ทำไมข้อมูลที่ควรได้จาก “ยานกาลิเลโอ” จึงน้อยกว่าที่คาด

“ยานอวกาศกาลิเลโอ” เป็นยานอวกาศลำแรกที่เดินทางไปสำรวจดาวพฤหัสบดี แต่กลับกลายเป็นหนึ่งในภารกิจที่พบอุปสรรคมากที่สุดครั้งหนึ่งของ NASA ในการสำรวจอวกาศลึก ส่งผลให้ข้อมูลที่ส่งกลับมายังโลกน้อยกว่าที่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรได้ออกแบบเอาไว้

จากอุบัติเหตุของกระสวยอวกาศชาเลนเจอร์เมื่อปี 1986 ทำให้หลายภารกิจที่ดำเนินการร่วมกับโครงการกระสวยอวกาศถูกเลื่อนออกไปอย่างไม่มีกำหนด หนึ่งในนั้นคือโครงการยานกาลิเลโอ ซึ่งถูกออกแบบให้ส่งขึ้นสู่อวกาศด้วยกระสวยอวกาศในปี 1987 แต่ถูกเลื่อนออกไปอย่างไม่มีกำหนด ทำให้ตัวยานกาลิเลโอต้องถูกขนย้ายจากศูนย์อวกาศเคนเนดีกลับไปยัง JPL ที่แคลิฟอร์เนีย ก่อนที่จะได้กำหนดการใหม่เพื่อให้ออกบินในวันที่ 18 ตุลาคม 1989 ด้วยกระสวยอวกาศแอตแลนติส เที่ยวบิน STS-34

การล่าช้าออกไป 2 ปีไม่ใช่ปัญหาใหญ่สำหรับโครงการอวกาศ เพราะโครงการสำรวจอวกาศมักต้องเลื่อนการปล่อยเป็นปกติ โครงการกาลิเลโอก็เช่นเดียวกัน แต่การเลื่อนการขนส่งและการออกแบบกระบวนการดำเนินงานที่ผิดพลาด ทำให้เกิดปัญหาที่ใหญ่ที่สุดของยานกาลิเลโอ นั่นคือ ปัญหาของจานรับสัญญาณขนาดใหญ่แบบหุบพับได้

จานรับสัญญาณหลักของยานกาลิเลโอออกแบบมาเพื่อรับและส่งสัญญาณด้วยบิตเรต (bitrate) สูงสุดในเวลานั้น ที่ 134,000 บิตต่อวินาที เพื่อสตรีมข้อมูลจากยานขนาดเล็ก (Galileo Probe) ที่ฝ่าเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดีส่งตรงมายังโลก โดยมีเส้นทางสัญญาณจากยานขนาดเล็กส่งไปยังจานรับสัญญาณรีเลย์ขนาดเล็ก (Probe Relay Antenna) บนยานกาลิเลโอ จากนั้นสัญญาณจะถูกประมวลผลและส่งกลับโลกด้วยจานส่งสัญญาณขนาดใหญ่ (High Gain Antenna) ซึ่งมีจานส่งสัญญาณขนาดเล็ก (Low Gain Antenna) อยู่ด้วย

ความเร็วในการส่งข้อมูล 134,000 บิตต่อวินาทีของจานส่งสัญญาณขนาดใหญ่ในเวลานั้น เร็วกว่าการส่งข้อมูลด้วยโมเด็มอินเทอร์เน็ตที่ความเร็ว 14,400 บิตต่อวินาที ดังนั้น จานรับสัญญาณแบบร่มที่หุบและกางได้ของยานกาลิเลโอจึงเป็นนวัตกรรมก้าวล้ำ ซึ่งหากใช้งานได้จริงจะเปลี่ยนโฉมการสำรวจอวกาศ โดยตัวจานนั้นทำจากเส้นด้ายทองคำที่ทอเป็นตะแกรง ควบคุมการกางด้วยแขนทั้ง 18 แขน ที่ทำงานด้วยมอเตอร์

เนื่องจากเส้นทางการเดินทางของยานกาลิเลโอต้องผ่านดาวศุกร์ ซึ่งอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าโลก ความร้อนจากดวงอาทิตย์อาจสร้างความเสียหายให้กับจานรับสัญญาณขนาดใหญ่ วิศวกรจึงออกแบบให้กางจานรับสัญญาณเมื่อยานกาลิเลโออยู่ไกลจากดวงอาทิตย์มากแล้ว คือเส้นทางที่เดินทางผ่านโลกเพื่อเร่งความเร็วครั้งสุดท้ายก่อนถึงดาวพฤหัสบดี สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ไม่คาดคิดคือการเชื่อมติดกันของโลหะในอวกาศ

