ยานอวกาศในอนาคตจะพอดีกับขนาดกระเป๋าเสื้อของเราได้ไหมนะ - โดแนม เพมบา (Dhonam Pemba)

ดูบทเรียนเต็มได้ที่: http://ed.ted.com/lessons/will-future-spaceships-fit-in-our-pockets-dhonam-pemba

เมื่อเรานึกภาพจรวด เรามักจะนึกถึงยานขนาดใหญ่ที่บรรทุกเชื้อเพลิง และอุปกรณ์จำนวนมาก แต่จะเป็นอย่างไรถ้ายานอวกาศในรุ่นถัดไป จะมีขนาดเล็กพอที่จะใส่ในกระเป๋าเสื้อคุณได้ โดแนม เพมบา อธิบายถึงอนาคตของยานอวกาศ และเหตุผลว่าทำไมนักวิทยาศาสตร์ที่นาซ่าหวังว่า ระบบแรงขับขนาดเล็กเหล่านี้จะช่วยส่งยานอวกาศ ออกจากวงโครจรของโลก

บทเรียนโดย โดแนม เพมบา แอนิเมชั่นโดย ควาเอ็ด มัย

เมื่อคุณนึกถึงยานอวกาศ
คุณอาจนึกถึงอะไรแบบนี่

หรือนี่ หรืออาจจะนี่

แล้วพวกมันมีอะไรเหมือนกันบ้าง

ในบรรดาหลาย ๆ สิ่ง พวกมันมีขนาดใหญ่
เพราะพวกมันต้องบรรทุกผู้คน เชื้อเพลิง

และเสบียงทุกประเภท
เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์

และในบางกรณี อาจมีเลเซอร์สุดอันตราย

แต่ยานอวกาศรุ่นต่อไปที่จะเกิดขึ้นจริงนั้น
อาจมีขนาดเล็กกว่านี้มาก

เรากำลังพูดถึงขนาดเล็กจิ๋ว
ชนิดที่ใส่ในกระเป๋าเสื้อคุณได้

ลองนึกดูถึงการส่งเจ้าพวกยานจิ๋วเหล่านี้
ท่องไปในกาแล็คซี่

พวกมันอาจสำรวจ
ดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกล

โดยบรรจุตัวตรวจจับอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน

ซึ่งจะวัดข้อมูลทุกอย่าง
ตั้งแต่อุณหภูมิไปจนถึงรังสีคอสมิก

คุณสามารถปล่อยยานได้นับพัน

ด้วยค่าใช้จ่ายเท่ากับ
ภารกิจกระสวยอวกาศภารกิจเดียว

เป็นการเพิ่มข้อมูลเกี่ยวกับจักรวาล

ที่เราจะเก็บได้อีกมากมาย

และราคาพวกมันแต่ละตัวก็สมบุกสมบัน

นั่นหมายความว่าเราสามารถส่งพวกมัน
ไปสู่สภาพแวดล้อม

ที่เสี่ยงเกินไปสำหรับจรวดหรือยานอวกาศ
มูลค่าพันล้านดอลลร์

ในขณะนี้ ยานอวกาศขนาดเล็กหลายร้อยลำ
กำลังโคจรรอบโลก

กำลังบันทึกภาพอวกาศรอบนอก

และเก็บข้อมูลสิ่งต่าง ๆ

เช่น พฤติกรรมของแบคทีเรียในชั้นบรรยากาศโลก

และสัญญาณแม่เหล็ก
ที่จะช่วยทำนายการเกิดแผ่นดินไหว

แต่นึกดูว่าเราจะเรียนรู้ได้อีกมากแค่ไหน
ถ้าพวกมันบินออกจากวงโคจรของโลกได้

ซึ่งนั่นเป็นสิ่งที่องค์กรอย่างนาซ่า
อยากจะทำ

การส่งยานอวกาศจิ๋วไปสำรวจดาวเคราะห์
ที่สามารถอยู่อาศัยได้

และอธิบายปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์
ที่เราไม่สามารถศึกษาได้จากโลก

แต่สิ่งเล็ก ๆ นี้ไม่อาจบรรจุเครื่องยนต์ใหญ่
หรือเชื้อเพลิงปริมาณมากได้

แล้วยานจะขับเคลื่อนตัวมันเองได้อย่างไรล่ะ

สำหรับยานอวกาศจิ๋วแล้ว
คุณต้องการระบบแรงขับขนาดเล็ก

กับสิ่งที่มีขนาดเล็กมาก ๆ

กฎทางฟิสิกส์ที่เราคุ้นนเคยบางข้อนั้น
ไม่สามารถใช้ได้

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง
กลศาสตร์นิวตันนั้นใช้ไม่ได้

