เทคโนโลยีการเชื่อมต่อยานอวกาศ โจทย์ยากที่เด็กไทยทำได้

จากความสำเร็จของนาซาและสเปซเอกซ์ ที่ส่ง 2 นักบินอวกาศสหรัฐเดินทางสู่สถานีอวกาศนานาชาติจากแผ่นดินอเมริกาโดยยานอวกาศของบริษัทเอกชน และเชื่อมต่ออย่างปลอดภัย เมื่อวันที่ 1 มิถุนายน 2563 ที่ผ่านมา เทคโนโลยีอวกาศกลายเป็นหัวข้อที่ผู้คนพูดถึงกันมาก และหนึ่งในประเด็นที่น่าสนใจคือ “การเชื่อมต่อของยานอวกาศนั้น แท้จริงแล้วมีเทคนิคด้านวิศวกรรมอย่างไร?”

ดร.พีรพงศ์ ต่อฑีฆะ วิศวกรด้านระบบควบคุม และเมคาทรอนิกส์ ของสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (NARIT) เปิดเผยว่า กระบวนการเชื่อมต่อยานอวกาศ เป็นหนึ่งในกระบวนการเชิงเทคนิควิศวกรรมด้านระบบการควบคุมและนำร่อง ควบคู่กับความรู้ด้านวิศวกรรมอากาศยานที่ซับซ้อนมากที่สุด หากจินตนาการว่าวงโคจรของยานอวกาศเปรียบเสมือนถนน ผู้ขับขี่ก็เปรียบเสมือนตัวควบคุมที่ต้องมีความรู้ด้านพลวัตของระบบถึงจะสามารถควบคุมวัตถุใดๆ ได้อย่างแม่นยำทั้ง เวลา ตำแหน่งและการวางตัว หากมีความผิดพลาดที่เกิดขึ้นย่อมมีความเสี่ยงต่อทั้งยานอวกาศและสถานีอวกาศที่ต้องการเชื่อมต่อตลอดจนชีวิตของนักบินอวกาศด้วย  การคำนวณต่าง ๆ ตามกระบวนดังกล่าว วิศวกรจำเป็นต้องมีความเข้าใจและอุดรอยรั่วของระบบทั้งหมดก่อนเริ่มภารกิจ

เนื่องจากเป็นโจทย์ยากที่ท้าทายความสามารถด้านวิศวกรรมขั้นสูง จึงทำให้วิศวกรสนใจพัฒนาอัลกอริธึมด้านการเชื่อมต่อของวัตถุอวกาศอยู่จำนวนไม่น้อย ส่วนใหญ่เป็นประเทศมหาอำนาจได้แก่ อเมริกา รัสเซีย จีน ญี่ปุ่น สำหรับคนไทย ก็มีวิศวกรรุ่นใหม่ชาวไทย ที่สนใจด้านวิศวกรรมอวกาศ ได้พัฒนาและต่อยอด “งานวิจัยการประมาณค่าพิกัดและการวางตัวของยานอวกาศเพื่อประยุกต์ใช้ในพันธกิจการเชื่อมต่อวัตถุอวกาศที่แม่นยำ” ที่ประยุกต์ระเบียบวิธีการเรียนรู้เชิงลึก หนึ่งในกระบวนการด้านปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence: AI) เข้ามาเป็นสมองกลให้กับระบบ เพื่อช่วยประมาณค่าเชิงพิกัดของยานอวกาศที่จะมาเชื่อมต่อ

งานวิจัยชิ้นนี้เป็นผลงานของ นายทวีรัชต์ พิศาลนพวงศ์  นักศึกษาชั้นปีที่ 3 จากภาควิชาวิศวกรรมการบิน วิทยาลัยอุตสาหกรรมการบินนานาชาติ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (สจล.) ใช้หลักการของปัญญาประดิษฐ์ ประมวลผลภาพจำลองจากโปรแกรม  Unreal Engine 4 ที่ใช้สร้างภาพสามมิติได้อย่างสมจริงและทำให้วัตถุอวกาศสามารถเคลื่อนไหวแบบพลวัตได้ตามต้องการ นำมาจำลองภาพยานอวกาศโซยุซของรัสเซีย (ซึ่งมีพันธกิจเดียวกันกับยานดรากอนของสเปซเอกซ์) เป็นผลให้ได้ข้อมูลมหาศาลเพื่อใช้ในกระบวนการเรียนรู้ของปัญญาประดิษฐ์     

