นาวาอากาศเอก พนม อินทรัศมี
เมื่อมีข่าวการนำส่งอวกาศยานหรือดาวเทียมขึ้นสู่ห้วงอวกาศ ด้วยจรวดนำส่ง (Launcher) ซึ่งปัจจุบันมักคุ้นเคยกับจรวดนำส่งฟอลคอล 9 (Falcon 9) ของบริษัทสเปซเอ็กซ์ (SpaceX) หรือจรวดนำส่งตระกูลลองมาร์ช (Long March) ของประเทศสาธารณรัฐประชาชนจีน โดยได้นำส่งจากท่าอวกาศยานในแต่ละภูมิภาคของโลก ได้แก่ Cape Canaveral Space Force Station ประเทศสหรัฐอเมริกา Guiana Space Center ซึ่งเป็นท่าอวกาศหลักของสหภาพยุโรป หรือ Jiuquan Satellite Launch Center ในประเทศสาธารณรัฐประชาชนจีน ทำให้ทราบถึงท่าอวกาศยานมีความจำเป็นสำหรับการปล่อยจรวดนำส่งไปในอวกาศ ส่งผลโดยตรงต่อการปฏิบัติการด้านอวกาศ รวมทั้งเป็นปัจจัยหลักต่อเศรษฐกิจด้านอวกาศ (Space Economics) หากอุตสาหกรรมด้านอวกาศ (Space Industries) เติบโตอย่างต่อเนื่อง ทำให้หลายประเทศให้ความความสนใจต่อการสร้างท่าอวกาศยานเพื่อรองรับการเติบโตด้านอวกาศ รวมทั้งประเทศไทยซึ่งมีแนวคิดที่จะสร้างท่าอวกาศในอนาคต ดังนั้นการทราบรายละเอียดเกี่ยวกับท่าอวกาศยาน ประโยชน์และการพิจารณาการสร้างท่าอวกาศยาน เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการพิจารณาในด้านนี้
ความหมายของท่าอวกาศยาน
ท่าอวกาศยานแปลมาจากคำภาษาอังกฤษคือ Spaceport ซึ่งประกอบด้วยคำหลักสองคำคือ Space หมายถึงอวกาศ (ในที่นี้หมายถึงเฉพาะ Outer Space ไม่รวม Airspace) กับ Port หมายถึง สถานที่หรือท่าสำหรับการจอด การเข้าหรือออกของพาหนะ ดังนั้นเมื่อรวมคำ Space กับ Port คือ Spaceport ซึ่งคือท่าอวกาศยาน หมายถึงสถานที่หรือท่าสำหรับการเตรียมการ (Preparation) การยกตัว (Liftoff) หรือการลงจอด (Landing) ของอวกาศยาน (Spacecraft) ประเภทจรวดนำส่ง (Launcher) ซึ่งมีลักษณะคล้ายกับ Airport หรือท่าอากาศยาน ซึ่งเป็นท่าสำหรับการจอด การขึ้นลงอากาศยาน (Aircraft) สำหรับการเดินทางในพื้นที่บรรยากาศหรือ Airspace หรืออีกคำหนึ่งคือ Seaport หรือท่าเรือสำหรับกิจการทางน้ำหรือทางทะเล
สำหรับอีกคำซึ่งหมายถึง Spaceport คือ ฐานปล่อยจรวดนำส่ง โดยในที่นี้มีความหมายเป็นฐานปฏิบัติการหรือปฏิบัติภารกิจสำหรับการปล่อยจรวดนำส่ง จึงเป็นคำที่นำไปใช้กันอยู่ทั่วไป
คำภาษาอังกฤษอีกคำหนึ่งซึ่งมีความหมายเหมือนกับ Spaceport คือ Cosmodrome หากแต่หมายความถึงเฉพาะท่าอวกาศยานสำหรับประเทศสหภาพโซเวียตในสมัยก่อนและเปลี่ยนมาเป็นประเทศรัสเซียในปัจจุบัน ได้แก่ ท่าอวกาศยาน Plesetsk Cosmodrome รวมถึงท่าอวกาศยานสำคัญอีกแห่งคือ Baikonur Cosmodrome ที่อยู่ประเทศสาธารณรัฐคาซัคสถาน
ประโยชน์การใช้งานท่าอวกาศยาน
ท่าอวกาศยานมีประโยชน์สำหรับการใช้งานหลายประการ ได้แก่
