Thailand Innovative G-force varied Emulsification Research for Space Exploration

คณะแพทยศาสตร์ศรีสวางควัฒน ราชวิทยาลัยจุฬาภรณ์ร่วมกับหน่วยงานอุดมศึกษา และสถาบันวิจัยภายในประเทศและนานาชาติ ดำเนินโครงการ TIGERS-X หรือ Thailand Innovative G-force varied Emulsification Research for Space Exploration เป็นโครงการศึกษาพฤติกรรมการผสมตัวของของเหลวที่ผสมกันไม่ได้ในสภาวะไร้น้ำหนัก (microgravity) บนสถานีอวกาศนานาชาติ เพื่อนำองค์ความรู้ที่ได้รับมาใช้เพิ่มพูนความเข้าใจด้านการผสมของของเหลวในกลุ่มอิมัลชัน (emulsion) และต่อยอดพัฒนากระบวนการผสมยาและเวชภัณฑ์บนโลก

โจทย์ทางวิทยาศาสตร์หลักที่ต้องการศึกษาคือปรากฏการณ์อิมัลชัน (emulsification) ซึ่งเป็นการผสมกันของของเหลวที่ไม่สามารถเข้ากันได้อย่างน้ำและน้ำมัน ซึ่งเป็นพื้นฐานของวิทยาศาสตร์อาหารและเวชภัณฑ์ มีเป้าหมายเพื่อทำความเข้าใจพฤติกรรมเชิงโมเลกุลโดยปราศจากการรบกวนของแรงโน้มถ่วงบนพื้นโลก เบื้องต้นคณะวิจัยได้ทำการทดลองบนเที่ยวบินสภาวะไร้น้ำหนัก (Zero-G Flight) พบว่าน้ำกับน้ำมันสามารถผสมกันได้โดยไม่ต้องอาศัยแรงกล (static mixing) ตรงกับสมมติฐานที่ได้ตั้งไว้ข้างต้น จึงได้ขยายผลไปสู่การทดลองบนสถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station: ISS) ที่สามารถศึกษาพฤติกรรมดังกล่าวได้ในระยะเวลานานขึ้น

คณะวิจัยจึงได้พัฒนาชุดการทดลองแบบอัตโนมัติ (remote laboratory) ซึ่งถูกออกแบบและสร้างในประเทศไทยโดยคณะวิจัยและวิศวกรไทย ตัวเครื่องมีขนาดกว้าง 20 เซนติเมตร ยาว 20 เซนติเมตร และสูง 10 เซนติเมตร มีการใช้เทคโนโลยีอุปกรณ์ที่จำลองห้องทดลองให้มีขนาดเล็กเท่าชิป (Lab-on-a-Chip) เพื่อสร้างการผสมโดยไม่ต้องอาศัยแรงกล นำส่งขึ้นไปทดลองบนสถานีอวกาศนานาชาติภายใต้สภาวะไร้น้ำหนัก ชุดการทดลองดังกล่าวจะถูกติดตั้งเป็นเวลาไม่ต่ำกว่า 30 วัน เพื่อทำการทดลองต่อเนื่องเป็นระยะเวลา 6 วัน โดยมีคณะวิจัยควบคุมการทดลองจากภาคพื้นโลก ชุดการทดลองนี้สามารถส่งผลการทดลองกลับมายังโลกในรูปแบบของภาพเคลื่อนไหวความละเอียดสูง แสดงพฤติกรรมการผสมของของเหลว ซึ่งจะนำไปสู่การทำความเข้าใจและเปิดโอกาสสู่การค้นพบพฤติกรรมรูปแบบใหม่ที่ไม่สามารถพบเจอบนพื้นโลก

เป้าหมายของโครงการ TIGERS-X นั้นแบ่งได้ออกเป็นสามระยะ

ในระยะสั้น นำผลการทดลองที่ได้รับมาเพิ่มพูนความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกของสารอิมัลซิไฟเออร์ (emulsifier) ผ่านการศึกษาพฤติกรรมการผสมในสภาวะไร้น้ำหนัก และนำชุดการทดลองนี้ไปต่อยอดสู่การเป็นชุดการทดลองกลางสำหรับประเทศไทย

ระยะกลาง ผลการทดลองอาจนำไปสู่การพัฒนาระบบโภชนาการและเวชภัณฑ์สำหรับการสำรวจอวกาศในระยะยาว ได้แก่ การสำรวจดวงจันทร์และดาวอังคาร โดยเฉพาะในส่วนของระบบช่วยพยุงชีพ (life support system) และระบบการผลิตอาหารในอวกาศ (space food system)

