เรื่องโดย ผศ. ดร.วเรศ จันทร์เจริญ
คณะแพทยศาสตร์ศรีสวางควัฒน ราชวิทยาลัยจุฬาภรณ์
เมื่อวันที่ 16 พฤษภาคม พ.ศ. 2569 เวลา 05:05 น. ตามเวลาในประเทศไทย จรวด Falcon 9 ของบริษัท SpaceX ได้ทะยานขึ้นจากฐานปล่อย Space Launch Complex 40 (SLC-40) ณ ฐานทัพอวกาศคานาเวอรัล รัฐฟลอริดา สหรัฐอเมริกา นำส่งยานขนส่งอวกาศ Dragon (ดรากอน) ในภารกิจ CRS-34 สู่วงโคจร ภายในยานลำดังกล่าวบรรจุสัมภาระการทดลองทางวิทยาศาสตร์และเสบียงรวมกว่า 2,900 กิโลกรัม แต่นี่ไม่ใช่เพียงเที่ยวบินขนส่งเสบียงธรรมดา เพราะหนึ่งในอุปกรณ์ชิ้นสำคัญที่ส่งขึ้นไป คือ TIGERS-X (Thailand Innovative G-force Varied Emulsification Research for Space Exploration) จากคณะแพทยศาสตร์ศรีสวางควัฒน ราชวิทยาลัยจุฬาภรณ์ ซึ่งเป็นชุดการทดลองทางการแพทย์และวิทยาศาสตร์ของไหลชิ้นแรกของประเทศไทยที่ออกแบบมาเพื่อปฏิบัติงานบนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS)
 ยาน Dragon เชื่อมต่อเข้ากับสถานีอวกาศนานาชาติ พร้อมกับการทดลอง TIGERS-X ของประเทศไทย ที่มาภาพ : NASA |
ยานขนส่งอวกาศ Dragon ได้เดินทางเข้าสู่วงโคจรและเชื่อมต่อกับช่องทางโมดูล Harmony ของสถานีอวกาศนานาชาติ ณ ความสูง 400 กิโลเมตรเหนือพื้นโลกอย่างสมบูรณ์ในวันที่ 17 พฤษภาคม พ.ศ. 2569 ต่อมาในคืนวันที่ 26 พฤษภาคม เวลา 22:10 น. (ตามเวลาประเทศไทย) นักบินอวกาศ โซฟี อาเดโนต์ (Sophie Adenot) ขององค์การอวกาศยุโรป (ESA) ได้ติดตั้งชุดการทดลอง TIGERS-X เข้ากับแพลตฟอร์ม ICE Cubes Facility (ICF) ภายในโมดูลห้องปฏิบัติการโคลัมบัส (Columbus laboratory module) และในเวลา 23:38 น. ทีมวิจัยภาคพื้นดินในประเทศไทยสื่อสารและรับส่งสัญญาณกับชุดการทดลองได้สำเร็จเป็นครั้งแรก
มิติทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม ทดลองในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำด้วย Lab-on-a-Chip
 ด้านซ้ายจะเห็นระบบกล้องถ่ายภาพที่มองไปยัง lab-on-a-chip ที่เป็นหัวใจสำคัญของการทดลอง |
รากฐานของชุดการทดลอง TIGERS-X เริ่มต้นจากองค์ความรู้ของกลุ่มนักวิจัยไทย (ทีม KEETA) ที่เคยร่วมแข่งขันในโครงการ NASA Deep Space Food Challenge นำองค์ความรู้มาพัฒนาต่อยอดยจากด้านอาหารมาสู่ด้านฟิสิกส์ของไหลเพื่อทำทดสอบสมมติฐานบนเที่ยวบินสภาวะไร้น้ำหนักแบบพาราโบลา (Zero-G parabolic flight) ณ สหรัฐอเมริกา และนำไปสู่การพัฒนาห้องปฏิบัติการขนาดจิ๋วขึ้นสู่อวกาศจริง
 หน้าตาของ lab-on-a-chip ที่อยู่ในตัวการทดลอง TIGERS-X จะเห็นช่องทางการไหลของของเหลว และไม้บรรทัดรวมถึงตัวเทียบสี สำหรับการบันทึกวิดีโอ |
 การทดลองได้รับการทดสอบบนเที่ยวบิน Zero-G เพื่อศึกษาพฤติกรรมของไหลในสภาวะไร้น้ำหนัก |
