ย้อนกลับไปเมื่อครึ่งศตวรรษที่แล้ว ภารกิจอะพอลโล 11 (Apollo 11) ที่ส่งมนุษย์ไปเหยียบดวงจันทร์เป็นครั้งแรกใช้เวลาทั้งสิ้น 8 วัน 3 ชั่วโมง 18 นาที (และ 35 วินาที) โดยใช้เวลาในการไปและกลับดวงจันทร์โดยเฉลี่ยเที่ยวละประมาณ 3 วัน ในขณะที่ภารกิจอาร์ทีมิส 1 (Artemis 1) ภารกิจแรกของโครงการความพยายามในการส่งมนุษย์ไปดวงจันทร์ครั้งใหม่ ใช้เวลาไปทั้งสิ้น 25 วัน 10 ชั่วโมง 53 นาที โดยนับเป็นเวลาเดินทางไปดวงจันทร์ประมาณ 5 วัน
คำถามหนึ่งที่เกิดขึ้นคือ จากเทคโนโลยีที่ก้าวหน้ามากขึ้นในเวลาที่ผ่านไปนับ 50 ปี ทำไมภารกิจการไปดวงจันทร์ครั้งใหม่นี้ กลับใช้เวลาเดินทางนานกว่าเดิม ในกรณีของภารกิจอาร์ทิมิส 1 นั้น ปัจจัยที่ทำให้ภารกิจนี้ใช้เวลาเดินทางค่อนข้างช้าเมื่อเทียบกับภารกิจอะพอลโล อาจสามารถแยกออกได้เป็นสองเหตุผลหลัก ๆ คือเรื่องสมรรถนะของพาหนะนำส่ง (Launch Vehicle) และเป้าประสงค์ของภารกิจ ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับสิ่งใกล้ตัวดูแล้ว เสมือนกับการขับรถบนท้องถนนอยู่ไม่น้อย ที่รถยนต์แต่ละรุ่นจะสามารถเร่งความเร็วได้ไม่เท่ากัน หรือในหลายต่อหลายครั้ง เราก็ไม่ได้ต้องการเส้นทางที่ใช้เวลาเดินทางน้อยที่สุดหรือขับรถด้วยความเร็วสูงที่สุดเสมอไป แต่เลือกเส้นทางที่ได้ชมวิวทิวทัศน์ที่สวยงาม ปลอดภัย หรือประหยัดน้ำมันมากกว่า
วิถีโคจรของยานโอไรออนในภารกิจอาร์ทิมิส 1
ในประเด็นสมรรถนะของพาหนะนำส่ง จรวด Space Launching System หรือ SLS ที่ภารกิจอาร์ทิมิส 1 ใช้ในภารกิจ ไม่ได้มีสมรรถนะในการส่งยานโอไรออน (Orion) พร้อมกับยานลงจอด (Lander) ไปดวงจันทร์เลยสักทีเดียว นั่นทำให้โครงการอาร์ทิมิสต่อ ๆ ไปจึงมีการเปิดประมูลการสร้างระบบลงจอดมนุษย์ (Human Landing System หรือ HLS) ที่ส่งแยกไปกับจรวดอีกลำแทนที่จะส่งไปพร้อมกัน ต่างกับกรณีของภารกิจในโครงการอะพอลโลที่ส่วนควบคุมและอำนวยประโยชน์ (Command Service Module หรือ CSM) และยานลงจอด (Lunar Module หรือ LM) จะถูกส่งไปพร้อมกับจรวดแซตเทิร์น ไฟฟ์ (Saturn V) ลำเดียวพร้อมกัน การส่งยานโอไรออนในภารกิจอาร์ทิมิส จึงมีการออกแบบวงโคจรที่ซับซ้อนมากกว่า ที่ถึงแม้จะใช้เวลาเดินทางมากกว่า แต่ก็ประหยัดเชื้อเพลิงมากกว่าภารกิจในโครงการอะพอลโล ซึ่งจะทำให้เหลือเชื้อเพลิงในการทำภารกิจระยะยาวได้มากขึ้นอีกด้วย
ภาพขณะที่ยานโอไรออนกำลังเดินทางโคจรรอบดวงจันทร์ในภารกิจอาร์ทิมิส 1 - NASA
สิ่งหนึ่งที่ทำให้การเดินทางระยะยาวครั้งนี้สามารถทำได้จริงเกิดจากระบบพยุงชีพ (Environmental Control and Life Support System หรือ ECLSS) ภายในยานโอไรออน ที่สามารถทำงานได้นานหลายสัปดาห์ ต่างจากโมดูลควบคุมของภารกิจในโครงการอะพอลโลที่สามารถทำงานได้ในระยะสั้น ๆ เท่านั้น กลายเป็นข้อจำกัดสำคัญของการออกแบบวงโคจรในโครงการอะพอลโลที่จำเป็นต้องทำให้ใช้เวลาสั้นที่สุด (ถึงแม้จะเปลืองเชื้อเพลิงและทรัพยากรบางอย่างมากกว่า) เพื่อให้ทันกับช่วงเวลาที่จำกัดที่ระบบพยุงชีพของยานยังสามารถทำงานได้
ประเด็นสำคัญที่สองในการออกแบบวงโคจรที่ซับซ้อน คือเรื่องเป้าประสงค์ของโครงการ ในขณะที่ภารกิจในโครงการอะพอลโลคือการส่งมนุษย์ไปดวงจันทร์และกลับมาได้อย่างปลอดภัยที่มีข้อจำกัดด้านเวลาจากระบบพยุงชีพของยานอวกาศ โครงการอาร์ทิมิสมีเป้าหมายที่จะเป็นโครงการเพื่อสำรวจดวงจันทร์ในระยะยาว ซึ่งในกรณีของภารกิจอาร์ทีมิส 1 คือการทดสอบระบบความทนทานและความน่าเชื่อถือของยานอวกาศที่จะใช้ในการส่งมนุษย์ในภารกิจถัด ๆ ไป เป้าหมายนี้เป็นหนึ่งในสาเหตุสำคัญที่ทำให้นักวิทยาสตร์และวิศวกรของภารกิจเลือกใช้วิถีโคจรที่ใช้เวลานานกว่า เพื่อให้มีเวลาทดสอบยานอวกาศได้มากขึ้นนั่นเอง
จรวด Saturn V กำลังนำนักบินอวกาศไปเยือนดวงจันทร์ในภารกิจ Apollo 11
กรณีของโครงการอะพอลโลและอาร์ทิมิสเป็นหนึ่งในตัวอย่างที่น่าสนใจที่แสดงให้เห็นว่า ศาสตร์ของการออกแบบวิถีโคจร (Trajectory Design) ของยานอวกาศมีความซับซ้อนที่น่าสนใจไม่น้อย เมื่อเส้นทางที่สั้นที่สุด หรือใช้เวลาน้อยที่สุด ไม่ใช่เส้นทางที่ดีที่สุดสำหรับภารกิจอวกาศภารกิจหนึ่งเสมอไป
ร่วมสำรวจเบื้องลึกของศาสตร์อันซับซ้อนและน่าทึ่งของการออกแบบวิถีโคจรสำหรับภารกิจอวกาศ ไปพร้อมกับ เติ้ล - ณัฐนนท์ ดวงสูงเนิน และ ปั๊บ - ชยภัทร อาชีวระงับโรค ใน Starstuff เรื่องเล่าจากดวงดาว ตอน "ออกแบบวิถีโคจรภารกิจอวกาศ ตอนที่ 1"
