ภารกิจเยือนดาวอังคารขององค์การนาซา

ความฝันที่ยิ่งใหญ่ที่สุดอย่างหนึ่งของนักดาราศาสตร์ คือ การส่งมนุษย์ออกไปสำรวจดาวอังคาร แต่ปัจจุบันมนุษย์เดินทางไปได้ไกลที่สุดเพียงแค่ดวงจันทร์ซึ่งเป็นบริวารของโลก และหากต้องการเดินทางได้ไกลกว่านั้นนักวิทยาศาสตร์จะต้องเร่งพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศให้ก้าวหน้ามากขึ้น รวมถึงองค์ความรู้วิทยาศาสตร์พื้นฐานทั้งหมดที่จำเป็นต่อการส่งมนุษย์ออกไปสร้างอารยธรรมนอกโลก ล่าสุดองค์การนาซาได้ประเมินแผนภารกิจที่ถูกกำหนดโดยองค์การอวกาศแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาเมื่อ ปี 2010 โดยจะส่งมนุษย์ออกไปเยือนดาวเคราะห์น้อยให้ได้ภายในปี ค.ศ. 2025 และจะส่งมนุษย์ไปเยือนดาวอังคารให้ได้ภายในปี ค.ศ. 2030 

        ดาวอังคารเป็นดาวเคราะห์เพื่อนบ้านของโลกที่น่าสนใจมาก ปัจจุบันมีโครงการวิจัยเกี่ยวกับดาวอังคารเกิดขึ้นมากมาย ด้วยเหตุผลเดียวคือความเข้าใจธรรมชาติของดาวอังคาร ซึ่งอาจเป็นตัวอย่างที่ดีในการอธิบายความเปลี่ยนแปลงและคาดการณ์อนาคตของโลกได้ จนถึงวันนี้นับเป็นเวลา 40 ปีมาแล้วที่มนุษย์ส่งยานอวกาศไปสำรวจดาวอังคาร นักวิทยาศาสตร์มีความรู้เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ เครื่องมือวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และเทคนิคในการสำรวจถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่อง อีกทั้งยังส่งนักบินอวกาศออกไปทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์อยู่ในสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS: International Space Station) ซึ่งตั้งอยู่ ณ บริเวณวงโคจรต่ำของโลกด้วย ( low-Earth orbit  อยู่สูงจากพื้นโลก 160 - 2,000 กิโลเมตร) แต่รู้หรือไม่ว่าการส่งนักบินออกไปปฏิบัติภารกิจนอกโลกไม่ใช่เรื่องง่ายๆ นักวิทยาศาสตร์จะต้องรวบรวมองค์ความรูู้พื้นฐานจำนวนมากเพื่อนำมาประยุกต์ใช้ในการปฏิบัติการต่างๆ รวมถึงความรู้พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ที่จำเป็นและเกี่ยวข้องกับการดำรงชีวิตของนักบินอวกาศ เช่น การเข้าห้องน้ำถ่ายหนักถ่ายเบา  การกินอาหาร การเคลื่อนที่ภายในยาน การตรวจเช็คสภาพร่างกายของตัวเอง เหล่านี้เป็นต้น 

        กรณีของการส่งมนุษย์ไปดาวอังคารนั้นยากกว่าการส่งมนุษย์ไปสถานีอวกาศนานาชาติมาก เนื่องจากดาวอังคารอยู่ไกลออกไปจากโลกจะต้องใช้เวลาในการเดินทางยาวนานกว่า และหากมนุษย์ต้องการไปอยู่อาศัยบนดาวอังคารนั้นก็ยิ่งยากกว่ามาก เพราะดาวอังคารมีขนาดเล็กกว่าโลก แรงโน้มถ่วงน้อยกว่าโลก บรรยากาศก็เบาบางมาก องค์ประกอบของบรรยากาศเต็มไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งไม่เอื้อต่อการดำรงชีพของมนุษย์เลย  จึงต้องอาศัยข้อมูลจากยานสำรวจและหุ่นยนต์สำรวจที่ปฏิบัติภารกิจอยู่ ณ ปัจจุบัน อาทิ ข้อมูลจากยานสำรวจคิวริออสซิตี ที่แล่นอยู่บนพื้นผิวดาวอังคาร เก็บข้อมูลเกี่ยวกับสภาพทางธรณีวิทยาบนดาวอังคาร และยานอวกาศอีกหลายลำที่ทำการเก็บข้อมูลเกี่ยวกับสภาพบรรยากาศเพื่อวิเคราะห์ถึงสาเหตุการณ์สูญเสียบรรยากาศของดาวอังคาร ฯลฯ เพื่อหาทางรับมือกับธรรมชาติอันโหดร้ายบนดาวอังคาร 

