ทำอย่างไรให้ล้อรถสำรวจดวงจันทร์ทนทาน ไม่ฉีกขาด-เป็นรูโหว่ ได้นานหลายสิบปี

แผนสำรวจอวกาศล่าสุดของชาติมหาอำนาจหลายประเทศ หมายมั่นปั้นมือที่จะนำมนุษย์อวกาศกลับไปเหยียบดวงจันทร์ให้ได้อีกครั้ง หลังกาลเวลาผ่านมานานถึงครึ่งศตวรรษ นอกจากนี้ยังมีแผนเดินทางไกลไปถึงดาวอังคาร เพื่อออกไปสำรวจห้วงอวกาศที่ห่างจากโลกมากขึ้นด้วย

ความทะเยอทะยานในอันที่จะแข่งขันกันสำรวจอวกาศ ย่อมหมายถึงการประดิษฐ์คิดค้นเครื่องไม้เครื่องมือใหม่ ๆ ที่ล้ำสมัย มารองรับการเดินทางอันยาวนานและการสร้างฐานที่มั่นต่างดาว เพื่อให้มนุษย์อวกาศสามารถดำรงชีวิตและทำการสำรวจเพิ่มเติมได้ในระยะยาว แม้แต่ล้อของยานพาหนะตระเวนสำรวจหรือโรเวอร์ (rover) ที่ใช้บนดวงจันทร์และดาวเคราะห์ที่มีพื้นผิวขรุขระ ก็ไม่อาจใช้ล้อที่เป็นโครงโลหะหุ้มด้วยยางแบบรถยนต์บนโลกได้อีกต่อไป

"เราจะปล่อยให้ล้อของยานพาหนะที่วิ่งบนพื้นดวงจันทร์ ฉีกขาดเสียหายหรือถูกเจาะเป็นรูโหว่ไม่ได้" ฟลอฮองต์ เมเนอโกซ์ ประธานเจ้าหน้าที่บริหารของมิชลิน (Michelin) บริษัทผู้ผลิตล้อและยางรถยนต์ชื่อดังของฝรั่งเศสกล่าว

ก่อนหน้านี้สภาพพื้นผิวและภูมิประเทศอันทุรกันดารบนดวงจันทร์และดาวอังคาร ได้ทำให้หุ่นยนต์และยานพาหนะตระเวนสำรวจหลายคันต้องเสียหายไปในเวลาอันสั้น ตัวอย่างล่าสุดคือ "คิวริออซิที" (Curiosity Rover) หุ่นยนต์ตระเวนสำรวจที่ออกปฏิบัติภารกิจบนดาวอังคารเมื่อปี 2012 กลับต้องมาชำรุดเสียหายภายในเวลาเพียงปีเดียว โดยล้อที่ทำจากอะลูมิเนียมทั้งหกถูกเจาะเป็นรูพรุนและมีรอยฉีกขาดเต็มไปหมด

ดังนั้นภารกิจอาร์ทีมิส (Artemis) ของสหรัฐฯ ที่มุ่งจะนำมนุษย์อวกาศกลับไปยังดวงจันทร์ให้ได้ภายในปี 2027 จึงต้องเตรียมการเพื่อแก้ไขปัญหาเรื่องล้อของพาหนะตระเวนสำรวจโดยด่วน โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับพาหนะที่จะลงสำรวจบริเวณขั้วใต้ของดวงจันทร์ ซึ่งมีกำหนดจะเริ่มปฏิบัติงานดังกล่าวในภารกิจอาร์ทีมิสครั้งที่ห้า (Artemis V) ที่คาดว่าจะเริ่มขึ้นในปี 2030

องค์การนาซาวางแผนให้มนุษย์อวกาศในภารกิจอาร์ทีมิส ออกตระเวนสำรวจดวงจันทร์ด้วยยานพาหนะชนิดพิเศษ โดยมีขอบเขตการสำรวจกว้างไกลขึ้นกว่าที่รุ่นพี่ในภารกิจอะพอลโลได้ทำไว้มาก เนื่องจากระหว่างปี 1969-1972 มนุษย์อวกาศในภารกิจอะพอลโล 6 ครั้ง สามารถสำรวจพื้นผิวดวงจันทร์ได้เพียง 40 กิโลเมตรเท่านั้น

