หน้าต่างยานเสินโจว-20 แตกร้าว บีบให้ลูกเรือเปลี่ยนยาน สะท้อนความเสี่ยงจากเศษซากในวงโคจร

นักบินอวกาศเปลี่ยนยานหลังหน้าต่างเสินโจว-20 เสียหาย

จีนพานักบินอวกาศสามคนกลับถึงโลกอย่างปลอดภัย หลังเกิดเหตุระทึกที่ไม่คาดคิดในวงโคจร วิศวกรพบรอยร้าวขนาดเล็กบนหน้าต่างช่องมองของแคปซูลขากลับเสินโจว-20 ซึ่งผู้ควบคุมภารกิจระบุว่าน่าจะเกิดจากเศษซากอวกาศชิ้นเล็ก แทนที่จะเดินทางกลับด้วยยานของตนเอง ลูกเรือเปลี่ยนไปใช้ยานเสินโจว-21 ที่เพิ่งเดินทางมาถึง เพื่อนำลูกเรือชุดถัดไปไปยังสถานีอวกาศเทียนกง การสลับยานที่เกิดขึ้นหนึ่งสัปดาห์หลังจากกำหนดเดินทางกลับเดิม แสดงให้เห็นว่าเศษวัตถุขนาดเพียงไม่กี่มิลลิเมตรก็อาจเป็นภัยต่อการเดินทางในอวกาศของมนุษย์ได้

ลูกเรือทั้งสามลงจอดที่พื้นที่ลงจอดตงเฟิงในเขตปกครองตนเองมองโกเลียใน เมื่อเวลาประมาณ 3:40 น. ตามเวลาฝั่งตะวันออกของสหรัฐฯ วันที่ 14 พ.ย. หลังอยู่ในวงโคจรต่ำของโลกนาน 204 วัน เฉิน ตง ผู้บัญชาการภารกิจ พร้อมลูกเรือร่วมภารกิจ เฉิน จงรุ่ย และหวัง เจี๋ย ออกจากแคปซูลด้วยสภาพร่างกายแข็งแรง เดิมกำหนดให้พวกเขาเดินทางกลับวันที่ 5 พ.ย. ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่จะได้อยู่ร่วมกันชั่วครู่กับลูกเรือเสินโจว-21 ที่เข้าเทียบท่าเมื่อวันที่ 31 ต.ค. เพื่อเริ่มผลัดปฏิบัติหน้าที่หกเดือนชุดถัดไป

ผู้ควบคุมภารกิจเลื่อนการเดินทางกลับหลังยืนยันความเสียหาย และเห็นว่าเสินโจว-20 ไม่ผ่านข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสำหรับการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศอีกต่อไป สำนักงานวิศวกรรมการบินอวกาศประจำพร้อมมนุษย์แห่งประเทศจีนระบุว่า ยานจะยังคงเทียบท่ากับสถานีเพื่อสนับสนุนงานในวงโคจร หน่วยงานวางแผนส่งยานลำถัดไปในชุด คือเสินโจว-22 ในเวลาที่เหมาะสม เพื่อให้การปฏิบัติงานดำเนินต่อไปและจัดหายานสำรองสำหรับลูกเรือชุดใหม่

เกิดอะไรขึ้นบนเทียนกง?

เสินโจว-20 ทะยานขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 24 เม.ย. ทำหน้าที่พาลูกเรือขึ้นสู่วงโคจรและเป็นยานที่ตั้งใจให้พาพวกเขากลับบ้าน ระหว่างการตรวจสอบตามปกติก่อนปลดการเทียบท่า ทีมงานพบรอยร้าวขนาดเล็กบนกระจกหน้าต่างแคปซูลขากลับ หน้าต่างของยานอวกาศที่มีลูกเรือมีขนาดเล็กโดยตั้งใจ เพื่อให้ตรวจดูภายนอกยานและสภาพแวดล้อมได้ แต่ถือเป็นจุดที่เปราะบางกว่าตัวถังรับแรงดันหนาและชั้นป้องกันหลายชั้น การพบรอยร้าวแม้เพียงเล็กน้อยทำให้ต้องวิเคราะห์อย่างละเอียด

