ผู้อ่านหลายท่านอาจจะคงจำได้ถึงฉากในภาพยนตร์ชื่อดัง "อพอลโล 13 (Apollo 13)" โดยเฉพาะในช่วงเวลาที่ยานบังคับการ (command module) หรือ โอเดสซี่ (Odyssey) ของยานอพอลโล 13 กำลังเดินทางกลับสู่ชั้นบรรยากาศโลก โดยฉากในภาพยนตร์ดังกล่าวได้แสดงให้เห็นว่าผู้คนทั่วทั้งประเทศสหรัฐอเมริกาส่งแรงใจและสวดมนต์ให้นักบินอวกาศทั้ง 3 คนนำยานบังคับการของอพอลโล 13 เดินทางกลับสู่โลกอย่างปลอดภัย
ฮุสตัน เรา(อพอลโล 13) มีปัญหา !!!
ถ้าเป็นในสภาวะปกติทั่วไปแล้ว ยานอวกาศสามารถเดินทางกลับสู่โลกได้อย่างปลอดภัยโดยใช้ระบบการบินอัตโนมัติและระบบนำร่องที่ควบคุมโดยคอมพิวเตอร์
แต่ในกรณีของอพอลโล13 เป็นเหตุการณ์ที่ไม่ปกติ เนื่องจากในขณะที่ยานอพอลโล 13 กำลังมุ่งหน้าโคจรสู่ดวงจันทร์ ส่วนของยานบริการ (service module)เกิดความเสียหายขึ้นในขณะที่ระบบปั่นถังออกซิเจนเกิดประกายไฟและนำไปสู่การระเบิดขึ้นบนยานบริการ ซึ่งจากสาเหตุดังกล่าวไม่เพียงแต่ทำให้ภารกิจการร่อนลงสู่ดวงจันทร์ (ตามที่ อพอลโล 11 และ อพอลโล 12 ได้ทำสำเร็จก่อนหน้านี้) ไม่สามารถดำเนินการต่อไปได้ ซ้ำร้ายแม้แต่การที่นำนักบินอวกาศทั้ง 3 คนเดินทางกลับสู่โลกได้อย่างปลอดภัยนั้นก็แทบจะเป็นเรื่องที่เจ้าหน้าที่ของสถานีฮุสตัน (Houston) เองก็ไม่มั่นใจว่าจะทำได้
การระเบิดบนยานบริการของอพอลโล 13
ภาพถ่ายแสดงความเสียหายบนยานบริการ อพอลโล13
ปัญหาที่เกิดขึ้นหลังจากเกิดการระเบิดและเกิดรอยแยกบนยานบริการนั้น ไม่ได้มีเพียงปัญหาเดียวเท่านั้น
เริ่มต้นจากปัญหาเรื่องเชื้อเพลิง ในการที่จะนำยาน อพอลโลโคจรมุ่งหน้ากลับมายังโลกโดยตรงนั้นไม่สามารถทำได้ เนื่องจากปริมาณเชื้อเพลิงมีไม่เพียงพอ โดยหนทางเดียวที่จะทำให้ยานอพอลโล 13 โคจรกลับมายังโลกได้ก็คือ การบังคับให้ยานมุ่งหน้าเดินทางไปยังดวงจันทร์ต่อไป โดยจะใช้การเคลื่อนที่เข้าสู่วงโคจรของดวงจันทร์เพื่อทำให้เกิดแรงเหวี่ยงยานอพอลโลกลับมายังโลกได้ อย่างไรก็ตาม เชื้อเพลิงที่เหลืออยู่ในขณะนั้น ก็ใช่ว่าจะเพียงพอต่อการปฏิบัติการตามแผนดังกล่าว ซึ่งปัญหานี้ได้ถูกแก้ไขเฉพาะหน้า โดยใช้การจุดระเบิดระบบขับเคลื่อนเป็นช่วงเวลาที่จำเป็นและอาศัยการเคลื่อนที่ไปในอวกาศของยานเอง ซึ่งทำให้ระยะเวลาในการเดินทางก็ย่อมที่จะเพิ่มขึ้น
นอกจากปัญหาเรื่องเชื้อเพลิงแล้ว ภารกิจกลับสู่โลกยังมีประสบปัญหาใหญ่อีก 2 ประการ ได้แก่
1) ระดับปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซต์ในยานอวกาศที่สูงขึ้น เนื่องจากระบบกรองอากาศไม่ทำงาน ซึ่งจะส่งผลทำให้นักบินอวกาศขาดออกซิเจนและเสียชีวิตลงในที่สุด ซึ่งปัญหานี้ได้รับการช่วยเหลือโดยเจ้าหน้าที่ภาคพื้นดินได้นำอุปกรณ์หลายชนิด (ที่บนยานอพอลโลก็มีเช่นกัน) มาทำการดัดแปลงให้สามารถทำงานได้เสมือนกับเครื่องกรองอากาศ
อุปกรณ์ดัดแปลงให้สามารถกรองอากาศได้
