NASA คืนชีพอุปกรณ์ขับเคลื่อนยาน Voyager 1 ที่หยุดทำงานไปกว่า 20 ปี

ท่ามกลางสถานการณ์ที่แทบเป็นไปไม่ได้ วิศวกรของนาซ่าสามารถปลุกอุปกรณ์ขับเคลื่อนชุดหนึ่งของยาน Voyager 1 ที่ไม่ได้ใช้งานมาตั้งแต่ปี 2004 ให้กลับมาทำงานได้อีกครั้ง การซ่อมแซมครั้งนี้เกิดขึ้นเพราะความกังวลว่าอุปกรณ์ขับเคลื่อนหลักอาจล้มเหลวในไม่ช้า ทีมวิศวกรจึงต้องแข่งกับเวลา ก่อนที่การสื่อสารกับยานจะถูกตัดขาดเป็นเวลาหลายเดือน พวกเขาตัดสินใจในการทดลองฟื้นฟูระบบที่หลับใหลมานาน ผลลัพธ์คือความสำเร็จที่เปลี่ยนระบบให้กลายเป็นตัวช่วยกู้ภารกิจได้อย่างหวุดหวิด

ยาน Voyager แฝดของ NASA ซึ่งเปิดตัวเมื่อปี 1977 กำลังเดินทางผ่านอวกาศระหว่างดวงดาวด้วยความเร็วประมาณ 35,000 ไมล์ต่อชั่วโมง (56,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) ภาพจำลองนี้แสดงให้เห็นถึงยานสำรวจลำหนึ่งกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว Credit: NASA/JPL-Caltech

คืนชีพอุปกรณ์ขับเคลื่อน “ที่ตายไปแล้ว”

ในความสำเร็จด้านวิศวกรรมที่น่าทึ่ง นักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion Laboratory (JPL) ของนาซ่าในแคลิฟอร์เนียตอนใต้ สามารถเปิดใช้งานอุปกรณ์ขับเคลื่อนของยาน Voyager 1 ที่ไม่ได้ใช้มาตั้งแต่ปี 2004 ได้อีกครั้ง อุปกรณ์ขับเคลื่อนเหล่านี้ไม่สามารถใช้งานได้มานานถึง 20 ปี การซ่อมแซมไม่ใช่เรื่องง่าย ต้องอาศัยทั้งความคิดและความกล้าในการตัดสินใจ แต่ก็เป็นความจำเป็น เพราะอุปกรณ์ขับเคลื่อนหลักเริ่มมีปัญหาท่อเชื้อเพลิงอุดตันจากคราบตกค้าง ซึ่งอาจหยุดทำงานได้เร็วสุด ช่วงเวลานี้จึงสำคัญอย่างยิ่ง เพราะนาซ่าต้องซ่อมระบบให้เสร็จก่อนวันที่ 4 พฤษภาคม 2025 ซึ่งเป็นวันที่สถานีรับส่งสัญญาณหลักบนโลกจะปิดปรับปรุงนานหลายเดือน

ห้องปฏิบัติการJet Propulsion Laboratory (JPL) ของ NASA ในเมืองพาซาดีนา รัฐแคลิฟอร์เนีย ที่ได้ดำเนินการฟื้นฟูระบบขับเคลื่อนของยาน Voyager 1 Credit: NASA/JPL-Caltech

ควบคุมการหมุนในอวกาศระหว่างดวงดาว

ยาน Voyager 1 และ 2 ถูกปล่อยในปี 1977 ปัจจุบันทั้งสองลำเดินทางอยู่ในอวกาศด้วยความเร็วราว 56,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เพื่อให้สามารถสื่อสารกับโลกได้ ยานต้องใช้อุปกรณ์ขับเคลื่อนขนาดเล็กปรับทิศทางให้เสาอากาศหันมาที่โลกอย่างแม่นยำ แต่ละลำมีอุปกรณ์ขับเคลื่อนหลักสำหรับควบคุมการเคลื่อนไหวหลายทิศทาง รวมถึงอุปกรณ์ขับเคลื่อนเฉพาะสำหรับควบคุมการหมุนรอบแกนยาวของยาน (Roll) ซึ่งจำเป็นต่อการล็อกทิศทางกับดาวนำทาง เพื่อให้สื่อสารกับโลกได้อย่างแม่นยำ ยาน Voyager 1 ยังมีอุปกรณ์ขับเคลื่อนสำรองสำหรับการควบคุมการหมุนแบบโรลด้วย โดยชุดที่สาม ซึ่งเคยใช้ตอนบินผ่านดาวเคราะห์ ถูกนำกลับมาใช้อีกในปี 2018–2019 แต่ไม่สามารถควบคุมการโรลได้ ซึ่งถือเป็นจุดสำคัญของภารกิจ

