ลูนาร์เกตเวย์ บ้านหลังใหม่ของมนุษย์บนวงโคจรดวงจันทร์

โครงการอาร์ทิมิส (Artemis) ที่นาซาประกาศจัดตั้งร่วมกับหน่วยงานอวกาศพันธมิตรทั่วโลก กลายเป็นแรงผลักดันสำคัญให้กับเทคโนโลยีอวกาศในยุคปัจจุบัน แต่อย่างไรก็ตามเป้าหมายของโครงการนั้นไม่ได้เป็นเพียงการพามนุษย์กลับสู่ดวงจันทร์ในปี ค.ศ. 2025 แต่เป็นการวางรากฐานสู่การสำรวจอวกาศในระยะยาว รวมถึงโจทย์การออกแบบสถานีอวกาศที่โคจรอยู่ในอวกาศห้วงลึก (Deep Space) ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นสำคัญของการเดินทางสู่ดาวอังคารในอนาคต

และโครงสร้างพื้นฐานสุดสำคัญในโครงการอาร์ทิมิสที่จะอยู่คู่กับวงการอวกาศไปอีกไม่ต่ำกว่า 10 ปี ก็ได้แก่ ลูนาร์เกตเวย์ (Lunar Gateway) สถานีอวกาศที่ถูกออกแบบให้โคจรรอบดวงจันทร์และเป็นฐานที่มั่นบนวงโคจรให้กับนักบินอวกาศที่ปฏิบัติภารกิจบนผิวดวงจันทร์ ในบางครั้งนาซาจะเรียกสถานีอวกาศแห่งใหม่นี้สั้น ๆ ว่าเกตเวย์

ส่วนประกอบสำคัญของลูนาร์เกตเวย์

ลูนาร์เกตเวย์ เป็นสถานีอวกาศในลักษณะโมดูลาร์ (Modular) เกิดจากชิ้นส่วนต่าง ๆ ประกอบเข้าด้วยกัน ซึ่งเป็นเทคนิคเดียวกับที่ใช้สร้างสถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station) อย่างไรก็ตามเกตเวย์นั้นมีจำนวนโมดูลน้อยกว่าสถานีอวกาศนานาชาติในแบบแผนการออกแบบแรกนี้ แต่ในอนาคตหากมีความจำเป็นก็จะสามารถต่อเติมเพื่อรองรับจำนวนนักบินอวกาศและภารกิจการทดลองที่เพิ่มมากขึ้นได้

ชิ้นส่วนสำคัญที่เป็นหัวใจให้กับเกตเวย์นั้น ได้แก่ ส่วนพลังงานและระบบขับดัน (Power and Propulsion Element) ที่จะเป็นแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าผ่านแผงโซลาร์อาเรย์ขนาดใหญ่ และเป็นที่อยู่ของเครื่องยนต์หลักให้กับสถานีในการใช้ปรับวงโคจร ซึ่งจะใช้เป็นเครื่องยนต์อิออน (Ion Engine) ไม่ได้เป็นเครื่องสันดาปเชื้อเพลิงเหมือนกับสถานีอวกาศนานาชาติ ในขณะที่ฮาโล (Habitation and Logistic Outpost - HALO) และไอแฮบ (International Habitation Module - I-HAB) จะเป็นที่อยู่ให้กับนักบินอวกาศในการใช้ชีวิตและปฏิบัติงานวิจัย นอกจากนี้จะยังมีโมดูลอื่น ๆ ที่จำเป็นในการทำงานมากกว่า 4 โมดูล

และเช่นเดียวกับสถานีอวกาศนานาชาติ เกตเวย์นับว่าเป็นความร่วมมือของหน่วยงานอวกาศต่าง ๆ ที่เป็นพันธมิตรกับนาซา และแต่ละหน่วยงานก็จะพัฒนาเทคโนโลยีของตัวเองเพื่อมาร่วมประกอบสร้างสถานีอวกาศแห่งใหม่นี้ โดยชาติที่เข้าร่วมสร้างโมดูลต่าง ๆ ก็ได้แก่ "องค์การอวกาศยุโรป" (ESA) "องค์การอวกาศญี่ปุ่น" (JAXA) ในขณะที่ "องค์การอวกาศแคนาดา" (CSA) รับหน้าที่ออกแบบแขนกลรุ่นใหม่สำหรับใช้งานนอกตัวสถานี

วงโคจรแบบพิเศษรอบดวงจันทร์

เกตเวย์ถูกออกแบบให้โคจรอยู่ในวงโคจรที่เรียกว่า Near Rectilinear Halo Orbit (NRHO) มีลักษณะเป็นวงรี ตัดผ่านขั้วเหนือและใต้ของดวงจันทร์ โค้งเข้าใกล้พื้นผิวของดวงจันทร์มากที่สุดฝั่งขั้วเหนือ และออกห่างจากผิวดวงจันทร์มากที่สุดที่ขั้วใต้ เหตุผลที่ออกแบบเช่นนี้ก็เพราะเป็นการใช้ประโยชน์จากกฎฟิสิกส์วงโคจรที่เมื่อวัตถุโคจรห่างจากจุดศูนย์กลางเท่าใด ระยะเวลาที่ใช้ในการโคจรก็จะมากขึ้นเท่านั้น

