เทคโนโลยีขนาดเล็ก  นัยประหวัดอันยิ่งใหญ่

เทคโนโลยีขนาดเล็ก นัยประหวัดอันยิ่งใหญ่

การเปลี่ยนแปลงอวกาศด้วยดาวเทียมขนาดเล็ก

นางเอริกา ซัลลิแวน ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ ลอส อลามอส

ช้าวันหนึ่งที่อากาศแจ่มใสในเมืองศรีหริโคตา ประเทศอินเดีย ในช่วงกลางเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2560 ได้มีการปล่อยจรวดเพื่อส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรพร้อมกัน 104 ดวง ซึ่งถือว่ามากที่สุดเป็นประวัติการณ์ ในจำนวนนี้มีดาวเทียมขนาดเล็กที่เรียกว่าคิวบ์แซตอยู่ 101 ดวง

คิวบ์แซตนั้นไม่ใช่เรื่องใหม่ ดาวเทียมขนาดเล็กประเภทนี้มีขนาด 10 x 10 x 10 เซ็นติเมตร ถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรกที่มหาวิทยาลัยรัฐแคลิฟอร์เนียโพลีเทคนิคและมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดในช่วงปลายทศวรรษที่ 1990 (พ.ศ. 2553-2542) เพื่อเป็นเครื่องมือในการฝึกอบรมสำหรับนักศึกษาทางด้านวิศวกรรมการบินและอวกาศ (“สมอลล์แซต” ตามลักษณะของมันแล้วมีน้ำหนักไม่ถึง 500 กิโลกรัม ดังนั้น คิวบ์แซตทั้งหมดจัดว่าเป็นสมอลล์แซต แต่ไม่ใช่สมอลล์แซตทุกดวงจะเป็นคิวบ์แซต) หลังจากนั้นเพียงไม่นาน รัฐบาลก็เริ่มมองหาวิธีที่จะใช้ประโยชน์จากคิวบ์แซตและดาวเทียมขนาดเล็กอื่น ๆ เพื่อเพิ่มความมั่นคงของชาติ

มันไม่ใช่เรื่องบังเอิญแต่อย่างใดที่ดาวเทียมเหล่านี้ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าตู้เย็นแบบพกพาได้รับความสนใจมากขึ้นในช่วงที่มีการตระหนักว่าดาวเทียมต่าง ๆ ที่มีอยู่นั้นมีความเสี่ยง ใน

พ.ศ. 2550 จีนได้พิสูจน์ให้เห็นในเรื่องนี้เมื่อจีนได้ใช้ขีปนาวุธในการทำลายดาวเทียมดวงหนึ่งของตน จากนั้นก็มีภัยคุกคามจากการโจมตีทางไซเบอร์ ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2560 ไวรัสชนิดแรนซัมแวร์ (มัลแวร์เรียกค่าไถ่) ที่โจมตีระบบคอมพิวเตอร์หลายแสนระบบทั่วโลกและทำให้ระบบของโรงพยาบาลและสถานีรถไฟล่ม เป็นสัญญาณแจ้งเตือนที่ชัดเจนให้เห็นถึงขีดความสามารถของแฮกเกอร์ หากการโจมตีทางไซเบอร์ดังกล่าวสามารถทำให้ระบบบนภาคพื้นดินอ่อนแอลงได้อย่างมาก การโจมตีทางไซเบอร์ที่มีการเตรียมการเป็นอย่างดีต่อทรัพยากรทางอวกาศก็อาจจะนำมาซึ่งหายนะอันใหญ่หลวง

ภารกิจทางทหารแทบจะทั้งหมดต้องพึ่งพาดาวเทียมในระดับหนึ่ง ดาวเทียมสื่อสารช่วยให้มีการบังคับบัญชาและการควบคุมร่วมกันได้โดยการจัดหาข้อมูลที่ถูกต้องแม่นยำ ครบถ้วนและทันเวลาให้กับสายการบังคับบัญชาการในการปฏิบัติการของกองกำลังทางบก ทางทะเลและทางอากาศ ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับสภาพอากาศที่ทันเหตุการณ์

แก่หน่วยต่าง ๆ ที่ปฏิบัติงานในภาคสนามในทุกสาขาของกองทัพ ดาวเทียมนำร่องจะบอกตำแหน่งที่ถูกต้องแม่นยำแก่ทหาร เครื่องบิน และเรือโดยจะคลาดเคลื่อนเพียงไม่กี่เมตร ระบบตรวจการณ์ในอวกาศจะให้ขีดความสามารถในการตรวจสอบการปฏิบัติตามสนธิสัญญาหรือข้อตกลงในยามสงบ และเป็นระบบแจ้งเตือนที่สำคัญในช่วงที่มีความขัดแย้ง

สำหรับหน่วยงานพลเรือนของรัฐบาล ภาพถ่ายจากดาวเทียมคือสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งในการวางแผนและการตอบสนองภัยพิบัติ การจัดทำแผนที่ การวางผังเมืองและการตรวจตราการ

จราจร นอกจากนี้ ยังมีการใช้ในงานดาวเทียมในทางพาณิชย์ ได้แก่ โทรศัพท์ผ่านดาวเทียม อินเทอร์เน็ต โทรทัศน์ การนำร่องและการติดตามข้อมูลทางพาณิชย์ การใช้ประโยชน์จากทรัพยากร และแม้กระทั่งการคาดการณ์เกี่ยวกับสภาพอากาศสำหรับการเดินทางทางอากาศหรือการเพาะปลูกพืช

จากทั้งหมดที่กล่าวมา หากดาวเทียมเพียงแค่ดวงใดดวงหนึ่งถูกโจมตีได้สำเร็จ ก็อาจจะก่อผลเสียอันใหญ่หลวงต่อความมั่นคงและเศรษฐกิจ

ข้อดีทางด้านเทคโนโลยี

จะเกิดอะไรขึ้นหากมีดาวเทียมขนาดเล็กร้อยดวงทำหน้าที่แทนดาวเทียมขนาดยักษ์หนึ่งดวงในงานต่าง ๆ ที่สำคัญยิ่งต่อความมั่นคงแห่งชาติ คำตอบคือ เป้าหมายไม่เพียงแต่จะเล็กลงเท่านั้น แต่ยังกระจัดกระจายกันไปทั่ว ซึ่งจะทำให้อาชญากรไซเบอร์ทำงานได้ยากลำบากขึ้นเป็นอย่างมาก

ดาวเทียมขนาดเล็กมีข้อดีอยู่มากมาย ที่สำคัญที่สุดคือดาวเทียมเหล่านี้ราคาไม่แพง ดาวเทียมขนาดใหญ่โดยเฉลี่ยจะมีราคาในการสร้างและการปล่อยขึ้นสู่วงโคจรประมาณ 500 ล้านเหรียญสหรัฐฯ (หรือประมาณ 1.58 หมื่นล้านบาท) ถึง 1 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ (หรือประมาณ 3.15 หมื่นล้านบาท) หรือมากกว่า ซึ่งเป็นงบประมาณที่สูงมาก เทียบกันแล้วดาวเทียมขนาดเล็กถือว่าเป็นของราคาถูก

ตัวอย่างเช่น ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ ลอส อลามอส ได้สร้างและปล่อยคิวบ์แซตหลายดวงขึ้นสู่วงโคจรและมีต้นทุนการผลิตประมาณ 150,000 เหรียญสหรัฐฯ ต่อหน่วย (หรือประมาณ 4.7 ล้านบาท) นอกจากนี้ ฮาร์ดแวร์ที่ถูกลงจะทำให้สามารถจัดหาเทคโนโลยีได้มากขึ้น ทำให้ดาวเทียมเก็บข้อมูลทางทางภูมิศาสตร์ได้มากขึ้นสำหรับภารกิจการตรวจการณ์และการตรวจจับสัญญาณ เช่น การตรวจจับการเคลื่อนไหวของโลกและคลื่น แผ่นดินไหวและการระเบิดของภูเขาไฟ ตลอดจนการตรวจวัดชั้นบรรยากาศ

ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ ลอส อลามอส ได้สร้างและปล่อยคิวบ์แซตหลายดวงขึ้นสู่วงโคจรระดับต่ำของโลก
ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ ลอส อลามอส

นอกจากนี้ การใช้ระบบปฏิบัติการที่ราคาไม่แพงอย่างคิวบ์แซตและสมอลล์แซตนั้น นักวิทยาศาสตร์อวกาศจะสามารถทดสอบแนวคิดขั้นสูงได้ เช่น การประมวลผลโครงสร้างที่ปรับเปลี่ยนได้ในอวกาศ ในอดีต เมื่อดาวเทียมเข้าไปอยู่ในวงโคจรแล้ว ผู้ปฏิบัติงานจะปรับเปลี่ยนอะไรไม่ได้มาก ตลอดอายุการใช้งานของยานอวกาศนั้น มันจะทำงานไปเรื่อย ๆ ตามที่ถูกกำหนดไว้ก่อนที่จะถูกปล่อยขึ้นไป แต่สำหรับคิวบ์แซต นักวิทยาศาสตร์อวกาศทำให้มันปรับเปลี่ยนการทำงานได้เพื่อจะสามารถเปลี่ยนแปลงภารกิจและปรับปรุงระบบ

ดาวเทียมขนาดเล็กยังเป็นอุปกรณ์อวกาศที่สามารถผลิตและนำมาใช้งานได้รวดเร็วกว่า ภารกิจที่มีข้อจำกัดจำเป็นต้องมีการพัฒนาที่รวดเร็วและตรงจุด ขณะที่ดาวเทียมขนาดใหญ่อาจใช้เวลาเป็นสิบปีในการออกแบบและสร้าง นักวิทยาศาสตร์อวกาศสามารถออกแบบและสร้างคิวบ์แซตได้ภายในหนึ่งปีหรือเร็วกว่านั้น นอกจากนี้ ยังสามารถนำดาวเทียมขนาดเล็กไปทดสอบในสภาพแวดล้อมการปฏิบัติการได้แทนที่จะเพียงทดสอบในสภาพแวดล้อมแบบจำลองบนพื้นดิน และสามารถนำไปใช้ร่วมกับเทคโนโลยีที่ทันสมัยเมื่อเข้าสู่ตลาดแล้ว เครื่องมือและส่วนประกอบต่าง ๆ สามารถทดสอบได้ในอวกาศก่อนที่จะนำไปติดตั้งกับระบบที่มีขนาดใหญ่กว่าในภารกิจขั้นสุดท้าย การทดลองและการตรวจสอบเหล่านี้จะทำให้มีข้อมูลมากขึ้นในการออกแบบเครื่องมือสำหรับดาวเทียมทุกขนาด

การเปลี่ยนแปลงทางวิศวกรรม

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ ดาวเทียมขนาดเล็กจึงเปลี่ยนวิธีการที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ในการสร้างระบบในอวกาศ ผู้เชี่ยวชาญคาดการณ์ว่าจะมีการปล่อยคิวบ์แซตและสมอลล์แซตถึง 2,400 ดวงในช่วงหกปีข้างหน้า ที่ผ่านมา ภาคธุรกิจการค้า ภาครัฐและภาคการศึกษาได้ใช้สมอลล์แซตในจำนวนเท่า ๆ กัน แต่อีกไม่นานคาดว่าการใช้งานในภาคธุรกิจการค้าจะก้าว

กระโดดกว่าภาคอื่น ๆ อันที่จริงแล้วในช่วงสามปีข้างหน้า การใช้ดาวเทียมขนาดเล็กในเชิงพาณิชย์คาดว่าจะอยู่ในอัตรามากกว่าร้อยละ 70 ของดาวเทียมขนาดเล็กทั้งหมดที่ปล่อยออกไป