ภัยคุกคามร้ายแรงต่อหน้าต่างบานเล็ก

หน้าต่างยานอวกาศสร้างขึ้นโดยมีบานกระจกสำรองหลายชั้นและฝาครอบป้องกัน ยานหลายรุ่นใช้กระจกหรือซิลิกาหลอมหลายชั้น โดยมีบานด้านในรับแรงดันและบานด้านนอกป้องกันเศษวัตถุ เมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วในวงโคจร เศษวัตถุขนาดเท่าเมล็ดทรายก็มีพลังงานเทียบเท่ากระสุน รอยร้าวที่ดูเหมือนคงที่ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันคงที่และไม่แปรปรวน อาจขยายตัวจากความร้อน การสั่นสะเทือน และการเปลี่ยนแปลงของแรงดันระหว่างกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ การซ่อมหน้าต่างโครงสร้างในวงโคจรทำได้ยาก และไม่มีทางทดสอบการซ่อมก่อนเผชิญแรงเค้นสูงขณะลดระดับลงสู่พื้น นั่นจึงเป็นเหตุให้วิศวกรมองว่ารอยแตกแม้เพียงเล็กน้อยก็ไม่อาจยอมรับได้สำหรับการเดินทางกลับของลูกเรือ

การลงจอดและความสำเร็จของภารกิจ

แม้ต้องเปลี่ยนแผนในช่วงท้าย ภารกิจก็บรรลุเป้าหมายหลัก นักบินอวกาศทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์ บำรุงรักษา และเผยแพร่ความรู้ ตลอดการปฏิบัติภารกิจที่ยาวนานเกือบเจ็ดเดือน พวกเขาออกปฏิบัติภารกิจนอกยานสี่ครั้ง เพื่อติดตั้งแผงป้องกันเศษซากและอุปกรณ์ภายนอกบนสถานี ภาพข่าวแสดงให้เห็นว่าลูกเรือมีสุขภาพดีหลังลงจอดที่ตงเฟิง ภารกิจยังนำสิ่งทดลองทางชีววิทยาขนาดเล็กขึ้นไปด้วย รวมถึงหนูที่ใช้ศึกษาการปรับตัวต่อสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ ซึ่งถูกนำกลับมาเพื่อวิเคราะห์หลังการบิน

เหตุใดลูกเรือจึงเปลี่ยนยาน แทนการซ่อมหน้าต่าง

การตัดสินใจขึ้นอยู่กับการประเมินความเสี่ยง รอยร้าวบนหน้าต่างเสินโจว-20 มีขนาดเล็ก แต่แคปซูลจะต้องเผชิญความร้อนจากอากาศพลศาสตร์และแรงดันสูงขณะกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ไม่มีทางรับรองความปลอดภัยของการปะซ่อมในวงโคจรสำหรับชิ้นส่วนสำคัญเช่นนี้ ทางเลือกที่ปลอดภัยกว่าคือปล่อยให้เสินโจว-20 เทียบท่าอยู่ และส่งลูกเรือกลับด้วยเสินโจว-21 ซึ่งเพิ่งพาลูกเรือชุดถัดไปไปยังเทียนกง

ผู้บริหารโครงการย้ำว่าการตัดสินใจคำนึงถึงความปลอดภัยเป็นหลัก สำนักงานวิศวกรรมการบินอวกาศประจำพร้อมมนุษย์แห่งประเทศจีนอธิบายแนวทางของตนว่า ชีวิตต้องมาก่อน ความปลอดภัยต้องมาก่อน การคงเสินโจว-20 ไว้ในวงโคจรยังเปิดโอกาสให้วิศวกรติดตามว่าความเสียหายเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป และศึกษาร่องรอยการกระแทกจริงในสภาพแวดล้อมอวกาศได้

ช่วงที่ไม่มีเรือชูชีพประจำสถานี และแผนของจีนในการแก้ไข

ขณะนี้เสินโจว-21 กลับถึงโลกแล้ว ลูกเรือชุดปัจจุบันบนเทียนกงจึงยังไม่มียานขากลับเทียบท่าเป็นการชั่วคราว โครงการบินอวกาศที่มีมนุษย์ประจำวางแผนรับมือสถานการณ์เช่นนี้ จีนเตรียมจรวดลองมาร์ช 2F และยานเสินโจวไว้ที่ศูนย์ปล่อยจิ่วเฉวียนในระดับความพร้อมสูง ในกรณีที่เตรียมการได้ดีที่สุด ทีมงานสามารถจัดเตรียมการปล่อยยานฉุกเฉินได้ภายในประมาณ 8.5 วัน หน่วยงานยังระบุว่าจะส่งเสินโจว-22 แบบไร้ลูกเรือในเวลาที่เหมาะสม เพื่อจัดหายานชูชีพประจำสถานีให้ลูกเรือชุดใหม่อีกครั้ง

