ท่าอวกาศยาน (Spaceport) ความท้าทายด้านอวกาศในอนาคต ตอนที่ 2 : ส่วนประกอบของท่าอวกาศยานและปัจจัยการสร้างท่าอวกาศยาน

0
108

ส่วนประกอบของท่าอวกาศยาน

  1. Launchpad Structure หรือ ส่วนปล่อยอวกาศยาน เป็นส่วนสำคัญในการปล่อยอวกาศยานออกจากพื้นดิน (Ground) โดยส่วนนี้เป็นส่วนที่แข็งแรงที่สุดสำหรับการรองรับน้ำหนักของอวกาศยานที่ต้องการปล่อยอีกทั้งสามารถรองรับความร้อนและกระแสเจ็ตเมื่อเกิดการเผาไหม้สำหรับการยกตัว (Lift-Off) อีกทั้งต้องเป็นส่วนเชื่อมต่อกับ Service Tower หรือหอบริการที่ทำให้นักอวกาศและผู้เกี่ยวข้องเข้ามาปฏิบัติงานและส่งนักอวกาศเข้าสู่อวกาศ โดยในแต่ละท่าอวกาศยานมีจำนวนส่วนปล่อยอวกาศยานได้มากกว่าหนึ่งส่วน ขึ้นกับลักษณะของจรวดนำส่งหรือภารกิจ และความพร้อมหากมีการปล่อยจรวดนำส่งในห้วงเวลาใกล้เคียงกัน
รูปที่ 5 : Launch Pad ของท่าอวกาศยาน Cape Canaveral Space Force Station

2. Service Tower หรือหอบริการ เป็นส่วนการให้บริการและมีอุปกรณ์สำคัญที่เกี่ยวข้องกับจรวดนำส่งและนักอวกาศที่จะเดินทาง โดยส่วนหอบริการนี้ต้องมีขนาดใหญ่แข็งแรงเพียงพอต่อการปฏิบัติงานและมีความสูงเท่ากับจรวดนำส่งเพื่อสามารถปฏิบัติงานได้กับแต่ละส่วนของจรวดนำส่ง

3. Fuel Area หรือส่วนเชื้อเพลิง เป็นส่วนสำหรับเก็บเชื้อเพลิงและ Propellant ในลักษณะที่เป็นถังขนาดใหญ่และสามารถรองรับความดันของสารที่เป็นเชื้อเพลิงและ Propellant สำหรับจรวดนำส่งได้ ซึ่งคุณสมบัติของส่วนเชื้อเพลิงนี้ต้องสามารถบรรจุสารที่เป็นเชื้อเพลิงได้หลากหลายชนิดขึ้นกับเชื้อเพลิงของจรวดนำส่งที่จะนำมาปล่อยยังท่าอวกาศยาน

4. Control Facility หรือส่วนควบคุม เป็นส่วนสำคัญสำหรับการสั่งการและควบคุมการปล่อยอวกาศยานในแต่ละครั้ง โดยต้องประกอบด้วยอุปกรณ์ต่างๆ ที่สำคัญ สามารถเชื่อมต่อการทำงานและการสื่อสารกับทุกส่วนในท่าอวกาศยาน โดยอาจจะสร้างแยกห่างออกจากส่วนปล่อยอวกาศยานเพื่อความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงาน

5. Tracking Station หรือสถานีเฝ้าติดตาม เป็นส่วนสำหรับการติดตามและเฝ้าสังเกตุการณ์เมื่ออวกาศยานได้ยกตัวออกจากส่วนปล่อยอวกาศยานไปแล้ว ซึ่งส่วนนี้จะเป็นส่วนที่รับทราบข้อมูลต่างๆ ของจรวดนำส่ง แนวการบิน (Flightpath) และส่งข้อมูลให้ส่วนควบคุมเพื่อติดตามและประเมินสถานภาพของอวกาศยานจนสิ้นภารกิจ ดังนั้นสถานีเฝ้าติดตามต้องมีจำนวนเพียงพอต่อการติดตามอวกาศรอบโลก ทำให้ต้องมีสถานที่เฝ้าติดตามที่แยกส่วนออกจากท่าอวกาศยาน อีกทั้งอาจจะต้องมีสถานีเฝ้าติดตามอยู่ในพื้นที่ต่างๆ บนโลกซึ่งอาจอยู่นอกประเทศ โดยอาจจะสามารถใช้ร่วมกับสถานีเฝ้าอวกาศของประเทศอื่นเพื่อสร้างความร่วมมือกัน

รูปที่ 6 : ท่าอวกาศและส่วนควบคุมติดตามอวกาศยานของสาธารณรัฐประชาชนจีน

6. ส่วนบริการอื่น (Other Facilities) เป็นส่วนบริการที่ท่าอวกาศยานแต่ละแห่งอาจจะมีขึ้นเพื่ออำนวยความสะดวกเฉพาะต่อการปฏิบัติงานการปล่อยอวกาศยาน ซึ่งอาจมีพื้นที่สำหรับการบิน (Airfield) หรือ ท่าอากาศยาน (Airport) อันเป็นการเพิ่มความสะดวกสำหรับการขนส่งทั้งคนและอุปกรณ์หรือสิ่งจำเป็นสำหรับท่าอวกาศยาน

รูปที่ 7 : พื้นที่ท่าอวกาศยาน Baikonur Cosmodrome

ปัจจัยการสร้างท่าอวกาศยาน

การพิจารณาการสร้างท่าอวกาศยานมีปัจจัยหลายประการเพื่อให้ทราบถึงลักษณะของท่าอวกาศยาน ขนาดของท่าอวกาศ และความคุ้มค่าต่อการลงทุนท่าอวกาศ โดยมีปัจจัยที่สำคัญคือ

  1. วัตถุประสงค์ (Purpose) ของท่าอวกาศยาน โดยเป็นข้อพิจารณาแรกสำหรับการสร้างท่าอวกาศยานขึ้นมาเพื่อรองรับการเดินทางในอวกาศซึ่งมีหลายประเภทอันได้แก่ การส่งอวกาศยานไปยังวงโคจรรอบโลก หรือการส่งอวกาศยานไปยังดวงดาวอื่น หรือมีวัตถุประสงค์เพียงเพื่อการทดสอบ หรือรวมหลายวัตถุประสงค์ไว้ด้วยกัน ทั้งนี้ต้องคำนึงและให้สอดคล้องกับงบประมาณที่ต้องใช้สำหรับการสร้างท่าอวกาศยาน
  2. ประเภทของจรวด (Type of Rocket) โดยลักษณะจรวดที่ใช้ในจรวดนำส่งมีลักษณะที่แตกต่างกัน ได้แก่ จรวดเชื้อเพลิงแข็ง (Solid Propellant Rocket) จรวดเชื้อเพลิงเหลว (Liquid Propellant Rocket) และจรวดเชื้อเพลิงผสม (Hybrid Rocket) ซึ่งมีทั้งเชื้อเพลิงแข็งและเชื้อเพลิงเหลวประกอบกัน โดยข้อพิจารณานี้จะส่งผลโดยตรงต่อการสร้างลักษณะท่าอวกาศยานบริเวณของส่วนเชื้อเพลิงและส่วนให้บริการ
  3. ขนาดของจรวดนำส่ง (Size of Launcher) เป็นปัจจัยที่สำคัญประการหนึ่งที่จะสอดคล้องกับวัตถุประสงค์และขนาดของท่าอวกาศยาน โดยปัจจุบันขนาดของจรวดนำส่งจะเป็นตัวกำหนดภารกิจด้านอวกาศแต่ละครั้ง ซึ่งจะต้องบรรทุก Payload ขึ้นไปสู่ห้วงอวกาศ ทำให้เป็นที่แน่ชัดว่าหากภารกิจที่ต้องไปสำรวจดวงดาวอื่นย่อมต้องใช้จรวดนำส่งขนาดใหญ่เพราะรูปแบบการนำส่ง (Pattern of Launch) จะมีหลายขั้นตอนและซับซ้อนกว่าภารกิจที่เพียงส่งดาวเทียมไปยังวงโคจรรอบโลกระดับต่ำ (Low Earth Orbit)
รูปที่ 8 : จรวดนำส่งเปรียบเทียบตามขนาด