ดาวเทียมขนาดเล็กไม่ได้สมบูรณ์แบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คิวบ์แซตส่วนใหญ่ถูกส่งขึ้นไปในวงโคจรระดับต่ำของโลกและจะกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศเพราะถูกแรงโน้มถ่วงดึงดูดลงมา

ได้เร็วกว่ายานอวกาศที่อยู่ในระดับสูงกว่า ดังนั้น ดาวเทียมขนาดเล็กจะมีอายุการใช้งานที่มีประโยชน์สั้นกว่า แต่ข้อด้อยอันนี้ก็ถูกหักล้างด้วยความจริงที่ว่า การปล่อยดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรระดับต่ำของโลกเป็นวิธีการที่ถูกกว่า ง่ายกว่าและได้รับผลกระทบจากรังสีน้อยกว่า นอกจากนี้ วงโคจรระดับต่ำของโลกยังช่วยให้ดาวเทียมเข้าใกล้เป้าหมายได้มากขึ้น เพื่อให้ได้ภาพที่มีความละเอียดมากขึ้น มีการสื่อสารที่ใช้พลังงานน้อยลงและช่วยลดเวลาในการสื่อสาร

รัฐบาล ภาคอุตสาหกรรมและสถาบันการศึกษากำลังเร่งหาวิธีที่จะใช้ดาวเทียมขนาดเล็กในวงโคจรที่สูงกว่าวงโคจรระดับต่ำของโลก ตัวอย่างเช่น ที่ลอส อลามอส นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรกำลังคิดหาวิธีที่จะใช้ดาวเทียมขนาดเล็กและคิวบ์แซตในภารกิจการสำรวจอวกาศห้วงลึกและพื้นที่ระหว่างดาวเคราะห์ สำหรับภารกิจที่มีความท้าทายทางเทคนิคเหล่านี้ ดาวเทียมขนาดเล็กที่ราคาไม่แพงจะทำให้มีโอกาสที่จะกระจายความเสี่ยงทางเทคนิคให้กับระบบที่มีสำรองและเพื่อรวบรวมข้อมูลจากหลาย ๆ พื้นที่

ความท้าทายในด้านการปล่อยดาวเทียม

นอกจากนี้ ยังมีปัญหาในเรื่องวิธีการที่จำกัดในการปล่อยดาวเทียม ดาวเทียมขนาดเล็กมักจะถูกจำกัดให้จัดส่งโดยจรวดที่มีวิธีการคล้ายกับอูเบอร์ คือต้อง “ร่วมเดินทาง” ไปกับสิ่งของบรรทุกอื่น ๆ ที่มีขนาดใหญ่กว่า วิธีการนี้ทำให้มีทางเลือกวงโคจรน้อยลงและต้องดำเนินการไปตามแผนการจัดส่งสิ่งของบรรทุกหลักที่มีค่าใช้จ่ายในการจัดส่งมากกว่า ความล่าช้าในการปล่อยและการขาดแคลนยานส่งที่ใช้กับดาวเทียมขนาดเล็กโดยเฉพาะคือข้อจำกัดต่อศักยภาพทางการตลาด ทำให้มี สมอลล์แซตคั่งค้างอยู่มากมายที่รอการจัดส่งขึ้นสู่อวกาศ

ความน่าเชื่อถือของระบบก็เป็นอีกปัญหาหนึ่ง ฐานข้อมูลภารกิจที่ครอบคลุมแสดงให้เห็นว่า กว่าร้อยละ 40 ของคิวบ์แซตที่ปล่อยขึ้นไปตั้งแต่ พ.ศ. 2543 ไม่สามารถทำงานได้ตาม

วัตถุประสงค์ ความสำเร็จในระดับนี้อาจเป็นที่ยอมรับได้ในโครงการทางวิศวกรรมของนักศึกษาหรือระบบทดลองทางพาณิชย์ แต่ในด้านความมั่นคงแห่งชาติแล้วถือว่าไม่บรรลุ