จับตาความเสี่ยงจากเศษซากอวกาศ

เหตุการณ์นี้ทำให้ปัญหาระดับโลกกลับมาเป็นที่สนใจอีกครั้ง ในวงโคจรรอบโลกมีวัตถุที่ติดตามได้มากกว่า 30,000 ชิ้น ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่า 10 เซนติเมตร รวมถึงชิ้นส่วนขนาดเล็กอีกหลายแสนชิ้นที่เล็กเกินกว่าจะติดตาม แต่ใหญ่พอที่จะสร้างความเสียหายแก่ยานอวกาศ ทุกสิ่งในวงโคจรต่ำของโลกเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 7 ถึง 8 กิโลเมตรต่อวินาที เศษวัตถุขนาดเล็กอาจทำให้หน้าต่างเป็นหลุม ฉีกท่อหม้อน้ำ หรือเจาะผนังบางได้ ผู้ควบคุมสถานีเทียนกงและสถานีอวกาศนานาชาติมักจุดเครื่องขับดันเพื่อหลบเศษซากที่เครือข่ายติดตามคาดว่าจะผ่านเข้ามาใกล้เกินไป

เหตุการณ์ที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่าการชนเพียงครั้งเดียวอาจเปลี่ยนแผนภารกิจได้อย่างไร ในปี 2022 วัตถุขนาดเล็กพุ่งชนยานโซยุซ เอ็มเอส-22 ของรัสเซียที่เทียบท่ากับสถานีอวกาศนานาชาติ ทำให้น้ำหล่อเย็นรั่วออกมา ลูกเรือจึงต้องอยู่ในวงโคจรนานขึ้นหลายเดือนระหว่างเตรียมยานลำใหม่ แฟรงก์ รูบิโอ นักบินอวกาศของนาซา ทำสถิติของสหรัฐฯ ด้วยการอยู่ในอวกาศ 371 วันในช่วงเวลาดังกล่าว ในปี 2024 นักบินอวกาศนาซาสองคนอยู่บนสถานีนานกว่ากำหนดมาก ขณะที่ยานอวกาศทดสอบของพวกเขายังอยู่ระหว่างการประเมินหลังเกิดปัญหากับเครื่องขับดัน การล่าช้าที่ยาวนานเกิดขึ้นไม่บ่อยนัก แต่สะท้อนให้เห็นว่าสภาพแวดล้อมในวงโคจรเปลี่ยนแผนการบินได้มากเพียงใด

เศษซากมาจากไหน

ขยะในวงโคจรส่วนใหญ่เป็นผลตกค้างจากกิจกรรมที่ดำเนินมาหลายทศวรรษ จรวดท่อนบนระเบิดหลังเชื้อเพลิงที่เหลือทำปฏิกิริยากับสารออกซิไดซ์ ดาวเทียมแตกกระจายเมื่อแบตเตอรี่ระเบิดในช่วงปลายอายุการใช้งาน การทดสอบอาวุธก็สร้างกลุ่มเศษซากเช่นกัน ในปี 2007 จีนทำลายดาวเทียมตรวจสภาพอากาศเฟิงอวิ๋น 1C ที่ปลดระวางแล้ว ระหว่างการทดสอบอาวุธต่อต้านดาวเทียม ทำให้เกิดเศษซากหลายพันชิ้นที่ยังคงโคจรรอบโลก เหตุการณ์ทำลายล้างอื่น ๆ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาก็ทิ้งเศษซากของตนไว้เช่นกัน หลักการทั่วไปนั้นเรียบง่าย เมื่อเศษวัตถุเข้าสู่วงโคจรที่เสถียร แรงโน้มถ่วงจะทำให้มันเคลื่อนที่ต่อไปจนค่อย ๆ ตกกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ

สิ่งที่ทำได้ในขณะนี้

ผู้ควบคุมสามารถลดความเสี่ยงได้ด้วยการป้องกันไม่ให้เกิดเศษซากใหม่และจัดการภารกิจเมื่อสิ้นสุดอย่างเหมาะสม แนวทางปัจจุบันรวมถึงการลดประจุแบตเตอรี่และถังเชื้อเพลิงก่อนปลดระวาง การใช้วงโคจรต่ำที่ทำให้วัตถุตกกลับเร็วขึ้น และการจุดเครื่องยนต์เพื่อลดระดับดาวเทียมให้หลุดจากวงโคจร แนวปฏิบัติที่ใช้กันอย่างแพร่หลายกำหนดให้ผู้ควบคุมนำดาวเทียมออกจากวงโคจรต่ำของโลกภายใน 25 ปี และหน่วยงานบางแห่งกำลังผลักดันให้ลดระยะเวลาดังกล่าวลง หลายกลุ่มกำลังทดสอบเครื่องมือเก็บกวาดเชิงรุก เช่น แขนกลจับยึด ตาข่าย ใบเพิ่มแรงต้าน และสายโยงที่เพิ่มแรงต้านจากชั้นบรรยากาศ วิธีเหล่านี้แสดงศักยภาพในการสาธิต แต่ยังไม่มีวิธีใดพร้อมขยายขนาดให้รับมือกับปัญหาทั้งหมดได้ การประสานงานด้านการจราจรในอวกาศที่ดีขึ้นและการติดตามที่แม่นยำยิ่งขึ้นก็จะช่วยให้ลูกเรือวางแผนหลบหลีกได้อย่างปลอดภัยขึ้น

สถานีอวกาศจีนและความมุ่งมั่นของประเทศ

เทียนกงเป็นสถานีอวกาศที่มีสามโมดูล ซึ่งประกอบเป็นโครงสร้างพื้นฐานแล้วเสร็จในปี 2022 สถานีรองรับนักบินอวกาศสามคนในการปฏิบัติภารกิจครั้งละหกเดือน และรองรับได้หกคนในช่วงผลัดเปลี่ยนลูกเรือระยะสั้น สถานีมีมวลประมาณหนึ่งในห้าของสถานีอวกาศนานาชาติ ผู้วางแผนโครงการหารือถึงการเพิ่มโมดูล รวมถึงกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดใหญ่ที่จะโคจรอยู่ใกล้เคียงเพื่อให้เข้าซ่อมบำรุงได้ จีนประกาศเป้าหมายส่งนักบินอวกาศไปลงจอดบนดวงจันทร์ราวปี 2030 และส่งสัญญาณว่าจะต้อนรับผู้มาเยือนจากนานาชาติบนเทียนกง รวมถึงแผนส่งนักบินอวกาศชาวปากีสถานขึ้นไปปฏิบัติภารกิจ

ออกแบบเพื่อรองรับวงโคจรที่แออัด

การปฏิบัติงานบนสถานีในเส้นทางโคจรที่มีการใช้งานหนาแน่นต้องอาศัยการป้องกันและขั้นตอนหลายชั้น เทียนกงใช้แผงป้องกันเพื่อสลายอนุภาคขนาดเล็กก่อนชนผนังรับแรงดัน ลูกเรือติดตั้งแผ่นป้องกันเพิ่มเติมระหว่างการปฏิบัติภารกิจนอกยานเมื่ออุปกรณ์มีการปรับเปลี่ยน การตรวจสอบบริเวณสำคัญเป็นประจำ รวมถึงหน้าต่าง เป็นส่วนหนึ่งของงานตามปกติ ความยืดหยุ่นในการรับมือยังมาจากการปฏิบัติงานด้วย การคงยานขากลับไว้เทียบท่า การรักษาขีดความสามารถในการปล่อยยานช่วยเหลือได้อย่างรวดเร็ว และการจัดเตรียมเสบียงให้เพียงพอสำหรับช่วงสั้น ๆ ที่มีคนอยู่บนสถานีหกคน ล้วนช่วยเพิ่มความพร้อมสำรองให้โครงการ