งานวิจัยนี้มีที่ปรึกษา ได้แก่  ดร.พัชรินทร์ คำสิงห์ อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมการบิน และ อาจารย์ผู้ดูแลห้องปฏิบัติการ Air-Space Control, Optimization and Management Laboratory สจล. เป็นที่ปรึกษาหลักด้านระเบียบวิธีการเรียนรู้เชิงลึก และการประมวลผลภาพ ร่วมกับ ดร. พีรพงศ์ ต่อฑีฆะ วิศวกรด้านระบบควบคุมและเมคาทรอนิกส์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (NARIT) เป็นที่ปรึกษาเกี่ยวกับ Spacecraft kinematics และ On-orbit relative motion 

อย่างไรก็ตาม การประมวลผลเชิงกราฟิกของข้อมูลจำนวนมหาศาล ต้องใช้หน่วยประมวลผลจำนวนมาก  งานวิจัยชิ้นนี้ได้รับการสนับสนุนจาก NARIT  พร้อมคำแนะนำจาก ดร. อุเทน แสวงวิทย์ นักวิจัยชำนาญการและหัวโครงการพัฒนาระบบคอมพิวเตอร์สมรรถนะสูง ศูนย์ข้อมูลดาราศาสตร์แห่งชาติ ที่ติดตั้งอยู่ภายในอุทยานดาราศาสตร์สิรินธร อ.แม่ริม จ.เชียงใหม่ มาช่วยประมวลผลข้อมูลจำนวนมากดังกล่าว  ใช้หน่วยประมวลผลเชิงกราฟิก 3 มิติ 32GB จำนวน 4 ตัว และ 16GB จำนวน 4 ตัว ที่จำเป็นอย่างยิ่งในการคำนวณเชิงลึก ทำให้งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในการประชุมวิชาการระดับนานาชาติที่จัดขึ้นโดยสถาบันวิศวกรรมไฟฟ้าและวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์นานาชาติ (Institute of Electrical and Electronics Engineers : IEEE) เมื่อเดือนกุมภาพันธ์ที่ผ่านมา

โจทย์งานวิจัยเชิงวิศวกรรมเชิงลึกมักถูกใช้เป็นเครื่องมือในการพัฒนาทรัพยากรบุคคล ให้มีองค์ความรู้ด้านเทคโนโลยีอันทันสมัยและลำ้หน้าในต่างประเทศ และที่ผ่านมายังไม่มีใครเริ่มต้นทำในประเทศไทย อีกทั้งคนส่วนใหญ่มักมองโจทย์ด้านอวกาศเป็นสิ่งที่จำเป็นต้องใช้การลงทุนที่สูงจากภาครัฐ แต่ในปัจจุบันมีเครื่องมือหลายๆ ชนิดที่ช่วยทำให้เราสามารถศึกษาศาสตร์ด้านนี้โดยไม่ต้องลงทุน และไม่จำเป็นต้องไปทำถึงอวกาศแต่สามารถนำเสนอแนวคิดและทดสอบในสภาวะจำลองจากพื้นโลกเช่นเดียวกับงานวิจัยนี้ 

นอกจากนี้ยังสามารถประยุกต์ใช้ความรู้ด้านวิศวกรรมระบบควบคุมในภารกิจอวกาศด้านอื่นๆ ได้ เช่น สร้างระบบ Active debris removal : ADR  เป็นการออกแบบระบบดาวเทียมเพื่อใช้กำจัดขยะอวกาศ ซึ่งในขณะนี้องค์การอวกาศแห่งสหภาพยุโรปนำโดยสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิส โลซาน ได้พัฒนา Payload เพื่อนำมาใช้ในกระบวนการเก็บขยะอวกาศภายใต้โครงการ CleanSpace-1 อีกทั้งยังมีบริษัท Actroscale ซึ่งเป็นบริษัทเอกชนด้านอวกาศ ของประเทศญี่ปุ่น ได้พัฒนาดาวเทียมในภารกิจนี้เช่นกัน การวิจัยด้านนี้ถือเป็นเทคโนโลยีชั้นแนวหน้าที่แต่ละประเทศยังคงค้นหาคำตอบด้านวิศวกรรมที่เหมาะสมที่สุดมาพัฒนาต่อไป