ในระยะยาว ผลการทดลองจะเป็นรากฐานที่นำไปสู่การแพทย์ในอวกาศ (space medicine) เปิดโอกาสสู่การตั้งถิ่นฐานในอวกาศห้วงลึกบนดวงจันทร์ ดาวอังคาร หรือดาวเคราะห์ดวงอื่น 
โดยชุดการทดลอง TIGERS-X มีกำหนดส่งขึ้นสู่อวกาศด้วยยานขนส่งอวกาศดรากอน (Dragon spacecraft) ของบริษัทสเปซเอ็กซ์ (SpaceX) ในวันที่ 16 พฤษภาคม พ.ศ. 2569 ไปยังสถานีอวกาศนานาชาติ โดยจะถูกติดตั้งภายในห้องทดลองโคลัมบัส (Columbus module) 

นอกจากผลการทดลองทางวิทยาศาสตร์แล้วโครงการ TIGERS-X ยังทิ้งมรดกทางวิศวกรรม ด้านอวกาศที่สำคัญให้กับประเทศไทยในด้านมาตรฐานการทำการทดลองในอวกาศ ที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน ผลักดันเศรษฐกิจและอุตสาหกรรมอวกาศใหม่ (New Space Ecosystem) และสร้างแรงบันดาลใจให้กับเยาวชนและนักวิจัยรุ่นใหม่ได้ศึกษาและใช้งานอวกาศเพื่อการพัฒนาชีวิตบนโลกให้ดีขึ้น

จุดเด่นที่สำคัญของโครงการ

ออกแบบและประกอบโดยวิศวกรไทย

ชุดการทดลอง TIGERS-X ได้รับการพัฒนาโดยวิศวกรไทยตั้งแต่กระบวนการออกแบบและประกอบ มีการใช้ชิ้นส่วนผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปเชิงพาณิชย์ (Commercial-Off-The-Shelf) เพื่อสร้างชุดการทดลองที่สามารถทำงานบนสถานีอวกาศนานาชาติได้ตามมาตรฐานขององค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติสหรัฐฯ (NASA) และองค์การอวกาศยุโรป (ESA) เพื่อให้สามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยบนพื้นฐานของวิศวกรรมอวกาศ ภายใต้ขนาดกะทัดรัด 20 × 20 × 10 เซนติเมตร มีมวล 2.5 กิโลกรัม ใช้กำลังไฟฟ้าสูงสุด 18 วัตต์ มีวิศวกรรมการจัดการกับของไหลด้านในชุดการทดลองเพื่อป้องกันการรั่วไหล และสามารถเชื่อมต่อกับระบบสื่อสารของสถานีฯ เพื่อรับส่งข้อมูลกับภาคพื้นโลก นำส่งผลการทดลองได้อย่างทันท่วงที นับเป็นก้าวกระโดดที่สำคัญของการออกแบบการทดลองในอวกาศของประเทศไทย

ครั้งแรกที่การทดลองบนสถานีอวกาศนานาชาติถูกควบคุมจากประเทศไทย

เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่จะมีการควบคุมการทดลองบนสถานีอวกาศนานาชาติจากบนแผ่นดินไทย ผ่านห้องควบคุมภารกิจ (Mission Control Room) จากคณะแพทยศาสตร์ศรีสวางควัฒน ราชวิทยาลัยจุฬาภรณ์ ทำให้คณะวิจัยสามารถติดตามผลการทดลองได้ทันทีหลังการทดลองเสร็จสิ้น และสามารถปรับเปลี่ยนแผนการทดลองในลำดับถัดไปได้ตามความเหมาะสม

สนับสนุนการวิจัยทางการแพทย์แห่งอนาคต

โครงการ TIGERS-X พัฒนาขึ้นโดยกลุ่ม ISHA (Integration of Space and Human Advancement) ซึ่งรวมความเชี่ยวชาญจากวิศวกรรมอวกาศ ฟิสิกส์ของไหล และการแพทย์ ซึ่งมีประสบการณ์ในการพัฒนาแนวคิดการผลิตอาหารและเวชภัณฑ์ที่ผ่านการเข้าร่วมโครงการ NASA Deep Space Food Challenge ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อพัฒนาระบบอาหารที่ยั่งยืน (Sustainability) เพื่อสนับสนุนภารกิจการสำรวจอวกาศในระยะยาว การทำความเข้าใจกายภาพและพฤติกรรมของของไหลในอวกาศ เป็นโจทย์สำคัญที่คณะวิจัยมีประสบการณ์และศึกษามามากกว่า 7 ปี นอกจากการสนับสนุนภารกิจสำรวจอวกาศแล้ว องค์ความรู้ดังกล่าวยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้เพื่อพัฒนาระบบอาหารและเวชภัณฑ์บนโลกได้อีกด้วย

