"ผลึกเหลว" ขึ้น ISS แล้วเกิดอะไรขึ้น? NASA ส่งมอบผลงานวิจัย คืน ม.เกษตรฯ

NASA ส่งมอบเพย์โหลดคืนแก่ประเทศไทยหลังจบภารกิจบน ISS

15 ก.ย.2568 เพย์โหลดผลึกเหลว Liquid Crystals อุปกรณ์เพื่อการวิจัยของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ขึ้นสู่อวกาศไปกับจรวด Falcon 9 ของ SpaceX จากแหลมคานาวาเรน รัฐฟลอริดา สหรัฐอเมริกา เพื่อนำไปทดลองบนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS)

กระทั่ง มิ.ย.2569 ได้กลับสู่พื้นโลก และองค์การ NASA ส่งมอบเพย์โหลดคืนแก่ทีมวิจัยเมื่อวันที่ 26 ต.ค.ที่ผ่านมา โดยมี ผศ.น.สพ.ดร.คงศักดิ์ เที่ยงธรรม อธิการบดี ม.เกษตรฯ เป็นผู้รับมอบ

โครงการศึกษาผลึกเหลวอวกาศ หรือ Thailand Liquid Crystals in Space (TLC)  นำโดย รศ.ดร.ณัฐพร ฉัตรแถม ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์  ศึกษาฟิล์มบางผลึกเหลวภายใต้สภาวะไร้แรงโน้มถ่วงบนสถานีอวกาศนานาชาติ

โครงการเริ่มเมื่อปี 2564 ภายใต้บันทึกความเข้าใจระหว่างมหาวิทยาลัยกับองค์การ NASA ในการศึกษาผลึกเหลวภายใต้สภาวะไร้แรงโน้มถ่วง 

โครงการ TLC นับเป็นจุดเริ่มต้นของการสร้างองค์ความรู้จากการทดลองในสภาวะอวกาศ ซึ่งสามารถนำไปต่อยอดได้ทั้งในด้านวิทยาศาสตร์ผลึกเหลว เทคโนโลยีจอแสดงผล และการพัฒนาอุปกรณ์ทางแสงรูปแบบใหม่

ขณะเดียวกัน ประสบการณ์จากการออกแบบและทดสอบ Payload ยังช่วยให้ทีมวิจัยเข้าใจข้อกำหนดและข้อจำกัดของการทำงานวิจัยอวกาศมากขึ้น ซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญสำหรับการพัฒนาโครงการวิจัยอวกาศอื่น ๆ ในอนาคต

NASA สนับสนุนค่านำเพย์โหลดขึ้นอวกาศ และค่าทดสอบบน ISS 120 ชั่วโมง 500 ล้านบาท

ภารกิจ TLC นี้ขับเคลื่อนด้วยงบประมาณวิจัยหลักจากหน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการพัฒนากำลังคนและทุนด้านการพัฒนาสถาบันอุดมศึกษา การวิจัยและการสร้างนวัตกรรม (บพค.) ภายใต้สำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (สกสว.),

งบเพิ่มเติมจากมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ และ GISTDA พร้อมด้วยการสนับสนุนวงเงินกว่า 500 ล้านบาทจาก U.S. ISS National Laboratory และ NASA

หลังจากนี้ ทีมนักวิจัยจะใช้เวลาประมาณ 2 ปี ศึกษาวิเคราะห์ชิ้นงานที่ได้รับคืนมาจาก NASA จากนั้นจะส่งมอบให้ GISTDA นำไปจัดแสดงใน Space Inspirium  อุทยานรังสรรค์นวัตกรรมอวกาศ อ.ศรีราชา จ.ชลบุรี

จุดมุ่งหมายเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีจอภาพ LCD  ขั้นสูง

การทดลองผลึกเหลว (Liquid Crystal) ในอวกาศนั้นมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ได้มาซึ่งเทคโนโลยี Liquid Crystal Display (LCD) ขั้นสูงกว่าที่ใช้ในปัจจุบัน  LCD ใช้เป็นหน้าจอโทรศัพท์มือถือที่ใช้อย่างแพร่หลายในประชากรของประเทศไทยทุกระดับชั้น 

ภาพจาก www.facebook.com/TLCinspace

อุตสาหกรรมผลิตจอภาพ LCD ปัจจุบันนี้มีมูลค่าประมาณ 1.5 แสนล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปี และมีแนวโน้มโตถึง 1.4 ล้านล้านดอลลาร์ในปี 2572 ซึ่งนับเป็นอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในประชากรโลกทุกระดับชั้น 

ในการทำการทดลองผลึกเหลวในอวกาศนั้นจะกำจัดผลของแรงโน้มถ่วงของโลกไปได้ ซึ่งจะลดปริมาณจุดบกพร่องภายในผลึกเหลวลงได้อย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้น ผลึกเหลวในอวกาศจะตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าได้ดีกว่าบนพื้นโลก 

ผลการทดลองจากโครงการ TLC จึงเป็นข้อมูลพื้นฐานสำคัญสำหรับการวิจัยต่อไป ไม่ใช่ข้อสรุปว่ามีการผลิตจอ LCD ในอวกาศในระดับอุตสาหกรรมแล้ว

ผ่านด่านความปลอดภัย ISS: ผู้ร่วมทีมมีแค่ 4 คน และ "ป้องกันตัวไม่ได้"

รศ.ดร.ณัฐพร ฉัตรแถม อธิบายถึงความท้าทายสำคัญของการนำงานวิจัยขึ้นไปปฏิบัติภารกิจบน ISS สิ่งแรกที่ต้องคำนึงถึงคือความปลอดภัยของนักบินอวกาศ  ซึ่งบนสถานีมีเพียง 4 คน และนักบินอวกาศไม่มีทางป้องกันตัวเองได้ ดังนั้น เพย์โหลดต้องไม่เป็นอันตรายต่อนักบินอวกาศ

ประเด็นที่ต้องระวังมากที่สุดคือความเป็นพิษของสสารที่อยู่ในเพย์โหลด ตัวอย่างเช่น แอลกอฮอล์ไม่อนุญาตให้ใช้ เพราะติดไฟได้ ทีมวิจัยซึ่งแรกเริ่มใช้แอลกอฮอล์จึงต้องเปลี่ยนมาใช้น้ำสะอาดแทน

ภาพจาก www.facebook.com/TLCinspace

ขณะเดียวกัน ผลึกเหลว “Liquid Crystals” ที่ทีมใช้มีความเป็นพิษสูง ในการนำขึ้นสถานีอวกาศจึงต้องบรรจุในภาชนะหรืออุปกรณ์แบบ "ดับเบิลเลเยอร์" คือมี 2 ชั้น จึงจะได้รับอนุญาตให้ขึ้นสู่อวกาศ

อีกประเด็นหนึ่งคือเพย์โหลดมีปั๊มอยู่ 2 ตัว ทั้งปั๊มน้ำและปั๊มลม ซึ่งหากเกิดความผิดพลาดอาจทำให้เกิดการระเบิดบนสถานีอวกาศได้ ทีมจึงต้องทดสอบให้มั่นใจว่า หากปั๊มล้มเหลวแล้วความดันเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่าจะเกิดอะไรขึ้น โดยการทดสอบต้องอัดความดันเข้าไป 2 เท่าของความดันที่จะเกิดขึ้นจริง

ต่อยอดสู่ "กระจกอัจฉริยะ" เปิด-ปิดแสงได้ หวังผลิตในประเทศ ลดราคาเพื่อใช้ในรถยนต์ทั่วไป

รศ.ดร.ณัฐพร กล่าวถึงการต่อยอดข้อค้นพบในเรื่องของผลึกเหลวว่า ขณะนี้ทีมนำองค์ความรู้ลงมาสู่โครงการ "สมาร์ทกลาส" หรือกระจกอัจฉริยะ ซึ่งเป็นกระจกที่เปิด-ปิดได้ เพื่อให้แสงผ่านหรือไม่ให้แสงผ่าน สามารถใช้ในห้องประชุม ในรถยนต์ และในห้องน้ำ 

ปัจจุบันทีมทำต้นแบบได้ในสเกลห้องปฏิบัติการแล้ว และกำลังขยายสเกลให้ใหญ่ขึ้น เพื่อให้ประเทศผลิตเทคโนโลยีนี้ได้เอง ซึ่งเป็นเทคโนโลยีผลึกเหลวอีกชนิดหนึ่งที่เริ่มแพร่หลายขึ้นเรื่อยๆ ในรถยนต์

ขณะนี้อาจเห็นในรถยนต์ยุโรป แต่ในอนาคตหากทำให้ราคาถูกลงได้ด้วยศักยภาพที่ทีมมี ก็อาจเห็นเทคโนโลยีนี้แพร่หลายในรถยนต์ทั่วไป

ภารกิจถัดไป: กล้องไฮเปอร์สเปกตรัมจากผลึกเหลว ลดน้ำหนักจาก 10 กก. เหลือ 1 กก.

