Spaceport หรือ ท่าอวกาศยาน เป็นพื้นที่ที่รวบรวมสิ่งก่อสร้างที่จำเป็นต่อการนำส่งจรวด ทั้งส่วนการสร้าง การประกอบ และการนำส่งของจรวด ในปัจจุบันได้มีการพมากขึ้นในประเทศไทย เป็นเรื่องที่สนใจเพื่อประกอบการลงทุนเพื่อสร้าง เป็นสิ่งที่ทำให้เกิดการขับเคลื่อนเทคโนโลยี แต่ในหลักการเพื่อสร้างบริการรับรองสิ่งใด ควรต้องพิจารณาภารกิจและผลลัพท์ที่ควรจะได้ ซึ่งจะกล่าวได้ว่า ท่าอวกาศยานจะมีความเฉพาะทางกว่าที่เราคุ้นเคย ในบทความนี้จะมาแยกประเด็นเรื่องแนวความคิดที่เกี่ยวกับ Spaceport รวมถึงองค์ประกอบที่ทำให้เกิดระบบภายใน (Ecosystem) ของท่าอวกาศยาน ที่ทำให้การนำส่งบรรลุภารกิจได้โดยเกิดปัญหาน้อยที่สุด
ท่าอวกาศยาน (Spaceport) กับ ท่าอากาศยาน (Airport)
ก่อนอื่น เรามักเห็นการเปรียบเทียบ Spaceport กับ Airport หรือท่าอากาศยาน ว่าเป็นสิ่งคล้ายกัน แต่ปัจจัยของภารกิจที่ต่างกันระหว่างทั้งสองคือ ท่าอากาศยานรองรับอากาศยานสามารถเคลื่อนที่ไปจากท่าอากาศยานหนึ่งสู่ที่หนึ่งได้ กลับกันท่าอวกาศยาน รองรับอวกาศยานหรือจรวดนำส่ง (Launch Vehicle) โดยมีเป้าหมายหลากหลาย เช่น การนำ Payload ขึ้นสู่อวกาศ และการเดินทางจากท่าอวกาศยานหนึ่งผ่านอวกาศไปยังอีกท่าอวกาศยานหนึ่ง เป็นต้น จากที่ภารกิจทั้งสองรูปแบบแตกต่างกัน ทำให้การออกแบบภารกิจในการสร้าง Spaceport จึงจะต้องไม่เหมือนกับ Airport อย่างแน่นอน
แนวความคิดของการนำส่งจรวด เป็นการที่จรวดบรรจุเชื้อเพลิงและสารออกซิไดซ์ (สารประกอบการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง) ที่มีความดันสูง การอัดฉีดและเผาไหม้ของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว (Liquid Engine Rocket Propulsion) หรือการเผาไหม้สารประกอบประเภทของแข็ง ของมอเตอร์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง (Solid Motor Propulsion) ประกอบกับองค์ประกอบที่จรวดเคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศ จึงมีสภาพแวดล้อมที่เกิดขึ้นจากการนำส่งจรวดตั้งแต่ มลภาวะของความร้อน (Heat) แรงดัน (Pressure Force) แรงสั่นสะเทือน (Vibration) เสียง (Sound wave) อีกทั้งความเสี่ยงที่เกิดการระเบิด ทำให้การสร้างท่าอวกาศยานจึงมีความพิเศษและเฉพาะทางเป็นอย่างยิ่ง