(ประดิษฐ์โดยเจ้าหน้าที่ภาคพื้นดิน)
อุปกรณ์ดัดแปลงให้สามารถกรองอากาศได้
(บนยานอพอลโล13)
2) พลังงานไฟฟ้ามีปริมาณไม่เพียงพอที่จะต้องป้อนให้กับระบบคอมพิวเตอร์และระบบนำร่อง ซึ่งปัญหานี้จะเชื่อมโยงการนำยานกลับสู่ชั้นบรรยากาศโลก โดยในบทภาพยนตร์ได้แสดงให้ผู้ชมได้เห็นถึงการปฏิบัติการบนภาคพื้นดินได้ดำเนินการเพื่อให้ได้วิธีการและขั้นตอนที่จะใช้ในการเปิดระบบคอมพิวเตอร์และระบบนำร่องอีกครั้ง ด้วยข้อจำกัดของปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่มีอยู่แทบจะไม่เพียงพอ ซึ่งจากการทดสอบหลายครั้งกับยานบังคับการในห้องปฏิบัติการภาคพื้นดิน จนกระทั่งประสบผลสำเร็จได้ขั้นตอนการทำงานให้กับนักบินอวกาศ
ในการเดินทางกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลกของยานอวกาศนั้น ระบบสื่อสารระหว่างยานโมคับการของ อพอลโล 13 และสถานีควบคุมฮุสตัน จะไม่สามารถติดต่อสื่อสารกันได้เป็นเวลาประมาณ 3 นาที ซึ่งทั้งสองฝ่ายคือนักบินอวกาศและสถานีควบคุมทราบดีว่าไม่สามารถสื่อสารกันได้
ขอย้อนกลับไปยังภาพยนต์เรื่องอพอลโล13 ภาพยนตร์ได้ฉายให้ผู้ชมได้เห็นว่า รายการทางโทรทัศน์ในห้วงเวลานั้นได้แจ้งข่าวให้ประชาชนชาวอเมริกันทั้งประเทศทราบว่า การสื่อสารระหว่างยานบังคับการและสถานีควบคุมฮุสตันจะขาดหายไปเป็นเวลาประมาณ 3 นาทีในขณะที่ยานฯ เดินทางเข้าสู่บรรยากาศโลก นอกจากนี้สถานีโทรทัศน์ยังได้กล่าวเพิ่มว่า ถ้าเลยช่วงเวลาดังกล่าวแล้ว การสื่อสารถ้ายังคงขาดหายไป และยานบังคับการไม่ปรากฏบนท้องฟ้าเหนือบริเวณทะเลที่นาซาได้คำนวณจุดตกไว้แล้ว อาจจะแสดงว่านักบินอวกาศทั้ง 3 คนได้เสียชีวิตลงแล้ว
เจ้าหน้าที่ ณ สถานีฮุสตันกำลังหาหนทางที่จะนำนักบินอวกาศทั้ง 3คนเดินทางกลับสู่โลกอย่างปลอดภัย
โดยในขณะนั้น นาฬิกาจับเวลาที่แสดงภายในสถานีควบคุมฮุสตันได้เดินล่วงเลยเป็นเวลาเกือบ 5 นาที นับตั้งแต่ยานบังคับการเริ่มเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลกและขาดการติดต่อ ยิ่งทำให้เกิดการลุ้นระทึกใจว่านักบินอวกาศทั้ง 3 คน จะยังคงปลอดภัยอยู่หรือไม่ จนกระทั่งสถานีควบคุมฮุสตันได้รับสัญญาณวิทยุจากยานบังคับการว่านักบินอวกาศทั้ง 3 คนปลอดภัย และยานบังคับการได้ปรากฏบนท้องฟ้าเหนือบริเวณทะเลที่เรือรบของกองทัพเรือสหรัฐอเมริการอรับอยู่
ยานบังคับการ (โอเดสซี่) ปรากฎบนน่านฟ้าและตกลงสู่ทะเล
ยานบังคับการบนเรือของกองทัพเรือสหรัฐฯ
เจ้าหน้าที่ ณ สถานีฮุสตันแสดงความดีใจที่นักบินอวกาศทั้ง 3 คนเดินทางกลับสู่โลกอย่างปลอดภัย
คำถามที่น่าสนใจเกิดขึ้นมาว่า อะไรเป็นปัจจัยสำคัญที่จะต้องใช้ระบบคอมพิวเตอร์และระบบนำร่องให้กับยานบังคับการเพื่อการเดินทางกลับสู่โลก มีผู้อ่านหลายท่านอาจจะยังไม่ทราบว่า "