และแรงซึ่งปกติมีเล็กน้อย
จนไม่เป็นที่สังเกต กลับมีกำลังมาก

แรงเหล่านั้นรวมถึงแรงตึงผิว และการกระทำ
ผ่านช่องเล็ก ๆ (capillary action)

ซึ่งเป็นปรากฎการณ์
ที่ควบคุมสิ่งที่มีขนาดเล็ก

ระบบขับดันขนาดเล็กนี้สามารถนำเอา
แรงเหล่านี้มาเป็นพลังงานให้ยานอวกาศ

ตัวอย่างหนึ่งที่ช่วยอธิบาย
ว่ามันทำงานอย่างไร

เรียกว่า
ไมโครฟลูดิก อิเล็กโทรสเปรย์ โพรพอลชั่น

มันเป็นการผลักของไอออนอย่างหนึ่ง

ซึ่งหมายถึงมันยิงอนุภาคมีประจุออกไป
เพื่อสร้างโมเมนตัม

มีตัวอย่างหนึ่งซึ่งถูกพัฒนาขึ้น
ในห้องทดลองแรงขับเจ็ทของนาซา

ในแต่ละข้างมันมีขนาดเพียงสองสามเซนติเมตร

หลักการทำงานของมันก็คือ

แผ่นโลหะขนาดเท่าแสตมป์
ที่เต็มไปด้วยเข็มขนาดเล็กจำนวนมาก

และถูกปกคลุมด้วยโลหะ
ที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ อย่างเช่น อินเดียม

ตะแกรงเหล็กครอบอยู่เหนือเข็ม

และสนามไฟฟ้าก็ถูกทำให้เกิดขึ้น
ระหว่างตะแกรงและแผ่นโลหะ

เมื่อแผ่นนั้นถูกทำให้ร้อนขึ้น
อินเดียมก็เริ่มละลาย

และแรงแคพิลารีก็ดึงโลหะเหลวขึ้นมาตามเข็ม

สนามไฟฟ้าช่วยดึงโลหะเหลวขึ้นมา

ในขณะที่แรงตึงผิวดึงมันกลับ

ทำให้อินเดียมบิดเป็นรูปเป็นกรวย

ด้วยรัศมีเล็ก ๆ ของปลายเข็ม

ทำให้มันเป็นไปได้สำหรับสนามไฟฟ้า
ที่จะเอาชนะแรงตึงผิว

และเมื่อมันเกิดขึ้น

ประจุบวกจะถูกยิงออกมา
ด้วยความเร็วที่สิบกิโลเมตรต่อวินาที

กระแสของประจุผลักให้ยานพุ่งไปยังทิศตรงข้าม

ต้องขอบคุณกฎข้อสามของนิวตัน

และในที่แต่ละประจุเป็นอนุภาคที่เล็กมาก ๆ

แรงที่ถูกรวมกันของพวกมันจำนวนมาก
ที่ผลักออกจากยาน

มีมากพอที่จะก่อให้เกิด
ความเร่งที่มีนัยสำคัญ

และไม่เหมือนกับเครื่องยนต์ไอพ่น
ที่ใช้เชื้อเพลิงมากมายจากจรวด

กระแสประจุนี้เล็กกว่า
และมีประสิทธิภาพมากกว่า

ซึ่งทำให้มันเหมาะสม
กับภารกิจในอวกาศที่ห่างไกล

ระบบขับดันขนาดเล็กนี้
ยังไม่ได้รับการทดสอบอย่างสมบูรณ์

แต่นักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่า
พวกมันให้ความเชื่อมั่น

ในการปล่อยยานเล็ก
ออกจากวงโครจรของโลก

จริง ๆ แล้ว พวกเขาคาดว่า
ยานจิ๋วเป็นพัน ๆ ลำ

จะถูกปล่อยออกไปในอีกสิบปี

เพื่อเก็บข้อมูล
ซึ่งในปัจจุบันนี้เราได้แค่ฝันถึง

และนี่ก็คือวิทยาศาตร์ยานอวกาศจิ๋ว