กระบวนการคิดของการสร้างท่าอวกาศยานจากสภาพของยานพาหนะที่ทรงพลังและสุดโต่งนั้น ต้องคำนึงถึงความปลอดภัยเป็นลำดับที่หนึ่งที่สามาถวัดจากความเชื่อมั่นของระบบ (System Relieability) จะต้องมีค่ามากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยลดปัจจัยที่ทำให้เกิดการผิดพลาดที่จะเกิดขึ้น อันเนื่องจากการรบกวนของระบบ เช่น ปัจจัยภายนอก ซึ่งการก่อกวนระบบนี้จะนำมาสู่ความเสี่ยงการเกิดความล้มเหลวสูงมากขึ้น และด้วยต้นทุนปัจจัยในการสร้างจรวดนั้น ทำให้ความเสียหายเกิดขึ้นกับตัวจรวดเอง ท่าอวกาศ และ พื้นที่โดยรอบได้เรื่องนี้จึงเป็นตัวชี้วัดที่สำคัญของการนำส่งของจรวด อันเป็นการเกี่ยวข้องกับการสร้างท่าอวกาศยาน
องค์ประกอบของท่าอวกาศยาน
ท่าอวกาศยานเป็นการรวบรวมหลายบริการไว้ด้วยกันเพื่อลดการรบกวนของระบบจรวดนำส่งที่นับรวม Payload อวกาศยานไว้ด้วย ท่าอวกาศยานจึงต้องมีการรับรองการวิจัย การทดสอบ การประกอบ การควบคุมสั่งการจรวดนำส่งในที่เดียวกัน ดังนั้น องค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการสร้างท่าอวกาศยานจากปัจจัยต่างๆ ที่นำเสนอมา มีได้ดังนี้
ฐานนำส่งจรวด (Rocket Launch pad)
ถ้าเป็นเรื่องท่าอวกาศยานแล้ว ฐานนำส่งจรวดเป็นองค์ประกอบแรกที่ทุกคนมักจะนึกถึง ฐานนำส่งจรวดเป็นที่สำหรับการนำส่งจรวดจากพื้นขึ้นสู่อวกาศ โดยการตั้งฐานนำส่งจรวดต้องออกแบบให้สอดคล้องกับน้ำหนักที่กดทับของจรวดที่บรรทุกเชื้อเพลิงเต็มถัง มีระบบน้ำถ่ายเทความร้อนจากไอพ่นของจรวดเพื่อลด แขนจับจรวด(Service Arm) ที่เชื่อมต่อกับจรวดที่มีหน้าที่จ่ายเชื้อเพลิง ไฟฟ้า และถ่ายโอนข้อมูลจากภาคพื้นไปยังจรวดนำส่ง ซึ่งการปรับเปลี่ยนแขนของฐานนำส่งให้เข้ากับจรวดประเภทอื่น อาจใช้ทั้งเวลาในการปรับและตรวจสอบ ความเสี่ยงที่เกิดขึ้นเพิ่ม รวมถึงต้นทุนที่ต้องจ่ายอาจไม่คุ้ม ดังนั้นส่วนมากแล้วจะใช้ Launch pad กับจรวดแบบเดียวเท่านั้น ฐานนำส่งจรวดอาจมีถังเก็บเชื้อเพลิงไว้สำหรับการจ่ายสู่จรวด
สถานที่ประกอบชิ้นส่วน (Assembly Infrastructure)
การประกอบชิ้นส่วนจรวดเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในท่าอวกาศยาน เพราะการขนส่งมีข้อจำกัดเรื่องของขนาดของชิ้นส่วน และเป็นไปได้ยากที่สามารถขนส่งจรวดทั้งระบบจากข้างนอกเข้าไปในท่าอวกาศยานเพื่อนำส่งได้เลย จึงต้องแยกชิ้นส่วนมาประกอบภายในท่าอวกาศยานที่มีเครื่องมือเฉพาะทาง อาจต้องมีห้องประกอบสำหรับการประกอบอุปกรณ์ต่างๆ เข้าสู่ Payload Adaptor ที่ต้องเป็นห้องแบบความดันบวก เพื่อไม่ให้อากาศภายนอกเข้าไปในห้องประกอบ และให้อากาศภายในออกสู่ภายนอก ประเภทของอาคารใช้ประกอบชิ้นส่วนเป็นแนวตั้งจากชิ้นส่วนที่อยู่ข้างล่างไปข้างบน เรียกว่า Vertical Assemble Building (อาคารประกอบแนวตั้ง) ซึ่งเป็นที่นิยมเนื่องจากสามารถตรวจพบความเสียหายได้ง่ายเมื่อประกอบรวมกัน และไม่จำเป็นต้องดึงส่วนหัวให้ตั้งขึ้น อันเป็นการเกินแรงที่กระทำกับแกนกลางของจรวด ทำให้เกิดความเสียหายได้
