ระบบขนส่งอวกาศ “สตาร์ชิป” ของอีลอน มัสก์ จะนำมนุษย์สู่การตั้งนิคมต่างดาวได้หรือไม่

อีลอน มัสก์ กำลังพัฒนายานขนส่งที่อาจกลายมาเป็น "ตัวเปลี่ยนเกม" สำหรับการเดินทางในห้วงอวกาศ ยานของเขาที่มีชื่อว่าสตาร์ชิป (Starship) ออกแบบให้เป็นระบบขนส่งอวกาศที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ทั้งหมด โดยจะพาผู้คนไปยังดาวอังคารได้มากถึงครั้งละ 100 คน

อันที่จริงปณิธานในการก่อตั้งบริษัทสเปซเอ็กซ์ ซึ่งเป็นกิจการขนส่งอวกาศภาคเอกชนของมัสก์นั้น ก็คือการทำให้มนุษย์สามารถใช้ชีวิตได้บนดาวหลายดวง เขาบอกว่าการเปิดทางให้มนุษย์ไปตั้งถิ่นฐานยังดาวดวงอื่นเช่นดาวอังคาร จะช่วยปกป้องรักษาอารยธรรมของโลกเราเอาไว้ได้ในกรณีที่ต้องเผชิญกับภัยพิบัติร้ายแรง เช่นเหตุอุกกาบาตยักษ์ชนโลก

เมื่อปี 2016 มัสก์เคยกล่าวเอาไว้ว่า "ประวัติศาสตร์จะแยกทางเดินออกเป็นสองทาง ทางหนึ่งคือเราเลือกอยู่บนโลกใบนี้ตลอดไปและต้องพบกับการสูญพันธุ์ในที่สุด อีกทางหนึ่งคือเลือกเป็นอารยธรรมที่สามารถท่องไปในห้วงอวกาศ และเป็นเผ่าพันธุ์ที่อาศัยอยู่บนดาวหลายดวง ผมหวังว่าคุณจะเห็นด้วยกับตัวเลือกที่สองนี้ว่าเป็นหนทางที่ถูกต้อง"

บุรุษผู้ก่อตั้งบริษัทสเปซเอ็กซ์มักพูดถึงความฝันของเขาที่จะสร้างเมืองบนดาวอังคารบ่อยครั้ง เขาเชื่อว่าการตั้งอาณานิคมต่างดาวจะต้องใช้ผู้คนจำนวนมาก เพื่อให้ระบบของเมืองสามารถดำรงอยู่ได้อย่างยั่งยืนด้วยตัวของมันเอง

การทำความฝันนี้ให้เป็นจริงจะต้องมียานพาหนะที่เหมาะสม ซึ่งสตาร์ชิปนั้นเป็นส่วนผสมของจรวดและยานอวกาศที่จะนำพาผู้คนไปถึงดาวอังคารได้ครั้งละกว่าร้อยคน

ระบบของยานนี้ได้รับการออกแบบให้นำกลับมาใช้ใหม่ได้ทั้งหมดในเวลาอันรวดเร็ว ซึ่งหมายความว่าส่วนประกอบหลักของจรวดและยานจะไม่ถูกทิ้งลงมหาสมุทร หรือถูกเผาไหม้หมดไปในชั้นบรรยากาศเหมือนกับจรวดขนส่งอื่น ๆ แต่มันจะกลับมาลงจอดยังพื้นโลก และพร้อมออกเดินทางขึ้นสู่ห้วงอวกาศได้ใหม่ครั้งแล้วครั้งเล่า

การนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างรวดเร็ว หมายถึงเมื่อสตาร์ชิปกลับจากห้วงอวกาศและลงสู่พื้นโลกแล้ว ยานจะได้รับการเติมเชื้อเพลิงขับดันและพร้อมจะออกบินได้อีกครั้งในทันที เหมือนกับเครื่องบินทั่วไปที่ใช้งานกันในทุกวันนี้ ซึ่งจะช่วยลดค่าใช้จ่ายที่เป็นต้นทุนของกิจการขนส่งอวกาศลงได้เป็นอย่างมาก

