หากคุณหลงทางในอวกาศ มีเครื่องมือนำทางโบราณอายุ 300 ปี อาจช่วยคุณกลับบ้านได้

ลองจินตนาการดูว่าคุณคือนักบินอวกาศที่กำลังเดินทางไปยังดาวอังคาร แล้วจู่ ๆ ก็เกิดเหตุไม่คาดฝันขึ้น เมื่อระบบนำทางอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดเกิดขัดข้องจนใช้งานไม่ได้ คุณจะหาทางกลับโลกได้อย่างไร

สำหรับนักบินอวกาศขององค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ หรือนาซา (NASA) คำตอบอาจเป็นเครื่องมือนำทางที่ถูกคิดค้นขึ้นเมื่อราว 300 ปีก่อน นั่นคือ "เซกซ์แทนต์" (sextant) [ข้อมูลจากเว็บไซต์พิพิธภัณฑ์ทหารเรือ อธิบายว่า เครื่องมือดังกล่าวใช้สำหรับการวัดมุมสัมพันธ์ระหว่างวัตถุสองสิ่งที่สามารถมองเห็นได้ด้วยสายตาในการเดินเรือดาราศาสตร์ วัตถุประสงค์หลักคือการใช้วัดมุมระหว่างวัตถุบนท้องฟ้า] อุปกรณ์ชนิดนี้เคยถูกใช้งานโดยนักเดินเรือบนโลกและนักบินอวกาศในภารกิจยุคแรก ๆ ของนาซา และยังถือเป็นทางเลือกสุดท้ายในการนำทางสำหรับภารกิจไปดวงจันทร์หรือแม้แต่ภารกิจที่ไกลออกไปกว่านั้น ในกรณีที่ระบบนำทางไฮเทคเกิดขัดข้อง

โดยปกติแล้ว เครื่องมือดังกล่าวจะถูกนำมาใช้เพื่อวัดมุมระหว่างวัตถุท้องฟ้าต่าง ๆ เช่น ดวงดาวและดาวเคราะห์ เพื่อใช้คำนวณหาตำแหน่งของตนเอง นอกเหนือจากการนำมาใช้ในสถานการณ์ฉุกเฉินแล้ว ทักษะการสังเกตตำแหน่งดาวแบบดั้งเดิมนี้ยังกำลังได้รับความสนใจมากขึ้นจากวิศวกรของนาซา ในขณะที่มนุษย์กำลังวางแผนเดินทางไปยังดาวอังคารและห้วงอวกาศที่ไกลออกไป

"ยิ่งเราเดินทางออกไปไกลเท่าไร เราก็ยิ่งพึ่งพาเทคโนโลยีการนำทางจากโลกได้น้อยลงเท่านั้น" เช่น ระบบดาวเทียม เกรก โฮลต์ ผู้จัดการระบบนำทางสำหรับยานอวกาศโอไรออน (Orion) และภารกิจอาร์ทิมิส (Artemis) ในการเดินทางไปยังดวงจันทร์ กล่าว

"ดังนั้น เราจึงจำเป็นต้องหันกลับมาใช้วิธีการนำทางแบบดั้งเดิมให้มากขึ้น ซึ่งบางวิธีก็เป็นการนำเทคนิคที่เคยใช้กันมาตั้งแต่ช่วงศตวรรษที่ 16, 17 และ 18 กลับมาประยุกต์ใช้อีกครั้ง" เขาอธิบาย

ในยุคของการนำทางแบบดั้งเดิมนั้น "คุณจำเป็นต้องอาศัยการสังเกตดวงดาวเพื่อระบุตำแหน่งของตนเอง และกำหนดทิศทางโดยอ้างอิงจากตำแหน่งของวัตถุท้องฟ้าเหล่านั้น" เขากล่าว

ส่วนทักษะเหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการเดินทางในห้วงอวกาศลึก "เพราะดวงดาวเป็นเพียงไม่กี่สิ่งที่เราสามารถใช้เป็นจุดอ้างอิงได้เมื่อเราเดินทางออกห่างจากโลกไปไกลแล้ว"

