จีนไล่กวด “SpaceX” ผลิตจรวดนำกลับมาใช้ใหม่

ลดต้นทุนการส่งดาวเทียมลง 50%

เทคโนโลยีการบินและอวกาศของจีนยังคงสร้างความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง และองค์กรเอกชนแห่งหนึ่งประสบความสำเร็จในการทดสอบเทคโนโลยีการนำจรวดกลับมาใช้ซ้ำใหม่ในปลายปี 2566 ซึ่งไม่เพียงจะก้าวเข้าใกล้เทคโนโลยีของ SpaceX เท่านั้น แต่ยังคาดว่าจะลดต้นทุนการปล่อยจรวดลง 50% ในระยะยาวอีกด้วย

โดย บริษัท Beijing Interstellar Glory Space Technology Ltd. ได้ทำการพัฒนาจรวด “ไฮเปอร์โบลิก 2” ที่ออกแบบอย่างเต็มรูปแบบใช้โครงสร้างจรวดสองขั้นที่ควบคู่กัน ระยะที่หนึ่งและระยะที่สองใช้เครื่องยนต์จรวดเหลวมีเทนออกซิเจนเหลวขนาด 15 ตัน แต่จะใช้เฉพาะจรวดระยะแรกเท่านั้นในการทดลองการกู้คืน

ในการส่งยานอวกาศ เช่น ยานอวกาศและดาวเทียมนั้น ในปัจจุบันส่วนใหญ่เป็น “ผลิตภัณฑ์แบบใช้แล้วทิ้ง” พวกมันจะถูกกำจัดหลังจากการปล่อย และเศษซากจะตกลงมาหลังจากถูกทำลายโดยชั้นบรรยากาศบนพื้นดินหรือในทะเล โดยข้อดีของจรวดแบบใช้แล้วทิ้งคือการออกแบบค่อนข้างเรียบง่าย และปัญหาต่างๆ ก็แก้ไขได้ง่ายกว่า แต่ก็มีข้อบกพร่องอยู่หลายประการ ที่โดดเด่นที่สุดคือต้นทุนที่สูง

ทั้งนี้ ค่าใช้จ่ายในการปล่อยจรวด American SpaceX Falcon 9 มีมูลค่ามากกว่า 60 ล้านเหรียญสหรัฐ จรวดจีนอาจมีราคาถูกกว่าเล็กน้อย แต่ก็ยังถือว่าอยู่ในระดับสูง ในบรรดาค่าใช้จ่ายในการปล่อยจรวดนั้น ค่าเชื้อเพลิงมีสัดส่วนที่ต่ำมาก โดยน้อยกว่า 0.5% สำหรับ “ฟอลคอน 9” ในขณะที่ฮาร์ดแวร์จรวดมีสัดส่วนมากกว่า 80% ซึ่งจรวดระยะแรกมีสัดส่วนมากที่สุด

โดยยานปล่อยจรวดจำนวนมากประกอบด้วยจรวดหลายขั้น เริ่มจากชั้นล่างสุด แต่ละขั้นจะตกลงไปหลังจากใช้เชื้อเพลิงจนหมดเพื่อลดน้ำหนักของตัวเอง ขณะเดียวกัน เครื่องยนต์จรวดของขั้นต่อไปก็เริ่มทำงานและดำเนินต่อไป เพื่อเร่งขึ้นสู่ท้องฟ้า

สำหรับ ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการนำกลับมาใช้ใหม่ หรือ  การรีไซเคิล จรวดระยะที่ 1 มีต้นทุนสูงสุดและมีมูลค่าการใช้ซ้ำมากที่สุด เนื่องจากฮาร์ดแวร์จรวดมีราคาสูง ผู้เชี่ยวชาญด้านการบินและอวกาศจึงมองหาวิธีรีไซเคิลและนำกลับมาใช้ใหม่ เป้าหมายหลัก คือ จรวดระยะแรกซึ่งมีต้นทุนมากที่สุด