4. จำนวน Launch Pad ปล่อยอวกาศยาน ด้วยปัจจัยเกี่ยวกับจำนวนครั้งของการยิงนำส่งจรวดนำส่งต่อห้วงระยะเวลาหนึ่ง ซึ่งอาจจะยิงนำส่งในเวลาเดียวกัน ทั้งนี้จะพิจารณาถึงภารกิจและขนาดจรวดนำส่งประกอบ ทำให้ท่าอวกาศยานต้องมีความหลากหลายต่อการยิงนำส่ง ย่อมต้องมีการสร้าง Launch Pad ให้มีจำนวนเพียงพอกับภารกิจที่ต้องการจรวดนำส่งซึ่งมีขนาดแตกต่างกัน และยิ่งหากเมื่อนำมาพิจารณารวมกับความต้องการยิงนำส่งที่เพิ่มขึ้นโดยเฉพาะในช่วงระยะเวลาเดียวกัน ทำให้ต้องมีจำนวน Launch Pad ให้เพียงพอต่อความต้องการโดยภาพรวมทั้งหมด ดังนั้นปัจจัยจำนวน Launch Pad จึงเป็นปัจจัยสำคัญต่อการออกแบบการสร้างท่าอวกาศยานตั้งแต่เริ่มต้น

5. พื้นที่ท่าอวกาศยาน (Spaceport Area) ในที่นี้คือขนาดของพื้นที่ท่าอวกาศยานทั้งหมด ซึ่งเป็นไปตามวัตถุประสงค์ของท่าอวกาศยานและตำแหน่งของวงโคจรหรือจุดหมายการเดินทางของอวกาศยาน ทำให้ต้องมีการเตรียมพื้นที่ให้เหมาะสม สอดคล้องกับการลงทุนในการสร้างท่าอวกาศยาน โดยหากต้องการเพียงเพื่อส่งอวกาศยานที่มีขนาดเล็ก เช่นดาวเทียมขนาดเล็กและมีจำนวนไม่มาก ไปยังวงโคจรรอบโลกระดับต่ำ (Low Earth Orbit หรือ LEO) ด้วยจรวดนำส่งขนาดเล็ก พื้นที่ของท่าอวกาศยานไม่จำเป็นต้องมีขนาดใหญ่ แต่หากเป็นภารกิจที่ต้องใช้จรวดนำส่งที่มีขนาดใหญ่ขึ้น เช่นการส่งดาวเทียมขนาดใหญ่ไปวงโคจรประจำที่ (Geostationary Orbit) ย่อมต้องการพื้นที่สำหรับการสร้างท่าอวกาศยานใหญ่ขึ้นด้วย อีกทั้งยังต้องรวมถึงพื้นที่สำหรับส่วนอำนวยความสะดวกที่ต้องสนับสนุนการยิงนำส่งและการเตรียมการสำหรับการยิงนำส่ง โดยอาจจะรวมถึงพื้นที่สำหรับทำภารกิจอื่นที่เกี่ยวข้องการการปฏิบัติการ

6. ตำแหน่งและบริเวณข้างเคียงท่าอวกาศยาน (Location and Vicinity of Spaceport) โดยพื้นที่ท่าอวกาศยาน ควรจะเป็นพื้นที่แยกออกมาหรือไกลจากชุมชนหรือที่พักอาศัย ด้วยเหตุผลหลัก 4 ประการคือ