ยานกาลิเลโอถูกเลื่อนปล่อยออกไปจนทำให้จานรับสัญญาณอยู่ในสภาพหุบเป็นเวลานานกว่า 4.5 ปี เมื่อถึงกำหนดการกางจานรับสัญญาณกลับพบว่าจานรับสัญญาณไม่สามารถกางได้ มอเตอร์ของจานติดขัดที่ซี่ร่มที่ 15 จนต้องหยุดการกางทั้งหมดเพื่อป้องกันการฉีกขาด ทำให้จานรับสัญญาณที่ลักษณะเป็นร่มของยานกาลิเลโอไม่สามารถใช้งานได้

ปัญหานี้เป็นปัญหาใหญ่ เพราะยานกาลิเลโอมีเสาส่งสัญญาณขนาดเล็ก (Low Gain Antenna) ติดกับจานรับสัญญาณขนาดใหญ่ทำให้ไม่สามารถใช้งานได้เช่นกัน วิศวกรบนโลกจึงต้องหาทางแก้ปัญหาโดยปรับชุดคำสั่งในระบบคอมพิวเตอร์เพื่อให้ใช้เสาสัญญาณขนาดเล็กของยานในการรับส่งสัญญาณแทน แม้จะพยายามหลากหลายวิธีเพื่อกางจานรับสัญญาณ แต่ก็ไม่สำเร็จ

นักวิทยาศาสตร์คาดว่าสาเหตุหลักของปัญหาจานกางไม่ออกเกิดจากการขาดการหล่อลื่นของซี่เฟืองและซี่ร่มในช่วงเวลาก่อนการปล่อยยาน ซึ่งการสั่นสะเทือนระหว่างการปล่อย และความร้อนจากดวงอาทิตย์ขณะผ่านวงโคจรของดาวศุกร์ ทำให้สารหล่อลื่นหลุดออก โลหะที่เป็นธาตุเดียวกันเกิดการหลอมรวมกันในอวกาศจนติดกันในที่สุด

อีกสาเหตุสำคัญที่ทำให้ข้อมูลจากยานกาลิเลโอกลับมาไม่ครบคือ สนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีที่รุนแรงเกินไป

เมื่อยานกาลิเลโอเดินทางถึงดาวพฤหัสบดี พบว่าสนามแม่เหล็กและอนุภาคพลังงานสูงรอบดาวพฤหัสบดีมีความเข้มสูงกว่าที่คาดไว้ถึง 3 เท่า อนุภาคพลังงานสูงเหล่านี้ทำให้คอมพิวเตอร์และแรม (RAM) ของยานประมวลผลผิดพลาด ส่งผลให้ข้อมูลสูญหาย ในช่วงภารกิจหลักระหว่างปี 1992-1997 ยานกาลิเลโอส่งข้อมูลกลับโลกได้เพียง 70% ของที่วางแผนไว้ ทำให้ NASA และรัฐสภาต้องต่ออายุภารกิจจนถึงปี 2003

นี่คือที่มาของภาพแผนที่พื้นผิวดวงจันทร์ยูโรปาของยานกาลิเลโอที่ได้กลับมาไม่ครบ

ด้วยปัญหาด้านวิศวกรรมและอุปกรณ์ของยานกาลิเลโอ ทำให้ภารกิจกาลิเลโอเป็นภารกิจที่เต็มไปด้วยอุปสรรคและข้อมูลที่ได้กลับมาน้อยกว่าที่คาด แต่ถึงกระนั้น ข้อมูลที่ได้จากยานกาลิเลโอก็มีคุณค่าสูง เป็นพื้นฐานให้กับวิศวกรในภารกิจต่อไป เช่น ยานจูโน ที่ออกแบบกล่องโลหะหนา 1 เซนติเมตรเพื่อปกป้องคอมพิวเตอร์จากสนามแม่เหล็กและอนุภาคพลังงานสูงรอบดาวพฤหัสบดี และยานยูโรปาคลิปเปอร์ ที่ใช้พื้นฐานการวางอุปกรณ์แบบเดียวกัน รวมถึงการวางเส้นทางการสำรวจที่หลีกเลี่ยงการโคจรรอบดวงจันทร์ยูโรปา เพื่อลดความเสี่ยงจากรังสี

องค์ความรู้ทั้งหมดนี้เกิดจากประสบการณ์ของยานกาลิเลโอ ทำให้การออกแบบยานอวกาศทุกลำในโลกใบนี้ดีขึ้น

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS  

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech