“Condensation defying gravity" ขององค์การอวกาศยุโรป (ESA)
การทดลองศึกษาการกลั่นตัวของไอน้ำในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง
จากหยดน้ำค้างยามเช้าที่เกาะกระจกทำให้กระจกเป้นฝ้าหลังอาบน้ำ การควบแน่นเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวันบนโลก แต่ในอวกาศ สภาวะไร้น้ำหนัก (microgravity) เปลี่ยนแปลงการไหลของความร้อนในของเหลวและก๊าซ ซึ่งอาจเป็นอุปสรรคต่อการระบายความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอวกาศยาน เป็นครั้งแรกที่มีการทดลองของยุโรปบนสถานีอวกาศนานาชาติ เพื่อศึกษารูปร่างของฟิล์มของเหลวที่ก่อตัวบนพื้นผิวเย็น โดยใช้โลหะรูปครีบ (fin) เพื่อให้สังเกตการควบแน่นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น
ภาพการทดลองควบแน่นมองจากด้านบนครีบโลหะ
ปัจจัยสำคัญ "รูปทรงครีบ (The fin factor)"
เครื่องใช้ไฟฟ้าในชีวิตประจำวัน เช่น ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ และหม้อน้ำ ต่างก็ใช้ “ครีบโลหะ” ขนาดเล็กเพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนระหว่างของเหลวและก๊าซได้ดียิ่งขึ้น รูปร่างของครีบจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะเมื่อใช้ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์ในอวกาศ “เรากำลังค้นหารูปร่างของครีบที่ดีที่สุด เพื่อให้สามารถถ่ายเทความร้อนได้สูงสุด” Brice Saint-Michel, นักวิทยาศาสตร์โครงการจาก ESA ได้อธิบาย
ภาพเปรียบเทียบการควบแน่นบนโลกับในอวกาศ
ครีบที่ใช้ในการทดลองนี้มีความสูงเพียงหนึ่งเซนติเมตร ผลิตจากโลหะผสมอะลูมิเนียม และค่อยๆ ถูกชุ่มไปด้วยของเหลวชนิดหนึ่งที่มีแรงตึงผิวต่ำ ซึ่งหมายความว่าของเหลวนั้นสามารถระเหยหรือควบแน่นได้โดยใช้พลังงานความร้อนเพียงเล็กน้อย ของเหลวที่ควบแน่นจะค่อย ๆ ไหลลงมาที่ฐานของครีบ แล้วถูกรวบรวมและดูดออกโดยวัสดุคล้ายฟองน้ำซึ่งเชื่อมต่อกับปั๊ม “สภาวะไร้น้ำหนักทำให้เราสามารถใช้ครีบขนาดใหญ่ได้ โดยไม่ถูกรบกวนจากแรงโน้มถ่วงหรือการพาความร้อนของไอ ทำให้เรามองเห็นได้ชัดเจนขึ้นว่าฟิล์มของเหลวจะเปลี่ยนรูปร่างไปอย่างไร” Balazs Toth, จากทีมปฏิบัติการอุปกรณ์โคจรรอบโลกต่ำของ ESA ได้อธิบาย
ควบคุมอุณหภูมิไว้ (Keep cool and carry on)
ภาพวิดีโอขาวดำแสดงให้เห็นการควบแน่นของไอน้ำทั้งบนพื้นโลก (ซ้าย) และบนสถานีอวกาศนานาชาติ (ขวา)
วิดีโอถูกเร่งความเร็วขึ้น 5 เท่า — โดยคลิปทั้งหมดใช้เวลาประมาณหนึ่งนาทีในเวลาจริง
บนโลก ของเหลวจะรวมตัวกันเป็นหยดและกองอยู่ที่ฐานของครีบ แต่ในสภาวะไร้น้ำหนัก ของเหลวกลับกระจายตัวไปทั่วทั้งพื้นผิวของครีบทั้งหมด
“ของเหลวดูเหมือนจะถูกดึงดูดให้เกาะอยู่บนพื้นผิวเย็น เหมือนมันมองว่านั่นคือที่ปลอดภัย ซึ่งแตกต่างจากพฤติกรรมของการถ่ายเทความร้อนบนโลกอย่างสิ้นเชิง” อันเดรย์ กลุชชุก (Andrey Glushchuk) นักวิจัยอาวุโสจากศูนย์วิจัยและวิศวกรรมเทคโนโลยีอวกาศ (CREST) มหาวิทยาลัย Université Libre de Bruxelles ประเทศเบลเยียม “ระบบถ่ายเทความร้อนที่ออกแบบตามมาตรฐานบนโลก จะไม่สามารถทำงานได้ในสภาวะไร้น้ำหนัก เราจำเป็นต้องออกแบบระบบใหม่ทั้งหมด โดยใช้แนวคิดที่แตกต่างออกไป” ในระหว่างการทดลองจะมี “แท่งแหลมสองอัน” อยู่ด้านข้างของครีบ ซึ่งทำหน้าที่เป็นวัตถุอ้างอิงสำหรับการสอบเทียบค่าต่าง ๆ แท่งเหล่านี้ทำจากโลหะผสมนิกเกิล–เหล็กที่มีความคงตัวทางความร้อนสูง ทุกครั้งที่ทำการทดลอง ของเหลวที่ควบแน่นจะถูกดูดออกด้วยวัสดุคล้ายฟองน้ำที่ฐานของครีบ จากนั้นปั๊มจะส่งของเหลวกลับไประเหยใหม่อีกครั้งในระบบแบบวงปิด เครื่องมือ อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ (interferometer) ความละเอียดสูงจะบันทึกการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความเข้มข้นของไอรอบ ๆ ครีบ รวมถึงติดตามการเปลี่ยนแปลงของความหนาของฟิล์มของเหลวอย่างละเอียดอีกด้วย
แบบจำลองเชิงทฤษฏี Flying high
Team Heat Transfer Host
การทดลองเกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อนที่คล้ายกันนี้เคยใช้ช่วงเวลาสั้น ๆ ของสภาวะไร้น้ำหนักจากการบินแบบพาราโบลาในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา ความรู้จากการบินเหล่านั้นช่วยให้ทีมวิทยาศาสตร์พัฒนาเทคนิคในการวัดการกระจายของฟิล์มของเหลวได้อย่างแม่นยำ “เราต้องการสภาวะไร้น้ำหนักที่คงที่ของสถานีอวกาศนานาชาติ เพราะไม่มีที่ไหนที่เราจะสามารถวัดได้ด้วยความเสถียร ความแม่นยำ และความละเอียดสูงในระดับนี้” Andrey, ทีม Heat Transfer Host
กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ใช้แบบจำลองทฤษฎีหลายแบบเพื่อคาดการณ์ว่าอัตราการควบแน่นจะเปลี่ยนแปลงอย่างไรตามการกระจายความหนาของฟิล์มของเหลว “เราต้องการสูตรที่ใช้ได้กับทุกกรณี และนี่เป็นครั้งแรกที่เรามีข้อมูลจำนวนมากพอจะรวมเป็นสูตรเดียวได้” Carlo Saverio Iorio, หัวหน้า CREST, มหาวิทยาลัย Université Libre de Bruxelles
ศูนย์วิจัยการถ่ายเทความร้อนแห่งใหม่ในอวกาศ
ภาพ Heat Transfer Host 2 facility
การทดลอง Condensation on Fins เป็นส่วนหนึ่งของชุดการทดลองขนาดใหญ่เกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อนในก๊าซและของเหลว ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นภายในโมดูลใหม่ชื่อ Heat Transfer Host 2 ซึ่งติดตั้งเมื่อวันที่ 30 กันยายน 2025 หลังจากถูกส่งไปโดยภารกิจขนส่งสัมภาระครั้งที่ 23 ของ Northrop Grumman ไปยังสถานีอวกาศนานาชาติ โมดูลขนาดสูงระดับเอวนี้ติดตั้งอยู่ใน European Drawer Rack-2 ซึ่งเป็นการอัปเกรดล่าสุดของห้องทดลอง Columbus ของยุโรปบนสถานีอวกาศ ระบบทำงานได้อย่างไร้ที่ติ และการออกแบบของมันช่วยให้สามารถติดตั้งการทดลองต่าง ๆ ได้อย่างง่ายดายและทำงานโดยอัตโนมัติ หลังจากการศึกษาการควบแน่นครั้งแรกนี้ แคมเปญจะดำเนินต่อด้วยการทดลองชื่อ Marangoni in films ซึ่งมุ่งเน้นไปที่ความไม่เสถียรของฟิล์มของเหลวที่ระเหย
การติดตั้ง Heat Transfer Host 2 facility
วีดีโอการติดตั้ง Heat Transfer Host 2 facility
แปลและเรียบเรียงโดย: พ.อ.อ.หญิง ภัสสรัญ บุญหู้
ตรวจสอบโดย ร.ท.จักรพงศ์ ค้ามีผล
ที่มา: “Condensation Defying Gravity.” European Space Agency, 21 Oct. 2025,
https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Condensation_defying_gravity
Accessed 28 Oct 2025
แปลและเรียบเรียง
พ.อ.อ.หญิง ภัสสรัญ บุญหู้
ตรวจสอบโดย
ร.ท.จักรพงศ์ ค้ามีผล