โจทย์วิทยาศาสตร์ : การผสมอิมัลชันในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ
การผสมของเหลวสองชนิดที่ไม่เข้ากันอย่าง “น้ำ” กับ “น้ำมัน” บนพื้นโลกจำเป็นต้องอาศัยแรงกลในการกวนหรือคน และต้องใช้สารลดแรงตึงผิว (emulsifier) เพื่อป้องกันการแยกชั้นเนื่องจากแรงโน้มถ่วง แต่ในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ (microgravity) ปัจจัยรบกวนทางฟิสิกส์อย่างการตกตะกอนและการลอยตัวตามความหนาแน่นจะหายไป เปิดโอกาสให้นักวิจัยศึกษากระบวนการผสมได้โดยง่าย โดยเป้าหมายของการศึกษาคือการผสมแบบ static mixing ซึ่งปล่อยให้สารละลายผสมเข้ากันเองผ่านทางเดินของเหลวรูปทรงเรขาคณิตเฉพาะ
การทดลอง TIGERS-X ติดตั้งเข้ากับ Ice Cube Facility บนสถานีอวกาศนานาชาติฝั่งยุโรป |
สารตัวอย่างที่ใช้ในการทดสอบครั้งนี้คือ total parenteral nutrition (TPN) หรือโภชนาการทางหลอดเลือดดำ ซึ่งเป็นสารอาหารจำเป็นสำหรับผู้ป่วยที่ไม่สามารถรับประทานอาหารเองได้ ประกอบด้วยสารละลายซับซ้อนทั้งคาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน วิตามิน และเกลือแร่ หากเทคโนโลยีของ TIGERS-X จัดการกระบวนการผสม TPN ในอวกาศได้สำเร็จ จะเป็นการวางรากฐานสำคัญสู่การพัฒนาระบบผลิตยาเฉพาะบุคคลบนโลก ระบบช่วยพยุงชีพ และการเตรียมยาและอาหารอวกาศสำหรับการตั้งถิ่นฐานห้วงลึกบนดวงจันทร์และดาวอังคารในอนาคต
ชุดการทดลอง TIGERS-X ขณะลอยตัวอยู่ในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำภายในโมดูลโคลัมบัสของยุโรปบนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ก่อนที่จะดำเนินการติดตั้งเข้ากับระบบ ICE Cubes Facility (ICF) และเริ่มต้นการปฏิบัติงาน |
 ตัวอย่างภาพจากจากกล้องบนตัว TIGERS-X ที่จะทำให้เห็นพฤติกรรมของของไหล เพื่อศึกษาการผสมในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำบนสถานีอวกาศนานาชาติ |
นวัตกรรมวิศวกรรม : Tesla Valve บน Lab-on-a-Chip ขนาด 4U
 lab-on-a-chip ที่ใช้ทำการทดลองใน TIGERS-X |
ชุดการทดลอง TIGERS-X ถูกบีบอัดภายใต้ข้อจำกัดด้านมิติขนาดกะทัดรัดเพียง 4 ยูนิต (2U x 2U) หรือกว้าง 20 เซนติเมตร ยาว 20 เซนติเมตร สูง 10 เซนติเมตร และหนักเพียง 2.5 กิโลกรัม หัวใจสำคัญคือ ห้องปฏิบัติการของไหลขนาดเล็กหรือที่เรียกว่า lab-on-a-chip ซึ่งทีมวิจัยได้ร่วมกับศูนย์เทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ (TMEC) สวทช. ออกแบบและพัฒนาขึ้น โดยให้เส้นทางไหลของของเหลวภายในเป็นวาล์วเทสลา (Tesla valve) ที่ทำให้ของเหลวผสมกันเองได้โดยไม่ต้องใช้ใบพัดหรือชิ้นส่วนเคลื่อนที่ทางกล นอกจากจะช่วยประหยัดพลังงานแล้ว ยังทำให้ระบบคงสภาพเป็นระบบปิด (closed-loop system) ร้อยเปอร์เซ็นต์ ช่วยลดมุมอับสะสมเชื้อโรค และป้องกันการปนเปื้อนจากแบคทีเรียและเชื้อรา