"เป้าหมายของเราก็คือ ต้องผลิตล้อรถที่สามารถออกสำรวจได้เป็นระยะทาง 10,000 กิโลเมตร ภายในเวลาหนึ่งปี" ซีล์แวง บาร์เทต์ ผู้บริหารโครงการ "ล้อรถไร้ลมยางบนดวงจันทร์" ของมิชลิน กล่าวอธิบายจากศูนย์ปฏิบัติการของบริษัทที่เมืองเคลร์มงต์ ฟีร์ฮองด์ (Clermont Ferrand) ของฝรั่งเศส

"เราไม่ต้องการล้อรถที่มีความทนทานต่ำ หรือล้อรถที่ใช้งานได้แค่เพียงไม่กี่สัปดาห์ แต่สิ่งที่เรากำลังพูดถึงอยู่นี้ จะต้องใช้งานได้ยาวนานหลายสิบปี" ดร.ซานโต ปาดูลา วิศวกรประจำศูนย์วิจัยจอห์นเกลนของนาซาที่รัฐโอไฮโอ ซึ่งมีดีกรีระดับปริญญาเอกในสาขาวัสดุศาสตร์กล่าว

ความท้าทายที่เป็นอุปสรรคใหญ่หลวงข้อหนึ่ง สำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีใด ๆ ที่จะนำไปใช้งานบนดวงจันทร์ นั่นก็คือความแตกต่างแบบฟ้ากับเหวของระดับอุณหภูมิในช่วงกลางวันและกลางคืน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณขั้วเหนือและขั้วใต้ของดาวนั้น อุณหภูมิสามารถจะลดต่ำถึงกว่า -230 องศาเซลเซียส หรือเฉียดเข้าใกล้อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ได้เลยทีเดียว

การที่อะตอมจะหยุดเคลื่อนไหวในอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ ทำให้การประดิษฐ์คิดค้นล้อรถจากวัสดุที่มีความยืดหยุ่นเป็นไปได้ยาก เพราะหากอะตอมหยุดนิ่งไม่เคลื่อนไหว วัสดุนั้นจะสูญเสียความสามารถในการยืดหดหรือบิดตัวเปลี่ยนรูป ทั้งยังไม่สามารถฟื้นคืนสภาพกลับมาอยู่ในรูปทรงเดิมได้ด้วย ไม่เหมือนกับยางรถยนต์ที่บางส่วนจะยุบตัวลงเมื่อวิ่งทับไปบนก้อนหิน โดยส่วนที่ยุบจะฟื้นตัวคืนสู่รูปเดิมได้ในภายหลัง

"หากล้อรถเสียหายโดยบิดเบี้ยวผิดรูปไปอย่างถาวร มันจะไม่สามารถหมุนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เราต้องประสบปัญหาเรื่องการสูญเสียพลังงานไปอีก" ดร.ปาดูลากล่าว

นอกจากความทนทานแล้ว ล้อของยานตระเวนสำรวจต่างดาวที่ได้รับการออกแบบใหม่ในครั้งนี้ ยังต้องแบกรับน้ำหนักได้มากกว่าที่เคยทำมาหลายเท่า เมื่อเทียบกับล้อของพาหนะตระเวนสำรวจน้ำหนักเบา ที่มนุษย์อวกาศในภารกิจอะพอลโลเคยใช้ขับขี่มาก่อน

ดร.ปาดูลากล่าวเสริมว่า "ในภารกิจสำรวจอวกาศครั้งต่อ ๆ ไป มนุษย์จะต้องใช้ยานพาหนะที่สามารถบรรทุกห้องทดลองทางวิทยาศาสตร์เคลื่อนที่และวัสดุอุปกรณ์สร้างที่พักอาศัย ซึ่งสิ่งเหล่านี้จะมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ"

แผนการนี้จะเป็นปัญหาอย่างแน่นอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนดาวอังคาร ซึ่งมีความโน้มถ่วงมากกว่าบนดวงจันทร์ 2 เท่า วิธีแก้ปัญหาดังกล่าวของภารกิจอะพอลโลในอดีต คือการใช้สายเปียโนเคลือบสังกะสีมาถักทอเป็นร่างแห เพื่อทำล้อให้พาหนะสำรวจดวงจันทร์ที่ใช้เดินทางได้ราว 34 กิโลเมตร