- การยิงนำส่งอวกาศยานเพื่อไปยังจุดหมายของการเดินทางของอวกาศยาน คือ
1.1 การเดินทางไปวงโคจรรอบโลก (Earth Orbit) เป็นการยิงนำส่งอวกาศยานไปยังวงโคจรรอบโลกที่มีความสูงอยู่ภายใต้แรงดึงดูดของโลก (Earth Gravitational Force) ทำให้อวกาศยานเคลื่อนที่โคจรรอบโลกอยู่ตลอดเวลา
1.2 การเดินทางไปดวงดาวอื่น (Interplanetary Spaceflight or Travel) เป็นการยิงนำส่งอวกาศยานเดินทางออกไปไกลจากโลก และสามารถหลุดพ้นแรงดึงดูดของโลก โดยสามารถเดินทางไปยังดวงดาวอื่นหรือเดินทางออกไปเรื่อยๆ เพื่อสำรวจอวกาศ
1.3 การเดินทางข้ามทวีป (Intercontinental Travel) เป็นการประยุกต์การเดินทางในอวกาศมาเป็นการเดินทางภายในบรรยากาศโลกสำหรับเดินทางระหว่างทวีปอันเป็นการลดระยะเวลาการเดินทาง อีกเป็นการมองหาโอกาสการใช้งานอวกาศยานให้เกิดประโยชน์มากขึ้น - การลงจอด (Landing) ของอวกาศยานหรือส่วนของอวกาศยาน โดยปัจจุบันมีส่วนของจรวดนำส่งบางแบบ สามารถกลับมาลงจอดบนพื้นผิวโลกได้ เช่น ส่วน Booster หรือ สเตท 1 (Stage 1) ซึ่งบรรทุกเชื้อเพลิงและ Propellant สำหรับการยกตัวและเคลื่อนที่ออกจากโลก เมื่อใช้สิ่งที่บรรทุกหมดแล้ว ส่วนนี้จะกลับมาลงจอดยัง Pad ที่เตรียมไว้ในท่าอวกาศยาน
- การปล่อยขีปนาวุธข้ามทวีป (Intercontinental Ballistic Missile หรือ ICBM) อันเป็นที่ทราบโดยทั่วไป หลักการการยิงนำส่งนั้นมาจากพื้นฐานการยิงขีปนาวุธทางการทหารในอดีต ซึ่งปัจจุบันท่าอวกาศยานไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อการปฏิบัติภารกิจลักษณะนี้ หากแต่ในอนาคตหากมีความขัดแย้งระหว่างประเทศ ท่าอวกาศยานบางแห่งสามารถดัดแปลงสำหรับการใช้ปล่อยขีปนาวุธได้
- การทดสอบการยิงนำส่ง (Launch Vehicle Testing) โดยท่าอวกาศยานเป็นสถานที่สำหรับการทดสอบการยิงนำส่งก่อนทำการยิงนำส่งจริง ทั้งในลักษณะการทดสอบ Wet Dress Rehearsal ซึ่งเป็นการทดสอบบรรจุเชื้อเพลิงและ Propellant และเปิดการทำงานแต่ไม่ได้ทำการจุดระเบิด และการทดสอบ Static Fire ที่มีการจุดระเบิด แต่อวกาศยานไม่ได้ยกตัวขึ้นจากพื้นเนื่องจากมีการยึดติดอย่างแน่นหนา
ดังนั้นการกำหนดประโยชน์การใช้งานท่าอวกาศยานตามลักษณะและขนาดของท่าอวกาศยานจะสัมพันธ์กับขนาดและประเภทของจรวดนำส่งและ Payload ที่จะบรรทุกไปกับอวกาศยานเมื่อติดตั้งกับจรวดนำส่ง
แนวทิศของการปล่อยอวกาศยานประเภทจรวดนำส่ง
การพิจารณาการนำส่งอวกาศยานไปปฏิบัติงานในอวกาศด้วยจรวดนำส่ง ต้องคำนึงถึงทิศทางของแนววงโคจร (Orientation Orbit) และมุมเอียง (Inclination Angle) ซึ่งตำแหน่งที่ตั้งของท่าอวกาศยานต้องพิจารณาแนวทิศการยิงนำส่ง (Launch Direction) โดยลักษณะของท่าอวกาศยานตามทิศการปล่อยอวกาศยาน สามารถแบ่งได้ คือ
