EXPLORATION OF MARS: รู้จัก ‘เครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์’ ที่ช่วยให้มนุษย์เดินทางไปดาวอังคารได้เร็วกว่าเดิม

ในจักรวาลที่เต็มไปด้วยดวงดาวมากมาย มนุษย์โลกเป็นเพียงสิ่งมีชีวิตตัวกระจ้อย และเต็มไปด้วยความอยากรู้เกี่ยวกับสิ่งที่อยู่นอกโลกของตัวเอง ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่าน เราไม่เคยหยุดนิ่งที่จะหาคำตอบเกี่ยวกับดวงดาวเลย เห็นได้ว่า องค์กรด้านอวกาศพยายามสำรวจดาวเพื่อนบ้านอยู่เสมอ อย่างเช่น ดาวอังคาร ซึ่งได้มีการส่งดาวเทียมขึ้นไปสำรวจอยู่เรื่อย ๆ และตอนนี้ทางนาซาก็มีแผนจะส่งมนุษย์ไปสำรวจดาวอังคารครั้งแรกในปี 2035

ถ้าถามว่า “ทำไมถึงต้องใช้เวลายาวนานกว่าจะส่งมนุษย์ไปดาวอังคาร?” คำตอบคือ เพราะดาวอังคารอยู่ไกลจากโลกมาก ๆ (ราว 140 ล้านไมล์) จึงต้องใช้เวลาในการเดินทาง แถมในอวกาศยังมีรังสีที่เป็นอันตรายต่อสารพันธุกรรม และมีผลเสียต่อสุขภาพของมนุษย์ เช่น ทำใหเกิดอาการป่วยรังสี เพิ่มความเสี่ยงโรคมะเร็ง รวมถึงโรคเสื่อมสภาพ (degenerative diseases)

อีกทั้ง ดาวอังคารยังมีสภาพแวดล้อมที่อยู่อาศัยได้ลำบาก ว่ากันว่ามันมีความหนาวเหน็บยิ่งกว่าทวีปแอนตาร์กติกาเสียอีก และยังมีออกซิเจนสำหรับการหายใจน้อยอีกด้วย ดังนั้น ยิ่งใช้เวลาเดินทางจากโลกนานเท่าไหร่ นักบินอวกาศก็ยิ่งตกอยู่ในอันตรายเท่านั้น เทคโนโลยีจรวดที่สามารถส่งนักบินอวกาศไปยังดาวอังคารได้อย่างรวดเร็ว จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งต่อการเดินทางไปดาวอังคาร

ข่าวดี คือ ตอนนี้กลุ่มนักวิทยาศาสตร์จาก Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC-Tech) ซึ่งตั้งอยู่ในซีแอตเทิล ได้นำเสนอว่าทางออกของปัญหานี้ คือ ใช้เครื่องยนต์นิวเคลียร์ NTP (nuclear thermal propulsion) ซึ่งได้รับการเคลมว่า มันจะสามารถพามนุษย์ไปถึงดาวอังคารได้ภายใน 3 เดือน และยังเป็นการเดินทางไปดาวอังคารที่สั้นที่สุดเท่าที่เป็นไปได้อีกด้วย

จรวด NTP จะช่วยให้เราไปถึงดาวอังคารเร็วขึ้นได้อย่างไร ?

จรวดที่ใช้ในการสำรวจอวกาศส่วนใหญ่จะพึ่งพาเครื่องยนต์เคมี (chemical engines) เช่น Rocketdyne-f1 ที่ใช้ในยานอพอลโล-11  ซึ่งเครื่องยนต์ประเภทนี้ทำให้จรวดเดินทางได้ช้า และทำให้การพามนุษย์ไปสำรวจดาวที่อยู่ไกลโลกมาก ๆ เป็นความท้าทายอยูู่ แต่นักวิทยาศาสตร์อาจก้าวข้ามข้อจำกัดนี้ได้ ถ้าเปลี่ยนมาใช้เครื่องยนต์ NTP ซึ่งพึ่งพาการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในการสร้างความร้อนจากน้ำมันยูเรเนี่ยม และพลังงานความร้อนส่วนนี้จะไปกระตุ้นเชื้อเพลิงเหลว หรือ ไฮโดรเจนเหลวที่อยู่ในถังน้ำมัน ให้เปลี่ยนสถานะเป็นแก๊ส เพื่อสร้างแรงขับเคลื่อนให้กับจรวดต่อไป

