เรื่องนี้เป็นเรื่องที่เขียนยากมากๆ เรื่องหนึ่ง เพราะเอาเช้าจริงมันควรจะเขียนออกไปในแนว Tecnical หน่อยๆ แต่ว่าตัวผมอยากเรียบเรียงและเชียนออกมาในแนวเชิง Design and Problem Solving ที่ม้น spark แนวคิดและไอเดียแบบง่ายมากกว่า แล้วจริงๆแล้ว Space Suites มีการออกแบบออกมาหลายๆ Gen มาก แต่ถ้าลงลึกขนาดนั้นก็อาจจะมากเกินไป เอาเป็น Compare แบบ General ดีกว่า อีกอย่างเนื้อหาส่วนใหญ่เลยผมอ้างอิงหรือแทบจะยกมาจากที่นี่
เป็นที่รู้ๆกันว่า NASA พึ่งพาเทคโนโลยีจาก SpaceX ในหลายๆอย่าง และ Space suites ก็เป็นหนึ่งในนั้น ในตอนนั้น NASA ต้องการ New Space Suite สำหรับ โครงการ Artemis เค้ารู้ตัวว่าตัวเองทำงานช้าไป 20 เดือนและใช้งบประมาณสำหรับวิจัยและออกแบบเกินไปแล้ว วิธีการแก้ปัญหาก็คือจ้างบริษัทนอกมาแข่งขันประกวดแบบซะเลย
NASA Inspector General
สิ่งที่น่าประหลาดใจก็คือ SpaceX ได้เริ่มทำการออกแบบ IVA Suites ล่วงหน้ามาหลายปีก่อนหน้าแล้ว ทำให้ NASA ตัดสินใจเลือก SpaceX โดยไม่ต้องทำการประมูลโดย SpaceX ก็เสนอให้ใช้ Design ปัจจุบันที่ได้ทำมา โดยไม่อยากจะเปลี่ยนแปลงอะไ
FYI : IVA หรือ Intra-vehicular activity Suites เป็นชุดที่ใช้สำหรับปฎิบัติการใน Spacecraft ซึ่งตรงข้ามกับ EVA Suites (Extra-Vehicular Activity) ที่ใช้ปฎิบัติการนอก Spacecraft หรือ Space Station
SpaceX
กระบวนการออกแบบของ Space X เริ่มจาก Look and Feel ก่อน
ย้อนกลับไปในปี 2015 : SpaceX ได้เริ่มโปรเจคนี้ด้วยการจ้าง Costume Designer จาก Hollywood ที่ชื่อ Jose Fernandez มาออกแบบ Space Suites ใหม่ โดยโจทย์ในการออกแบบคือ ให้ดู Sleek หรือ สง่างาม เรียบร้อยมากที่สุด จากนั้นก็จะเป็นหน้าที่ของ SpaceX Engineers ที่จะนำไป Reverse-Engineer หรือเอาไปออกแบบต่อเพื่อให้ชุดทำงานได้จริง (Funtionable) โดย Environment ของการใช้งานจะเป็นแค่ภายใน Spacecraft เท่านั้น ไม่ได้ออกไปทำภารกิจนอกยาน หรือ Spacewalk.
