หากเราต้องการส่งยานอวกาศไปดวงจันทร์ ดาวอังคาร หรือเทหวัตถุอื่น ๆ เราจะออกแบบวิถีโคจรของยานลำนั้นอย่างไร? สิ่งที่แตกต่างจากในภาพยนตร์ Sci-Fi หลาย ๆ เรื่องคือ ในโลกของความเป็นจริง การติดเครื่องยนต์จรวดอย่างต่อเนื่องตลอดเวลาเดินทางเพื่อพุ่งไปยังเป้าหมาย เป็นวิธีการที่กินเชื้อเพลิงอย่างมากโดยไม่จำเป็น และขัดกับหลักการทางฟิสิกส์ในหลายแง่มุม
ตั้งแต่ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ที่มนุษย์เริ่มส่งยานอวกาศไปยังเทหวัตถุฟ้าอื่น วิธีการยอดนิยมที่ถูกนำมาใช้ คือการจุดจรวดส่งยานอวกาศ (ที่เป็นสัมภาระในจรวด) ขึ้นไปโคจรยังวงโคจรโลก และใช้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงโลกในการเร่งความเร็ว ก่อนจุดเครื่องยนต์ของยานเพื่อเปลี่ยนทิศทางไปหาเป้าหมาย จากแรงเสียดทานในอวกาศที่ต่ำกว่าที่เราคุ้นเคยอย่างมาก ทำให้ในระหว่างการเดินทาง ยานอวกาศจะมีการสูญเสียความเร็วค่อนข้างน้อย เป็นสาเหตุให้ยานเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องจุดเครื่องยนต์ตลอดเวลาเดินทาง แต่มักจะใช้เมื่อปรับแก้ทิศทาง หรือเข้าสู่วงโคจรของวัตถุ (ที่เรียกกันว่า Insertion Burn) เท่านั้น
แม้วิธีการดังกล่าวจะทำให้ยานอวกาศประหยัดเชื้อเพลิงได้อย่างมหาศาล เมื่อเทียบกับการจุดจรวดตลอดเวลาแบบในภาพยนตร์ Sci-Fi แต่ก็ยังไม่เพียงพอ ทำให้ตั้งแต่ช่วง 30 ปีที่ผ่านมาจนถึงปัจจุบัน มีการออกแบบวงโคจรในรูปแบบที่เรียกว่า Low Trust Trajectory เป็นการออกแบบวงโคจรที่ใช้หลักการทางฟิสิกส์เพื่อการช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงของยานเมื่อจำเป็น แลกกับเวลาเดินทางที่ยาวนานมากขึ้น และถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้น
ตัวอย่างที่น่าสนใจของการออกแบบวิถีโคจรรูปแบบนี้คือ ยาน Hakuto-R ยานเอกชนลำแรกของญี่ปุ่นที่ในปัจจุบันอยู่ระหว่างการเดินทาง หลังจากถูกปล่อยไปเมื่อเดือนธันวาคมปี 2022 และตั้งเป้าจะเป็นยานเอกชนลำแรกของญี่ปุ่นที่ลงจอดบนดวงจันทร์ภายในเดือนเมษายนนี้ ใช้วิธีวางวิถีโคจรเลยจากดวงจันทร์ไป หาจุดดุลยภาพทางแรงดึงดูด (Gravitational Equilibrium) ระหว่างโลกกับดวงจันทร์ตามกลศาสตร์ลากรานจ์ ช่วยปรับทิศทางการโคจรของยาน และวกกลับมาสู่วงโคจรของดวงจันทร์ เพื่อลดเวลาในการจุดเชื้อเพลิง นอกจากนั้น ยาน HAKUTO-R ยังใช้วิธีการเข้าสู่วงโคจรของดวงจันทร์ที่เรียกกว่า Ballistic Capture ใช้ประโยชน์จากอัตราเร็วของยานขณะเข้าสู่อิทธิพลแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ ให้พอเหมาะกับที่มันจะถูกดึงเข้าสู่วงโคจรของดวงจันทร์โดยไม่ต้องทำ Insertion Burn เพื่อปรับความเร็ว
วิถีโคจรของยาน HAKUTO-R ก่อนเข้าสู่วงโคจรของดวงจันทร์ - ispace
อีกหนึ่งกรณีที่น่าสนใจของการออกแบบ Low Trust Trajectory คือภารกิจ TSC-2 ในโครงการ Thai Space Consortium ของบ้านเราที่ตั้งเป้าหมายส่งยานไปดวงจันทร์ จากแผนการดั้งเดิมที่เคยประกาศเมื่อประมาณสองปีที่แล้ว TSC-2 จะใช้ Thruster แบบ Ion ค่อย ๆ ไต่ขยายวงโคจรจากโลกไปเรื่อย ๆ ก่อน Insertion สู่ดวงจันทร์ น่าติดตามว่าภารกิจนี้จะยังใช้วิถีโคจรแบบนี้อยู่ หรือจะมีการแก้ไขอื่น เมื่อภารกิจจะถูกปล่อยจริงในช่วงอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
นี่คืออีกหนึ่งเหตุผลที่แสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนและความน่าสนใจของการออกแบบวิถีโคจรของยานอวกาศ รวมไปถึงการทำภารกิจอวกาศที่มีกฎทางฟิสิกส์ ข้อจำกัด หรือสิ่งที่ต้องเลือกแลกเปลี่ยนมากมาย ซึ่งถูกคำนวณวางแผนมาเป็นอย่างดีให้ภารกิจแต่ละครั้งสามารถสำเร็จลุล่วงไปได้ตามเป้าหมาย
ร่วมสำรวจศาสตร์ของการออกแบบวิถีโคจรยานอวกาศกันต่อใน Starstuff เรื่องเล่าจากดวงดาว กับ เติ้ล - ณัฐนนท์ ดวงสูงเนิน และ ปั๊บ - ชยภัทร อาชีวระงับโรค ในตอน "ออกแบบวิถีโคจรภารกิจอวกาศ ตอนที่ 2"
