โครงการเก็บตัวอย่างจากดาวอังคารกลับโลก

โครงการเก็บตัวอย่างหินและดินจากดาวอังคารกลับมายังโลก (Mars Sample Return) เป็นโครงการเก็บตัวอย่างหินและดินกับมายังโลก ซึ่งจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวิเคราะห์ตัวอย่างจากดาวอังคารได้ถูกต้องและแม่นยำมากกว่าการใช้เซ็นเซอร์จากรถสำรวจ(Rover) ที่สำรวจอยู่บนพื้นผิวดาวอังคาร และโครงการนี้จะเป็นครั้งแรกที่มีการปล่อยจรวดออกจากดาวเคราะห์ดวงอื่นและเป็นครั้งแรกที่มีการเก็บตัวอย่างหินและดินจากดาวอังคารกลับมาศึกษาบนโลก

การเก็บรวบรวมตัวอย่าง
นาซาได้ส่งยานเพอร์เซอเวียแรนซ์ ไปลงจอดบนพื้นผิวดาวอังคารตั้งแต่ปี 2020 เพื่อเก็บตัวอย่างหิน ดิน อากาศ บนดาวอังคาร ไว้ในหลอดเก็บตัวอย่าง และมีบางหลอดที่วางไว้ตามจุดต่างๆ เพื่อรอยาน Sample Retrieval Lander มาเก็บเพื่อนำส่งกลับมาทำการวิเคราะห์บนโลก

การส่งตัวอย่างกลับมายังโลก
หลังจากที่ยาน เพอร์เซอเวียแรนซ์ ลงเก็บตัวอย่างเสร็จแล้ว นาซาจะส่งยานไปโคจรรอบดาวอังคารชื่อยาน Earth Return Orbiter และหลังจากนั้นก็จะส่งยานลงจอดชื่อ Sample Retrieval Lander เพื่อนำตัวอย่างที่ยาน Perseverance เก็บได้กลับมายังโลก โดยภายในยาน Sample Retrieval Lander จะบรรจุจรวดขนาดเล็กซึ่งมีชื่อว่า Mars Ascent Vehicle ไปด้วยพร้อมกับบรรจุเฮลิคอปเตอร์ขนาดเล็กสำหรับช่วยเก็บหลอดตัวอย่างอีก 2 ลำไปด้วย โดยตัวอย่างจะถูกเก็บไว้ในตู้คอนเทนเนอร์ขนาดเล็ก
เมื่อเก็บตัวอย่างเสร็จแล้วยาน Sample Retrieval Lander จะทำการจุดจรวด Mars Ascent Vehicle  เพื่อส่งตู้คอนเทนเนอร์ที่มีหลอดเก็บตัวอย่างขึ้นไปในวงโคจร และส่งให้กับยาน Earth Return Orbiter ที่โคจรอยู่ในวงโคจรรอบดาวอังคาร 

เมื่อตัวอย่างถูกส่งให้ยาน Earth Return Orbiter ยาน Earth Return Orbiter จะทำการปิดผนึกและเก็บไว้ในระบบป้องกันการปนเปื้อนทางชีวภาพเพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งมีชีวิตจากโลกปนเปื้อนในตัวอย่างซึ่งเป็นแคปซูลขนาดเล็ก ก่อนที่จะโคจรออกห่างจากดาวอังคารและทำการเหวี่ยงแคปซูลตัวอย่างนี้กลับมายังโลก

การออกแบบและการทดสอบ
1.การทดสอบยาน Sample Retrieval Lander เนื่องจากยานต้องบรรจุจรวดไปด้วย ทำให้ตัวยานต้องแบกรับน้ำหนักมากถึง 2,275 กิโลกรัม ซึ่งเป็นยานที่มีน้ำหนักมากที่สุดเท่าที่เคยลงจอดบนดาวอังคาร ซึ่งจะทำให้ยานได้รับแรงกระแทกที่มากขึ้นในขณะลงจอดที่ดาวอังคาร เมื่อต้นปี พ.ศ.2566 ที่ผ่านมาวิศวกรของ NASA จึงได้ทำการทดสอบขาของยาน ซึ่งเป็นตัวต้นแบบเพื่อดูว่าจะสามารถดูดซับแรงกระแทกได้มากพอที่จะทำให้ยานลงจอดได้อย่างปลอดภัยหรือไม่

ทางทีมได้ทำการทดสอบการตกของยาน โดยแบ่งการทดสอบออกเป็น 2 ชุด ชุดแรกทำการทดสอบการตกลงบนพื้นแข็ง และอีกชุดทดสอบการตกลงบนดินดาวอังคารจำลอง

จากการทดสอบการตกบนพื้นแข็งพบว่าขาของยานข้างหนึ่งมีการโยกเยกไปมา เพื่อแก้ปัญหานี้ทีมงานจะต้องออกแบบขายานให้แข็งแรงยิ่งขึ้น