นอกจากนี้ เขายังชี้ให้เห็นว่าทักษะการนำทางโดยอาศัยดวงดาวอาจช่วยรักษาชีวิตคนได้

"เราต้องการให้มั่นใจว่า [นักบินอวกาศ] จะมีหนทางในการนำยานกลับสู่โลกได้อย่างปลอดภัย หากเกิดเหตุสุดวิสัยที่ทำให้พวกเขาขาดการติดต่อสื่อสารกับโลก" เขาระบุ

เดินทางสู่ดวงจันทร์

ในปี 2018 โฮลต์และทีมงานได้ขอให้นักบินอวกาศสองคนบนสถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station - ISS) คือ เซเรนา ออนอน-ชานเซลเลอร์ และอเล็กซานเดอร์ เกิร์สต์ ทดสอบการใช้งานเซกซ์แทนต์แบบถือด้วยมือ โดยทำการวัดค่าด้วยตาเปล่าและอาศัยความนิ่งของมือ

"เราให้ลูกเรือสาธิตการใช้เซกซ์แทนต์แบบแมนนวล ซึ่งเป็นวิธีการนำทางสำรองในกรณีฉุกเฉินเพื่อพาลูกเรือกลับจากดวงจันทร์หากเกิดเหตุการณ์ขาดการติดต่อสื่อสาร" โฮลต์กล่าว "เพราะหากขาดการติดต่อสื่อสาร ก็เท่ากับสูญเสียการเชื่อมต่อเพื่อนำทางด้วยคลื่นวิทยุกับโลกไป และในจุดนั้นเราก็ต้องพึ่งพาตนเองเพียงลำพัง"

การทดลองนี้เป็นการนำองค์ความรู้ด้านการนำทางในอดีตมาประยุกต์ใช้อีกครั้ง ในช่วงทศวรรษ 1960 องค์การนาซาได้นำวิธีการสังเกตตำแหน่งดวงดาวที่มีมาแต่โบราณมาปรับใช้กับการบินอวกาศ แม้ว่าในตอนแรกนักบินอวกาศจะยังไม่มั่นใจนักว่าวิธีนี้จะได้ผลจริงหรือไม่

นีล อาร์มสตรอง มนุษย์คนแรกที่ได้เหยียบพื้นผิวดวงจันทร์ เคยกล่าวไว้ว่า "สิ่งหนึ่งที่ผมกังวลในขณะนั้นคือเรื่องความแม่นยำในการนำทาง [...] หากเราขาดการติดต่อกับโลกไม่ว่าจะด้วยเหตุผลใดก็ตาม เราจะสามารถนำทางด้วยตนเองโดยอาศัยตำแหน่งของดวงดาวได้หรือไม่ เราคิดว่าเราทำได้ แต่ทักษะเหล่านี้ยังไม่เคยผ่านการทดสอบปฏิบัติจริงมาก่อน"

คำตอบของคำถามดังกล่าวคือใช่ เขาและนักบินอวกาศคนอื่น ๆ ในเที่ยวบินแรก ๆ เหล่านั้นได้ใช้เครื่องวัดมุมและวิธีเล็งด้วยตาเปล่าอื่น ๆ อย่างประสบความสำเร็จ ทั้งในชีวิตประจำวันและในสถานการณ์ฉุกเฉิน

บัซ อัลดริน ต้องใช้เซกซ์แทนต์แบบพกพาและแผนที่ระหว่างเที่ยวบินอวกาศเจมินี 12 ในปี 1966 เนื่องจากปัญหาเกี่ยวกับเรดาร์ และระหว่างเที่ยวบินอะพอลโล 13 ที่เกือบจะกลายเป็นโศกนาฏกรรมในปี 1970 จิม โลเวลล์ ได้ใช้ภาพของโลกเป็นจุดนำทางในช่วงโค้งสุดท้ายของการเดินทางกลับบ้าน ซึ่งกลายเป็นเหตุการณ์ที่เลื่องลือ

ระบบสำรอง

"บนยานอวกาศโอไรออน ระบบนำทางด้วยแสง (Optical Navigation) ทำหน้าที่เป็นระบบสำรอง โดยมีขีดความสามารถในการนำทางด้วยตนเองหากเกิดกรณีที่การสื่อสารและการสนับสนุนการนำทางจากภาคพื้นดินบนโลกขาดหายไป" โฮลต์กล่าว

ในระหว่างภารกิจอาร์เทมิส ระบบนี้จะถูกเปิดใช้งานตามปกติประมาณวันละหนึ่งครั้ง

"สิ่งนี้ช่วยให้เรายืนยันได้ว่าระบบยังคงทำงานได้ตามปกติและอยู่ในสภาพสมบูรณ์ อีกทั้งยังช่วยให้เราสามารถรวบรวมภาพถ่ายและข้อมูลประสิทธิภาพการทำงานอันมีค่าสำหรับทีมวิศวกรผู้ออกแบบได้" เขากล่าว

นอกจากนี้ ระบบดังกล่าวยังทำหน้าที่ "ตรวจสอบยืนยันข้อมูลการนำทางเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ที่ได้จากการติดตามตำแหน่งจากภาคพื้นดินบนโลกอีกด้วย"

แต่หากระบบเทคโนโลยีขั้นสูงนี้เกิดขัดข้องขึ้นมา เซกซ์แทนต์แบบถือด้วยมือก็จะถูกนำมาใช้งานแทน

เขากล่าวว่า ในระหว่างภารกิจอาร์เทมิส 2 เพื่อเดินทางไปยังดวงจันทร์เมื่อเดือน เม.ย. ที่ผ่านมา มีการเตรียมเซกซ์แทนต์แบบพกพาสำหรับใช้ในกรณีฉุกเฉิน ซึ่งเป็นแบบเดียวกับที่โฮลต์ได้สาธิตวิธีการใช้งาน เอาไว้ให้พร้อมในช่วงก่อนการปล่อยยาน

หากเกิดปัญหากับระบบกล้องที่มีเทคโนโลยีขั้นสูงขึ้นมาในขณะนั้น เซกซ์แทนต์ดังกล่าวก็จะถูกนำขึ้นยานไปในนาทีสุดท้าย ทั้งนี้ โดยปกติแล้วจะไม่มีการบรรจุอุปกรณ์นี้ลงในยานโอไรออน เนื่องจากไม่ใช่สิ่งจำเป็นสำหรับการปฏิบัติภารกิจ โดยเขาชี้ให้เห็นว่า "ทุกกรัมของน้ำหนักล้วนมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อต้องปฏิบัติภารกิจในอวกาศ"

หากเกิดความล้มเหลวของระบบอย่างร้ายแรงขึ้นในระหว่างปฏิบัติภารกิจในอวกาศ นักบินอวกาศจะไม่มีเซกซ์แทนต์แบบถือด้วยมือติดตัวไปด้วย

แต่โฮลต์อธิบายว่า พวกเขาได้รับการฝึกฝนให้ใช้วิธีการสังเกตด้วยตาเปล่าวิธีอื่นทดแทนได้ วิธีหนึ่งคือการสังเกตเวลาที่ดาวฤกษ์บางดวงลับหายไปหลังโลกหรือดวงจันทร์ เพื่อใช้เป็นตัวบ่งชี้ตำแหน่งของยานโดยประมาณ

โฮลต์กล่าวว่า ความคุ้นเคยกับเครื่องมือดั้งเดิมนั้นมีประโยชน์ต่อวิศวกรของนาซาเช่นกัน เมื่อต้องนำทีมพัฒนาเทคโนโลยีระบบขั้นสูง

