศ แต่ยังขึ้นอยู่กับระบบเครือข่ายการสื่อสารที่ต้องทำงานอย่างแม่นยำตลอดระยะทางกว่า 384,000 กิโลเมตร ระหว่างโลกกับดวงจันทร์

ระบบการสื่อสารในอวกาศไม่ใช่แค่ส่วนเสริม แต่เป็นหัวใจหลักของความปลอดภัยและการตัดสินใจของภารกิจ การเชื่อมต่อที่เสถียรช่วยให้ศูนย์ควบคุมภารกิจสามารถติดตามสถานะยาน ส่งคำสั่ง วิเคราะห์ข้อมูลแบบเกือบเรียลไทม์ รวมถึงเปิดโอกาสให้นักบินอวกาศติดต่อสื่อสารกับครอบครัวบนโลก ซึ่งมีผลต่อสภาพจิตใจของลูกเรือในภารกิจระยะไกล

ภารกิจ Artemis II อยู่ภายใต้การดูแลของโครงการสื่อสารและการนำทางอวกาศ หรือ สแกน (Space Communications and Navigation - SCaN) โดยอาศัยเครือข่ายหลักสองระบบทำงานร่วมกัน เริ่มจาก Near Space Network ซึ่งบริหารโดยศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ด (Goddard Space Flight Center) ทำหน้าที่ดูแลการสื่อสารและการนำทางในช่วงปล่อยยานและการโคจรรอบโลก ผ่านสถานีภาคพื้นดินและดาวเทียมรีเลย์จำนวนมากทั่วโลก เมื่อยานโอไรออนจุดระเบิดเครื่องยนต์เข้าสู่เส้นทางมุ่งหน้าดวงจันทร์ หรือ Translunar Injection ภาระการสื่อสารจะถูกส่งต่อไปยัง Deep Space Network ซึ่งบริหารโดยห้องปฏิบัติการขับเคลื่อนไอพ่น (Jet Propulsion Laboratory – JPL)

สำหรับเครือข่าย Deep Space Network ประกอบด้วยจานสายอากาศวิทยุขนาดยักษ์ 3 แห่ง ตั้งอยู่ในรัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสเปน และประเทศออสเตรเลีย วางตำแหน่งห่างกันราว 120 องศารอบโลก เพื่อให้สามารถติดต่อยานอวกาศได้ต่อเนื่องเกือบตลอด 24 ชั่วโมง เครือข่ายนี้รองรับการสื่อสารกับยานอวกาศที่อยู่ห่างจากโลกหลายล้านกิโลเมตร และเคยมีบทบาทสำคัญในภารกิจระดับตำนาน เช่น อะพอลโล (Apollo), วอยเอเจอร์ (Voyager) และยานสำรวจดาวอังคารหลายรุ่น

นอกจากระบบวิทยุแบบดั้งเดิมแล้ว Artemis II ยังเป็นเวทีทดสอบเทคโนโลยีใหม่ คือ ระบบสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์บนยานโอไรออน หรือ Orion Artemis II Optical Communications System เทคโนโลยีนี้สามารถส่งข้อมูลได้มากกว่าการสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุในระดับเดียวกันถึงประมาณ 100 เท่า ช่วยเพิ่มความสามารถในการส่งวิดีโอความละเอียดสูง ข้อมูลวิทยาศาสตร์ และข้อมูลสถานะยานในปริมาณมาก ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญต่อการพัฒนาเครือข่ายสื่อสารบนดวงจันทร์และดาวอังคารในอนาคต

อย่างไรก็ตาม ความท้าทายสำคัญของการสื่อสารอวกาศยังคงอยู่ เมื่อยานโอไรออนโคจรไปอยู่ด้านหลังของดวงจันทร์ จะเกิดช่วงสัญญาณขาดหาย หรือ แบล็กเอาต์ (Blackout) นานประมาณ 41 นาที เนื่องจากดวงจันทร์บังสัญญาณวิทยุระหว่างยานกับโลก เหตุการณ์ลักษณะนี้เคยเกิดขึ้นเป็นปกติในยุค Apollo โดยทันทีที่ยานกลับเข้าสู่ฝั่งที่มองเห็นโลก Deep Space Network จะทำการจับสัญญาณอีกครั้งอย่างรวดเร็วเพื่อกู้คืนการติดต่อ

และเพื่อแก้ปัญหาจุดบอดสัญญาณในระยะยาว NASA ได้ริเริ่มโครงการ Lunar Communications Relay and Navigation Systems โดยร่วมมือกับภาคอุตสาหกรรมเพื่อพัฒนาเครือข่ายดาวเทียมรีเลย์รอบดวงจันทร์ ในปี 2024 NASA ได้คัดเลือกบริษัท อินทูอิทีฟ แมชชีนส์ (Intuitive Machines) ให้พัฒนาระบบรีเลย์ดวงจันทร์ชุดแรก เพื่อสาธิตการใช้งานในภารกิจ Artemis III เครือข่ายนี้จะช่วยเพิ่มความแม่นยำด้านการนำทาง และรองรับการสื่อสารแบนด์วิดท์สูงสำหรับนักบินอวกาศ ยานลงจอด และสถานีบนพื้นผิวดวงจันทร์ในอนาคต

ตั้งแต่การปล่อยยานขึ้นจากโลก ไปจนถึงการกลับลงสู่มหาสมุทร เครือข่ายการสื่อสารของ NASA ทำหน้าที่เสมือนระบบประสาทหลักของภารกิจ Artemis II เชื่อมโยงมนุษยชาติบนโลกเข้ากับการสำรวจอวกาศลึก และตอกย้ำว่า การกลับไปดวงจันทร์ในศตวรรษที่ 21 ไม่ได้วัดกันแค่พลังจรวด แต่รวมถึงความสามารถในการสื่อสารอย่างต่อเนื่องในทุกย่างก้าวของภารกิจ