นอกจากนี้ทีมงานยังได้ทำการทดสอบ load limiters ซึ่งเป็นแท่งเหล็กที่เชื่อมต่อระหว่างขาของยานกับโครงเครื่อง เมื่อยานสัมผัสพื้น load limiters จะถูกบังคับให้งอเพื่อดูดซับแรง โดย load limiters นี้เคยใช้กับยานInSight มาแล้ว แต่สำหรับยาน Sample Retrieval Landerจะต้องมีขนาดที่ใหญ่กว่าเพื่อให้สามารถดูดซับแรงได้มากกว่า

ส่วนการทดสอบอีกชุดที่ทำการทดสอบโดยการจำลองให้ยานตกบนพื้นดินดาวอังคารจำลอง โดยทางทีมงานได้ให้ขายานต้นแบบตกลงบนดินเนื้อละเอียดคล้ายดาวอังคารน้ำหนัก 10,000 ปอนด์ (4,536 กิโลกรัม) โดยให้เท้าของยานที่มีลักษณะเป็นแผ่นทรงกลมแบนติดกับขาของยานซึ่งยึดติดอยู่กับน้ำหนักถ่วงซึ่งหนักกว่าครึ่งตัน เมื่อปล่อยยานลงจะทำให้เกิดรอยลึกและมีฝุ่นผงฟุ้งกระจายออกมา แรงกระแทกจะทำให้ผนังของอาคารสั่นสะเทือน หลังจากนั้น กล้องความเร็วสูงจะแสดงให้เห็นว่าพลังงานที่แผ่ออกมาจากเท้าของยานนั้นเป็นอย่างไร หลังจากการทดสอบแต่ละครั้ง ทีมงานจะสร้างพื้นดินขึ้นใหม่ครั้งละ 4 นิ้ว โดยลดขนาดวัสดุลงเพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุถูกบีบอัดในลักษณะที่นักวิทยาศาสตร์คาดหวังไว้บนดาวอังคาร เงื่อนไขยังต้องสอดคล้องกันเพื่อให้ทีมเข้าใจว่าเท้าของยานมีปฏิกิริยาอย่างไรกับดิน ดังนั้นทีมงานจึงทำซ้ำกระบวนการที่ใช้เวลานานนี้สี่ครั้งต่อเดือน

2.การทดสอบจรวด Mars Ascent Vehicle(MAV) การปล่อย MAV สามารถทำได้โดยใช้มอเตอร์จรวดทั้งสองตัว ได้แก่ SRM1 และ SRM2 SRM1 จะขับเคลื่อน MAV ออกจากพื้นผิวดาวอังคาร ในขณะที่ SRM2 จะหมุนระยะที่สองของ MAV เพื่อนำส่งตัวอย่างในวงโคจรดาวอังคารที่ถูกต้อง ซึ่งจะทำให้ Earth Return Orbiter สามารถค้นหามันได้

เพื่อทดสอบการออกแบบมอเตอร์จรวด ทีมงาน MAV ได้เตรียมมอเตอร์สำหรับการพัฒนา  มอเตอร์พัฒนา SRM2 ได้รับการทดสอบเมื่อวันที่ 29 มีนาคม 2566 ที่ผ่านมา ที่โรงงาน Northrop Grumman ในเมืองเอลก์ตัน รัฐแมริแลนด์ จากนั้น มอเตอร์พัฒนาของ SRM1 ได้รับการทดสอบเมื่อวันที่ 7 เมษายนที่ฐานทัพอากาศ Edwards ในแคลิฟอร์เนีย

การทดสอบของ SRM1 ดำเนินการในห้องสุญญากาศที่ถูกทำให้เย็นลงถึง -20 องศาเซลเซียส (-4 องศาฟาเรนไฮต์) และทีมงานได้ทดสอบหัวฉีดแยกแนวความเร็วเหนือเสียง ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบควบคุมเวกเตอร์แรงขับของ SRM1 หัวฉีดมอเตอร์จรวดแบบ gimballing ส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบในลักษณะที่ไม่สามารถรับมือกับ MAV ที่เย็นจัดได้ ดังนั้นทีมงานของ Northrop Grumman จึงต้องคิดค้นหัวฉีดขึ้นมาใหม่โดยเป็นหัวฉีดทรงกลมที่ล้ำสมัยที่มีที่สามารถแยกตัวออกไปได้ด้วยความเร็วเหนือเสียง

นอกเหนือจากการทดสอบมอเตอร์แล้ว ทีมงาน MAV ยังดำเนินการทบทวนการออกแบบเบื้องต้น ซึ่งเป็นการทบทวนการออกแบบโดยรวมของ MAV ในเชิงลึกเป็นเวลาสี่วัน Stephen Gaddis ผู้จัดการโครงการยานพาหนะขึ้นสู่ดาวอังคารกล่าวว่า MAV ผ่านการตรวจสอบดังกล่าว ซึ่งหมายความว่าขณะนี้ทีมงานสามารถมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุง MAV ต่อไปก่อนที่จะมีการทบทวนการออกแบบที่สำคัญในฤดูร้อนหน้า

อ้างอิง

ภารกิจสู่ดาวอังคาร
ภารกิจอวกาศส่งตัวอย่างกลับ