เนื่องจากอุณหภูมิที่ผันผวนเปลี่ยนแปลงอย่างสุดขั้ว รวมทั้งรังสีอันตรายจากห้วงอวกาศ จะทำให้ยางรถยนต์ธรรมดาสลายตัวหรือแตกออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยเหมือนแก้ว นักวัสดุศาสตร์จึงพัฒนาโลหะอัลลอยชนิดใหม่และพลาสติกสมรรถนะสูง (high-performance plastic) ซึ่งมีความเป็นไปได้มากที่สุดที่จะนำมาผลิต "ล้อรถไร้ลมยาง" สำหรับใช้งานในห้วงอวกาศ

พีเอโตร แบกลิโอนี ผู้นำทีมเตรียมการสำหรับภารกิจโรซาลินด์ แฟรงคลิน (Rosalind Franklin Mission) ขององค์การอวกาศยุโรป (ESA) ซึ่งมีแผนจะส่งหุ่นยนต์ตระเวนสำรวจของตนเองไปดาวอังคารในปี 2028 บอกว่า "โดยทั่วไปแล้ว วัสดุจำพวกโลหะหรือคาร์บอนไฟเบอร์ สามารถนำมาใช้ผลิตล้อรถสำหรับใช้งานในอวกาศได้"

วัสดุแห่งอนาคตที่กำลังมาแรงอีกชนิดหนึ่งได้แก่ "นิทินอล" (Nitinol) ซึ่งเป็นโลหะผสมหรืออัลลอยระหว่างนิกเกิลกับไทเทเนียม "เมื่อผสมโลหะสองชนิดนี้เข้าด้วยกัน เราจะได้โลหะที่มีพฤติกรรมเหมือนกับยาง สามารถจะโค้งงอได้รอบทิศทาง และยืดคืนตัวสู่สภาพเดิมได้หลังถูกบีบอัด" ดร.เอิร์ล แพทริก โคล ประธานเจ้าหน้าที่บริหารของบริษัท Smart Tire Company กล่าว "ความยืดหยุ่นของมันคือหนึ่งในสิ่งเหลือเชื่อที่สุดเท่าที่คุณเคยพบเห็นมา"

ดร.ปาดูลา กล่าวแสดงความเห็นด้วยว่า นิทินอลอาจเป็นวัสดุที่มาปฏิวัติวงการล้อรถอวกาศ เพราะโลหะอัลลอยสามารถดูดซับและปลดปล่อยพลังงานได้เมื่อมีการเปลี่ยนสถานะ จึงอาจเป็นหนทางสู่การแก้ไขปัญหาเรื่องความทนทาน ในภาวะที่ต้องเผชิญทั้งอุณหภูมิที่ร้อนและเย็นสุดขั้ว

ทว่าผู้พัฒนาล้อรถอวกาศของมิชลินอย่างบาร์เทต์ กลับไม่เห็นด้วยกับผู้เชี่ยวชาญคนอื่น ๆ โดยเขามองว่าพลาสติกสมรรถนะสูงหรือวัสดุที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกัน มีความเหมาะสมมากกว่า หากต้องใช้ล้อไฮเทคดังกล่าวเดินทางระยะไกลบนดวงจันทร์

ด้านบริษัทผู้ผลิตล้อและยางรถยนต์ชั้นนำอีกแห่งคือ "บริดจ์สโตน" (Bridgestone) ได้พัฒนาล้อรถอวกาศโดยยึดแนวทางการเลียนแบบสิ่งมีชีวิต อย่างเช่นแผ่นหนุนล้อที่ถูกออกแบบให้มีรูปทรงและคุณสมบัติคล้ายกีบของอูฐ

กีบหรืออวัยวะรองรับฝ่าเท้าของสัตว์ทะเลทรายชนิดนี้ เป็นแผ่นไขมันหนาที่นุ่มนิ่ม ซึ่งจะแบนตัวลงเมื่ออูฐย่างเหยียบไปบนพื้นทราย และช่วยกระจายน้ำหนักที่กดทับออกสู่พื้นผิวเป็นบริเวณกว้างขึ้น ทำให้เท้าของอูฐไม่จมลงบนพื้นทรายร่วน

ด้วยเหตุนี้บริดจ์สโตนจึงสร้างล้ออวกาศ โดยมีแผ่นวัสดุคล้ายกีบอูฐรองรับล้อแทนยางรถยนต์ทั่วไป ส่วนกงล้อนั้นใช้ซี่โลหะที่มีความยืดหยุ่นสูง ช่วยรองรับและกระจายน้ำหนักของพาหนะตระเวนสำรวจให้ตกลงบนพื้นที่ผิวที่กว้างขึ้น จนทำให้ขับเคลื่อนได้อย่างต่อเนื่องไม่มีสะดุดหรือติดหล่ม บนพื้นผิวดวงจันทร์ที่เต็มไปด้วยหินขรุขระและฝุ่นละเอียด

ผลงานการพัฒนาของมิชลิน, บริดจ์สโตน, และเวนจูรี แอสโตรแล็บ (Venturi Astrolab) จะถูกนำเสนอเพื่อให้องค์การนาซาพิจารณา ที่ศูนย์วิจัยจอห์นเกลนของสหรัฐฯ ภายในเดือนพ.ค.นี้ โดยนาซาจะตัดสินใจเลือกผลงานที่ดีที่สุด หรือเลือกหยิบเอาเทคโนโลยีบางส่วนของแต่ละบริษัทมาพัฒนาต่อภายในช่วงสิ้นปี

ขณะนี้มิชลินกำลังทดสอบใช้งานล้อรถอวกาศรุ่นใหม่ที่พัฒนาขึ้น โดยทดลองขับพาหนะตระเวนสำรวจไปรอบ ๆ ภูเขาไฟแห่งหนึ่ง ที่เมืองเคลร์มงต์ของฝรั่งเศส เนื่องจากพื้นดินแถบนั้นมีลักษณะเป็นฝุ่นแป้งละเอียดคล้ายพื้นผิวดวงจันทร์ ส่วนบริดจ์สโตนก็กำลังทดสอบล้อรถอวกาศของตนอยู่เช่นกัน โดยใช้เนินทรายในจังหวัดทตโตริของญี่ปุ่นเป็นสถานที่ทดสอบ

การประดิษฐ์คิดค้นล้อรถอวกาศนั้น ยังเป็นประโยชน์ต่อการประยุกต์ใช้งานเชิงพาณิชย์บนโลกด้วย โดยดร.โคลบอกว่า สมัยที่เขายังเป็นนักศึกษาวิจัยระดับปริญญาเอกที่ USC อยู่นั้น เคยเข้าร่วมโครงการวิจัยเชิงพาณิชย์ของนาซา ซึ่งมุ่งนำเทคโนโลยีล้อรถความยืดหยุ่นสูงสำหรับใช้งานบนดาวอังคาร มาทำเป็นผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคทั่วไป ทำให้ในปีนี้เริ่มมีการวางตลาดล้อรถจักรยานนิทินอล ด้วยสนนราคาวงละ 150 ดอลลาร์สหรัฐฯ แล้ว

แม้สินค้าไฮเทคนี้จะแพงกว่าล้อรถจักรยานชนิดธรรมดามาก แต่ก็มีความแข็งแรงทนทานเหนือกว่าอย่างเทียบกันไม่ได้ ดร.โคลบอกว่าเขายังมีแผนจะพัฒนาล้อรถจักรยานยนต์แบบเดียวกัน เพื่อใช้กับการซิ่งรถหรือแข่งประลองความเร็วบนทางวิบากด้วย

"นี่คือความฝันของผม มันเป็นส่วนหนึ่งของการที่มนุษยชาติจะได้กลับไปเหยียบดวงจันทร์อีกครั้ง ต่อไปผมจะได้บอกกับลูก ๆ ว่า เงยหน้ามองดูดวงจันทร์สิ ล้อรถของพ่ออยู่บนนั้น" ดร.โคลกล่าว