เมื่อวันที่ 5 ก.ค.69 ดาวเทียม NAPA-2 ฐานข้อมูลดาวเทียมโคจรรอบโลกสาธารณะ Spacetrak.com ได้เปลี่ยนแคตตาลอกดาวเทียม NAPA-2 (NORAD ID: 48963) กองทัพอากาศไทย จากดาวเทียมทั่วไปเป็นดาวเทียมที่วงโคจรเสื่อมถอย (Decay) ซึ่งอาจนับว่าเป็นการกลับสู่ชั้นบรรยากาศโลกเรียบร้อย
กราฟวงโคจรดาวเทียม NAPA-2 ในช่วงสุดท้ายก่อนกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลก
ดังนั้นการกลับสู่ชั้นบรรยากาศเป็นเรื่องที่น่าสนใจและเป็นความท้าทายอย่างยิ่งสำหรับภารกิจที่ใช้ประโยชน์จากปรากฎการณ์ดังกล่าว โดยการกลับสู่ชั้นบรรยากาศ คือ การเคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศที่มีความหนาแน่นที่มีนัยยะในการลดความเร็วลงของอวกาศยาน และสามารถลดระยะทางการเคลื่อนที่ลงจาก วงโคจรแบบครบรอบ (Orbit) หรือ การเคลื่อนที่แบบใต้วงโคจร (Suborbital)
การกลับสู่ชั้นบรรยากาศสามารถแบ่งเป็น 2 รูปแบบได้แก่
1. การกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศแบบไม่สามารถควบคุมได้ (Uncontrolled Atmospheric Reentry หรือ Uncontrolled Reentry) โดยรูปแบบนี้จะใช้แรงที่กระทบจากธรรมชาติ โดยไม่มีการควบคุมท่าทางและทิศทางการเคลื่อนที่ ทำให้การตกลงของอวกาศยาน ไม่สามารถบ่งบอกถึงความปลอดภัย (สิ่งที่หลงเหลือของยาน) หรือ ตำแหน่งการตกของดาวเทียมได้ ซึ่งดาวเทียม NAPA-2 อยู่ในการกลับสู่ชั้นบรรยากาศรูปแบบนี้
2. การกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศแบบควบคุมได้ (Controlled Atmospheric Reentry) เป็นการควบคุมเพื่อให้อวกาศยานสามารถกลับเข้าสู่โลกได้อย่างเป็นไปตามการวางแผนการปฏิบัติ ซึ่งต้องการความปลอดภัยและความสำเร็จของการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งขั้นตอนของการกลับสู่ชั้นบรรยากาศอยู่ภายในการลงจอด (Landing) ของอวกาศยาน เพื่อเป็นการเก็บกู้ (Recovery) หรือ การเริ่มภารกิจบนพื้นผิว (Surface mission) ของดวงดาวที่เดินทางถึง
ความท้าทายของการลงจอด คือ การควบคุมเพื่อปกป้องอุปกรณ์ (Payload) หรือ มนุษย์จากการเสียดสีกับชั้นบรรยากาศอย่างรุนแรง อย่างเช่นภารกิจกลับเข้าสู่โลกของอวกาศยานที่เคลื่อนที่เร็วในระดับไฮเปอร์โซนิค (Hypersonic) การเสียดสีกับสสารประเภทพลาสมา (Plasma) มีความหนาแน่นและพลังงานสูงมากจนผิวอวกาศยานเกิดการกัดกร่อนได้ง่าย และผลอีกอย่างที่เกิดขึ้นในช่วงความสูงหนึ่งประมาณ 90 – 60 กม. เป็นช่วงที่จะตัดการสื่อสาร (Communication Blackout) ซึ่งเป็นความน่าตื่นเต้นของภารกิจเพราะเนื่องจากอาจไม่ทราบข้อมูลอะไรที่เกิดขึ้นบนอวกาศยานได้เลย
การรับมือการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลกส่วนใหญ่แล้วจะใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าระบบป้องกันความร้อน (Thermal Protection) หลักการคือใช้อุปกรณ์ที่มีคุณสมบัติสามารถทนต่อปริมาณความร้อนสูงสุด (Peak heat flux) ปริมาณแรงดันอากาศสูงสุด (Peak Dynamic Pressure) ความร้อนสะสม (Heat load) และความหน่วงสูงสุด (Peak deacceleration) ซึ่งทั้งหมดนี้ต้องไม่มีการนำความร้อนหรือการแผ่รังสีไปยังอุปกรณ์หรือมนุษย์ที่ต้องปกป้อง
แผงป้องกันความร้อน (Heat Shield) ของยาน Artemis 2 หลังจากกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลก
การกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดวงดาว หรือ ชั้นบรรยากาศโลกนั้น เป็นศาสตร์ที่มีความซับซ้อนอย่างยิ่งและมีความเสี่ยงสูงสุดเทียบกับทุกขั้นตอนในภารกิจ การพัฒนาอวกาศยานที่จะต้องทำขั้นตอนนี้จึงต้องมีความระมัดระวังสูงสุด และจำเป็นที่จะต้องมีตรวจสอบอย่างละเอียดในการอนุมัติภารกิจเช่นกัน
บทความโดย
ร.อ.กันต์ จุลทะกาญจน์