ทำไมกระเบื้องกันความร้อนของยาน Starship เปลี่ยนเป็นสีส้มขาวหลังจากกลับจากชั้นบรรยากาศโลก ?

การทดสอบเที่ยวบินที่ 10 และ 11 ของยาน Starship ด้วยการลงจอดอย่างนุ่มนวลในมหาสมุทรอินเดีย นับเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญของบริษัท SpaceX อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ดึงดูดความสนใจของผู้คนคือสีที่เปลี่ยนไปอย่างเห็นได้ชัดของตัวยาน 

โดยเฉพาะสีส้มที่โดดเด่นและสีขาวที่ปรากฏขึ้นบนส่วนกระเบื้องกันความร้อนของยาน สีที่แตกต่างจากพื้นผิวสแตนเลสสีเงินและแผ่นกระเบื้องกันความร้อนสีดำที่ครอบคลุมยาน  Starship นำไปสู่การคาดเดามากมายว่าแผ่นกันความร้อนเสียหายหรือไม่ ?

การทำความเข้าใจประสิทธิภาพของระบบป้องกันความร้อน (Heat Shield) ถือเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของภารกิจนี้ เนื่องจากเทคโนโลยีนี้เป็นกุญแจสำคัญที่จะทำให้ Starship สามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นสิ่งที่ยานอวกาศขนาดใหญ่ที่กลับจากวงโคจรยังไม่เคยทำได้สำเร็จมาก่อน

การเกิดออกซิเดชันของแผ่นทดสอบโลหะ

อีลอน มัสก์ ผู้ก่อตั้งบริษัท SpaceX ได้ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ โดยระบุว่าสีแดง หรือบางคนมองเป็นสีส้มหรือสีสนิม นั้นเกิดจาก แผ่นกันความร้อนทดสอบที่เป็นโลหะที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidized)

และสำหรับ สีขาว นั้น มาจาก ฉนวนกันความร้อนในบริเวณที่ SpaceX จงใจถอดแผ่นกันความร้อนออกไป การกระทำนี้เป็นการจงใจออกแบบเพื่อทดสอบขีดจำกัดของตัวยาน Starship ให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้

ข้อมูลที่สำคัญ คือ จากการสังเกตและภาพถ่ายความละเอียดสูงใหม่ ยืนยันว่า แผ่นกันความร้อนส่วนใหญ่ยังคงยึดติดอยู่กับตัวยานเกือบทั้งหมด ซึ่งเป็นข่าวดีอย่างยิ่งสำหรับความก้าวหน้าในการอัพเกรดระบบป้องกันความร้อนล่าสุด

การทดสอบแผ่นกันความร้อนชนิดใหม่

สำหรับสีส้มที่ปรากฏนี้เชื่อมโยงกับการทดสอบแผ่นกันความร้อนชนิดใหม่ที่ SpaceX นำมาใช้ในเที่ยวบินนี้ แบ่งออกเป็น 2 ประเด็นหลัก ๆ ด้วยกัน

1. การเกิดสนิมและการแพร่กระจาย บริษัท SpaceX ได้ทำการทดสอบแผ่นป้องกันความร้อนที่เป็นโลหะ (Metallic thermal protection tiles) ซึ่งคาดว่าเป็นสแตนเลส ภายใต้ความร้อนสูงจัดขณะกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ (Re-entry) 

วัสดุโลหะเหล่านี้อาจเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันหรือเสื่อมสภาพลง (Burned or rusted) วัสดุที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันแล้ว เช่น สนิม หรือ Iron oxide หากกระเบื้องมีเหล็ก อาจถูกพัดพาโดยคลื่นกระแทกเหนือเสียง (Supersonic shock wave) และกระจายไปทั่วพื้นที่กว้าง ทำให้เกิดรอยสีส้มที่เห็นได้ชัด

2. การสังเกตจากผู้เชี่ยวชาญ พบมีข้อสังเกตว่าบริเวณสีส้มนี้ปรากฏขึ้นโดยมีความเข้มข้น และดูเหมือนจะมีจุดเริ่มต้นจากบริเวณที่มีการติดตั้งแผ่นกันความร้อนทดสอบที่เป็นโลหะ หากแผ่นกันความร้อนโลหะทดสอบที่สร้างสีส้มนี้ใช้งานได้ดี Starship V3 ที่นำกลับมาใช้ซ้ำได้อาจจะมีลักษณะเป็นสแตนเลสสีเงินด้านหนึ่งและมีสีส้มอีกด้านหนึ่ง

สมมติฐานเกี่ยวกับระบบทำความเย็น

นอกจากคำอธิบายเกี่ยวกับการเกิดออกซิเดชันของแผ่นโลหะแล้ว ยังมีสมมติฐานที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับระบบทำความเย็น

1. การใช้สารหล่อเย็น (Coolant) บางทฤษฎีเสนอว่าปรากฏการณ์สีส้มอาจไม่ได้เกิดจากตัวแผ่นกันความร้อนเอง แต่เกิดจากสารหล่อเย็น (Coolant) ที่ใช้ร่วมกับแผ่นเหล่านั้น เป็นไปได้สูงว่าบริษัท SpaceX ใช้เชื้อเพลิงขับดันของยาน Starship เป็นสารหล่อเย็น 

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ออกซิเจนเหลว (Liquid Oxygen หรือ LOX) เนื่องจากมีปริมาณมากและสามารถสร้างผลกระทบที่สอดคล้องกับภาพที่เห็นได้ และบริษัทไม่เปิดเผยรายละเอียดดังกล่าว และมันยังเป็นเพียงแค่สมมติฐาน

2. บทบาทของออกซิเจนเหลว (LOX) อาจส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนสีได้สองทาง คือ อาจทำให้แผ่นโลหะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันโดยตรง หรืออาจรั่วไหลออกจากจุดติดตั้งแผ่นโลหะ และเมื่อสัมผัสกับความร้อนสูงจัดในการกลับเข้าสู่บรรยากาศ ออกซิเจนก็จะยิ่ง เร่งการเผาไหม้ และเปลี่ยนรูปลักษณ์ของแผ่นกันความร้อนให้เป็นสีส้ม

3. การทดสอบระบบทำความเย็นแบบแอคทีฟ หากทฤษฎีสารหล่อเย็นเป็นจริง การปรากฏตัวของสีส้มขาวอาจแสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าในการทดสอบระบบทำความเย็นแบบแอคทีฟ (Active Cooling System) สำหรับแผ่นกันความร้อน ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญสำหรับภารกิจในอนาคต

ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าระบบป้องกันความร้อนของยาน Starship มีความก้าวหน้าอย่างมาก แม้ว่าการพัฒนาแผ่นกันความร้อนแบบที่นำกลับมาใช้ซ้ำได้อย่างรวดเร็วจะเป็นปัญหาที่ยังไม่เคยมีใครแก้ไขได้สำเร็จ แต่ข้อมูลที่ได้จากการทดสอบเชิงรุกในเที่ยวบินนี้จะช่วยให้วิศวกรสามารถปรับปรุงวัสดุ ระบบทำความเย็น และชั้นป้องกันได้อย่างตรงจุด เพื่อให้ Starship ใกล้สู่เป้าหมายในการนำกลับมาใช้งานได้อย่างแท้จริง