วงจรนี้สามารถผลิตแรงขับเคลื่อนต่อน้ำมันเชื้อเพลิงหนึ่งอยู่ยูนิต (thrust per unit) ได้มากกว่าเครื่องยนต์ที่ใช้ระบบเคมีราว 2 เท่า กล่าวคือ มีค่าไมล์ต่อแกลลอนเพิ่มขึ้นคุณ 2 และทำให้นักบินอวกาศสามารถเดินทางไปกลับดาวอังคารได้โดยใช้เวลาต่ำกว่า 2 ปี และการเดินทางไปดาวอังคารหนึ่งรอบอาจใช้เวลาเหลือเพียง 3 เดือน ลดลงจากเดิมที่อาจต้องใช้เวลานานถึง 7 – 9 เดือน

อย่างไรก็ตาม ปัญหาของเครื่องยนต์ NTP คือ การหา ‘น้ำมันยูเรเนี่ยม’ ที่มีความทนทานต่ออุณภูมิที่ร้อนจัดของเครื่องยนต์นิวเคลียร์ได้ ซึ่งทางบริษัทก็ได้แก้ปัญหานี้แล้วด้วยการผลิตน้ำมันที่สามารถทำงานภายใต้อุณหภูมิที่สูงเกิน 2400 องศาเซลเซียส ที่มีส่วนประกอบของวัสดุ ‘ซิลิคอนคาร์ไบด์’ (ซึ่งใช้ในรถถังหุ้มเกราะ) ซึ่งมีความทนทาน และช่วยป้องกันรังสีที่เกิดจากทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้ด้วย นักบินอวกาศจึงมีความปลอดภัยมากขึ้นได้

ยานอวกาศนิวเคลียร์ไม่ใช่เรื่องใหม่

แม้การใช้เครื่องยนต์นิวเคลียร์ในจรวดดูจะเป็นเรื่องใหม่ แต่ความจริงมันก็อาจจะไม่ได้ใหม่ขนาดนั้น และเป็นเรื่องที่มีมานานหลายสิบปีแล้ว โดยย้อนกลับไปในปี 1958 มีนักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งรวมตัวกันทำโปรเจกต์ชื่อว่า ‘Project Orion’ ซึ่งเป็นโครงการวิจัยและพัฒนายานอวกาศที่ใช้แรงระเบิดนิวเคลียร์เป็นพลังงานขับเคลื่อน กล่าวคือ ใช้การปล่อยระเบิดนิวเคลียร์ไปที่ด้านหลังจรวด เพื่อสร้างแรงผลักให้จรวดสามารถพุ่งออกนอกโลกได้ ซึ่งคอนเซ็ปท์แบบนี้ช่วยให้เกิดจรวดที่มีคุณสมบัติโดดเด่น ได้แก่ มีแรงขับสูง มีค่าการดลจำเพาะ (specific impulse) สูง และอาจช่วยลดต้นทุนในการเดินทางระหว่างดาวด้วย

แต่โปรเจ็กต์นี้ก็ต้องล้มเลิกไป เพราะหลายคนกังวลว่าระบบการขับเคลื่อนของมันจะทำให้เกิดฝุ่นกัมมันตรังสีที่เป็นอันตรายต่อคน และการเซ็นสัญญาจำกัดการทดลองอาวุธนิวเคลียร์ (Nuclear Test Ban treaty) ของอังกฤษ อเมริกา และรัสเซีย ในปี 1963 ทำให้โปรเจกต์เกี่ยวกับนิวเคลียร์ต้องล้มเลิกไปด้วย Project Orion จึงไม่ได้รับการสนุนเงินทุนต่อ และกลายเป็นประวัติศาสตร์ไป

Appendixs: 1 / 2