รศ.ดร.ณัฐพร กล่าวว่า นอกเหนือจากการศึกษาผลึกเหลวในโครงการ TLC ทีมวิจัยยังมีแนวทางพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศต่อไปคือ โครงการกล้องถ่ายภาพสเปกตรัมความละเอียดสูง หรือ Hyperspectral Imager ซึ่งมีเป้าหมายพัฒนาอุปกรณ์ทางแสงที่สามารถเก็บข้อมูลสเปกตรัมของแสงจากอวกาศได้

โดยนำผลึกเหลวมาใช้ร่วมกับเทคโนโลยีชิปนาโนโฟโตนิก (Nano-photonic Chip) ซึ่งออกแบบโครงสร้างระดับนาโนจำนวนมากเพื่อทำหน้าที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมและจัดการแสง แทนการพึ่งพาองค์ประกอบทางแสงแบบดั้งเดิมที่มีน้ำหนักมากกว่า

จุดมุ่งหมายสำคัญของการพัฒนาเทคโนโลยีดังกล่าวคือ การลดน้ำหนักของกล้องถ่ายภาพสเปกตรัมจากประมาณ 10 กิโลกรัมให้เหลือประมาณ 1 กิโลกรัม เนื่องจากน้ำหนักเป็นข้อจำกัดสำคัญในการนำอุปกรณ์ขึ้นสู่อวกาศ

โดยเฉพาะเมื่อมีเป้าหมายที่จะพัฒนาอุปกรณ์ให้สามารถนำไปใช้กับภารกิจที่เดินทางไกลขึ้นในอนาคต เช่น ภารกิจสำรวจดวงจันทร์

การใช้ผลึกเหลวซึ่งมีคุณสมบัติในการปรับเลือกช่วงความยาวคลื่นของแสง ร่วมกับชิปนาโนโฟโตนิก จึงเป็นแนวทางที่ทีมวิจัยคาดหวังว่าจะช่วยลดขนาดและน้ำหนักของระบบทางแสงได้อย่างมีนัยสำคัญ

สำหรับความก้าวหน้าของโครงการกล้องถ่ายภาพสเปกตรัม ทีมวิจัยได้ดำเนินการออกแบบและจำลองระบบแล้ว และอยู่ระหว่างการพัฒนารูปแบบโครงสร้างของชิปนาโนโฟโตนิก รวมถึงการเตรียมกระบวนการผลิต

เนื่องจากเทคโนโลยีดังกล่าวมีความใหม่และต้องใช้เครื่องมือเฉพาะทางที่ประเทศไทยยังมีข้อจำกัดด้านการลงทุน ทีมวิจัยจึงวางแผนหารือและสร้างความร่วมมือกับนักวิจัยต่างประเทศ 

ต่อยอดคอนเนคชันจากโครงการวิจัยแรก ตั้งเป้า 2 ปี ส่งเพย์โหลดขึ้นอวกาศครั้งที่ 2

ทีมวางแผนเบื้องต้นไว้ที่ 2 ปี ปัจจุบันได้รับทุนสนับสนุนจากมหาวิทยาลัยประมาณ 10 ล้านบาท  แต่ยังต้องขอทุนต่อเนื่อง จึงได้เสนอโครงการไปยังหน่วยงานรัฐบาลแล้ว และอยู่ระหว่างรอผู้ทรงคุณวุฒิพิจารณา 

“ทีมคาดว่าหน่วยงานจะเห็นความสำคัญของโครงการ เพราะเป็นโครงการเพื่อสร้างเทคโนโลยีใหม่จริง ๆ โดยนาโนโฟโตนิกเป็นเทคโนโลยีที่เพิ่งเริ่มมาไม่ถึง 10 ปี และนำมารวมกับเทคโนโลยีผลึกเหลวที่ทีมทำมาแล้ว จึงคาดว่าจะทำตามไทม์ไลน์ 2 ปีได้”

“ไม่ได้มีเพียงผู้สนใจในประเทศ แต่ประเทศเพื่อนบ้านอย่างสิงคโปร์ก็เข้ามาหารือกับทีมมาก โดยสอบถามว่าสามารถร่วมลงทุนได้หรือไม่  อย่างไรก็ตาม หากได้รับการสนับสนุนเงินทุนจากภาครัฐเพียงพอ ทีมอาจไม่จำเป็นต้องมีนักลงทุนเพิ่ม

แต่หากต้องการสร้างความสัมพันธ์ที่ดีกับประเทศเพื่อนบ้าน ก็ยินดีเปิดรับ และอาจเป็นโครงการร่วมไทย–สิงคโปร์ เพราะในอนาคตภูมิภาคต้องพึ่งพากัน เพื่อให้ภูมิภาคแข็งแรงขึ้นทางด้านอวกาศ” รศ.ดร.ณัฐพร กล่าว