มุมที่ยานอวกาศเคลื่อนที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลกนั้นมีความสำคัญมาก"
ในการอธิบายถึงเรื่องราวข้างต้นนั้น ตามหลักการพื้นฐานการบินด้านอวกาศ โดยเป็นที่ทราบกันดีว่า ด้วยความเร็วที่เพิ่มสูงขึ้นจะทำให้ยานอวกาศสามารถที่จะทำการไต่ระดับความสูงของการโคจรได้ และในทำนองเดียวกันเมื่อทำการลดความเร็ว ระดับความสูงในการโคจรจะลดลง ดังนั้นในการที่ยานอวกาศสามารถที่จะโคจรในระดับความสูง 320 กิโลเมตรจากพื้นโลกนั้น ยานอวกาศจะต้องมีความเร็วสูงถึง 28,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง หรือประมาณ 8 กิโลเมตรต่อวินาที
ถ้าความเร็วของยานอวกาศลดลงต่ำกว่าค่าดังกล่าว ยานอวกาศจะโคจรลงสู่โลกเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกเอง ซึ่งหลักการนี้เป็นหลักการของการนำยานอวกาศกลับสู่ชั้นบรรยากาศโลก (re-entry) เมื่อยานอวกาศเข้าสู่ชั้นบรรยากาศชั้นบน แรงเสียดทานในขณะที่ยานอวกาศเคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศจะทำให้เกิดความร้อนขึ้นที่พื้นผิวของยานสูงถึง 3,000 องศาเซลเซียส ซึ่งจะส่งผลให้ยานอวกาศเสมือนอยู่ในพาสม่าและสัญญาณการสื่อสารจะถูกตัดขาด
ยานบังคับการขณะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลก
ในการเดินทางกลับจากดวงจันทร์ถึงโลกโดยตรง ในกรณีที่ไม่มีการโคจรรอบโลกก่อน (อาทิเช่นกรณีของ อพอลโล 13) มุมของการกลับสู่โลกของยานอวกาศเป็นค่าที่สำคัญมากๆ เนื่องจากมีค่าระหว่าง 5.2 ถึง 7.2 องศาโดยอ้างอิงกับระนาบในแนวนอน และเมื่อพิจารณาที่ระดับความสูงที่ 320 กิโลเมตรจากพื้นโลกนั้น ค่าความกว้าง 2 องศาดังกล่าวมีค่าเทียบเท่ากับระยะความกว้างเป็นช่องหน้าต่างเพียง 42 กิโลเมตร
มุมของการกลับสู่โลกอย่างปลอดภัยของยานอวกาศมีค่าระหว่าง 5.2 ถึง 7.2 องศา (ช่องหน้าต่างเพียง 42 กิโลเมตร)
ดังนั้นถ้ามุมของการกลับสู่โลกของยานอวกาศมีค่าลึกกว่าระยะมุมดังกล่าว (มากกว่า 7.2 องศา) ยานอวกาศจะพุ่งเข้าสู่โลกเร็วขึ้นและยานอวกาศจะถูกเผาไหม้ และนักบินอวกาศจะเสียชีวิตลงในที่สุด
กรณีที่มุมของการกลับสู่โลกของยานอวกาศมีค่าลึกเกินไป
แต่ถ้ามุมของการกลับสู่โลกของยานอวกาศมีค่าน้อยกว่าระยะมุมดังกล่าว (0 ถึง 5.2 องศา) ตัวยานอวกาศจะกระแทกกับชั้นบรรยากาศชั้นบนและพุ่งกลับเข้าสู่อวกาศอีกครั้ง ทำให้ยานอวกาศดังกล่าวจะไม่สามารถกลับเข้าสู่โลกได้อีกเลย
กรณีที่มุมของการกลับสู่โลกของยานอวกาศมีค่าน้อยเกินไป
ดังนั้นระบบนำร่องจึงมีความสำคัญมากในการช่วยให้นักบินสามารถบังคับยานอวกาศเข้าสู่ช่องหน้าต่างดังกล่าว และผ่านชั้นบรรยากาศโลกได้อย่างปลอดภัย
อ้างอิงจาก:
เอกสารอ้างอิง
[1] Ridpath, I., and Sir Rees, M., The Illustrated Encyclopedia of the Universe, Watson-Guptill, 2001.
[2] Sparrow, G., Space Flight, DK ADULT, 2007.
อ้างอิงจาก:
