การปฏิบัติการทดลองทางวิทยาศาสตร์ในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ (Microgravity) บนสถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station: ISS) นับเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมขั้นสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการทดลองนั้นเกี่ยวข้องกับวัตถุอันตราย เช่น ของไหลที่มีความเป็นพิษ วัตถุไวไฟ หรือชีววัตถุ ซึ่งหากเกิดการรั่วไหลเพียงเล็กน้อยในระบบปิดของสถานีอวกาศ อาจส่งผลกระทบรุนแรงต่อระบบยังชีพและความปลอดภัยของลูกเรือ
ด้วยเหตุนี้ องค์การอวกาศยุโรป (ESA) จึงได้พัฒนา Microgravity Science Glovebox หรือ MSG ขึ้นเพื่อเป็นโครงสร้างพื้นฐานสำคัญในการรองรับการวิจัยที่มีความละเอียดอ่อนและมีความเสี่ยงสูง โดยส่งมอบให้แก่องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติสหรัฐฯ (NASA) เพื่อติดตั้งและใช้งานเป็นหลักบนโมดูลห้องปฏิบัติการ Destiny และบางครั้งใช้ในโมดูล Columbus
MSG จัดเป็น สิ่งอำนวยความสะดวกประเภทชั้นวาง (Rack Facility) ขนาดใหญ่ โดยมีองค์ประกอบหลักคือ พื้นที่ปฏิบัติงาน (Work Volume: WV) ขนาดใหญ่ถึง 255 ลิตร ซึ่งออกแบบมาเพื่อให้ลูกเรือสามารถปฏิสัมพันธ์กับอุปกรณ์ทดลองผ่านช่องสวมถุงมือ (Glove Ports) ที่ติดตั้งอยู่บริเวณแผงด้านหน้า
โครงสร้างของ MSG ผลิตจากวัสดุที่มีความทนทานสูง โดยมีหน้าต่างที่ทำจากวัสดุโปร่งใสคุณภาพพิเศษ (Lexan) เพื่อให้สามารถสังเกตการณ์และบันทึกภาพการทดลองได้อย่างชัดเจน จุดเด่นสำคัญทางวิศวกรรมประกอบด้วย
- ระบบแอร์ล็อก (Airlock)
MSG มีช่องส่งของเข้า-ออก (Transfer Airlock) แยกต่างหาก ช่วยให้นักบินอวกาศสามารถนำอุปกรณ์ทดลองเข้าหรือออกจากพื้นที่ปฏิบัติงานหลักได้โดยไม่รบกวนสภาพแวดล้อมภายในตู้ หรือทำให้เกิดการปนเปื้อนสู่ภายนอก - ระบบอินเทอร์เฟซอเนกประสงค์
ภายในพื้นที่ปฏิบัติงานติดตั้งระบบจ่ายพลังงาน ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว ระบบสุญญากาศ และพอร์ตเชื่อมต่อข้อมูล เพื่อรองรับอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ที่หลากหลาย
ระบบควบคุมสภาพแวดล้อมและความปลอดภัย (Environmental Control and Containment)
หัวใจสำคัญของ MSG คือระบบความปลอดภัยที่ถูกออกแบบตามมาตรฐาน “การกักกันสองชั้น” (Two Levels of Containment) เพื่อป้องกันอันตรายจาก การรั่วไหล (Leaks), การหก (Spills) และ อัคคีภัย (Fire)
- ระบบแรงดันลบ (Negative Pressure)
ระบบหมุนเวียนอากาศของ MSG จะรักษาความดันอากาศภายในตู้ให้ต่ำกว่าความดันอากาศของห้องโดยสารสถานีอวกาศเสมอ หลักการทางฟิสิกส์นี้รับประกันว่าหากเกิดรอยรั่ว อากาศจะไหลจากภายนอกเข้าสู่ภายในตู้เท่านั้น ป้องกันไม่ให้สารปนเปื้อนหลุดรอดออกมา - ระบบกรองอากาศประสิทธิภาพสูง
อากาศที่ไหลเวียนภายในและอากาศที่จะระบายออกจาก MSG จะต้องผ่านระบบกรองแบบ HEPA (High Efficiency Particulate Air) และตัวกรองถ่านกัมมันต์ (Charcoal Filters) เพื่อดักจับอนุภาคขนาดเล็กและก๊าซพิษที่เกิดจากการเผาไหม้หรือปฏิกิริยาเคมี
MSG ถือเป็นเครื่องมือสำคัญที่ช่วยขยายขอบเขตการวิจัยในสภาวะความโน้มถ่วงต่ำในสาขาที่หลากหลาย (Multidisciplinary Research)
- ฟิสิกส์ของของไหล (Fluid Physics)
ใช้ศึกษาพลศาสตร์ของของไหล การเกิดฟอง และการไหลของเส้นเลือดฝอย (Capillary Flow) โดยไม่ต้องกังวลเรื่องการลอยตัวของของเหลวที่จะไปทำความเสียหายต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ - วิทยาศาสตร์การเผาไหม้ (Combustion Science)
MSG เป็นพื้นที่หลักในการทดลองเกี่ยวกับการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงและวัสดุต่างๆ ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจพฤติกรรมของเปลวไฟและการเกิดเขม่าควันในอวกาศ นำไปสู่การพัฒนาระบบความปลอดภัยและการจัดการเชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพ - วิทยาศาสตร์ชีวภาพและเทคโนโลยีชีวภาพ
รองรับการจัดการกับสารเคมีตรึงสภาพ (Fixatives) และตัวอย่างทางชีวภาพที่อาจมีการปนเปื้อน
Microgravity Science Glovebox (MSG) ไม่ได้เป็นเพียงอุปกรณ์ป้องกันอันตรายเท่านั้น แต่เป็นระบบสนับสนุนการวิจัยที่ซับซ้อนและบูรณาการ (Integrated Research Facility) ความสามารถในการควบคุมสภาพแวดล้อมอย่างแม่นยำและการกักกันสารอันตรายที่มีประสิทธิภาพ ทำให้ MSG เป็นกลไกสำคัญที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถค้นคว้าวิจัยในประเด็นที่มีความเสี่ยงสูงได้อย่างปลอดภัย ซึ่งองค์ความรู้ที่ได้จาก MSG จะเป็นรากฐานสำคัญในการพัฒนานวัตกรรมทั้งบนโลกและสำหรับการสำรวจอวกาศในห้วงลึกต่อไป
ข้อมูลอ้างอิง: NASA
- Microgravity Science Glovebox (MSG)
