ยานอวกาศพลังงานน้ำ สู่พลังหมุนเวียนใหม่ในอวกาศ

น้ำบนดวงจันทร์ ถือเป็นขุมทรัพย์ล้ำค่าในบรรดาทรัพยากรที่เพิ่งถูกค้นพบได้ไม่นาน เราต่างทราบดีว่าน้ำถือเป็นบ่อเกิดสำคัญต่อสิ่งมีชีวิต สามารถนำไปใช้ทั้งในการอุปโภค บริโภค ใช้ในการสกัดเป็นอากาศ ไปจนแปรเปลี่ยนมาเป็นพลังงาน ถือเป็นหัวใจสำคัญในการตั้งรกรากและใช้ชีวิตของมนุษย์

 

          ด้วยเหตุนั้นบริษัทผู้นำเทคโนโลยีอวกาศจึงเริ่มมุ่งหน้าสู่แนวคิดผลักดันพลังงานน้ำเพื่อใช้ขับเคลื่อนในอวกาศ

 

 

ระบบขับเคลื่อนพลังงานน้ำในอวกาศเจ้าแรก

 

          เราทราบกันดีว่าพลังงานหลักในการขับเคลื่อนเทคโนโลยีอวกาศคือ พลังงานแสงอาทิตย์ โซล่าเซลล์ถูกติดตั้งเพื่อหล่อเลี้ยงการทำงานของอุปกรณ์แทบทุกชนิด กระนั้นพลังงานแสงอาทิตย์ยังคงมีข้อจำกัดในด้านความเสถียรในการสร้างพลังงาน จึงมีข้อจำกัดเมื่อต้องการสำรวจพื้นที่อย่างรอบด้าน จนเริ่มมีการมองหาพลังงานรูปแบบอื่น เช่น พลังงานน้ำ

 

          โครงการแรกของระบบขับเคลื่อนพลังงานน้ำคือ Pathfinder Technology Demonstrator-1(PTD-1) ขององค์กรอวกาศที่เราคุ้นเคยกันดีอย่าง NASA ได้รับการเปิดตัวภายหลังการค้นพบโมเลกุลน้ำที่ไม่ได้กระจุกตัวอยู่เพียงธารน้ำแข็งในแถบพื้นที่ขั้วโลก แต่กระจายตัวไปทั่วทั้งพื้นที่ของดวงจันทร์

 

          ระบบนี้ได้รับการออกแบบเพื่อใช้งานภายในระบบขับเคลื่อนของ ยานอวกาศและดาวเทียมขนาดเล็ก ใช้ทั้งในการส่งดาวเทียมสู่จุดหมายปลายทาง รักษาวงโคจร เคลื่อนที่หลบหลีกวัตถุอื่นๆ เร่งระดับรอบวงโคจร ไปจนป้องกันไม่ให้ขยะอวกาศชิ้นใหม่อีกด้วย

 

          รูปแบบการทำงานของระบบ PTD-1 จะอาศัยการสร้างแรงขับเคลื่อนด้วยก๊าซ โดยเริ่มจากทำการแยกโมเลกุลของน้ำออกจากปฏิกิริยาทางเคมีให้เป็นโมเลกุลแก๊ส ไฮโดรเจน และ ออกซิเจน ผ่านแผงโซล่าเซลล์ขนาดเล็กซึ่งติดตั้งอยู่บนตัวยาน จากนั้นจึงนำก๊าซที่ได้จากระบบมาใช้เผาไหม้เป็นเชื้อเพลิงต่อไป

 

          จุดหมายสำคัญในการพัฒนาระบบขับเคลื่อนนี้คือ การเพิ่มขีดความสามารถปฏิบัติภารกิจของยานอวกาศขนาดเล็ก เพิ่มความคล่องตัวในการสำรวจและใช้ยานอวกาศในการสำรวจพื้นที่ต่างๆ อีกทั้งยังรองรับการใช้งานทรัพยากรในอวกาศที่อาจมีการค้นพบเพิ่มเติมในอนาคตอีกด้วย

 

 

แนวคิดการขับเคลื่อนพลังงานน้ำโดยบริษัทอื่น

 

          แน่นอน NASA ไม่ใช่องค์กรเดียวที่มองหาช่องทางใช้ประโยชน์จากพลังงานน้ำ บริษัทเทคโนโลยีหลายแห่งต่างมองเห็นโอกาสและพัฒนาระบบขับเคลื่อนรุ่นใหม่เพื่อใช้ในอวกาศ ตัวอย่างเช่นบริษัทสตาร์ทอัพ Argo Space Corporation ที่ก่อตั้งโดยอดีตผู้อำนวยการฝ่ายวิศวกรรมจรวดแห่ง SpaceX

 

          แนวคิดของพวกเขาคือการพัฒนายานอวกาศที่สามารถขับเคลื่อนโดยไม่ต้องพึ่งพาเชื้อเพลิงบนโลก ออกมาเป็นยานอวกาศ Argonaut ซึ่งได้รับการออกแบบให้สามารถเติมเชื้อเพลิงในอวกาศ ในขั้นต้นแหล่งผลิตเชื้อเพลิงหลักที่พวกเขาหมายตาไว้คือ แหล่งน้ำบนดวงจันทร์ เพื่อนำมาขับเคลื่อนเครื่องยนต์พลาสม่าทรัสเตอร์พลังน้ำ

 