ภาพรวมของระบบขนส่งอวกาศ "สตาร์ชิป"

ในขณะที่ปล่อยขึ้นสู่ห้วงอวกาศ ยานสตาร์ชิปจะถูกติดตั้งบนยอดของจรวด "ซูเปอร์เฮฟวี" (Super Heavy) โดยทั้งตัวยานและจรวดรวมกันแล้วมีความสูง 120 เมตร และถูกเรียกรวมกันว่าระบบขนส่งอวกาศสตาร์ชิป

มาดูที่ตัวยานอวกาศความยาว 50 เมตรกันก่อน การที่มันมีกรวยจมูก (nosecone) และครีบสำหรับลงจอด (landing fin) ทำให้ยานที่สร้างจากสแตนเลสหรือเหล็กกล้าไร้สนิมลำนี้ ดูเหมือนกับ "ยานจรวด" จากยุคทองของนวนิยายวิทยาศาสตร์

ที่ส่วนหลังหรือด้านล่างของยาน ติดตั้งเครื่องยนต์แรปเตอร์ประสิทธิภาพสูง 6 ตัว ซึ่งสเปซเอ็กซ์ใช้เวลาพัฒนาเครื่องยนต์ชนิดนี้มาเป็นสิบปี การจุดระเบิดเครื่องยนต์ของยานสตาร์ชิปจะเกิดขึ้นในส่วนนี้ โดยมีการออกแบบมาเป็นพิเศษให้ประหยัดเชื้อเพลิงได้มากที่สุด

ส่วนกลางหรือลำตัวของยานเป็นที่บรรจุถังเชื้อเพลิง ซึ่งก็คือมีเทน (CH4) และออกซิเจนเหลว (O2) มีเทนนั้นเป็นตัวเชื้อเพลิงที่แท้จริง ในขณะที่ออกซิเจนเหลวทำหน้าที่เป็นสารออกซิไดซ์ซึ่งทำให้เชื้อเพลิงลุกไหม้ เชื้อเพลิงผสมสูตรนี้มีชื่อเรียกว่า "เมทาล็อกซ์"

(methalox)

สูตรเชื้อเพลิงดังกล่าวนับว่าแปลกใหม่มากสำหรับเครื่องยนต์จรวด แต่มีเทนนั้นสามารถสร้างแรงขับดันได้มหาศาล ทั้งยังเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมรอบคอบสำหรับแผนการเดินทางไปดาวอังคารของมัสก์ด้วย เนื่องจากผู้ก่อตั้งสเปซเอ็กซ์เคยบอกเอาไว้ว่า จะสามารถสังเคราะห์มีเทนได้จากแหล่งน้ำใต้ดินบนดาวอังคาร และจากคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่อย่างเข้มข้นในบรรยากาศของดาวเคราะห์สีแดง โดยใช้กระบวนการทางเคมีที่เรียกว่า "ปฏิกิริยาซาบาเทียร์" (Sabatier reaction)

การเติมเชื้อเพลิงเพื่อเดินทางกลับสู่โลกโดยใช้ทรัพยากรที่มีอยู่แล้วบนดาวอังคาร จะช่วยให้ระบบขนส่งอวกาศสตาร์ชิปอยู่ได้อย่างพอเพียงด้วยตัวเองในระดับหนึ่ง ทำให้การเดินทางไปกลับระหว่างโลกและดาวอังคารหลายเที่ยวสามารถเป็นไปได้และประหยัดค่าใช้จ่ายมากขึ้น

ส่วนหน้าสุดของยานหรือที่บางครั้งเรียกกันว่าจรวดส่วนบนนั้น เป็นพื้นที่เก็บสัมภาระขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถจะบรรทุกผู้คนจำนวนมากเพื่อเดินทางไปสู่จุดหมายในห้วงอวกาศลึกได้

มาดูกันที่ส่วนของจรวดซูเปอร์เฮฟวีบ้าง จรวดรุ่นนี้มีความยาว 70 เมตร และต้องเติมเชื้อเพลิงเมทาล็อกซ์ที่อยู่ในภาวะอุณหภูมิต่ำสุดขั้ว (cryogenic mathalox) ปริมาณ 3,400 ตัน เพื่อขับเคลื่อนเครื่องยนต์แรปเตอร์ 32 ตัว (จำนวนของเครื่องยนต์มีการปรับเปลี่ยนมาหลายครั้ง)

เครื่องยนต์และเชื้อเพลิงในรูปแบบนี้ ทำให้เกิดแรงขับดันได้สูงสุดถึง 70 เมกะนิวตัน สามารถขนสัมภาระที่หนักอย่างน้อย 100 ตัน ขึ้นสู่ห้วงอวกาศได้สบาย ทั้งยังสามารถบรรทุกสิ่งของที่หนักถึง 150 ตัน ขึ้นไปยังวงโคจรระดับต่ำของโลกได้อีกด้วย ทำให้จรวดซูเปอร์เฮฟวีนั้นทรงพลังยิ่งกว่าจรวด Saturn V ที่ใช้ในการเยือนดวงจันทร์ของโครงการอะพอลโล ระหว่างช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970

การปล่อยขึ้นสู่อวกาศและการเติมเชื้อเพลิง

เมื่อระบบขนส่งอวกาศสตาร์ชิปทะยานขึ้นจากฐานยิงปล่อย มันจะเริ่มไต่ระดับขึ้นไปสู่วงโคจรที่กำหนดไว้ และเมื่อตัวยานหรือจรวดส่วนบนแยกตัวออก จรวดซูเปอร์เฮฟวีจะพลิกตัวกลับขณะที่กำลังตกลงมาสู่พื้นโลก โดยใช้ส่วนประกอบทำจากเหล็กกล้าซึ่งเรียกว่า grid fin ที่มีลักษณะคล้ายครีบยื่นออกมาจากเครื่องยนต์ขับดัน เป็นตัวบังคับทิศทางในการลงจอด

ด้วยวิธีการนี้ จรวดจะกลับลงมาตั้งอยู่ที่ฐานได้โดยปลอดภัยและพร้อมจะทะยานขึ้นไปได้อีกครั้ง ทางบริษัทสเปซเอ็กซ์ยังมีแผนการจะใช้หอปล่อยจรวด (launch tower) เข้ารองรับตัวจรวดนำส่งยานที่ตกกลับลงมาโดยตรงอีกด้วย

ตามปกติแล้ว หอปล่อยจรวดคือโครงสร้างที่เปิดให้วิศวกรและลูกเรือเข้าถึงจรวดนำส่งและยานอวกาศได้ ในช่วงที่มันตั้งอยู่บนฐานก่อนการยิงปล่อย แต่ในกรณีที่บังคับให้จรวดตกกลับและนำมาใช้ใหม่ จะมีแขนทำจากเหล็กกล้าคู่หนึ่งยื่นออกมาจากหอปล่อยจรวด เพื่อรองรับจรวดนำส่งที่ตกกลับลงมา

ครีบโลหะ grid fin ของจรวดนำส่ง จะทำหน้าที่รองรับน้ำหนักขณะตกลงยังแขนรองรับของหอดังกล่าว ทำให้หอนี้มีชื่อเรียกขานกันแบบล้อเล่นว่า Mechazilla หรือ "ก็อดซิลล่าจักรกล" เพราะมีรูปทรงใหญ่โตมโหฬารคล้ายสัตว์ประหลาดจากภาพยนตร์ดังนั่นเอง

สำหรับยานสตาร์ชิปนั้น เมื่อแยกตัวจากจรวดนำส่งแล้วก็จะสามารถเข้าสู่ "วงโคจรจอดยาน" (parking orbit) เพื่อเติมเชื้อเพลิงขับดันอีกครั้งหนึ่งได้

มัสก์กล่าวไว้เมื่อปี 2017 ว่า "ถ้านำยานสตาร์ชิปขึ้นไปถึงวงโคจรแล้วไม่เติมเชื้อเพลิงอีกครั้ง ก็เท่ากับว่าคุณนำสัมภาระ 150 ตันขึ้นสู่วงโคจรระดับต่ำของโลกได้ แต่ไปไหนต่อไม่ได้อีกเลยหลังจากนั้น เพราะเชื้อเพลิงไม่พอ"

วิธีเติมเชื้อเพลิงของยานสตาร์ชิปที่มัสก์ออกแบบไว้นั้น ก็คือการจอดเชื่อมต่อเข้ากับยานสตาร์ชิปอีกลำหนึ่ง ซึ่งโคจรวนรอบโลกอยู่ตลอดเวลาเพื่อทำหน้าที่เป็นสถานีเติมเชื้อเพลิงโดยเฉพาะ

ใช้ยานสตาร์ชิปทำประโยชน์อะไรได้บ้าง

สำหรับการเดินทางระยะไกลเพื่อไปกลับระหว่างโลกและดาวอังคารนั้น มัสก์มีแผนจะกั้นห้องโดยสาร 40 ห้อง ใกล้กับส่วนหัวจรวดของยานสตาร์ชิป เพื่อให้ผู้โดยสารจำนวน 100 คน อยู่กันได้อย่างไม่แออัดห้องละ 2-3 คน ยานส่วนนี้ยังมีพื้นที่ใช้สอยส่วนกลาง ห้องเก็บของ โถงสำหรับพักผ่อน และห้องหลบภัยที่ผู้โดยสารสามารถมารวมตัวกัน เพื่อหลบเลี่ยงรังสีอันตรายขณะเกิดพายุสุริยะ

ยานสตาร์ชิปจะมีบทบาทสำคัญในโครงการอาร์ทีมิสขององค์การนาซา ซึ่งมีเป้าหมายให้มนุษย์ตั้งถิ่นฐานระยะยาวบนดวงจันทร์ด้วย โดยเมื่อปีที่แล้วนาซาให้สัมปทานแก่สเปซเอ็กซ์ เพื่อออกแบบดัดแปลงยานสตาร์ชิปให้เหมาะกับการนำนักบินอวกาศลงสู่พื้นผิวดวงจันทร์ให้ได้ ภายในช่วงเวลาสิบปีข้างหน้านี้

อย่างไรก็ตาม ยานสตาร์ชิปแบบที่ใช้ในโครงการอาร์ทีมิสจะไม่มีเกราะป้องกันความร้อนหรือปีกช่วยพยุงตัวสำหรับการเดินทางขากลับสู่โลก เพราะยานจะโคจรค้างอยู่ในห้วงอวกาศโดยวนรอบดวงจันทร์ เพื่อให้พร้อมต่อการขึ้นลงระหว่างพื้นผิวดวงจันทร์และวงโคจรของดวงจันทร์ได้หลายครั้ง

นอกจากนี้ ยานสตาร์ชิปยังเหมาะที่จะใช้ปล่อยดาวเทียมหรือวัตถุอวกาศขนาดใหญ่อื่น ๆ ที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้น โดยส่วนบรรทุกสัมภาระของยานนั้นสามารถเปิดกว้างออกได้เหมือนปากจระเข้ ความสามารถในการบรรทุกน้ำหนักมาก ยังทำให้ใช้งานในภารกิจสำรวจต่างดาวด้วยหุ่นยนต์ หรือปล่อยกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นใหม่ที่ใหญ่ยิ่งกว่ากล้อง JWST ก็ยังได้

ในด้านธุรกิจแล้ว ยานสตาร์ชิปสามารถใช้เป็นพาหนะเดินทางไปยังสถานที่ต่าง ๆ บนโลกได้อย่างรวดเร็ว ทั้งยังเป็นยานหลักสำหรับการท่องเที่ยวอวกาศ ซึ่งในปี 2023 นี้ ยานสตาร์ชิปมีกำหนดจะพานักท่องเที่ยวชุดแรกเดินทางชมห้วงอวกาศรอบดวงจันทร์ โดยมีนายยูซาคุ มาเอะซาวะ มหาเศรษฐีญี่ปุ่นตีตั๋วจองทริปที่น่าตื่นเต้นนี้เอาไว้แล้ว

ตัวยานสตาร์ชิปลงจอดอย่างไร

ตามปกติแล้วยานหรือกระสวยอวกาศใช้วิธีลงจอดด้วยร่มชูชีพ หรือไม่ก็เป็นระบบลงจอดบนลานบินหรือรันเวย์ แต่ยานสตาร์ชิปนั้นต่างออกไป

เมื่อยานเริ่มกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลก มันจะพุ่งเข้ามาโดยวางตัวในแนวเฉียง 60 องศา จากนั้นจะปรับท่าทางอีกครั้งให้อยู่ในแนวราบแล้วทิ้งตัวลงไปทั้งอย่างนั้น มีเพียงปีกเล็กที่ส่วนหัวและท้ายคอยช่วยพยุงและบังคับทิศทาง เหมือนกับผู้เล่นกีฬาดิ่งเวหาหรือสกายไดฟ์ที่กางแขนขาออกมาไม่มีผิด

ข้อเสียของการลงสู่พื้นในระยะนี้ก็คือตัวยานจะไม่เสถียร และต้องอาศัยโชคที่ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศในขณะนั้นอย่างมาก มัสก์บอกว่าวิธีดังกล่าวเป็นการพยายามสร้างแรงต้าน (drag force) มากกว่าการสร้างแรกยกแบบอากาศยานทั่วไป แต่เมื่อตัวยานตกลงใกล้ถึงพื้นก็จะมีความเร็วลดลงมากพอ จนสามารถจุดระเบิดเครื่องยนต์เพื่อพลิกกลับตัวยานให้ลงจอดในแนวตั้งได้

มัสก์บอกว่าเครื่องยนต์แรปเตอร์จะช่วยปรับทิศทาง ให้ยานลงจอดบนขาหยั่งได้อย่างปลอดภัยตรงตามตำแหน่งที่กำหนดไว้ โดยระบบลงจอดนี้สามารถใช้กับพื้นผิวของดาวเคราะห์ดวงใดก็ได้ในระบบสุริยะ และในอนาคตยานจะไม่ต้องหมุนตัวหรือกลับหัวเพื่อเตรียมลงจอดอีกต่อไป แต่จะสามารถใช้หอปล่อยจรวดเข้ามารองรับโดยตรงได้

ยานสตาร์ชิปจะเดินทางได้จริงเมื่อไหร่

ในช่วงสองสามปีที่ผ่านมา มีการผลิตยานต้นแบบของสตาร์ชิปมากมายหลายแบบ และมีการทดลองยิงปล่อยยานต้นแบบเหล่านี้หลายครั้ง ที่ฐานปฏิบัติการของสเปซเอ็กซ์ในรัฐเทกซัส

เมื่อปี 2019 ยานต้นแบบเพื่อการทดสอบ Starhopper ความยาว 39 เมตร สามารถทะยานขึ้นสู่ท้องฟ้าได้ถึงระดับความสูงจากพื้นดิน 150 เมตร

ต่อมามีการสร้างต้นแบบยานสตาร์ชิปรุ่น SN8 ซึ่งเป็นรุ่นแรกที่มีกรวยจมูกและปีกเล็กพยุงตัว โดยการทดสอบยานนี้เมื่อเดือนธันวาคม 2020 พบว่ามันสามารถทะยานขึ้นไปถึงระดับความสูง 12.5 กิโลเมตรเหนือพื้นโลก และตกกลับลงมาด้วยท่าทิ้งตัวในแนวราบตามที่วางแผนไว้ แต่ยานตกลงมาเร็วและแรงเกินไปจนเกิดระเบิดเสียหาย

ยานต้นแบบของสตาร์ชิปเกิดระเบิดในการทดสอบอีกถึง 3 ครั้ง จนกระทั่งยานรุ่น SN15 ประสบความสำเร็จในการลงจอดอย่างนุ่มนวลได้เมื่อเดือนพฤษภาคม 2021

สเปซเอ็กซ์มีแผนจะทดสอบระบบขนส่งอวกาศสตาร์ชิปที่พัฒนาถึงขั้นล่าสุด โดยจะทดลองปล่อยขึ้นสู่วงโคจรโลกครั้งแรก ภายในปี 2022 นี้