             6.1  แนวการบิน (Flightpath) ของจรวดนำส่งแต่ละภารกิจ ต้องไม่ผ่านพื้นที่ชุมชนหรือที่พักอาศัย เพื่อหลีกเลี่ยงอันตรายที่เกิดจากการตกลงสู่พื้นของส่วน (Stage) นำส่งที่บรรจุเชื้อเพลิงเมื่อใช้หมดแล้วแยกตัวออกมา หรือวัตถุอื่นๆ ของจรวดนำส่งที่อาจหลุดออกมาได้ โดยจากรูปได้แสดงถึงระยะทางของส่วนของจรวดนำส่งซึ่งแยกตัวออกจากจรวดนำส่งและตกลงมาสู่พื้นโลก

รูปที่ 9 : ระยะทางที่ส่วน (Stage) ของจรวดนำส่งอาจตกลงสู่พื้นเมื่อเทียบกับตำแหน่งการยิงนำส่ง

            6.2  อันตรายด้านมลภาวะทางเสียงและควัน โดยการยิงนำส่งแต่ละครั้งทำให้ต้องมีการจุดระเบิดของจรวด ก่อให้เกิดเสียงดังรวมทั้งควันจากผลการเผาไหม้เชื้อเพลิงออกมา ซึ่งอาจะส่งผลอันตรายในเชิงมลพิษต่อบริเวณพื้นที่ใกล้เคียง

            6.3  อันตรายจากเชื้อเพลิงหรือสารอันตรายที่เก็บไว้ ซึ่งหากเกิดการระเบิดหรือรั่วออกมาย่อมส่งผลต่อความปลอดภัยต่อชีวิตหรือสุขภาพของบุคคลหรือสิ่งมีชีวิตซึ่งอยู่บริเวณใกล้เคียง

            6.4  อุบัติเหตุจากการนำส่งที่อาจเกิดขึ้น โดยเป็นที่ทราบทั่วไป ทุกครั้งที่มีการยิงนำส่งย่อมต้องมีความเสี่ยงจากความผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นได้ในลักษณะของการระเบิดและมีวัตถุที่เป็นผลจากการระเบิดตกลงมาสู่พื้นโลกในบริเวณใกล้เคียงกับตำแหน่งปล่อย โดยขึ้นกับตำแหน่งและความสูงที่เกิดการระเบิดนั้น ซึ่งยิ่งเกิดที่ความสูงมากเท่าไรย่อมส่งผลต่อพื้นที่เป็นวงกว้างมากเท่านั้น

ดังนั้นโดยทั่วไปตำแหน่งของท่าอวกาศยานมักอยู่ริมมหาสมุทรหรือทะเล เมื่อมีการยิงนำส่ง จรวนำส่งจะมุ่งหน้าออกไปทางมหาสมุทรและทะเล ซึ่งเมื่อมีส่วนของจรวดนำส่งแยกตัวออกมาหรือวัตถุของจรวดนำส่งหลุดออกมา จะตกลงบริเวณพื้นน้ำ ทั้งนี้ต้องพิจารณาเพิ่มเติมในบริเวณพื้นที่ในมหาสมุทรหรือทะเลนั้น ไม่ควรมีเกาะสำหรับการพักอาศัยหรือเป็นพื้นที่เศรษฐกิจสำคัญ กรณีหากพิจารณาเลือกพื้นที่ในแผ่นดิน (Mainland) เป็นที่ตั้งของท่าอวกาศยาน ควรเป็นพื้นที่ซึ่งห่างจากชุมชนหรือเป็นพื้นที่ทะเลทรายที่มีอาณาบริเวณกว้าง

รูปที่ 10 : ตำแหน่งของส่วนของจรวดนำส่งที่ตกลงสู่พื้นน้ำเมื่อเกิดความผิดพลาดในการยิงนำส่ง

