“หินดวงจันทร์เทียม” ฝีมือคนไทย งานวิจัยเพื่อใช้ชีวิตบนดวงจันทร์

บทความโดย
นายแพงมาก พุ่มมาก
สมาคมยุวชนอวกาศไทย

กลายเป็นที่ฮือฮาอย่างมากในวงการอวกาศทั่วโลก กับการค้นพบโมเลกุลของน้ำในช่องว่างระหว่างโมเลกุลของหินบนดวงจันทร์บริเวณด้านที่ถูกแสงดวงอาทิตย์เป็นครั้งแรก เมื่อเดือนตุลาคมที่ผ่านมา

โดยครั้งก่อนๆ จะพบเพียงในบริเวณที่ไม่โดนแสงดวงอาทิตย์ เช่น หลุมขั้วดวงจันทร์ เป็นต้น ซึ่งการค้นพบในครั้งนี้ต้องยกความดีความชอบให้กับ Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy หรือ SOFIA จากการวิเคราะห์ข้อมูลพบว่ามีน้ำจำนวน 12 ออนซ์ต่อ 1 ลูกบาตรเซนติเมตร ของหินบนดวงจันทร์ โดยนักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าน้ำเหล่านั้นมาจากลมสุริยะ (solar wind) หรือ อุกกาบาตลูกเล็กๆ ที่อาจจะมีน้ำอยู่ในนั้น

ในขณะเดียวกันยังมีนักวิทยาศาสตร์อีกกลุ่มหนึ่งคาดว่าการที่ SOFIA ตรวจพบน้ำเป็นเพราะพื้นผิวดวงจันทร์นั้นเต็มไปด้วยหลุม ซึ่งสร้างร่มเงาและความเย็นเพียงพอที่จะรักษาสภาพน้ำให้คงอยู่ในสถานะของแข็งได้ ถ้าทฤษฎีที่สองนั้นเป็นจริง แผนงานที่ NASA จะส่งนักบินอวกาศไปใช้ชีวิตอยู่บนดวงจันทร์จะมีความเป็นไปได้ที่สูงขึ้น

ปัจจุบันโลกกำลังเผชิญกับภาวะโลกร้อนและภัยธรรมชาติต่างๆ มากมาย ทำให้มนุษย์เราเริ่มหาวิธีแก้ไขปัญหาที่โลกกำลังเผชิญอยู่ ซึ่งมีอยู่สองวิธีการหลักๆ ได้แก่ ดูแลรักษาสภาพแวดล้อมให้ดีที่สุด หรือหาดาวดวงใหม่อยู่ วิธีการอย่างหลังมีความเป็นไปได้น้อยมากที่จะทำสำเร็จในเร็วๆ นี้ จากข้อมูลที่เรามีในตอนนี้ชี้ให้เห็นว่า ยังไม่มีดาวเคราะห์ดวงใดที่มีทรัพยากรจำเป็นในการดำรงชีวิตครบถ้วนและเพียงพอ นี่จึงกลายเป็นข้อจำกัดของสิ่งมีชีวิตบนโลกในการไปใช้ชีวิตนอกโลก แต่ข้อจำกัดนี้กำลังจะถูกทำลายลงเนื่องจากสิ่งที่เรียกว่า “หินดวงจันทร์”

“หินดวงจันทร์” ที่กำลังจะกล่าวถึงนี้เป็นหินดวงจันทร์ที่ไม่ได้มาจากดวงจันทร์ แต่เป็นการสร้างหินขึ้นมาโดยให้มีคุณสมบัติคล้ายหินดวงจันทร์โดยอ้างอิงข้อมูลจากตัวอย่างหินดวงจันทร์ที่ถูกเก็บกลับมาในภารกิจอพอลโล 11 และที่สำคัญคือ ผลงานนี้เป็นฝีมือของคนไทย

เมื่อไม่นานมานี้ประเทศไทยของเราได้มีก้าวเล็กๆ ที่อาจนำไปถึงดวงจันทร์ได้ เนื่องจากประเทศไทยนั้นสามารถสร้างหินดวงจันทร์เทียม ซึ่งมีความคล้ายคลึงกับตัวอย่างที่ยานอพอลโล 11 อย่างมาก เมื่อนำหินที่ได้มาค้นคว้าวิจัยต่อ ก็ทำให้เกิดความหวังเล็กๆ ว่าเราอาจจะได้ไปตั้งรกรากอยู่ที่ดวงจันทร์ไม่วันใดก็วันหนึ่ง

หินหรือดินบนดวงจันทร์ที่พัฒนาในไทย มีลักษณะสำคัญหลายอย่างที่เป็นเอกลักษณ์ของหินดวงจันทร์ อาทิ

ลักษณะของหินเป็นเม็ดหินที่มีส่วนประกอบเป็นผงขนาดเล็กมาก (74 ไมครอนหรือเล็กกว่า) และมีลักษณะที่มีความแหลมคม ซึ่งความแหลมคมนี้เคยก่อให้เกิดปัญหาต่อกระจกและแว่นของนักบินอวกาศที่ไปปฏิบัติภารกิจบนดวงจันทร์ ด้วยลักษณะหินเช่นนี้ทำให้ฝุ่นติดอยู่บนชุดอวกาศได้ง่ายและยากต่อการทำความสะอาด

ภาพของหินดวงจันทร์ไทยภายใต้กล้องส่องจุลทรรศน์

นอกจากคุณลักษณะกายภาพแล้ว หินดวงจันทร์เทียมที่ทำขึ้นก็ยังมีองค์ประกอบทางเคมีที่ใกล้เคียงกับหินดวงจันทร์ที่เก็บมาจากภารกิจอพอลโล 11 ทั้งในสัดส่วนของปริมาณแมกนิเซียม, ไทเทเนียม และซิลิกาเป็นต้น

หลังการตรวจสอบหินดวงจันทร์ที่ผลิตได้ เราค้นพบว่าหินดวงจันทร์นั้นประกอบไปด้วยออกซิเจนถึง 45 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นการต่อยอดเพื่อผลิตออกซิเจนโดยใช้หินดวงจันทร์จึงไม่ใช่เรื่องยาก โดยสามารถผลิตออกซิเจนจากหินดวงจันทร์ได้ถึง 1 เมตริกตันในหนึ่งปี โดยการใช้อุปกรณ์ที่เรามีอยู่ในปัจจุบัน ซึ่งปริมาณนี้เพียงพอต่อคนหนึ่งคนประมาณ 181 วัน

ถึงกระนั้น หากเราสร้างสถานีผลิตออกซิเจนสำเร็จ เราจะสามารถสร้างออกซิเจนได้มากขึ้นถึง 10 เท่าตัว ในอนาคตมีความเป็นไปได้สูงมากที่จะผลิตออกซิเจนในจำนวนมากขึ้น จนมีปริมาณที่เพียงต่อการสร้างรกรากของมนุษย์ในอย่างที่ทราบกันนั้น ออกซิเจนบนดวงจันทร์ไม่สามารถนำมาใช้ได้ทันที ดังนั้นเราจึงต้องนำหินที่มีออกซิเจนเป็นส่วนประกอบมาสกัด โดยมี 5 ขั้นตอนหลักๆ คือ

1. การเก็บหินดวงจันทร์บนดวงจันทร์
ดวงจันทร์นั้นประกอบด้วยหินหลากหลายชนิด แต่มีเพียงบางชนิดเท่านั้นที่จะนำมาสกัดออกซิเจนได้ (2-20% ของดวงจันทร์ประกอบด้วย FeTiO2) ดังนั้นเราจะต้องตรวจสอบก่อนว่ามีหินดวงจันทร์ที่มีออกซิเจนเป็นส่วนประกอบ (FeTiO2) ซึ่งสามารถนำมาใช้งานได้อยู่ที่ไหนบ้าง ส่วนกระบวนการเก็บนั้นจะใช้หุ่นยนต์

2. นำหินมาสกัด
ขั้นตอนนี้เป็นหัวใจสำคัญของการสกัดออกซิเจน ซึ่งสามารถทำได้สามวิธีได้แก่ Solid gas interaction, Molten electrolysis/reduction, และ Vacuum pyrolysis คาดว่าประสิทธิภาพในการดึง oxygen มาจะอยู่ที่ 1-5% สำหรับ Solid gas interaction, 14-28% สำหรับ Vacuum pyrolysis และ 40% สำหรับ Molten electrolysis

Workflow สำหรับการผลิต oxygen ด้วยวิธี Molten electrolysis

3. รอให้เย็น
การสกัดหินมักจะเกิดขึ้นที่ในสภาพแวดล้อมที่มีความดันและอุณหภูมิสูงมาก ดังนั้นเราจึงต้องรอให้หินเย็นตัวลงก่อน เพื่อความสะดวกในการจัดเก็บและนำไปใช้

4. กักเก็บ
เมื่อผลิตเสร็จแล้วเราจะต้องนำออกซิเจนที่ได้มากักเก็บและเตรียมที่จะนำไปใช้

ถึงแม้ความเป็นไปได้ในการใช้ชีวิตอยู่บนดวงจันทร์จะมีมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากการค้นพบที่เกิดขึ้นใหม่ๆ แต่เราก็ยังคงต้องเผชิญกับความยากลำบากทางด้านเทคโนโลยี จากการพูดคุยวิเคราะห์ในงานชุมนุมด้านวิชาการที่ผ่านมาพบว่า ปัญหาทางวิศวกรรมที่ยังต้องนำกลับไปขบคิดมีอยู่บางประเด็นได้แก่

– ปัญหาด้านการซีลสุญญากาศซึ่งจะส่งผลสำคัญต่อประสิทธิภาพของกระบวนการทำงาน
– อุณหภูมิของพื้นผิวดวงจันทร์ที่มีช่วงอุนหภูมิกว้างมากตั้งแต่ 100 เคลวิน ถึง 400 เคลวิน (-173 องศาเซลเซียส ถึง 127 องศาเซลเซียส) ในแต่ละวัน
– ส่วนประกอบของหินหรือทรายดวงจันทร์ขนาดเล็กที่มีลักษณะคล้ายผงขัด อาจจะนำมาซึ่งความลำบากในการใช้งาน รวมไปถึงองค์ประกอบทางเคมีที่อาจจะแตกต่างกันไปในแต่ละบริเวณที่สำรวจ

แต่ถึงกระนั้น ก็มีความเป็นไปได้ที่เราจะสามารถจัดการอุปสรรคที่มีอยู่และขึ้นไปตั้งรกรากบนดวงจันทร์ได้ในอนาคต

อ้างอิงรูปภาพ

https://sci.esa.int/documents/34200/36212/1567256046440-7_4_5_final-Piccolo.pdf

https://1drv.ms/w/s!AnrjLd9vvEroimsSo18yVzJu0oOD?e=yydjsE

https://sci.esa.int/documents/34200/36212/1567256046440-7_4_5_final-Piccolo.pdf

https://www.nasa.gov/pdf/203084main_ISRU%20TEC%2011-07%20V3.pdf

สามารถอ่านบทความในรูปแบบ e-Magazine ได้ในนิตยสารสาระวิทย์ ฉบับที่ 93 เดือนธันวาคม 2563
https://oer.learn.in.th/search_detail/result/217539