วัตถุประสงค์ สิ่งที่ท้าทายคือการสร้างระบบที่มีความน่าเชื่อถือตามมาตรฐานของทรัพยากรที่ใช้ในอวกาศ พร้อมกับการดูแลค่าใช้จ่ายในด้านองค์ประกอบและการทดสอบให้อยู่ในกรอบต้นทุนของดาวเทียมขนาดเล็กและคิวบ์แซต

นอกจากนี้ยังมีความท้ายทายอื่น ๆ ได้แก่ ข้อจำกัดในการประมวลผลข้อมูลและข้อจำกัดในเรื่องกฎระเบียบ การปล่อยดาวเทียมขนาดเล็กต้องมีการจัดทำเอกสารมากมายเพื่อแสดงให้เห็นว่าดาวเทียมเหล่านี้เป็นสิ่งของบรรทุกรอง “ที่ไม่เป็นอันตราย” ต่อสิ่งของบรรทุกหลัก และยังมีข้อกังวลในเรื่องขยะอวกาศและข้อกำหนดเกี่ยวกับการออกจากวงโคจร

บางทีความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่เกิดจากดาวเทียมขนาดเล็กน่าจะเป็นคุณสมบัติเฉพาะที่ทำให้มันมีความน่าสนใจเป็นอย่างยิ่ง นั่นก็คือ ราคาที่ค่อนข้างถูก เนื่องจากคิวบ์แซตและสมอลล์แซตนั้นราคาไม่แพง (และราคาจะลดลงเรื่อย ๆ เมื่อเทคโนโลยีมีความก้าวหน้า) ดังนั้น อีกไม่นานทุกคนก็จะสามารถเข้าถึงอวกาศได้ ซึ่งรวมถึงฝ่ายตรงข้ามที่เมื่อก่อนนั้นการเข้าถึงอวกาศเป็นสิ่งที่ไกลเกินเอื้อม

หลายทศวรรษที่ผ่านมาหลังจากที่สหภาพโซเวียตได้ปล่อยดาวเทียมสปุตนิก ทำให้ประเทศที่มีอิทธิพลในอวกาศในขณะนั้นมีอยู่สามประเทศ ได้แก่ สหรัฐอเมริกา สหภาพโซเวียต/รัสเซีย และจีนในเวลาต่อมา อวกาศกลายเป็นพื้นที่ที่พลุกพล่านมากขึ้นเรื่อย ๆ วันนี้ ดาวเทียมจากจีน องค์การอวกาศยุโรป ฝรั่งเศส อินเดีย อิสราเอล อิหร่าน เกาหลีเหนือ รัสเซีย สหราชอาณาจักรและยูเครนได้ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศ การจัดหาดาวเทียมขนาดเล็กมาใช้ได้ในราคาที่ไม่แพงก็ยิ่งจะทำให้จำนวนดาวเทียมในอวกาศพุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้มีข้อ

สงสัยว่าจะมีใครอยู่ในอวกาศบ้างในช่วง 10 ปีข้างหน้า และคนเหล่านี้จะทำอะไร น่าเสียดายที่คำตอบที่ได้อาจไม่ใช่เรื่องดีทั้งหมด ไม่ใช่เรื่องยากเลยที่จะจินตนาการถึงองค์กรก่อการร้ายที่ทำงานร่วมกับประเทศที่เป็นฝ่ายตนเองในการพัฒนาคิวบ์แซตที่มีขีดความสามารถในการสอดแนมที่มีการจัดส่งขึ้นไปในวงโคจรระดับต่ำของโลก การเข้าถึงดาวเทียมและอวกาศได้มากขึ้นก็ทำให้มีโอกาสมากขึ้นสำหรับพันธมิตรและหุ้นส่วน ตลอดจนฝ่ายตรงข้าม