ขั้นตอนต่อไปของเสินโจว-20 และการปฏิบัติงานบนสถานี

ในขณะนี้ เสินโจว-20 ยังอยู่ในวงโคจรและเทียบท่ากับเทียนกง หน่วยงานระบุว่าจะใช้ยานสนับสนุนการทดลองในวงโคจร เมื่อสิ้นสุดภารกิจ ผู้ควบคุมคาดว่าจะนำยานกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศอย่างควบคุมเหนือพื้นที่ห่างไกลในมหาสมุทร ซึ่งเป็นวิธีมาตรฐานในการกำจัดแคปซูลลูกเรืออย่างปลอดภัยและป้องกันไม่ให้เกิดเศษซากใหม่ ผู้บริหารจะต้องวางแผนโดยคำนึงถึงตำแหน่งเทียบท่าที่ว่าง เพื่อให้มีที่สำหรับยานขนส่งเสบียงที่กำลังมาถึงและเสินโจว-22 แบบไร้ลูกเรือ

กำหนดการสำคัญที่ต้องติดตาม

เหตุการณ์สำคัญที่ต้องจับตาคือการปล่อยและการเข้าเทียบท่าของเสินโจว-22 แบบไร้ลูกเรือ และการนำเสินโจว-20 ออกจากวงโคจรในท้ายที่สุด หากเสินโจว-22 เข้าเทียบท่าได้สำเร็จ ลูกเรือที่อยู่บนสถานีในขณะนี้ก็จะมียานสำหรับเดินทางกลับอีกครั้ง เที่ยวบินขนส่งเสบียงจะช่วยให้เทียนกงมีเชื้อเพลิง อาหาร และอุปกรณ์วิจัยเพียงพอ โครงการยังคงเตรียมทางเลือกสำหรับการปล่อยยานฉุกเฉินไว้ เผื่อต้องส่งความช่วยเหลืออย่างเร่งด่วน

เสียงจากภารกิจ

หลังลงจอด เฉิน ตง ผู้บัญชาการภารกิจกล่าวถึงประสบการณ์และเหตุผลที่ลูกเรือยอมรับความเสี่ยงซึ่งมาพร้อมกับการเดินทางในอวกาศ

เส้นทางการสำรวจอวกาศของมนุษยชาติไม่ได้ราบรื่น เต็มไปด้วยความยากลำบากและความท้าทาย และนั่นก็เป็นเหตุผลที่เราเลือกเดินบนเส้นทางนี้

ผู้บริหารโครงการยังสรุปหลักการสำคัญในการทำงาน สำนักงานวิศวกรรมการบินอวกาศประจำพร้อมมนุษย์แห่งประเทศจีนระบุว่า แนวทางที่ใช้ในเหตุการณ์นี้คือ ชีวิตต้องมาก่อน ความปลอดภัยต้องมาก่อน

ประเด็นสำคัญ

• หน้าต่างแคปซูลขากลับของเสินโจว-20 มีรอยร้าวขนาดเล็ก ซึ่งน่าจะเกิดจากเศษซากอวกาศ
• จีนเลื่อนกำหนดเดินทางกลับเดิมในวันที่ 5 พ.ย. และพาลูกเรือกลับด้วยเสินโจว-21 เมื่อวันที่ 14 พ.ย.
• ลูกเรือลงจอดที่พื้นที่ตงเฟิงในเขตปกครองตนเองมองโกเลียใน หลังอยู่ในวงโคจร 204 วัน
• เสินโจว-20 ยังคงเทียบท่ากับเทียนกงเพื่อสนับสนุนงานในวงโคจร และจะถูกนำออกจากวงโคจรในภายหลัง
• เทียนกงไม่มียานชูชีพเทียบท่าเป็นการชั่วคราว โดยจะส่งเสินโจว-22 แบบไร้ลูกเรือขึ้นไปเพื่อจัดหายานสำรองอีกครั้ง
• เหตุการณ์นี้สะท้อนภัยคุกคามที่เพิ่มขึ้นจากเศษซากขนาดเล็กซึ่งไม่สามารถติดตามได้
• จีนตั้งเป้าขยายเทียนกงและให้มีลูกเรือประจำสถานีอย่างต่อเนื่อง พร้อมเดินหน้าสู่เป้าหมายการลงจอดบนดวงจันทร์