เบื้องหลังความสำเร็จ

อุปกรณ์ขับเคลื่อนการหมุนหลักดังกล่าวของยาน Voyager 1 หยุดทำงานในปี 2004 หลังจากวงจรทำความร้อน (Heater) เสีย ทำให้เชื้อเพลิงไฮดราซีนเย็นเกินไปจนไม่สามารถจุดระเบิดได้ วิศวกรจึงเปลี่ยนไปใช้อุปกรณ์ขับเคลื่อนสำรอง และคาดว่าภารกิจอาจอยู่ได้อีกเพียงไม่กี่ปี เมื่ออุปกรณ์ขับเคลื่อนสำรองเริ่มมีปัญหา ทีมวิศวกรของนาซ่าจึงย้อนกลับไปดูปัญหาเดิม และลองรีเซ็ตวงจรไฟฟ้าบางจุด ผลลัพธ์คือ อุปกรณ์ขับเคลื่อนที่เคยคิดว่าตายไปแล้ว กลับมาทำงานได้อีกครั้ง ซึ่งช่วยให้ยาน Voyager 1 ยังสามารถสื่อสารกับโลกได้ในช่วงเวลาวิกฤตนี้

ความล้มเหลวของอุปกรณ์ขับเคลื่อนและกลยุทธ์สำรอง

เพื่อรับมือกับปัญหาท่อเชื้อเพลิงอุดตันในอุปกรณ์ขับเคลื่อน วิศวกรต้องสลับใช้งานระหว่างอุปกรณ์ขับเคลื่อนหลัก อุปกรณ์ขับเคลื่อนสำรอง และอุปกรณ์ขับเคลื่อนควบคุมทิศทางของทั้งยาน Voyager 1 และ 2 อย่างระมัดระวัง อย่างไรก็ตาม สำหรับยาน Voyager 1 อุปกรณ์ขับเคลื่อนหลักที่ใช้ควบคุมการหมุน (Roll thrusters) ได้หยุดทำงานไปตั้งแต่ปี 2004 หลังจากฮีตเตอร์ขนาดเล็กสองตัวภายในเกิดความเสียหาย หลังจากการประเมินว่าไม่สามารถซ่อมฮีตเตอร์ดังกล่าวได้ วิศวกรจึงตัดสินใจหันไปพึ่งอุปกรณ์ขับเคลื่อนสำรองเพื่อควบคุมการหมุนแทน เพื่อให้ยานสามารถหันกล้องติดตามไปยังดาวนำทางได้อย่างแม่นยำ

ทฤษฎีใหม่ จุดประกายความหวังเก่า

หากไม่สามารถควบคุมการหมุนของยานได้อย่างแม่นยำ ย่อมเกิดปัญหาต่อการสื่อสารและการนำทาง ซึ่งอาจคุกคามต่อภารกิจโดยรวม ทีมวิศวกรจึงตัดสินใจหวนกลับมาทบทวนปัญหาของอุปกรณ์ขับเคลื่อนหลักที่เคยหยุดทำงานในปี 2004 อีกครั้ง พวกเขาตั้งข้อสงสัยว่า ปัญหาอาจไม่ได้อยู่ที่ฮีตเตอร์เสียโดยตรง แต่อาจเกิดจากความผิดปกติของวงจรไฟฟ้าที่จ่ายพลังงาน ทำให้สวิตช์ไฟไปอยู่ในตำแหน่งผิด หากสามารถสั่งให้สวิตช์ให้กลับมาอยู่ในตำแหน่งเดิมได้ ฮีตเตอร์อาจกลับมาทำงานได้อีกครั้ง ทำให้อุปกรณ์ขับเคลื่อนหลักที่เคยถูกปิดไปสามารถทำงานได้อีก

รีสตาร์ทเสี่ยง ภายใต้เวลาจำกัด

การแก้ปัญหาครั้งนี้เต็มไปด้วยความเสี่ยงและต้องอาศัยความคิดสร้างสรรค์ ทีมวิศวกรต้องเปิดใช้งานอุปกรณ์ขับเคลื่อนสำหรับการหมุนที่ไม่ได้ใช้มานานหลายปี จากนั้นพยายามรีเซ็ตวงจรฮีตเตอร์และสั่งให้ทำงานอีกครั้ง อย่างไรก็ตาม หากในช่วงเวลาดังกล่าว กล้องติดตามดาวนำทางของยานเบี่ยงออกจากตำแหน่งมากเกินไป อุปกรณ์ขับเคลื่อนที่ถูกปลุกขึ้นมาอาจทำงานโดยอัตโนมัติตามคำสั่งที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้า และหากฮีตเตอร์ยังไม่กลับมาทำงานในขณะนั้น อาจทำให้เกิดการระเบิดเล็ก ๆ ที่ส่งผลกระทบต่อระบบ ทีมงานจึงต้องตั้งค่ากล้องให้อยู่ในตำแหน่งที่แม่นยำที่สุดก่อนเริ่มดำเนินการ ในที่สุด การซ่อมแซมก็ประสบความสำเร็จ ถือเป็นอีกหนึ่งชัยชนะทางวิศวกรรมที่สำคัญของภารกิจ Voyager 1