ดังนั้นเกตเวย์จะมีช่วงการโคจรเหนือขั้วใต้ของดวงจันทร์มากกว่า กล่าวคือจะอยู่เหนือเส้นขอบฟ้าของดวงจันทร์เป็นเวลานานหากมองจากขั้วใต้ สิ่งนี้เป็นประโยชน์กับนักบินอวกาศที่กำลังปฏิบัติภารกิจอยู่ ณ ขั้วใต้ของดวงจันทร์ เพราะสามารถติดต่อสื่อสารกับสถานีได้เป็นระยะเวลานาน

ในขณะที่เมื่อยานโคจรเข้ามาใกล้บริเวณขั้วเหนือซึ่งจะมีคาบการโคจรที่เร็ว แต่มีระยะห่างจากพื้นผิวดวงจันทร์ไม่มากนักจะเอื้ออำนวยในการส่งยานอวกาศขึ้นและลงจากพื้นผิวของดวงจันทร์ ทำให้ประหยัดเชื้อเพลิงและระยะเวลาในการเดินทางระหว่างขั้วใต้ของดวงจันทร์และเกตเวย์

ในเดือนมิถุนายน ค.ศ. 2022 นาซาได้ส่งยานอวกาศชื่อว่าแคปสโตน (CAPSTONE) เดินทางไปทดลองโคจรในวงโคจรดังกล่าว เพื่อฝึกซ้อมการปฏิบัติงานควบคุมเกตเวย์ ซึ่งภารกิจก็เป็นไปได้ด้วยดี

ความท้าทายด้านโลจิสติกส์ 

การเดินทางไปยังเกตเวย์จากโลกนั้น นับว่ามีความท้าทายเป็นอย่างมาก เนื่องจากตัวยานอวกาศจำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงมากกว่าการเดินทางไปยังสถานีอวกาศนานาชาติหลายเท่า ซึ่งทำให้จำเป็นต้องใช้จรวดขนส่งขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม นาซาได้มีการว่าจ้างให้บริษัทสเปซเอ็กซ์ (SpaceX) ศึกษาและพัฒนายานอวกาศ ดรากอน เอ็กซ์แอล (Dragon XL) เป็นยานอวกาศหลักในการขนส่งเสบียงให้กับเกตเวย์ โดยตัวยานดรากอนรุ่นใหม่นี้เมื่อใช้ร่วมกับจรวดฟัลคอนเฮฟวี (Falcon Heavy) จะสามารถนำส่งสัมภาระหนักกว่า 5,000 กิโลกรัมสู่วงโคจรของดวงจันทร์ได้

ส่วนการขนส่งมนุษย์นั้นนาซาตั้งเป้าจะใช้ยานอวกาศโอไรออน (Orion) ที่จะเป็นพาหนะหลักในการเดินทางระหว่างโลกกับดวงจันทร์ของมนุษย์ ซึ่งนาซาใช้เวลาวิจัยและพัฒนานานนับทศวรรษ แต่ยานโอไรออนนั้นไม่ได้มีความสามารถในการลงจอดบนผิวของดวงจันทร์ ทำให้การเดินทางระหว่างเกตเวย์และผิวของดวงจันทร์จำเป็นต้องใช้บริการยานอวกาศรุ่นใหม่ของสเปซเอ็กซ์ ได้แก่ ยานสตาร์ชิป (Starship) ที่ตอนนี้อยู่ระหว่างการพัฒนา

ทั้งหมดนี้จะประกอบสร้างเป็นกระบวนขั้นตอนในการเดินทางระหว่างโลก เกตเวย์ และผิวดวงจันทร์ เพื่อเปิดโอกาสให้นักบินอวกาศได้ศึกษา วิจัย และสร้างการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ใหม่ ๆ ที่จะช่วยเสริมสร้างความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับดวงจันทร์ของมนุษย์ และยังเป็นการเตรียมความพร้อมสู่การสำรวจอวกาศที่ไกลออกไป เช่น การสำรวจดาวอังคาร

นาซาตั้งเป้าไว้ว่าจะสามารถส่งโมดูลแรกของเกตเวย์ขึ้นสู่วงโคจรได้ภายในปี ค.ศ. 2026 โดยนักบินอวกาศกลุ่มแรกที่จะได้ใช้งานสถานีอวกาศแห่งใหม่นี้ก็ได้แก่นักบินอวกาศในภารกิจอาร์ทิมิส 4

ที่มาข้อมูลและภาพ: NASA
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech