จะเกิดอะไรขึ้น? ถ้า “โยนเครื่องบินกระดาษลงมาจากสถานีอวกาศนานาชาติ”

ในโลกนี้เต็มไปด้วยคำถามมากมายที่ไร้คำตอบ หรือบางคนมองว่าไร้สาระเกินกว่าจะเสียเวลาหาคำตอบ หนึ่งในนั้นคือ “จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณโยนเครื่องบินกระดาษจากสถานีอวกาศนานาชาติ?”

ล่าสุดมีนักวิทยาศาสตร์พยายามหาคำตอบแล้ว โดยงานวิจัยชิ้นใหม่จาก แม็กซิมิเลียน เบอร์เทต และซูซูกิ โคจิโร จากมหาวิทยาลัยโตเกียว ได้ศึกษา “พลวัตของเครื่องบินอวกาศโอริกามิระหว่างการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก” หรืออีกนัยหนึ่งคือ สิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อคุณโยนเครื่องบินกระดาษจากอวกาศกลับโลก

Magnific/zirconicusso

ก่อนอื่น เรามาทำความเข้าใจแนวคิดทางเทคนิคบางอย่างที่จำเป็นต่อการทำความเข้าใจการศึกษาที่ดูเหมือนจะเรียบง่ายนี้กันก่อน

คำว่า “โอริกามิ” ในภาษาญี่ปุ่น แปลว่ากระดาษพับ และในกรณีนี้ ทีมวิจัยได้สร้างซอฟต์แวร์จำลอง โดยใส่ข้อมูลของเครื่องบินกระดาษที่พับจากกระดาษขาวขนาด A4 ทั่วไปไม่ต่างอะไรจากตอนเราเป็นเด็กประถม

จากนั้นทีมวิจัยจึงจำลองการโยนเครื่องบินกระดาษจากสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ซึ่งโคจรอยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 400 กิโลเมตรเหนือพื้นโลก และมีความเร็วใกล้เคียงกับ ISS เอง คือ 7,800 เมตร/วินาที

ความเร็วนี้อาจดูเหมือนว่าสามารถทำลายเครื่องบินที่ทำจากกระดาษได้ แต่ที่ระดับความสูง 400 กิโลเมตร ชั้นบรรยากาศยังไม่หนาพอที่จะสร้างความเสียหายได้มากนัก โดยจากระดับความสูง 400 กิโลเมตรลงมาจนถึงประมาณ 120 กิโลเมตร เครื่องบินกระดาษยังคงมีเสถียรภาพค่อนข้างดี

อย่างไรก็ตาม เครื่องบินกระดาษมีค่าสัมประสิทธิ์ Ballistic Coefficient ที่ค่อนข้างต่ำ ค่าดังกล่าวใช้วัดว่า วัตถุสามารถต้านทานแรงต้านอากาศขณะเคลื่อนที่ได้ดีแค่ไหน

ค่าสัมประสิทธิ์ Ballistic Coefficient ที่ต่ำ หมายความว่า เครื่องบินกระดาษจะสูญเสียความเร็วอย่างรวดเร็ว โดยจากแบจำลองพบว่า เครื่องบินใช้เวลาประมาณ 3.5 วันในการร่อนลงจากระดับความสูง 400 กิโลเมตรเหนือพื้นโลกมาสู่ระดับ 120 กิโลเมตร

ในขณะเดียวกัน ค่าสัมประสิทธิ์ Ballistic Coefficient ที่ต่ำยังหมายความว่า เมื่อเครื่องบินกระดาษเข้าสู่ชั้นบรรยากาศจริง ๆ แล้วจะมีความเร็วสุดท้าย (Terminal Velocity) ต่ำกว่าวัตถุอย่างลูกปืนใหญ่

น่าเสียดายที่มันไปไม่ถึงขนาดนั้น เพราะจากการจำลองสถานการณ์ ที่ระดับความสูงประมาณ 120 กิโลเมตร ความหนาแน่นของอากาศที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดการพลิกคว่ำที่ควบคุมไม่ได้ ส่งผลให้เครื่องบินเข้าสู่เส้นทางบินที่ควบคุมไม่ได้ และไม่สามารถเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลกได้

ทีมวิจัยยังลองพับเครื่องบินกระดาษจริง ๆ ติดหางอะลูมิเนียม และนำไปใส่ในอุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียงและเอนทัลปีสูงคาชิวะ ของมหาวิทยาลัยโตเกียว เพื่อดูว่าเครื่องบินกระดาษของพวกเขาจะทนแรงทางอากาศพลศาสตร์ได้ขนาดไหน

เครื่องบินกระดาษจำลองของพวกเขาถูกลมแรงระดับมัค 7 เป็นเวลา 7 วินาที ซึ่งใกล้เคียงกับแรงที่เกิดขึ้นเมื่อกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศจริง และทำให้หัวเครื่องบินกระดาษงอไปด้านหลัง แต่ที่น่าชื่นชมคือมันไม่สลายตัว

อย่างไรก็ตาม เริ่มเกิดการไหม้เกรียมที่หัวเครื่องบินและปลายปีก ซึ่งบ่งชี้ว่า หากการทดลองนี้ดำเนินต่อไปนานกว่านี้ เครื่องบินกระดาษคงจะไหม้หมด

ท้ายที่สุดแล้ว หนึ่งในวัตถุประสงค์ของการทดลองนี้คือการพิสูจน์ว่า นั่นคือสิ่งที่จะเกิดขึ้น เพราะมีภารกิจมากมายที่อาจต้องการใช้สิ่งที่คล้ายกับเครื่องบินกระดาษจำลองนี้ เช่น การทดลอง LEAVES สำหรับการสำรวจดาวศุกร์ และมีการสำรวจโลกอีกมากมายที่จะได้รับประโยชน์จากวัสดุที่มีน้ำหนักเบาและมั่นคงเพื่อใช้ในการสำรวจอวกาศ ซึ่งจะเผาไหม้หมดในชั้นบรรยากาศเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน

นี่เป็นอีกหนึ่งการศึกษาที่ทำให้เราเห็นว่า คำถามที่เหมือนจะไร้สาระ ความจริงแล้วอาจมีประโยชน์มหาศาลซ่อนอยู่

 

เรียบเรียงจาก Universe Today