Requirement หลักๆ คือ ทำให้นักบินอวกาศมีชีวิตอยู่ได้ในยานอวกาศ และในกรณีที่มีเหตุการณ์เช่น ไฟไหม้ใน Spacecraft หรือ ความดันอากาศลดลง (Depressureization)
Function follow form
ถ้าเรามาดูความแตกต่างด้านการออกแบบเบื้องต้นระหว่าง Space Suits แบบดั้งเดิม (Conventional) ที่ค่อนข้างเทอะทะ กับที่ SpaceX ออกแบบ จะพบว่าของ SpaceX ดูบางกว่าและเข้ารูปกว่ามากๆ นั้นเป็นเพราะการออกแบบของชุดแบบดั้งเดิมเป็นแบบ Form follows function นั้นคือ การเน้นการใช้งานมาก่อนรูปทรง หลักการทำงานของ Space Suites โดยทั่วไปคือการทำตัวเหมือน Air Pocket ที่รักษาความดันของอากาศเอาไว้เพื่อให้นักบินดำรงชีวิตอยู่ได้ พูดง่ายๆคือมันทำตัวเป็นเหมือนลูกโป่งเพื่อกักเก็บอากาศจนกว่านักบินอวกาศจะกลับสู่โลก (Deorbit) ดังนั้น Spcae Suites ที่เคยมีมาเลยมีลักษณะพองๆใหญ่ๆ เหมือนโดราเอม่อน
ชุดที่พองตัวด้วยแรงดันเต็มที่ (Fully Pressureized) ทำให้มันมีลักษณะแข็งตัว (Rigid) ฝืดตัว (Stiff) เหมือนลูกบาสเกตบอลที่เราแทบจะงอ หรือกดมันไม่ลง นักบินจึงต้องใช้กำลังเพื่อสู้กับแรงดันภายในชุด ทำให้ไม่สามารถปฎิบัติภารกิจได้สะดวกนัก
Mechanical bearing
การแก้ปัญหาในยุคนั้นคือการใส่ Mechanical bearing ในส่วนที่เป็นข้อต่อใหญ่ เข่น ข้อมือหรือหัวไหล่ เพื่อให้นักบินเคลื่อนไหวได้โดยที่ไม่ต้องเปลี่ยนแปลง Volumnของอากาศหรือแรงดันอากาศภายในชุด
สำหรับข้อต่อเล็กๆ อย่างนิ้วมือ ก็ทำขึ้นจากการนำวัสดุเหนียวแต่ยืดหยุ่นอย่างยางมาใช้ โดยทำเป็นแผ่นๆมาต่อกัน
Rubber pleated gloves (NASA)
One size (Does not) fits all
ในเรื่องของ Size ก็เป็นอีกหนึ่งปัญหา เพราะต้นทุนในการผลิต Space Suites ที่ผ่านมาค่อนข้างสูงมาก จนไม่มีตัวเลือกเรื่องขนาดให้เลือกมากนัก หรือเรียกได้ว่าออกแบบมาอย่าง Size เดียวใส่ให้กับทุกคน ถึงแม้บางชิ้นส่วนจะมีการออกแบบมาเป็น Modular เพื่อให้สามารถปรับเปลี่ยนให้เข้ากับสรีระนักบิน เช่น ส่วนแขนหรือถุงมือ แต่เหมือนกับเราใส่เสื้อสูทที่ไมได้ตรงกับสรีระของเรา ข้อต่อต่างๆ ที่มันอยู่ไม่ถูกที่ทำให้เคลื่อนไหวลำบาก และมักทำให้นักบินบาดเจ็บหลังจากปฎิบัติภารกิจแต่ละครั้ง
ปัญหาที่เกิดขึ้นตามมาคือ Mechanical Bearing ที่ควรจะทำให้นักบินเคลื่อนไหวสะดวกขึ้น ในเมื่อตัว Joint มันไม่ตรงกับสรีระของนักบินทำให้ระยะและรูปแบบของการเคลื่อนไหว (Motion) มีข้อจำกัด และยังทำให้ต้องใช้แรงมากขึ้นกว่าที่จำเป็น
ถุงมือยาง (Rubber pleated gloves) แบบเดิมก็ทำให้การเคลื่อนไหวไม่เป็นไปตามธรรมชาติและเกิดข้อจำกัด เนื่องจากมันทำตัวเป็นแผ่นยางขนาดใหญ่หลายๆแผ่น แต่ให้ตัวในลักษณะโค้ง (Arc) ทางเดียวทั้งแผ่นเท่านั้น ซึ่งแตกต่างจากลักษณะทางการภาพของนิ้วคนที่เป็นข้อต่อหลายๆจุด และมีโคนนิ้วที่เคลื่อนไหวได้ในรูปแบบอิสระกว่า
SpaceX Design
ในทางกลับกัน Suites ของ SpaceX ทำมาเฉพาะนักบินแต่ละคนหรือ Completely custom-made ทำให้ลดปัญหาเรื่อง Joint ของ Suites ที่ไม่ตรงกับ Body ของนักบินไป ส่วนถุงมือก็ได้มีการออกแบบใหม่ในรูปแบบ กากบาท (Criss-Cross) แทนที่แบบเดิม ทำให้นักบินสามารถกำมือและเคลื่อนไหวนิ้วมือได้หลายทิศทางมากขึ้น