ภาพแสดงจำนวนยานอวกาศและหุ่นยนต์สำรวจที่เดินทางไปสำรวจดาวอังคารตั้งแต่อดีต จนถึงปัจจุบัน

        นอกจากโครงการวิจัยที่กล่าวมาแล้วข้างต้น องค์การนาซาได้ออกแบบยานอวกาศชื่อโอไรออน (Orion spacecraft) ที่มีระบบขับดันด้วยพลังงานจากแสงอาทิตย์ (solar-electric propulsion system ) เพื่อใช้บรรทุกนักบินอวกาศเดินทางไปยังดาวอังคาร แต่ระหว่างนี้อยู่ในช่วงทดสอบและได้ทดลองส่งยานแบบไร้คนขับขึ้นไปเหนือพื้นโลกแล้วสองครั้งด้วยกัน ครั้งแรกยานสามารถโคจรที่ระดับความสูงประมาณ 430 กิโลเมตร ซึ่งความสูงระดับเดียวกันกับสถานีอวกาศนานาชาติ ส่วนครั้งที่สองยานสามารถโคจรได้ที่ระดับความสูงถึง 5,800 กิโลเมตรเหนือพื้นโลก โดยในการทดสอบแต่ละครั้งนักวิทยาศาสตร์จะบังคับให้ยานตกกลับสู่พื้นโลกพร้อมกับทำการวัดอุณหภูมิภายในห้องโดยสารว่าอุณหภูมิสูงแค่ไหนเอื้อต่อการมีชีวิตรอดของลูกเรือหรือไม่ ตามแผนภารกิจองค์การนาซาจะทำการทดสอบส่งยานแบบไร้คนขับขึ้นไปอีกหนึ่งครั้งในปี ค.ศ 2018 หากผลการทดสอบเป็นไปตามที่คาดการณ์ไว้ ในปี ค.ศ 2025 องค์การนาซาจะส่งนักบินอวกาศไปยังดาวเคราะห์น้อยและมุ่งหน้าไปยังดาวอังคารในปี ค.ศ. 2030 

        หมายเหตุ    solar-electric propulsion system  เป็นระบบขับดันที่ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ วิธีการคือจะใช้แผงโซลาร์เซลล์เป็นตัวรับแสงอาทิตย์และทำการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า จากนั้นนำพลังงานไฟฟ้าที่ได้ไปกระตุ้นแผ่นตัวนำที่บรรจุแก๊สซีนอนอยู่ ทำให้อะตอมของแก๊สซีนอนคายพลังงานออกมาเป็นโฟตอน จากนั้นก็ปั้มพลังงานดังกล่าวส่งมาบริเวณด้านท้ายของยาน ทำให้ตัวยานเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้ แต่ทว่าพลังงานที่ได้จากระบบขับดันด้วยพลังงานแสงอาทิตย์นั้นน้อยมาก ในช่วงระยะเวลาสั้นๆ ยานอวกาศที่ใช้ระบบขับดันจากพลังงานแสงอาทิตย์จะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วเท่ากับยานอวกาศที่ใช้เชื้อเพลิงในการขับดันอย่างแน่นอน แต่กรณีของการเดินทางไปดาวอังคารเป็นการเดินทางในระยะยาวซึ่งกินเวลานานหลายปี (ยานแบบไร้คนขับจะต้องใช้เวลาเดินทางไปดาวอังคารถึง 250 วัน และหากยานแบบมีคนขับต้องใช้เวลานานมาก) พลังงานน้อยนิดที่ได้การคายพลังงานของแก๊สซีนอนอย่างต่อเนื่องจะทำให้ตัวยานมีโมเมนตัมสูงและเคลื่อนที่ได้เร็วมากถึง 65,000 ไมล์ต่อชั่วโมง และนี่เป็นเหตุผลว่าทำไมนัก      วิทยาศาตร์ถึงเลือกใช้ระบบขับดันที่ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ขับเคลื่อนยานอวกาศโอไรออน