          รายละเอียดเกี่ยวกับระบบขับเคลื่อนรุ่นใหม่ของพวกเขายังมีไม่มาก แต่ทางบริษัทยืนยันว่าพวกเขาค้นพบวิธีในการสกัดน้ำบนดวงจันทร์เรียบร้อยแล้ว แม้ยังต้องได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมไปจนทดลองใช้เพื่อพิสูจน์ประสิทธิภาพในการเก็บเกี่ยวและแปรรูป แต่พวกเขาก็ได้เงินจากการระดมทุนมาแล้วกว่า 2 ล้านดอลลาร์ มีแผนในการสาธิตเปิดตัวครั้งแรกภายในปี 2024

 

          ไม่เพียงบริษัทในสหรัฐฯหลายประเทศต่างเริ่มพัฒนาเครื่องยนต์ประเภทนี้เช่นกัน หนึ่งในนั้นคือบริษัท Pale Blue ของญี่ปุ่นได้ทดลองใช้งานระบบขับเคลื่อนพลังงานน้ำบนดาวเทียมของ Sony มีจุดหมายในการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานแก่ดาวเทียมเคลื่อนสู่วงโคจรที่กำหนด เพื่อให้สามารถเก็บภาพถ่ายจากอวกาศได้หลากหลายมุมยิ่งขึ้น

 

          ระบบขับเคลื่อนยังคงเป็นการแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนแล้วจึงนำมาเผาไหม้เป็นเชื้อเพลิง นอกจากเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานแล้ว การเปลี่ยนเส้นทางโคจรยังช่วยให้ดาวเทียมเพิ่มอายุการใช้งานได้อีกราว 2.5 ปี อีกทั้งยังประสบความสำเร็จในขั้นตอนการทดสอบเบื้องต้นในช่วงเดือนมีนาคม 2023 และเตรียมนำไปใช้งานเป็นลำดับต่อไป

 

 

 

          ทำไมต้องเป็นพลังงานน้ำ?

 

          ความเฟื่องฟูในการพัฒนาพลังงานชนิดนี้ทุกท่านคงได้เห็นกันมาแล้ว แต่นั่นย่อมนำไปสู่ข้อสงสัยว่าเหตุใดจึงต้องเป็นพลังงานน้ำที่ต้องแยกออกมาเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนก่อนใช้งาน ทั้งที่น่าจะมีเชื้อเพลิงชนิดอื่นซึ่งมีประสิทธิภาพในการขับเคลื่อนยานอวกาศมากกว่า

 

          คำตอบแรกอย่างที่ทราบกันคือ น้ำถือเป็นทรัพยากรที่มีความเสถียรกว่าพลังงานแสงอาทิตย์ สามารถแปรรูปเป็นพลังงานโดยไม่ต้องพึ่งพาทรัพยากรบนโลก ส่วนนี้ช่วยให้ยานพาหนะทั้งหลายมีความคล่องตัว เพิ่มขีดความสามารถด้านสำรวจและตั้งรกรากบนอวกาศ

 

          นอกจากนี้น้ำในอวกาศไม่ได้มีสะสมแค่เพียงบนดวงจันทร์อย่างเดียว ดาวหางและดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากต่างมีโมเลกุลน้ำสะสมไว้เช่นกัน ในอนาคตหากสามารถขุดเจาะใช้ประโยชน์ทรัพยากรในส่วนนี้ได้สำเร็จ จะช่วยขจัดปัญหาขาดแคลนพลังงานและเชื้อเพลิงในภารกิจสำรวจอวกาศโดยสิ้นเชิง

 

          อีกหนึ่งจุดเด่นสำคัญของเชื้อเพลิงน้ำคือ ความปลอดภัย การใช้งานเชื้อเพลิงจรวดแบบดั้งเดิมอาจสร้างปัญหาให้แก่สัมภาระชนิดอื่นที่บรรทุกไป ในกรณีเกิดเหตุขัดข้องอาจทำให้เกิดการระเบิดครั้งใหญ่ เพิ่มความเสี่ยงให้แก่ภารกิจไปจนชีวิตของนักบินอวกาศ แตกต่างจากน้ำที่ต่อให้เกิดเหตุขัดข้องก็แทบไม่สามารถสร้างความเสียหายร้ายแรง

 

          นี่จึงถือเป็นเชื้อเพลิงพลังงานทดแทนที่เสถียร ปลอดภัย และเหมาะสมที่สุดในภารกิจสำรวจอวกาศ

 

 

 

          อย่างไรก็ตามแนวคิดระบบขับเคลื่อนพลังงานน้ำล้วนอยู่ในขั้นพัฒนา ปัจจุบันต่างมุ่งเป้าในการใช้งานคู่กับการเปลี่ยนวิถีวงโคจรของดาวเทียมขนาดเล็กเป็นหลัก สำหรับการนำไปใช้งานในภารกิจสำรวจอวกาศจริงจังอาจต้องรอกันอีกพักใหญ่ จนกว่าเราจะมีหนทางใช้ประโยชน์ทรัพยากรน้ำนอกโลกแน่ชัด

 

          แต่ในอนาคตเครื่องยนต์ชนิดนี้อาจกลายเป็นกุญแจสำคัญในการตั้งอาณานิคมบนอวกาศก็เป็นได้

 

 

 

 

          ที่มา

 

          https://interestingengineering.com/innovation/water-powered-lunar-spacecraft

 

          https://techcrunch.com/2023/04/13/spacex-to-build-spacecraft-powered-by-moon-water/

 

          https://www.nasa.gov/feature/ames/ptd-1

 

          https://interestingengineering.com/innovation/sony-cubesat-water-vapor

 

          https://www.posttoday.com/post-next/690490