เมื่อสัปดาห์ที่ผ่านมา หลายคนคงได้ชมภาพการถ่ายทอดสดการเดินทางสู่สถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ของ 2 นักบินอวกาศสหรัฐ โดยความร่วมมือของ NASA และ SpaceX ผู้ผลิตจรวดและยานขนส่งภาคเอกชนรายแรก ทว่าไม่ใช่แค่ลุ้นกับการเดินทางเท่านั้น ขั้นตอนการเชื่อมต่อยานก็ยังทำให้เราลุ้นกันจนตัวโก่ง แต่ทุกอย่างก็ดำเนินไปอย่างราบรื่นผ่านพ้นไปด้วยดี จากนั้นมาเทคโนโลยีอวกาศต่าง ๆ จึงกลายเป็นหัวข้อที่ใคร ๆ ก็อยากรู้ แต่เชื่อหรือไม่ว่า การเชื่อมต่อยานที่ว่ายาก เยาวชนไทยก็ทำได้
การเชื่อมต่อยานคืออะไร ที่ว่ายากนั้นจริงหรือไม่
ดร. พีรพงศ์ ต่อฑีฆะ วิศวกรด้านระบบควบคุมและเมคคาทรอนิกส์ ของ NARIT หรือสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์กรมหาชน) กล่าวว่า “กระบวนการเชื่อมต่อยานอวกาศ เป็นหนึ่งในกระบวนการเชิงเทคนิควิศวกรรมด้านระบบการควบคุมและนำร่อง ควบคู่กับความรู้ด้านวิศวกรรมอากาศยานที่ซับซ้อนมากที่สุด” และอธิบายว่า หากเปรียบวงโคจรของยานอวกาศเหมือนถนน ระบบควบคุมก็เหมือนผู้ขับขี่ที่ต้องมีความรู้ด้านพลวัตของระบบอย่างถ่องแท้ จึงจะสามารถควบคุมเวลา ตำแหน่ง และการวางตัวของวัตถุได้อย่างแม่นยำ
ความผิดพลาดเพียงนิดเดียวย่อมทำให้เกิดความเสี่ยงต่อทั้งยานอวกาศ สถานีอวกาศที่ต้องการเชื่อมต่อ ตลอดจนชีวิตของนักบินอวกาศด้วย วิศวกรผู้ออกแบบระบบจึงจำเป็นต้องมีความเข้าใจในระบบ คำนวณขั้นตอนต่าง ๆ อย่างถี่ถ้วน และทบทวนหาข้อผิดพลาดซ้ำแล้วซ้ำเล่า เพื่ออุดรอยรั่วของระบบทั้งหมดก่อนเริ่มภารกิจ
การเชื่อมต่อยาน วิศวกรรุ่นใหม่ และความร่วมมือด้านดาราศาสตร์ในไทย
เนื่องจากเป็นโจทย์ยากที่ท้าทายความสามารถด้านวิศวกรรมขั้นสูง ทำให้วิศวกรส่วนใหญ่ที่สนใจพัฒนาอัลกอริทึมด้านการเชื่อมต่อของวัตถุอวกาศ มักอยู่ในประเทศมหาอำนาจ อาทิ อเมริกา รัสเซีย จีน ญี่ปุ่น
สำหรับประเทศไทย ล่าสุด นายทวีรัชต์ พิศาลนพวงศ์ หรือ เพชร นักศึกษาชั้นปีที่ 3 จากภาควิชาวิศวกรรมการบิน วิทยาลัยอุตสาหกรรมการบินนานาชาติ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (สจล.) วิศวกรไทยรุ่นใหม่ ได้พัฒนา ต่อยอด และสร้างงานวิจัยด้านวิศวกรรมอวกาศ ในหัวข้อ “การประมาณค่าพิกัดและการวางตัวของยานอวกาศเพื่อประยุกต์ใช้ในพันธกิจการเชื่อมต่อวัตถุอวกาศที่แม่นยำ”
ผลงานวิจัยดังกล่าว นำระเบียบวิธีการเรียนรู้เชิงลึก หนึ่งในกระบวนการด้านปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence: AI) มาประยุกต์ใช้เป็นสมองกลให้กับระบบ เพื่อช่วยประมาณค่าเชิงพิกัดของยานอวกาศที่จะมาเชื่อมต่อ
เพื่อให้ได้ข้อมูลที่ใช้ในกระบวนการเรียนรู้ของปัญญาประดิษฐ์ เพชรใช้การประมวลผลภาพจำลองสามมิติเสมือนจริง และกำหนดให้วัตถุอวกาศสามารถเคลื่อนไหวแบบพลวัตได้ตามต้องการ ด้วยการใช้โปรแกรม Unreal Engine 4 โดยเลือกจำลองภาพยานอวกาศ Soyuz ของรัสเซีย (ยานที่มีพันธกิจเดียวกันกับยาน Crew Dragon ของ SpaceX) ทำให้ได้ข้อมูลมหาศาล