เหตุผลที่มีเพียงเสาอากาศเดียวที่ช่วยกู้สถานการณ์ได้

ทีมวิศวกรต้องแข่งกับเวลาอย่างเร่งด่วน เนื่องจากตั้งแต่วันที่ 4 พฤษภาคม 2025 ถึงกุมภาพันธ์ 2026 เสาอากาศ Deep Space Station 43 (DSS-43) ขนาด 70 เมตร ที่เมืองแคนเบอร์รา ประเทศออสเตรเลีย จะปิดปรับปรุงจึงไม่สามารถใช้งานได้เกือบตลอดช่วงเวลาดังกล่าว ยกเว้นช่วงสั้น ๆ ในเดือนสิงหาคมและธันวาคม จากเครือข่าย Deep Space Network ของนาซ่าซึ่งประกอบด้วยสถานีภาคพื้นดินสามแห่งที่โกลด์สโตน (สหรัฐฯ), มาดริด (สเปน) และแคนเบอร์รา (ออสเตรเลีย) ที่สามารถสื่อสารกับยานอวกาศได้ตลอด 24 ชั่วโมงตามการหมุนของโลก แต่มีเพียง DSS-43 เท่านั้นที่มีกำลังส่งมากพอในการสั่งการไปถึงยาน Voyager ทั้งสองลำ ด้วยข้อจำกัดเรื่องเวลาดังกล่าว ทีมงานจึงเร่งทำให้อุปกรณ์ขับเคลื่อนที่เพิ่งเปิดใช้งานใหม่ที่ DSS-43 กลับมาออนไลน์ชั่วคราวในเดือนสิงหาคม เพราะในเวลานั้นมีความเป็นไปได้ว่าอุปกรณ์ขับเคลื่อนสำรองที่ใช้อยู่บนยาน Voyager 1 อาจเกิดการอุดตันจนไม่สามารถใช้งานได้

Deep Space Network, Deep Space Station 43 (DSS-43) เสาอากาศขนาด 230 ฟุต (70 เมตร)

ที่ศูนย์สื่อสารอวกาศลึกแคนเบอร์รา ใกล้เมืองแคนเบอร์รา ประเทศออสเตรเลีย Credit: NASA/JPL-Caltech

การเดิมพัน 20 ปีที่เป็นจริง

ความพยายามประสบผลสำเร็จ โดยเมื่อวันที่ 20 มีนาคม ทีมวิศวกรเฝ้าติดตามการตอบสนองของยานหลังจากการส่งคำสั่งระยะไกล สัญญาณวิทยุต้องใช้เวลากว่า 23 ชั่วโมงในการเดินทางจากยานกลับมายังโลก หมายความว่าเหตุการณ์ที่ทีมวิศวกรเฝ้าดูนั้นได้เกิดขึ้นไปแล้วเกือบหนึ่งวัน หากการทดสอบล้มเหลว ยาน Voyager 1 อาจตกอยู่ในความเสี่ยงร้ายแรง ในช่วง 20 นาทีหลังจากรับสัญญาณ ทีมวิศวกรก็พบว่าอุณหภูมิของฮีตเตอร์เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน ซึ่งเป็นสัญญาณว่าอุปกรณ์ขับเคลื่อนเริ่มกลับมาทำงานได้อีกครั้ง

เกี่ยวกับยาน Voyager 1

ยาน Voyager 1 และ 2 คือยานสำรวจอวกาศลึกของนาซ่า เปิดตัวในปี 1977 เพื่อศึกษาดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ ได้แก่ ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน ปัจจุบัน ยาน Voyager 1 อยู่ห่างจากโลกประมาณ 15,000 ล้านไมล์ และยาน Voyager 2 อยู่ห่างจากโลกประมาณ 13,000 ล้านไมล์ ยานทั้งสองเป็นวัตถุที่มนุษย์สร้างที่มีเดินทางไกลที่สุดในประวัติศาสตร์ โดยหลังจากเสร็จสิ้นภารกิจสำรวจดาวเคราะห์ ยานทั้งสองจะกลายเป็นยานอวกาศลำแรกและลำเดียวที่เดินทางเข้าสู่อวกาศระหว่างดวงดาว (interstellar space) จากนอกขอบเขตระบบสุริยะที่พร้อมส่งข้อมูลกลับมายังโลกข้อมูลเหล่านี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจขอบเขตอันไกลโพ้นของระบบสุริยะของเราดียิ่งขึ้น

ที่มา:

NASA’s Voyager 1 Revives Backup Thrusters Before Command Pause, https://www.jpl.nasa.gov/news/nasas-voyager-1-revives-backup-thrusters-before-command-pause/

Voyager 1’s Long-Dead Thrusters Fire Again After 20 Years – Just in Time, https://scitechdaily.com/voyager-1s-long-dead-thrusters-fire-again-after-20-years-just-in-time/

NASA revives 'dead' thrusters on Voyager 1 after two decades of inactivity, https://www.foxnews.com/tech/nasa-revives-dead-thrusters-voyager-1-after-two-decades-inactivity