ในขั้นตอนการทำงานอวกาศเรามักจะได้เห็นการตรวจสอบ การทดสอบ หรือแม้กระทั่งการเลื่อน การยืดเวลาการปล่อยออกไป ด้วยเหตุผลว่ายังไม่พร้อม โดยเราอาจจะไม่รู้ว่าการทดสอบที่ว่าคือการทดสอบอะไร ความพร้อมคือความพร้อมอะไร หรือติดปัญหาที่ส่วนไหน และอะไรเป็นตัวบ่งชี้ถึงความพร้อม ในบทความนี้ Thai PBS Sci & Tech จะชวนมาพูดถึงขั้นตอนทางวิศวกรรมที่ใช้ในการออกแบบและดำเนินภารกิจการสำรวจอวกาศ (และงานด้านวิศวกรรมอื่น ๆ) เพื่อให้มั่นใจได้ว่าภารกิจนั้น ๆ จะไม่พบกับข้อผิดพลาด
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ที่ถูกเลื่อนการปล่อยมาเป็นเวลาเกือบสิบปีนั้น ทำให้ทั่วโลกได้เห็นถึงความสำคัญของกระบวนการตรวจสอบทางวิศวกรรม ซึ่งในอดีตข้อผิดพลาดเล็กน้อยทำให้นาซาเคยเกือบต้องเสียกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลไป จากกรณีของเลนส์ที่ทำให้ภาพที่ออกมาไม่คมชัด ในการป้องกันความผิดพลาดที่จะเกิดขึ้น จึงต้องอาศัยศาสตร์ที่เรียกว่า Systems Development Life Cycle
เวลาที่เราพูดถึงวิศวกรรมเราอาจจะนึกภาพสิ่งที่เป็นขั้นตอนการทำ ทุบ ตี ตอก เชื่อม กลึง ต่อวงจร และเขียนโปรแกรม แต่นั่นเป็นแค่ส่วนหนึ่งเท่านั้น ในกระบวนการทางวิศวกรรมตั้งแต่การออกแบบไปจนถึงการทดสอบ จำเป็นต้องมีขั้นตอนอย่างเป็นระบบ เพื่อป้องกันข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น หรือทำให้กระบวนการมีประสิทธิภาพ (Efficiency) สูงสุด ใครที่เรียนหรือทำงานในอุตสาหกรรมที่ต้องใช้กระบวนการเหล่านี้จึงจะต้องรู้จักกับ Development Life Cycle ในรูปแบบต่าง ๆ เช่น Waterfall Model เป็นต้น
Development Cycle ในแต่ละอุตสาหกรรมก็จะมีความแตกต่างกันออกไป แต่หนึ่งในกระบวนการที่ถูกนำมาใช้เป็นที่นิยมในวงการอวกาศนั้น มาจากองค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ สหรัฐฯ หรือนาซา และกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ เรียกว่า Review Process ซึ่งมีขั้นตอนที่เราจะได้ยินบ่อย ๆ อย่าง SDR, PDR, CDR ไปจนถึง DRR
แต่ละคำก็จะมาจากตัวย่อที่แตกต่างกันออกไป เช่น PDR ย่อมาจาก Preliminary Design Review หรือ CDR ที่ย่อมาจาก Critical Design Review แต่สาระสำคัญโดยรวมของกระบวนการเหล่านี้คือการทำให้เกิดความมั่นใจว่า ระบบที่ออกแบบมาจะสามารถใช้งานได้
เริ่มต้นจากการออกแบบภาพรวมของระบบทั้งหมด สมมติเราต้องการจะออกแบบยานอวกาศหนึ่งลำ เราต้องเริ่มต้นจากการออกแบบภาพรวมของภารกิจก่อนว่า ต้องการจะให้ยานอวกาศทำอะไรได้บ้าง โดยเราจะเรียกว่า (Mission Concept) หลังจากนั้น ก็จะเริ่มออกแบบสิ่งที่จำเป็นสำหรับภารกิจนั้นย่อยไปเรื่อย ๆ เช่น ต้องการให้ยานอวกาศผลิตไฟฟ้าได้จำนวนวัตต์ที่ต้องการ วิศวกรก็จะต้องดูว่าจะใช้แผงโซลาร์แบบไหน เก็บไฟอย่างไร เราเรียกขั้นตอนนี้ว่าการจัดการกับความต้องการ (Requirement) เมื่อได้ความต้องการแล้วก็เริ่มต้นออกแบบระบบ โดยจะออกแบบระบบใหญ่ ๆ ก่อนแล้วจึงลงลึกไปที่ระบบเล็ก ๆ (เราจะเรียกระบบใหญ่กว่า System และระบบเล็กว่า Sub-System) และในการออกแบบนั้นจะไปสิ้นสุดที่การทำ PDR และ CDR เพื่อให้มั่นใจว่าระบบที่ออกแบบมานั้นจะสามารถใช้งานได้จริง
เมื่อผ่านการทำ CDR แล้ว ต่อไปเป็นการผลิตและทดสอบระบบนั้น โดยในขั้นตอนนี้จะทำกลับกันก็คือจะเริ่มจากการทดสอบระบบที่เล็กที่สุดก่อน แล้วค่อย ๆ ทำสิ่งที่ใหญ่ขึ้น ที่เป็นเช่นนี้ก็เพื่อที่จะรู้ว่าระบบไหน ใช้งานได้หรือไม่ได้ และหากเกิดข้อผิดพลาดขึ้นก็จะรู้ได้ว่าเกิดจากระบบใด (หากทำจากใหญ่ก่อนแล้วค่อยมาหาว่าอะไรผิดพลาดจะยากและวุ่นวายกว่ามาก) จนไปถึงการทดสอบแบบครบทั้งภาพรวมระบบ (System Level) ที่จะนำไปสู่การทำ FRR หรือ Flight Readiness Review เพื่อปล่อยขึ้นสู่อวกาศ
โดยจำนวนวัน เวลา และจำนวนครั้งที่ทดสอบจะขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของระบบ และจำนวนของ System และ Sub-System ของยานอวกาศนั้น ๆ ในกรณีของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บ ที่มีความซับซ้อนจึงกินระยะเวลาการพัฒนาที่ยาวนานกว่ายานอวกาศลำอื่น ๆ
พอเห็นเช่นนี้แล้ว เราจึงอาจมองได้ว่าวิศวกรรมไม่ใช่การลงไม้ลงมือทำเพียงอย่างเดียว แต่คือการอธิบายว่าทำได้อย่างไรมากกว่า ซึ่งต่อให้เราไม่ได้ทำงานในสายวิศวกรรม แต่ก็สามารถนำวิธีคิดดังกล่าวมาปรับใช้กับการแก้ปัญหาในชีวิตประจำวันได้ เช่น หลอดไฟไม่ติด ตู้เย็นไม่เย็น รถยนต์มีปัญหา หากเราเข้าใจเรื่องของ System และ Sub-system ก็จะช่วยให้เราค่อย ๆ มองและแก้ปัญหาอย่างเป็นระบบนั่นเอง
ที่มาภาพ: NASA
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech