รู้จัก “ฉนวนกันความร้อน” และเทคโนโลยีเกราะป้องกันในภารกิจอวกาศ THEOS-2 และ LOFTID

“THEOS-2” ดาวเทียมสำรวจโลก เตรียมขึ้นสู่วงโคจร ซึ่งการที่ดาวเทียมโคจรอยู่ในห้วงอวกาศจะต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่โหดร้ายและมีความแตกต่างของอุณหภูมิเป็นอย่างมาก ดังนั้น “ฉนวนกันความร้อน” จึงเป็นเกราะป้องกันความร้อนหรือความเย็นที่มากเกินไป จนอาจทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในดาวเทียมเกิดเสียหายได้

ฉนวนกันความร้อน MLI และดาวเทียม THEOS-2

“ดาวเทียม” จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นมากเมื่อสัมผัสแสงแดดโดยตรง และอุณหภูมิจะต่ำมากเมื่อแสงแดดถูกบดบัง สำหรับวัสดุสีทองห่อหุ้มตัวดาวเทียม THEOS-2 คือ “ฉนวนกันความร้อน” MLI (Multi-layer insulation) ทำหน้าที่รักษาอุณหภูมิภายในตัวดาวเทียม ไม่ให้สูญเสียความร้อนจากการแผ่รังสีความร้อน เมื่อเข้าสู่ช่วงเงามืดในอวกาศ

องค์ประกอบและคุณสมบัติของ MLI

MLI เป็นฉนวนกันความร้อนที่ประกอบด้วยวัสดุแผ่นบาง ๆ เรียงสลับชั้นกันระหว่าง “ไมลา” (Mylar) หรือ “แคปตอน” (Kapton) ที่เคลือบด้วยชั้นโลหะ เช่นเงินหรืออะลูมิเนียมมีความบางระดับไมครอนทั้งสองด้านสลับชั้นกับ ดาครอน (Dacron) มีลักษณะเป็นตาข่ายสีขาว และเรียงสลับชั้นกันจนได้ค่าคุณสมบัติตามต้องการ ซึ่งมีใช้ตั้งแต่ 10 ชั้น ไปจนถึง 40 ชั้น ตามแต่ภารกิจ นอกจากนี้ที่ผิวด้านนอกสุดของแคปตอนที่จะต้องสัมผัสกับอวกาศ จะโดนเคลือบด้วยซิลิกอนออกไซด์ (Silicon Oxide) เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน (Oxidation) ทำให้ผิวของฉนวนกันความร้อน MLI เป็นสีทอง

5 ประโยชน์สำคัญของ MLI

• การกันความร้อน: หน้าที่หลักของ MLI คือการลดการสูญเสียความร้อน โดยรักษาความคงที่ของอุณหภูมิภายในโครงสร้าง ยานอวกาศหรือดาวเทียมในสภาวะความเย็นหรือความร้อนสูง
• การลดน้ำหนัก: MLI เป็นวัสดุที่เบาและบาง มีน้ำหนักต่ำ ซึ่งเป็นจุดเด่นที่สำคัญในการลดค่าของการส่งจรวดและใช้น้ำเชื้อเพื่อลดต้นทุนการส่ง
• การควบคุมอุณหภูมิ: ช่วยในการรักษาอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับอุปกรณ์หรือชิ้นส่วนที่ต้องการ
• การป้องกันรั่วไหล: ช่วยในการป้องกันการรั่วไหลของความร้อนจากภายนอกเข้าสู่โครงสร้างยานอวกาศหรือดาวเทียม
• ความคงที่และความทนทาน: ออกแบบให้มีความทนทานต่อเงื่อนไขสภาพในอวกาศที่โหดร้าย รวมถึงความคงที่ต่อการกระทำจากแรงกดที่สูงและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

LOFTID: เทคโนโลยีเกราะกันความร้อนแบบพองตัวได้

LOFTID (Low-Earth Orbit Flight Test of an Inflatable Decelerator) เป็นโครงการสาธิตเทคโนโลยีเกราะกันความร้อนแบบพองได้ขนาดใหญ่ จุดประสงค์หลักเพื่อช่วยสร้างแรงต้านอากาศมหาศาล และชะลอความเร็วของยานลงในดาวที่มีความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศต่ำ หนึ่งในอุปสรรคที่สำคัญที่สุดต่อการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศก็คือ ความร้อน

เกราะกันความร้อน (heat shield) สำหรับการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศมีสองหน้าที่ คือการป้องกันยานจากความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ และการต้านอากาศให้มากที่สุดเพื่อชะลอความเร็วของยานและลดความร้อนลง

ข้อมูลทางเทคนิคและการเปรียบเทียบ

นี่คือข้อมูลสรุปของคุณสมบัติเกราะกันความร้อนในภารกิจต่างๆ:

• เกราะกันความร้อน LOFTID: มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวถึง 6 เมตร (ขยายได้ตั้งแต่ 3 - 12 เมตร) สามารถช่วยกันความร้อนได้มากถึง 1,600 องศาเซลเซียส
• ยาน Perseverance: พุ่งเข้าสู่บรรยากาศสร้างความร้อนบนตัว Heat Shield ถึง 1,300 องศาเซลเซียส โดยใช้ Heat Shield ขนาด 4.5 เมตร
• ข้อจำกัดทั่วไป: ขนาดของฝาครอบจรวด (Payload Faring) อยู่ที่ประมาณ 5 เมตร ทำให้ตัว Heat Shield แบบแข็งใหญ่ไปมากกว่านี้ไม่ได้

LOFTID จึงถือว่าเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีอวกาศใหม่ที่น่าสนใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการส่งวัตถุหรือยานลงจอดขนาดใหญ่ไปสำรวจดาวเคราะห์ที่มีชั้นบรรยากาศเบาบางอย่างดาวอังคาร