ช่วงเวลาดำเนินโครงการ

โครงการ TIGERS-X ในช่วงการทดลองบนสถานีอวกาศนานาชาติเริ่มต้นทันทีหลังคณะวิจัยค้นพบความเป็นไปได้ของการผสมกัน ในสภาวะไร้น้ำหนักหลังเที่ยวบินทดสอบในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2567 ซึ่งได้มีการตีพิมพ์งานวิจัยในหัวข้อ Universal and economical experimental platform for colloidal mixing lab-on-chip in parabolic flight ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2568

โดยการศึกษาเลือกใช้โภชนาการทางหลอดเลือดดำ (total parenteral nutrition) ซึ่งเป็นสารอิมัลชันที่ซับซ้อน (complex fluid) มาใช้เป็นตัวอย่างในการผสมเพื่อพิสูจน์สมมติฐานการผสม หากคณะวิจัยสามารถทำความเข้าใจพฤติกรรมระดับโมเลกุลของของไหล อาจนำไปสู่การสร้างแบบจำลอง (model) ที่ใช้อธิบายกายภาพและพฤติกรรมของของเหลว นำไปสู่ความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับการผสมอาหารและเวชภัณฑ์ ที่สามารถขยายผลการทดลองไปสู่อุตสาหกรรมในอนาคตได้

ส่วนประกอบของชุดการทดลอง

ภายในชุดการทดลอง TIGERS-X ประกอบไปด้วยระบบคอมพิวเตอร์สำหรับควบคุมการทดลอง ที่เชื่อมต่อเข้ากับบอร์ดสำหรับควบคุม การส่งของเหลวเข้าสู่ห้องทดลองบนชิป ระบบบันทึกภาพเคลื่อนไหว ความละเอียดสูง และถุงสำหรับบรรจุของเหลวสำหรับการทดลอง

สิ่งที่เป็นหัวใจสำคัญของการทดลองคือการปล่อยของเหลวให้ไหลในห้องทดลองขนาดเล็กเท่าชิป (Lab-on-a-Chip) ซึ่งมีรูปทรงเรขาคณิต ที่มีชื่อเรียกว่า Tesla Valve มีหน้าที่ทำให้เกิดกระแสปั่นป่วน (turbulence) จากการเคลื่อนที่ของของเหลวไหลภายในรูปทรงเรขาคณิตเป็นเหตุให้ ของเหลวเกิดการผสมกันอย่างมีประสิทธิภาพในสภาวะไร้น้ำหนักบนสถานีอวกาศนานาชาติ ซึ่งของเหลวที่ใช้ในการทดสอบผสม                   ได้แก่ โภชนาการทางหลอดเลือด การทดลองนี้ยังเป็นต้นแบบของการออกแบบ การผสมกันโดยไม่ต้องใช้แรงกล เช่น ใบพัด ที่เต็มไปด้วยซอกและมุมที่อาจทำให้เกิดการหมักหมมของสิ่งสกปรก และห้องทดลองขนาดเล็กนี้สามารถนำไปพัฒนาต่อยอดเป็นชุดการทดลองอื่น ๆ นอกเหนือจากห้องทดลองสำหรับการผสมได้ เช่น ชุดการทดลอง Organ-on-a-Chip 