จากข้อมูลของ “ฟอลคอน 9” ค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมและตรวจสอบจรวดระยะแรกหลังการรีไซเคิลอยู่ที่ประมาณ 9.1 ล้านเหรียญสหรัฐ ซึ่งถูกกว่าการทิ้งจรวดระยะแรกหลังการใช้งานมาก ต้องบอกว่าหากจะนำจรวดกลับมาใช้ซ้ำ เงื่อนไขเบื้องต้น คือ สามารถรีไซเคิลได้ ปัจจุบัน มีประมาณสามวิธีสำหรับประเทศต่างๆ ในการวิจัยการกู้คืนจรวด 1. การกู้คืนด้วยร่มชูชีพ 2. การกู้คืนด้วยปีก และ3. การกู้คืนในแนวดิ่ง

สำหรับ การนำจรวดกลับมาใช้ใหม่ด้วยร่มชูชีพ หลังจรวดขั้นแรกหมดเชื้อเพลิง จะหล่นกลับลงมาโดยใช้ร่วมชูชีพเพื่อชะลอความเร็ว จากนั้นจะใช้เฮลิคอปเตอร์เกี่ยวเข้ากับจรวดกลางอากาศแล้วนำกลับคืนสู่พื้น แนวทางนี้ยังไม่ได้นำมาใช้อย่างเต็มที่

ส่วนการกู้คืนด้วยปีก คือ การเพิ่มตัวเสริมโดยการติดปีกให้กับจรวดระยะแรก เพื่อให้สามารถร่อนและลงจอดได้เหมือนเครื่องบินหลังจากตกลงมา วิธีนี้ไม่ยากเกินไป แต่เนื่องจากจำเป็นต้องเพิ่มปีก อุปกรณ์ลงจอด และโครงสร้างอื่นๆ น้ำหนักที่เกี่ยวข้องจะทำให้จรวดสูญเสียความสามารถในการบรรทุกลงถึง 40%

สำหรับ การนำจรวดกลับมาใช้ใหม่ในแนวดิ่ง ถือเป็นแนวทางปฏิบัติกระแสหลัก ที่ทั้ง “Blue Origin” และ “SpaceX” ในสหรัฐอเมริกาก็ใช้แนวทางนี้ โดยหลังจากที่จรวดระยะแรกตกลงมา จรวดจะถูกจุดเครื่องยนต์ขึ้นมาอีกครั้ง เพื่อชะลอความเร็วและลงสู่พื้นในแนวตั้งบนพื้นดินหรือพื้นทะเล ข้อดีของวิธีนี้ คือ ความแม่นยำในการลงจอดสูง มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจรวดเพียงเล็กน้อย และประหยัดที่สุด

อย่างไรก็ตาม มันก็เป็นเรื่องยากทางเทคนิคอย่างมากเช่นกัน ซึ่งเกี่ยวข้องกับประเด็นต่างๆ เช่น ขีปนาวิถี อากาศพลศาสตร์ การควบคุม วัสดุของเครื่องยนต์ และการจุดระเบิดหลายครั้ง และมีเพียงไม่กี่คนเท่านั้นที่จะเชี่ยวชาญมันได้

ทั้งนี้ หลังจากการทดสอบหลายครั้ง “SpaceX” ได้ใช้จรวด “Falcon-9” ในเดือนธันวาคม 2558 และกู้คืนได้ในแนวตั้งได้สำเร็จ นี่เป็นกรณีการกู้คืนในทางปฏิบัติครั้งแรกของโลก ณ เดือนกันยายน พ.ศ. 2565 สามารถกู้คืนจรวดระยะแรกได้สำเร็จมากกว่า 130 ครั้ง และจรวดระยะแรกลำหนึ่งถูกนำมาใช้ซ้ำแล้ว 14 ครั้ง

ส่วนจรวดกู้คืนเชิงปฏิบัติ “Blue Origin” นั้นเร็วกว่า “SpaceX” ประมาณหนึ่งเดือน (พฤศจิกายน 2558) แต่จรวดของมันคือจรวดใต้วงโคจรและไม่มีความสามารถในการส่งยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจร และการพัฒนาที่ตามมาก็ช้ากว่าเช่นกัน

สำหรับจรวดตรวจสอบขนาดเล็ก “ไฮเปอร์โบลิก 2” ขององค์กรเอกชนของจีน บริษัท Beijing Interstellar Glory Space Technology Ltd. หรือที่รู้จักในชื่อ iSpace ได้ขึ้นบินเป็นครั้งแรกที่จิ่วฉวนเมื่อวันที่ 2 พฤศจิกายน 2566 และถูกกู้คืนในแนวดิ่ง นับเป็นครั้งแรกที่จีนทำการทดสอบแบบนี้ได้สำเร็จ