อย่างไรก็ตาม แค่เพียงคน ๆ เดียว ไม่อาจทำให้ภารกิจแสนยากนี้ลุล่วงไปได้ นอกจากเจ้าของผลงาน งานวิจัยชิ้นนี้ยังอยู่ภายใต้การดูแลของที่ปรึกษาและผู้เชี่ยวชาญหลากหลายภาคส่วนซึ่งล้วนเป็นชาวไทยทั้งสิ้น ได้แก่
- ดร. พัชรินทร์ คำสิงห์ อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมการบิน และ อาจารย์ผู้ดูแลห้องปฏิบัติการ Air-Space Control, Optimization and Management Laboratory สจล. – ที่ปรึกษาหลักด้านระเบียบวิธีการเรียนรู้เชิงลึก และการประมวลผลภาพ
- ดร. พีรพงศ์ ต่อฑีฆะ วิศวกรด้านระบบควบคุมและเมคคาทรอนิกส์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (NARIT) – ที่ปรึกษาเกี่ยวกับ Spacecraft kinematics และ On-orbit relative motion
- ดร. อุเทน แสวงวิทย์ นักวิจัยชำนาญการและหัวหน้าโครงการพัฒนาระบบคอมพิวเตอร์สมรรถนะสูง ศูนย์ข้อมูลดาราศาสตร์แห่งชาติ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (NARIT) จึงช่วยให้การประมวลผลเชิงกราฟิกของข้อมูลจำนวนมหาศาลเป็นไปได้
การประมวลผลข้อมูลครั้งนี้ ใช้หน่วยประมวลผลเชิงกราฟิก 3 มิติ 32GB จำนวน 4 ตัว และ 16GB จำนวน 4 ตัว ที่จำเป็นอย่างยิ่งในการคำนวณเชิงลึก ทำให้งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในการประชุมวิชาการระดับนานาชาติที่จัดขึ้นโดยสถาบันวิศวกรรมไฟฟ้าและวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์นานาชาติ (Institute of Electrical and Electronics Engineers : IEEE) เมื่อเดือนกุมภาพันธ์ที่ผ่านมา
วิศวกรรมขั้นสูงกับอนาคตของไทย
ที่ผ่านมา ประเทศไทยยังไม่ค่อยมีใครใช้โจทย์งานวิจัยด้านวิศวกรรมเชิงลึก เป็นเครื่องมือพัฒนาศักยภาพของบุคคลเช่นนี้ ทั้งที่ในต่างประเทศมักใช้วิธีดังกล่าว เพิ่มองค์ความรู้ ขยายขีดความสามารถให้แก่คนในประเทศของตน
ส่วนหนึ่งอาจเป็นเพราะคนส่วนใหญ่มักมองโจทย์ด้านอวกาศเป็นสิ่งที่ต้องใช้การลงทุนจากภาครัฐมูลค่ามหาศาล ทว่าปัจจุบัน มีเครื่องมือหลายๆ ชนิดช่วยทำให้เราสามารถศึกษาศาสตร์ด้านนี้โดยไม่ต้องลงทุน และไม่จำเป็นต้องเดินทางไปถึงอวกาศ ก็สามารถนำเสนอแนวคิด ใช้การทดสอบในสภาวะจำลองบนพื้นโลกเช่นเดียวกัน
นอกจากนี้ ผลงานวิจัยดังกล่าวยังสามารถประยุกต์ใช้ความรู้ด้านวิศวกรรมระบบควบคุม ในภารกิจอวกาศด้านอื่น ๆ ได้ด้วย เช่น สร้างระบบ Active debris removal : ADR หรือระบบดาวเทียมกำจัดขยะอวกาศ ซึ่งเป็นภารกิจที่องค์การอวกาศแห่งสหภาพยุโรปนำโดยสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิส โลซาน และ บริษัท Actroscale บริษัทเอกชนด้านอวกาศของประเทศญี่ปุ่น ให้ความสนใจและกำลังพัฒนาดาวเทียมเพื่อภารกิจนี้เช่นกัน
การพัฒนาบุคลากรไทยให้มีศักยภาพทัดเทียมนานาอารยประเทศ รวมทั้งการสนับสนุนงานวิจัยด้านอวกาศ วิศวกรรมขั้นสูง ถือเป็นโอกาสอันดีในการสร้างเทคโนโลยีชั้นแนวหน้า และจะช่วยให้ประเทศเจริญก้าวหน้า ลดการพึ่งพาเทคโนโลยีจากต่างประเทศต่อไป
ขอบคุณข้อมูลจาก: สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) (NARIT)
อ้างอิง
พิสูจน์อักษร : สุชยา เกษจำรัส