7. ตำแหน่งละติจูด (Latitude) ของท่าอวกาศยาน เป็นปัจจัยหลักที่สำคัญ โดยตำแหน่งของละติจูดนี้สัมพันธ์กับการหมุนรอบตัวเองของโลกซึ่งการหมุนของโลกทำให้เกิดความเร็วเชิงมุมหรือโมเมนตัมช่วยในการยิงนำส่งเมื่อยิงนำส่งในทิศทางเดียวกับการหมุนของโลก ทำให้ประหยัดเชื้อเพลิงและพลังงานสำหรับการยิงนำส่ง โดยความเร็วพื้นผิวของโลก หรือ Local Earth Surface Velocity ของการหมุนของโลกไม่เท่ากันขึ้นกับตำแหน่งของเส้นละติจูด ซึ่งบริเวณเส้นศูนย์สูตรที่มีตำแหน่งละติจูดศูนย์องศาจะมีความเร็วสูงสุดและลดลงเมื่อตำแหน่งเส้นละติจูดมากขึ้นไปทางด้านบนถึงขั้วโลกเหนือและไปทางด้านล่างถึงขั้วโลกใต้ ดังนั้นยิ่งตำแหน่งของท่าอวกาศยานอยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตร จรวดนำส่งจะได้รับแรงส่งจากอิทธิพลของการหมุนของโลกมากขึ้น ซึ่งเป็นปัจจัยหลักสำหรับการช่วยการยิงนำส่ง

รูปที่ 11 : ความเร็วพื้นผิวของโลกในแต่ละตำแหน่งของเส้นละติจูดซึ่งช่วยในการเสริมความเร็วในการยิงนำส่ง
รูปที่ 12 : ความเร็วพื้นผิวของโลกในแต่ละตำแหน่งของเส้นละติจูดของท่าอวกาศที่สำคัญ

จากภาพเห็นได้ว่าตำแหน่งของท่าอวกาศที่ใกล้เส้นศูนย์สูตรจะมีความเร็วพื้นผิวมาก และจะช่วยทำให้ใช้เชื้อเพลิงหรือพลังงานน้อยกว่าการปล่อยจรวดนำส่งจากท่าอวกาศยานที่มีตำแหน่งห่างจากเส้นศูนย์สูตร

8. ช่วงมุมการยิงนำส่ง (Launch Range) เป็นช่วงมุม Azimuth ซึ่งเป็นพิกัดวัดจากขั้วโลกเหนือไปตามทิศตามเข็มนาฬิกา กำหนดให้จรวดนำส่งยิงขึ้นสู่วงโคจรครอบคลุมพื้นที่ปลอดภัยจากการตกของส่วนของจรวดนำส่งหรือวัตถุที่อาจตกสู่พื้นโลกได้ โดยพิจารณาเทียบกับพื้นที่บนพื้นโลก ซึ่งจากรูปที่ 13 เป็นท่าอวกาศยานที่ Cape Canaveral มีช่วงมุมการยิงนำส่งระหว่างมุม Azimuth 35° – 120° และจากรูปที่ 14 เป็นท่าอวกาศยานที่ Vandenberg Air Force Base ช่วงมุมการยิงนำส่งระหว่างมุม Azimuth 158° – 201° ดังนั้นการยิงนำส่งจึงทำได้เพียงทิศระหว่างมุมที่กำหนดไว้ หากมีการยิงนำส่งไม่ได้อยู่ในมุมที่กำหนด อาจจะมีอันตรายจากการตกของวัตถุในบริเวณที่จรวดนำส่งเดินทางผ่าน

รูปที่ 13 : ท่าอวกาศยานที่ Cape Canaveral มีช่วงมุมการยิงนำส่งระหว่างมุม Azimuth 35° – 120°
รูปที่ 14 : ท่าอวกาศยาน Vandenberg Air Force Base ช่วงมุมการยิงนำส่งระหว่างมุม Azimuth 158° – 201°