การบริหารจัดการความเสี่ยง การส่งเสริมความร่วมมือ

ความท้าทายหลัก ๆ คือการพัฒนาให้รวดเร็วกว่าและชาญฉลาดกว่าคนอื่น ๆ สหรัฐฯ และพันธมิตรตลอดจนหุ้นส่วนต้องยอมรับว่าขณะนี้หลายประเทศสามารถเข้าถึงอวกาศ และมันจะต้องกลายเป็นเรื่องสำคัญและเร่งด่วนทางทหารในเชิงกลยุทธ์ในการสร้างความยืดหยุ่นและส่วนสำรองในระบบอวกาศ กล่าวสั้น ๆ คือ ประเทศต่าง ๆ ต้องกระจายความเสี่ยง ข่าวดีก็คือความก้าวหน้าในการประมวลผลแบบกระจายและการเรียนรู้ของเครื่องทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างเครือข่ายแบบกระจายที่สามารถรักษาตัวเองได้ ดังนั้น หากดาวเทียมดวงหนึ่งในกลุ่มที่มีอยู่ร้อยดวงเกิดความเสียหาย ดวงอื่น ๆ ก็สามารถทำงานทดแทนในหน้าที่นั้นได้

นอกจากนี้ เทคโนโลยีต้องถูกใช้อย่างเหมาะสมและคุ้มค่า หากมีการใช้ดาวเทียมขนาดเล็กในจำนวนที่มากขึ้นเพื่อเก็บรวบรวมข้อมูลมากกว่าที่เคยทำมาก่อน คำถามต่อไปคือ ข้อมูลจะถูกประมวลผลอย่างไร และแน่นอนว่า จะมีคำถามอื่น ๆ ตามมาอีกมากมาย เช่น ประเทศต่าง ๆ จะดูแลรักษาเครือข่ายของตนให้ปลอดภัยได้อย่างไร ประเทศต่าง ๆ จะทำให้

ดาวเทียมของตนสามารถต้านทานสภาพอากาศในอวกาศได้อย่างไร (ทุกสภาวะและทุกสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับดวงอาทิตย์ ลมสุริยะ ชั้นอวกาศที่อยู่ใกล้โลกและชั้นบรรยากาศที่อยู่สูงขึ้นไป) ลอส อลามอสเองนั้นกำลังใช้ประสบการณ์ที่มีมาหลายสิบปีในด้านการพัฒนาเครื่องมืออวกาศ การทำความเข้าใจกับสภาพแวดล้อมในอวกาศที่รุนแรง และการประมวลผลความเชี่ยวชาญด้วยคอมพิวเตอร์ที่มีขีดความสามารถสูงสุดเพื่อตอบคำถามเหล่านี้

อย่างไรก็ตาม ประเด็นสำคัญไม่ใช่แค่การพัฒนาเทคโนโลยีที่ถูกต้องเท่านั้น สหรัฐฯ และพันธมิตรตลอดจนหุ้นส่วนยังต้องวางแผนอย่างรอบคอบ ไม่ใช่แค่ในระดับชาติเท่านั้น แต่เป็นการวางแผนในระดับโลก เช่นเดียวกับการบริหารจัดการในเรื่องการขนส่งทางเรือระหว่างประเทศและเส้นทางการจราจรทางอากาศ ประชาคมนานาชาติต้องร่วมมือกันเพื่อหาวิธีทำงานร่วมกันในการกำกับดูแลอวกาศ

ความจริงก็คือ ในช่วงสองสามทศวรรษข้างหน้า อวกาศจะกลายเป็นพื้นที่แออัดมากขึ้นเรื่อย ๆ และวิธีการในการใช้พื้นที่อวกาศจะทำให้โลกเกิดการเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวกำลังจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ประชาคมนานาชาติจะลุกขึ้นมายืนหยัดเพื่อจัดการกับความท้าทายเหล่านี้ก่อนที่มันจะครอบงำวงโคจรของโลกหรือไม่ หากคำตอบคือใช่ ประเทศต่าง ๆ จะต้องเริ่มต้นทำงานร่วมกันเพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ตั้งแต่ตอนนี้

หุ้น