เขาเล่าว่า "ผมจะกำชับให้ทุกคนออกไปฝึกใช้งานเซกซ์แทนต์ เพื่อให้เข้าใจพื้นฐานและที่มาของระบบเหล่านี้ ทั้งในแง่ของคณิตศาสตร์และเรขาคณิต"

นำทางโดยดาวเคราะห์น้อย

นอกจากนี้ ยังมีเทคนิคการนำทางที่ใช้ได้ผลมาทุกยุคทุกสมัยซึ่งช่วยให้นักบินอวกาศในปัจจุบันสามารถนำทางได้ ตัวอย่างเช่น ดาวและกลุ่มดาวที่สว่างไสวและสังเกตเห็นได้ง่าย ซึ่งเคยใช้เป็นเครื่องนำทางสำหรับนักเดินเรือในอดีต ก็ยังเป็นจุดอ้างอิงที่มีประโยชน์สำหรับนักบินอวกาศในห้วงอวกาศเช่นกัน โฮลต์กล่าว

ทั้งนี้เป็นเพราะดาวและกลุ่มดาวเหล่านี้เป็นสิ่งที่มนุษย์สามารถมองเห็นและจดจำได้ง่าย ไม่ว่าจะอยู่บนโลกหรืออยู่ภายในยานอวกาศก็ตาม

โฮลต์กล่าวว่า สำหรับภารกิจเดินทางไปดาวอังคาร จุดอ้างอิงสำหรับการนำทางอาจรวมถึงดาวเคราะห์น้อยด้วย

"เราจะบอกนักบินอวกาศว่า เราคาดการณ์ว่าดาวเคราะห์น้อยจะอยู่กึ่งกลางระหว่างดาวฤกษ์หลักสองดวงในกลุ่มดาวคนคู่ (Gemini) ดังนั้นให้มองไปทางนั้น ค้นหาดาวเคราะห์น้อยที่อยู่ระหว่างดาวสองดวงดังกล่าว บันทึกค่าที่วัดได้ แล้วนำมาเปรียบเทียบกับค่าที่คาดการณ์ไว้พร้อมคำนวณผล" เขาระบุและว่า หากค่าที่วัดได้คลาดเคลื่อนไปจากที่ควรจะเป็น นักบินอวกาศก็จะทำการปรับแก้เส้นทางเพื่อให้ยานเดินทางไปยังจุดหมายที่ต้องการ

"สำหรับผมแล้ว ส่วนหนึ่งของความน่าหลงใหลในงานนี้คือการได้เห็นว่าเทคนิคต่าง ๆ เหล่านี้มีความเชื่อมโยงกันอย่างไร นับตั้งแต่ยุคแรกเริ่มที่มีการสังเกตตำแหน่งดาวจากบนเรือ ไปจนถึงวิธีการที่เรากำลังวางแผนเพื่อนำทางไปยังดาวอังคารและสถานที่ที่ไกลออกไปกว่านั้น" โฮลต์กล่าว

เขากล่าวว่า แม้จะเป็นภารกิจที่เดินทางไปไกลแสนไกลเพียงใด แต่ก็ยังคงอาศัยแนวคิดพื้นฐานเดิม ๆ นั่นคือ การสังเกตดวงดาว การสังเกตวัตถุโดยเทียบกับตำแหน่งของดวงดาว และการใช้ความสัมพันธ์ทางเรขาคณิตเพื่อระบุตำแหน่งของเรา

"ไม่ว่าเราจะทำสิ่งนี้ด้วยวิธีง่าย ๆ อย่างการใช้ไม้เล็ง หรือใช้เซกซ์แทนต์ไปจนถึงการใช้กล้องถ่ายภาพเทคโนโลยีขั้นสูง สิ่งที่น่าทึ่งสำหรับผมก็คือ เทคนิคเหล่านี้จำนวนมากล้วนมีความเชื่อมโยงกัน อีกทั้งยังมีรากฐานทางคณิตศาสตร์และที่มาที่ไปร่วมกัน" เขากล่าวทิ้งท้าย