มาตรฐาน Space-Grade และบอร์ด PCB ฝีมือคนไทย
 บอร์ดที่ใช้ในการควบคุมการทำงานของระบบปั๊มของเหลวเข้าสู่การทดลอง |
ฮาร์ดแวร์ของ TIGERS-X แสดงถึงศักยภาพของวิศวกรไทยในการนำชิ้นส่วนสำเร็จรูปเชิงพาณิชย์มาประยุกต์ใช้ โดยแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ (printed circuit board, PCB) ทั้งหมดออกแบบและผลิตขึ้นภายในประเทศไทย และได้รับการทดสอบความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าและการรบกวนสัญญาณ (EMI/EMC) ตามมาตรฐานการทหาร MIL-STD-461G ณ ศูนย์ทดสอบ PTEC สวทช. จนผ่านเกณฑ์มาตรฐานความปลอดภัยที่เข้มงวดของทั้ง NASA และ ESA ได้สำเร็จ
10 วันแห่งความท้าทายในวงโคจร : สัญญาณ ฟองอากาศ และฟิสิกส์เหนือความคาดหมาย
 ทีมวิจัยขณะโหลดวิดีโอชุดแรกจากตัว TIGERS-X กลับลงมายังโลก |
นับตั้งแต่เปิดระบบในวันที่ 26 พฤษภาคม จนถึงวันปิดระบบปฏิบัติการในวันที่ 5 มิถุนายน พ.ศ. 2569 รวมระยะเวลาปฏิบัติภารกิจทางวิทยาศาสตร์บน ISS ทั้งสิ้น 9 วัน 14 ชั่วโมง 57 นาที 23 วินาที ทีมวิจัยต้องเผชิญกับความท้าทายมากมายภายในห้องควบคุมภารกิจ ณ คณะแพทยศาสตร์ศรีสวางควัฒน ราชวิทยาลัยจุฬาภรณ์
 แดชบอร์ดที่ทุกคนรับชมการทำงานของตัว TIGERS-X แบบสด ๆ ได้ |
TIGERS-X เป็นชุดการทดลองแบบอัตโนมัติที่สั่งการตรงจากแผ่นดินไทยโดยไม่ต้องรบกวนเวลานักบินอวกาศหลังจากการติดตั้ง ทีมงานเชื่อมต่อกับระบบอวกาศผ่านช่องทางอินเทอร์เน็ตความปลอดภัยสูง (dedicated secure LAN/IP) สู่ ICE Cubes Facility การปฏิบัติงานได้รับวางแผนอย่างรัดกุมตามช่วงเวลาที่สถานีอวกาศนานาชาติเคลื่อนผ่านจุดรับสัญญาณ (acquisition of signal, AOS) ซึ่งทีมงานจะส่งคำสั่งผ่านระบบเทอร์มินัล (terminal command) และติดตามค่าการทำงาน (telemetry) แบบเรียลไทม์ เมื่อเข้าสู่ช่วงขาดสัญญาณ (loss of signal, LOS) ระบบจะปรับเข้าสู่สถานะปลอดภัยอัตโนมัติ
ในวันที่สองของการทดลอง ทีมงานตรวจพบการเกิดฟองอากาศและการไหลย้อนกลับ (backflow) ภายในช่องการทดลอง Microchannel 1 นำไปสู่การตั้งสมมติฐานและสืบสวนหาต้นตออย่างเข้มข้น ทั้งประเด็นความแตกต่างของความดันบรรยากาศภายในโมดูลโคลัมบัส การรั่วซึมของถุงขยะ และผลกระทบจากแรงสั่นสะเทือนเชิงกลขณะปล่อยจรวดต่อแผ่นไดอะเฟรมของวาล์วกันกลับ (check valve)
 ทีมวิจัยขณะทดสอบจ่ายของเหลวเข้าสู่ระบบ lab-on-a-chip ภายในตัวการทดลอง |