9. สภาพภูมิอากาศ (Weather) เป็นปัจจัยธรรมชาติที่กำหนดความพร้อมสำหรับการยิงนำส่งของแต่ละภารกิจ หากในรอบปีบริเวณท่าอวกาศยานมีสภาพอากาศไม่อำนวยต่อการยิงนำส่งมากเพียงพอ ย่อมส่งผลต่อโอกาสของการปฏิบัติภารกิจการยิงนำส่ง และอาจจะทำให้หลุดจากช่วงเวลาเหมาะสมสำหรับการยิงนำส่งซึ่งเรียกว่า Launch Window ดังนั้นการเลือกพื้นที่สำหรับการสร้างท่าอวกาศยานจึงต้องพิจารณาถึงสภาพภูมิอากาศที่สามารถยิงนำส่งได้ตลอดทั้งปี หรือมีปัญหาสภาพอากาศน้อยที่สุด

10. ความมั่งคงปลอดภัย (Security) เป็นปัจจัยสำหรับการพิจารณาถึงอันตรายจากภายนอกโดยการกระทำของบุคคลหรือกลุ่มบุคคลที่ไม่ประสงค์ดี ดังนั้นการพิจารณาในกรณีนี้จึงอยู่ในระดับรัฐหรือประเทศ ซึ่งพิจารณาจากการปกครองของประเทศ การเมืองภายในประเทศและการป้องกันอันตรายเมื่อมีความไม่ปลอดภัยต่อท่าอวกาศยานทั้งในสภาวะปกติและสภาวะวิกฤต ตลอดจนพื้นที่โดยรอบท่าอวกาศยานย่อมต้องเป็นพื้นที่ปลอดภัยปราศจากการคุกคามจากการกระทำทั้งภายในและภายนอกประเทศ หลายครั้งที่ประเทศที่มีความเจริญด้านอวกาศต้องการสร้างท่าอวกาศยานในประเทศอื่น ปัจจัยข้อนี้ทำให้บางประเทศที่ได้รับการพิจารณาสำหรับการสร้างนั้นไม่ผ่านการพิจารณาด้วยเหตุผลด้านปัจจัยความมั่นคงปลอดภัย แม้ว่าประเทศนั้นมีปัจจัยด้านภูมิศาสตร์หรือปัจจัยด้านอื่นที่มีความเหมาะสมและเอื้ออำนวยเป็นอย่างดี

11. ความปลอดภัย (Safety) คือ การป้องกันสภาวะอันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากการปฏิบัติการส่งอวกาศยานและการดำเนินการที่เกี่ยวข้อง หรือเกิดจากสภาพภูมิอากาศ โดยต้องมีมาตรการป้องกัน (Proactive) และมาตรการแก้ไข (Reactive) เมื่อมีอันตรายเกิดขึ้น และมีแผนรองรับการช่วยเหลือ การบรรเทาสถานการณ์และการอพยพบุคลากรขณะนั้นไปยังที่ซึ่งปลอดภัย รวมทั้งการนำส่งผู้ได้รับบาดเจ็บหรือผู้ป่วยจากพื้นที่อันตรายไปสู่สถานพยาบาลอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ โดยสามารถประสานกับหน่วยงานภายนอกที่เกี่ยวข้องเพื่อเข้ามาช่วยให้ทันเวลา

 

Reference :

Armstrong, Dan. Executive Memo on the Feasibility of a New Spaceport Facility in Cameroon, Takashi Space.

Roberts, Thomas G. Spaceport of the World, Center for Strategic & International Studies.

Swinerd, Graham, How Spacecraft Fly, Praxis Publishing, 2008

https://wikidiff.com/cosmodrome/spaceport

https://www.southernlaunch.space/wwolc

Launch pad licence means all systems go for Southern Launch

https://www.eurospaceport.com/northsea

https://www.nasa.gov/mission_pages/station/structure/elements/baikonur.html

Previous articleบริษัท Arianespace นำส่งดาวเทียม OneWeb 34 ดวงในภารกิจแรกของปี 2022
Next articleความร่วมมือด้านอวกาศระหว่างประเทศต่าง ๆ กับรัสเซีย จากกรณีวิกฤติการณ์ยูเครน

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here