- ท่าอวกาศยานแนวทิศตะวันออก (Eastern Spaceport หรือ Eastern Range) คือ ท่าอวกาศยานที่มีแนวการปล่อยอวกาศยานไปทางทิศตะวันออก (Eastward) โดยส่วนใหญ่มีตำแหน่งที่ตั้งอยู่ริมชายฝั่งมหาสมุทรหรือทะเลด้านทิศตะวันออก ซึ่งแนวการปล่อยอวกาศยานนี้มีทิศเดียวกับการหมุนของโลกทำให้ได้รับแรงเหวี่ยงจากการหมุนของโลกในลักษณะ Earth Rotation Assist (สามารถจินตนาการได้จากการกระโดดออกจากเครื่องเล่นม้าหมุนขณะกำลังหมุนอยู่ในทิศทางแนวเดียวกับการหมุน จะรู้สึกมีแรงส่งออกมา) ส่งผลให้สามารถประหยัดพลังงานหรือเชื้อเพลิงในการนำส่งอวกาศยานในแต่ละครั้ง สำหรับท่าอวกาศยานในลักษณะนี้ได้แก่ Cape Canaveral Space Force Station หรือ Guiana Space Center
2. ท่าอวกาศยานแนวทิศตะวันตก (Western Spaceport หรือ Western Range) คือ ท่าอวกาศยานที่มีแนวการปล่อยอวกาศยานไปทางทิศตะวันตก (Westward) โดยตั้งอยู่ที่ตำแหน่งอยู่ริมชายฝั่งมหาสมุทรหรือทะเลด้านทิศตะวันตกซึ่งแนวการปล่อยนี้จะสวนทางกับการหมุนของโลก (สามารถจินตนาการได้จากการกระโดดออกจากเครื่องเล่นม้าหมุนขณะหมุนในทิศตรงกันข้ามการหมุน พบว่ามีแรงต้านขณะที่ออกมา) ทำให้ต้องใช้พลังงานหรือเชื้อเพลิงมากขึ้นสำหรับชดเชยกับความเร็วของการหมุนของโลกเพื่อให้ได้ความเร็วตามที่ต้องการ สำหรับท่าอวกาศยานในลักษณะนี้ได้แก่ ท่าอวกาศยาน Vandenberg Space Force Base บางครั้งท่าอวกาศยานประเภทนี้ สร้างขึ้นสำหรับเพิ่มแนวการปล่อยอวกาศยานในทิศอื่น เช่นแนวทิศเหนือใต้ (Polar Direction) เพื่อให้อวกาศยานไปสู่วงโคจร Polar Orbit หรือ Sun Synchronous Orbit
3. ท่าอวกาศยานแนวทิศอื่น (Other Directions Spaceport) คือ ท่าอวกาศยานที่มีแนวทิศการปล่อยอวกาศยานไปในแนวทิศอื่นที่ไม่ใช่ทิศตะวันออกและทิศตะวันตกโดยตรง โดยทำการปล่อยในทิศใต้หรือไปทางขั้วโลกใต้ เพื่อให้อวกาศยานสามารถเข้าสู่วงโคจร Polar Orbit หรือ Sun Synchronous Orbit กรณีนี้ทิศทางการหมุนของโลกจะไม่มีผลหรือมีผลน้อยมากขึ้นกับทิศและมุมการยิงนำส่ง โดยท่าอวกาศยานประเภทนี้ ซึ่งได้แก่ Whalers Way Orbital Launch Complex อยู่ทางด้านใต้ของประเทศเครือรัฐออสเตรเลีย
ในฉบับหน้าจะเป็นการกล่าวถึงส่วนประกอบของท่าอวกาศยานและปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการสร้างท่าอวกาศยานเพื่อที่จะทราบถึงข้อพิจารณาเมื่อต้องการสร้างท่าอวกาศยานสำหรับใช้งานต่อไป
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
202
https://www.eurospaceport.com/northsea
https://www.nasa.gov/mission_pages/station/structure/elements/baikonur.html