ในการทดสอบนี้ “ไฮเปอร์โบลิก 2” ใช้เพียงจรวดระยะที่ 1 ขนาดเต็ม (สูงประมาณ 17 เมตร และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.35 เมตร) โดยไม่ต้องติดตั้งจรวดระยะที่สองหรืออุปกรณ์อื่นๆ ระดับความสูงในการบินอยู่ที่ 178.42 เมตร ภายในวันที่ 10 ธันวาคม “ไฮเปอร์โบลิก 2” ที่ได้รับการกู้คืนได้บินขึ้นอีกครั้งหลังจากได้รับการซ่อมแซมและตรวจสอบ “การบินครั้งที่สอง” สูงถึง 343.12 เมตร ใช้เวลา 63.15 วินาที และเคลื่อนที่ไปในแนวขวาง 50 เมตร ความเร็วในการลงจอดอยู่ที่ 1.1 เมตรต่อวินาที ความแม่นยำประมาณ 0.295 เมตร การทดสอบทั้งสองนี้ยืนยันชุดของเทคโนโลยีต่างๆ เช่น การบินขึ้น การเปลี่ยนแรงขับของเครื่องยนต์ การลงจอด และการซ่อมแซมนำกลับมาใช้ใหม่

ทั้งนี้ แน่นอนว่าสิ่งนี้เทียบไม่ได้กับการใช้งานจริงของ “Falcon-9” แต่คุณต้องรู้ว่าจรวด “Grasshopper” ที่ “SpaceX” ใช้เพื่อยืนยันเทคโนโลยีการนำกลับมาใช้ใหม่ บินขึ้นสูงเพียง 1.8 เมตร ในระหว่างการทดสอบที่ประสบความสำเร็จครั้งแรกในปี 2555 และครั้งที่สองในปีเดียวกันบินได้เพียง 17.7 เมตรเท่านั้น ในทางตรงกันข้าม “ไฮเปอร์โบลิก หมายเลข 2” มีจุดเริ่มต้นที่สูงกว่า และ “ไฮเปอร์โบลิก 2” ใช้เครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยออกซิเจนมีเทนเหลว ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับจรวดที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้

เหอ กวงฮุย ผู้บริหารโครงการ “ไฮเปอร์โบลิก 2” กล่าวว่า การประสบความสำเร็จทั้งสองครั้งนี้ “เทียบเท่ากับการได้รับ “ตั๋ว” พื้นฐานสำหรับจรวดที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ จรวดจะต้องทำการบินทดสอบซ้ำอีกในอนาคต เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการปล่อยสู่วงโคจรอวกาศในอนาคต

เขากล่าวว่า เป้าหมายที่กำหนดโดยทีมวิจัยและพัฒนาคือ จรวดสามารถนำมาใช้ซ้ำได้ 20 ถึง 30 ครั้ง และจากมุมมองของผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่เหมาะสม จำนวนการใช้ซ้ำจะอยู่ที่ 8 ถึง 10 ครั้ง เขาคาดการณ์ว่า “หลังจากที่จรวดถูกรีไซเคิลและนำกลับมาใช้ใหม่ในอนาคต ราคาการขนส่งสู่วงโคจรจะต่ำกว่าราคาตลาดปัจจุบันประมาณ 50%”

สุดท้ายนี้ ขอเสริมว่า ในปัจจุบันมีสถาบันหรือบริษัทหลายแห่งที่กำลังพัฒนาจรวดแบบใช้ซ้ำได้ เช่น องค์กรเอกชน “Blue Arrow Aerospace” ของจีนที่ทำการบินจรวดมีเทนออกซิเจนเหลวลำแรกของโลก (“Suzaku 2”) และจรวดขององค์การอวกาศแห่งชาติจีน (CNSA) ที่ใช้จรวด “ลองมาร์ช 8” ก็จะบรรลุเป้าหมายการนำกลับมาใช้ในระยะแรกได้ในอนาคตอีกด้วย