ส่วนทดสอบและวิจัย (Testing and Research Facilities)
การทดสอบเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เนื่องจากต้องยืนยันว่าจรวดสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมได้หรือไม่ การทดสอบทั้งจำลองสถานการณ์การนำส่งตั้งแต่พื้นดิน บนอากาศ และ ณ อวกาศ ทั้งนี้ได้ทดสอบกับ Payload ด้วยว่าสามารถผ่านการนำส่งได้หรือไม่ แม้จะมีการทดสอบแยกแต่ละชิ้นส่วนแล้วก็ตาม แต่เมื่อประกอบเป็นอีกชิ้นหนึ่ง เราต้องนำมาทดสอบอีกที่เพื่อยืนยันว่าการประกอบสำเร็จและไม่มีข้อบกพร่อง มักเรียกว่า Integration testing ซึ่งจะต้องนำผลการทดสอบมายืนยันคุณสมบัติ (Qualification) เพื่อทำการตกลงใจในการนำส่ง และที่เกี่ยวเนื่องจากมีสถานที่ทดสอบ เรายังสามารถสร้างศูนย์วิจัยที่เกี่ยวข้องเพื่อใช้ทดสอบงานวิจัยได้เช่นกัน เพื่อลดค่าใช้จ่ายในการสร้างสถานทดสอบอีกแห่งได้
ส่วนการบริหาร (Administration Facilities)
เพื่อใช้เป็นส่วนควบคุมและประสานกับส่วนทั้งหมดเป็นไปได้อย่างราบรื่น โดยเฉพาะการสั่งการที่เป็นภารกิจการนำส่งของจรวดที่ใช้ห้องที่นิยมเรียกว่า Mission Control Center ในการสั่งการและตรวจสอบภารกิจการนำส่ง อีกทั้งเป็นที่ของการจัดการด้านธุรการและการบริหารงาน ซึ่งอาจขยายต่อไปยังการส่งเสริมการท่องเที่ยวในการเปิดโอกาศในการดูงาน สร้างกิจกรรมสันทนาการให้กับบุคคลภายนอก เพื่อเพิ่มรายได้ให้กับทางท่าอวกาศยานได้
ศูนย์ควบคุมการจราจรทางอากาศและอวกาศ (Airspace And Outer Space Traffic Control Center)
มีหน้าที่ตรวจสอบสภาพการจราจรบนอากาศและในห้วงอวกาศที่เกี่ยวข้อง เพื่อไม่ให้เกิดความเสี่ยงที่จะพุ่งชนกับวัตถุที่ลอยอยู่บนอากาศในบริเวณนั้น อีกทั้งคลอบคลุมในพื้นที่ทะเลที่ท่อนจรวดจะสามารถร่วงลงมาสร้างความเสียหายแก่เรือที่สัญจรผ่าน ซึ่งต้องพยากรณ์เขตห้วงทะเลที่ห้ามผ่านในช่วงนำส่งจรวด
นอกจากนี้มียังหน้าที่พยากรณ์อากาศในห้วงก่อนการปล่อยจรวดนำส่ง เพราะลมตั้งแต่พื้นจนถึงความสูงค่าหนึ่งที่เกิดความดันพลวัติสูงสุด (Maximum Dynamic Pressure) หรือ Max-Q จะมีผลต่อจรวดโดยตรง ลมจะทำให้เกิดแรงดันแกนด้านข้างของท่อนจรวด (Lateral Axis) ทำให้เกิดโมเมนต์เบี่ยงเบนทิศทางของจรวด เกิดแรงบิดของท่อนจรวด (Bending Force) ซึ่งสามารถสร้างปัญหาในการควบคุมทิศทางของจรวดให้ไปในทิศที่ต้องการได้ ดังนี้นส่วงมากจะทำบอลลูนติดเครื่องมือวัดหลายชนิดขึ้นสู่อากาศวัดค่าความเร็วลม ความชื้น ความดันชั้นบรรยากาศ และนำมาตัดสินใจที่จะนำส่งหรือไม่ (Go, or no go)
