ทำไม "แผ่นฟอยล์สีทอง" ถึงต้องถูกนำมาหุ้มรอบตัวยานอวกาศและดาวเทียมเกือบทุกลำ?

เวลาที่เราเห็นภาพถ่ายของดาวเทียม ยานสำรวจอวกาศ หรือโมดูลลงจอดบนดวงจันทร์ สิ่งหนึ่งที่สะดุดตาและสร้างความสงสัยให้กับผู้คนทั่วโลกคือ "แผ่นฟอยล์สีทองยับยู่ยี่" ที่ถูกนำมาหุ้มห่อรอบตัวโครงสร้างยานราวกับกระดาษห่อของขวัญหรูหรา หลายคนอาจจะเคยคิดว่าแผ่นสีทองเหล่านี้ทำมาจากทองคำแท้ 100% เพื่อป้องกันรังสีคอสมิกหรือใช้เป็นตัวนำไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว ความจริงแล้ว เบื้องหลังแผ่นฟอยล์สีทองในอวกาศนี้ คืองานวิศวกรรมอวกาศยานขั้นสูง อุณหพลศาสตร์การแผ่รังสีความร้อน (Thermal Radiation Physics) และเทคโนโลยีฉนวนกันความร้อนแบบหลายชั้นที่ปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ราคาหมื่นล้าน

ในสภาพแวดล้อมของอวกาศที่เป็นสุญญากาศ ไม่มีอากาศหรือลมคอยทำหน้าที่นำพาและถ่ายเทความร้อนเหมือนบนพื้นโลก ยานอวกาศจึงต้องเผชิญหน้ากับสภาวะอุณหภูมิสุดขั้วอย่างรุนแรง ด้านที่หันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์จะได้รับรังสีความร้อนจนอุณหภูมิพุ่งสูงกว่า 120 องศาเซลเซียส ในขณะที่ด้านที่หันหลังให้ดวงอาทิตย์ในเงามืด อุณหภูมิจะดิ่งลงต่ำติดลบกว่า -150 องศาเซลเซียส หากโครงสร้างโลหะและแผงวงจรคอมพิวเตอร์ภายในสัมผัสกับความแตกต่างของอุณหภูมินี้โดยตรง วัสดุจะเกิดการขยายตัวและหดตัวอย่างฉับพลันจนแตกร้าวและระบบล่มสลายในทันที

วิศวกรขององค์การนาซาและองค์กรอวกาศทั่วโลกจึงได้พัฒนาวัสดุป้องกันความร้อนขั้นสุดยอดที่เรียกว่า "ฉนวนกันความร้อนแบบหลายชั้น (Multi-Layer Insulation หรือ MLI)" โดยแผ่นฟอยล์สีทองที่เราเห็น แท้จริงแล้วทำมาจากแผ่นฟิล์มพลาสติกโพลีอิไมด์ชนิดพิเศษที่ชื่อว่า "แคปตอน (Kapton)" ซึ่งเป็นพลาสติกสีเหลืองอำพันทนความร้อนสูง นำมาเคลือบด้วยไอระเหยของโลหะอลูมิเนียมหรือทองคำแท้ในระดับไมโครเมตร และซ้อนทับกันหลายสิบชั้น

โครงสร้างฟอยล์สีทองที่ถูกจงใจทำให้ยับย่นเล็กน้อยนี้ มีเหตุผลทางวิศวกรรมที่แยบยล รอยยับช่วยให้แผ่นฟอยล์แต่ละชั้นสัมผัสกันน้อยที่สุด ลดการถ่ายเทความร้อนผ่านการนำความร้อน (Conduction) ขณะที่พื้นผิวสีทองสะท้อนแสงจะทำหน้าที่สะท้อนรังสีอินฟราเรดและความร้อนจากดวงอาทิตย์ออกไปได้มากถึง 98% พร้อมกับกักเก็บความอบอุ่นที่เหมาะสมไว้ภายในตัวยาน แผ่นฟอยล์สีทองหุ้มยานอวกาศ จึงเป็นผลงานชิ้นเอกทางวิศวกรรมวัสดุศาสตร์ที่ทำหน้าที่เสมือนเกราะกำบังอุณหภูมิให้มนุษยชาติสามารถสำรวจห้วงอวกาศอันหนาวเหน็บได้อย่างปลอดภัยครับ