https://www.primalspace.shop/
SpaceX ยังได้ลดแรงดันในตัวชุดลงไปเหลือแค่ 24 Kilopascals หรือ 1/4 ของความกดอากาศบนพื้นผิวโลกเพื่อทำให้การเคลื่อนไหวเมื่อสวมใส่ชุดง่ายขึ้น แน่นอนการทำแบบนี้มีความเสี่ยงที่ทำให้เกิด Decompression Sickness* ต่อนักบิน เมื่อความดันภายใน Suite ต่ำกว่าสภาพแวดล้อม
(Decompression Sickness หรือโรคน้ำหนีบ มักเกิดขึ้นในหมู่นักดำน้ำลึกที่กลับขึ้นมายังผิวน้ำ โดยแรงดันใต้ท้องทะเลจะมากกว่าแรงดันที่ผิวน้ำ Nitrogen ที่ละลายอยู่ในกระแสเลือกก็จะรวมตัวกันเป็นฟองอากาศขนาดใหญ่ ไปอุดตันการไหลของเลือด หรืออาจซึมเข้าไปในอวัยวะต่างๆในร่างกาย ระบบประสาทและไขสันหลังจนทำให้เสียชีวิตได้)
ปกตินักบินอวกาศจะมีขั้นตอนที่เรียกว่า Pre-breathing (หายใจเอา Oxygen ล้วนๆเป็นระยะเวลาหลายชั่วโมง ก่อนทำการใส่ Spacec Suites) เพิ่อทำการกำจัด Nitrogen ออกจากกระแสเลือด และ Space Suite บางรุ่นก็ควบคุมอากาศภายในชุดให้มีแต่ Oxygen แต่เนื่องจากภายใต้ minimum requirement ของ NASA ที่กำหนดแรงดันภายในชุดไว้ที่ 40 Kilopascals ที่ยังถือว่าต่ำมากๆ นักบินอวกาศอาจไม่ได้รับ Oxygen เพียงพอ
SpaceX ต้องการตัดขั้นตอนที่ยุ่งยากเกี่ยวกับ Pre-breathing นี้ออกไป โดยเลือกใช้ระบบที่ยังคงมีส่วนผสมของ Nitrogen อยู่ เพียงแต่มีสัดส่วนของ Oxygen ที่สูงกว่า และสามารถปรับเพิ่มลดได้โดย Life Support System บน Space craft
ท่อต่างๆ (tethers) ที่เคยมีหลายท่อแยกสำหรับ การหมุนเวียนของอากาศ, ระบบไฟฟ้าและการสื่อสาร, และอัด/ปรับแรงดันเมื่อเกิดเหตุการณ์ฉุกเฉิน ก็ถูกยุบให้รวมกันผ่านท่อเพิยงท่อเดียว จากเดิมที่นักบินต้องควบคุม valves ต่างๆ นี้เองแบบ Manual ขณะนำเครื่องกลับสู่ชั้นบรรยากาศโลกก็จะเป็นการควบคุมผ่านระบบอัตโนมัติร่วมกับ Sensor ต่างๆในหมวกของนักบิน ผลที่ได้อีกอย่างนึงก็คือ Space Suites จะมีน้ำหนักลดลงเหลือเพียง 10 Kg. จากของเดิมที่หนักถึง 42 kg.
ท่อต่างๆ ใน SpaceX suit (Soichi Noguchi)
ด้วยการออกแบบที่เรียบง่ายขึ้นทำให้การสวมใส่ก็ง่ายขึ้นด้วย ถุงมือ หมวกและ Headset รวมกันเป็นชิ้นเดียว ทำนักบินอวกาศสามารถใส่ชุดนี้ได้ด้วยตัวเองภายในไม่กี่นาที เมื่อเทียบกับชุดสมัยก่อนที่ต้องอาศัย Technicians หลายคนและใช้เวลาถึง 20 นาที
และนั้นก็เป็น Innovation ของ Space Suite ที่เกิดขึ้นมาในยุคใหม่นี้ ซึ่งตัวชุดยังใช้ในภารกิจเล็กๆ ไม่ได้ออกไปทำงานภายนอก Space craft จึงทำให้ Design มัน Minimal ได้ขนาดนี้ ต้องรอดู Design สำหรับ EVA Suites ว่าจะ Minimal ลงได้แค่ไหนอีกทีหนึง
Reference
https://www.primalspace.shop/blogs/news/how-spacex-mastered-the-space-suit
https://www.wired.com/2013/08/an-insane-look-at-the-inside-of-space-suits/
https://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_counterpressure_suit
https://psmag.com/ideas/what-will-space-suits-look-like-in-the-future
Tags:
design