เมื่อวิเคราะห์ข้อมูลอย่างถี่ถ้วน ทีมวิจัยพบคำตอบที่สร้างความประหลาดใจอย่างยิ่งว่า “ไม่มีการรั่วซึมของระบบ” แต่ปริมาณฟองอากาศที่มากกว่าบนโลกเกิดจากกลไกธรรมชาติของของไหลในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ เนื่องจากบนอวกาศไม่มีแรงลอยตัว (buoyancy) คอยดันให้ฟองอากาศลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ ประกอบกับสารละลาย TPN มีโมเลกุลของโปรตีนและกรดอะมิโนซึ่งก่อให้เกิดปรากฏการณ์ทางเคมีเชิงฟิสิกส์ที่เรียกว่า ความต่างศักย์ซีตา (zeta potential) เกิดประจุไฟฟ้าสะสมบริเวณผิวสัมผัสระหว่างแก๊สกับของเหลว สร้างแรงผลักทางไฟฟ้าระหว่างฟองอากาศ ส่งผลให้ฟองอากาศไม่รวมตัวกัน ไม่แตกตัว และแขวนลอยอยู่ในระบบของไหลปิดเป็นเวลานานกว่าบนโลก
ก้าวต่อไปเพื่ออนาคตของประเทศไทย
ภายหลังเสร็จสิ้นภารกิจในอวกาศ ชุดการทดลอง TIGERS-X ถูกปลดการเชื่อมต่อและบรรจุกลับเข้าสู่ยาน Dragon CRS-34 เพื่อออกเดินทางออกจากสถานีอวกาศนานาชาติในวันที่ 16 มิถุนายน พ.ศ. 2569 และลงจอดแตะผิวมหาสมุทรแปซิฟิกนอกชายฝั่งแคลิฟอร์เนียอย่างปลอดภัยในวันที่ 17 มิถุนายน เวลา 19:11 น. (ตามเวลาประเทศไทย) ก่อนที่เรือ MV Shannon ของ SpaceX จะมาเก็บกู้ไป รวมเวลาที่ TIGERS-X อยู่ในอวกาศทั้งสิ้น 32 วัน 2 ชั่วโมง
ผลลัพธ์ที่ได้จาก TIGERS-X จะนำไปขยายผลใน 3 มิติหลัก มิติแรกคือ ด้านวิทยาศาสตร์ จะนำข้อมูลภาพและวิดีโอความละเอียดสูงไปวิเคราะห์เปรียบเทียบกับชุดทดลองคู่ขนานบนโลก (ground control) เพื่อตีพิมพ์ผลงานวิชาการระดับสากล
มิติที่สองคือ ด้านวิศวกรรม จะมีการสร้างมรดกทางวิศวกรรมที่ผ่านการใช้งานจริงในอวกาศ (space heritage) ซึ่งเป็นการยืนยันความเสถียรของแพลตฟอร์มที่ออกแบบให้ปรับเปลี่ยนหรือเพิ่มเติมส่วนประกอบได้ (modular) และชิ้นส่วนสำเร็จรูปเชิงพาณิชย์ฝีมือคนไทย เพื่อรองรับภารกิจอวกาศขั้นสูง รวมถึงภารกิจการสำรวจดวงจันทร์ (lunar mission) ในอนาคต
 ทีมวิจัย TIGERS-X ภายในห้องประกอบดาวเทียม ณ ศูนย์ประกอบดาวเทียม GISTDA อ.ศรีราชา จ.ชลบุรี |
มิติสุดท้ายคือ ด้านเศรษฐกิจและทรัพยากรบุคคล จะมีการยกระดับอุตสาหกรรมเทคโนโลยีระดับกลาง (mid-tech industry) ในห่วงโซ่อุปทานของไทยสู่อุตสาหกรรมขั้นสูง (high & frontier technology) เป็นการพิสูจน์ว่าอุตสาหกรรมไทยพร้อมสำหรับเศรษฐกิจอวกาศใหม่ (new space economy) พร้อมทั้งสร้างแรงบันดาลใจให้แก่เยาวชนไทย ดังเช่นการต้อนรับเยาวชนจากโครงการ Asian Try ZeroG-2025 ของ สวทช. เข้าเยี่ยมชมห้องควบคุมภารกิจระหว่างการทดลองจริง
ความสำเร็จครั้งประวัติศาสตร์ของภารกิจ TIGERS-X จะเกิดขึ้นไม่ได้เลยหากปราศจากการประสานพลังร่วมมือจากหน่วยงานพันธมิตรทั้งในและต่างประเทศ สิ่งนี้เป็นเครื่องพิสูจน์ว่า เมื่อคนไทยร่วมมือกัน นวัตกรรมและวิทยาศาสตร์ไทยก็พร้อมที่จะทะยานพ้นขอบฟ้าไปสร้างชื่อเสียงบนเวทีอวกาศโลกได้อย่างเต็มภาคภูมิ
About Author