ระบบขนส่งของท่าอวกาศยาน (Logistic Infrastructure)
การนำส่งจรวดในท่าอวกาศยานยังต้องอาศัยการขนส่งวัตถุดิบ อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับภารกิจ อาจมาจากภายนอกที่อยู่ไกล และต้องการเครื่องมือพิเศษในการดำเนินการที่ไม่มีเหมือนที่อื่น ดังนั้นการมีถนนขนาดใหญ่พิเศษ, ท่าเรือ และท่าอากาศยาน ภายในเฉพาะท่าอวกาศยาน เพื่อให้การรับรองการขนส่งเป็นไปอย่างราบรื่น
องค์ประกอบทั้งหมดนี้เป็นองค์กอบหลักที่ใช้ในการสร้างอวกาศยาน เหตุผลส่วนมากมักจะเกิดจากความต้องการลดความเสี่ยงในการขนส่งชิ้นส่วน ความเสียหายที่จะเกิดขึ้นของท่อนจรวด ความล่าช้าของข้อมูล และอื่นๆ จึงต้องมีบริการที่ครบถ้วนรับรองความต้องการของบริษัทจรวดนำส่งภาครัฐและภาคเอกชน
ทางเลือกอื่นที่ให้จรวดนำส่งไปสู่อวกาศ
นอกเหนือจากนี้ ยังมีการนำส่งแบบอื่น เช่น ระบบนำส่งจากอากาศ (Air Launch System) เป็นระบบที่ใช้เครื่องบินบรรทุกจรวดนำส่งขึ้นสู่ความสูงระดับหนึ่ง และจรวดก็ปลดออกจากเครื่องบินเพื่อไปสู่อวกาศ ข้อดีคือ เราสามารถลดการสร้างส่วนของท่าอวกาศยานลง และเพียงแค่ไปเสริมกับท่าอากาศยานที่มีอยู่ แต่ข้อเสียคือ จรวดที่ถูกบรรทุกด้วยขึ้นไปมีขนาดจำกัด และการบำรุงรักษาทั้งบุคลากร อากาศยานที่ถูกนำมาดัดแปลง ไม่คุ้มค่าต้องการส่ง Payload ขนาดเล็กที่แปรผันตามขนาดของจรวด
อีกมุมหนึ่ง จรวดสามารถนำส่งขึ้นจากเรือ (Sea Launch System) ได้เหมือนกัน เทียบข้อจำกัดแล้วดีกว่าระบบนำส่งจากอากาศ เพราะได้ขนาดจรวดที่ใหญ่กว่า การดูแลรักษาพาหนะที่ใช้น้อยกว่า แต่การควบคุมเรือให้โคลงเคลงน้อยที่สุด เพื่อให้ทิศทางที่จะนำส่งขึ้นไป เป็นเรื่องที่ท้าทาย เพราะถ้าจรวดมุ่งไปในทิศทางที่ผิดพลาดเพียงเล็กน้อย อาจเกิดปัญหาขึ้นได้ กลับกันหากสามารถนำส่งจรวดขึ้นได้ กลับเป็นข้อดีในเรื่องของลดค่าใช้จ่ายในการสร้างบริการรับรอง เหมือนระบบการนำส่งจากพื้น
สรุป
จากองค์ประกอบและแนวคิดทั้งหมดจะเป็นไปได้ หากได้รับการสนับสนุนจากทุกส่วนในกิจการของประเทศ ไม่เพียงจะเป็นแค่ผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีอวกาศส่วนเดียว ต่างล้วนประกอบด้วยเป็นผู้เชี่ยวชาญในแต่ละด้านที่เกี่ยวข้อง และเบื้องหลังการลงทุนการวิจัยการสร้างจรวดและท่าอวกาศยาน จากภาครัฐและเอกชนที่อยู่ในพื้นฐานด้านกฎหมายของรัฐ ทั้งหมดนี้มีส่วนผลักดันให้ท่าอวกาศยานเกิดขึ้นได้ ต่อไปเมื่อความประสบความสำเร็จของการสร้างท่าอวกาศยานจะมีผลประโยชน์ของชาติในทางเศรฐกิจ ความมั่นคง และทางความสัมพันธ์ระหว่างประเทศ เป็นอย่างมากต่อไป
เนื้อหา เรียบเรียง : ร.อ.กันต์ จุลทะกาญจน์