การนำส่งไปยังสถานีอวกาศนานาชาติ

หลังจากประกอบชุดการทดลองเสร็จสิ้น ชุดการทดลองได้ถูกส่งมอบไปยัง บริษัท สเปซแอปพลิเคชันส์เซอร์วิส (Space Applications Services)เพื่อตรวจสอบมาตรฐานความปลอดภัย หลังจากนั้นได้ถูกนำส่ง ไปยังองค์การอวกาศยุโรป (ESA) และส่งต่อไปยังประเทศสหรัฐอเมริกา เพื่อบรรจุภายในยานดรากอน (Dragon Spacecraft) ซึ่งเป็นเที่ยวบินเชิงพาณิชย์ที่ว่าจ้างโดยองค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติสหรัฐฯ (NASA) เพื่อเดินทางไปยังสถานีอวกาศนานาชาติ โดยจรวดฟัลคอน 9 (Falcon 9) จะพาตัวยานและสัมภาระอื่น ๆ บินขึ้นจากฐานปล่อยที่ 40 (Space Launch Complex-40) ภายในฐานทัพอวกาศคานาเวอรัล (Cape Canaveral Space Force Station) และเข้าเทียบท่ากับสถานีอวกาศนานาชาติ ซึ่งโคจรรอบโลกอยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 400 กิโลเมตรเหนือพื้นโลกภายในระยะเวลาหนึ่งถึงสองวัน

การติดตั้งและการทำงานบนสถานีอวกาศนานาชาติ

ชุดการทดลอง TIGERS-X จะถูกติดตั้งภายในห้องทดลองโคลัมบัส (Columbus Module) ซึ่งเป็นโมดูลขององค์การอวกาศยุโรปบนสถานีอวกาศนานาชาติ บนแพลตฟอร์มไอซ์คิวบ์ (ICE Cubes) ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มการทดลองแบบอัตโนมัติที่ควบคุมจากพื้นโลก โดยไม่จำเป็นต้องอาศัยการควบคุมจากนักบินอวกาศหากการทดลองดำเนินไปตามปกติ คณะวิจัยสามารถควบคุมการทดลองได้จากภาคพื้นโลก โดยมีช่วงเวลาทำการทดลอง 6 วัน ประกอบด้วยการศึกษาการไหลของของเหลวและพฤติกรรมการผสมในรูปแบบที่แตกต่างกันซ้ำหลาย ๆ ครั้งเพื่อความแม่นยำของผลลัพธ์ และสังเกตพฤติกรรมใหม่ของการผสมในสภาวะไร้น้ำหนักที่อาจนำไปสู่การค้นพบใหม่ (Breakthrough Discovery) หลังจากนั้น ชุดการทดลองจะถูกส่งกลับมายังโลกด้วยยานดรากอนลำเดิม โดยตัวยานจะลงจอดบนผิวน้ำนอกชายฝั่งรัฐแคลิฟอร์เนีย ก่อนที่ชุดการทดลองจะถูกส่งกลับมายังยุโรปและส่งคืนให้กับคณะวิจัย

ประโยชน์จากโครงการและโอกาสในอนาคต

โครงการ TIGERS-X ถือเป็นโครงการบุกเบิกด้านเทคโนโลยีการผสมของเหลวในอวกาศเพื่อการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ ซึ่งริเริ่มโดยวิสัยทัศน์ของคณะแพทยศาสตร์ศรีสวางควัฒน ราชวิทยาลัยจุฬาภรณ์ เพื่อผลลัพธ์ในนวัตกรรมด้านระบบบริการสุขภาพ (healthcare innovations) ที่สามารถยกระดับคุณภาพชีวิตของประชาชนชาวไทยได้อย่างเป็นรูปธรรม ในขณะเดียวกัน ภารกิจดังกล่าวยังสะท้อนถึงการปรับเปลี่ยนกระบวนทัศน์เชิงยุทธศาสตร์ (strategic paradigm shift) ครั้งสำคัญของอุตสาหกรรมอวกาศไทย จากการเป็นเพียง "ผู้ซื้อหรือผู้ใช้" เทคโนโลยีขั้นสูง สู่การเป็น "ผู้ผลิตและสร้างสรรค์" นวัตกรรมเทคโนโลยีขั้นสูง โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมการแพทย์ หุ่นยนต์ และอวกาศ

ความสำเร็จของภารกิจนี้เป็นสิ่งยืนยันถึงขีดความสามารถทางวิศวกรรมแบบครบวงจร (end-to-end engineering capability) ของประเทศไทย ซึ่งครอบคลุมตั้งแต่กระบวนการออกแบบ การเลือกใช้วัสดุและชิ้นส่วนสำหรับการประกอบภายในประเทศ รวมถึงการผลิตชิ้นส่วนต่าง ๆ ของภารกิจ ไปจนถึงกระบวนการทดสอบอันเข้มงวดและระบบสื่อสารทางไกลกับสถานีอวกาศนานาชาติ ความสำเร็จเหล่านี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า ห่วงโซ่อุปทาน (supply chain) และระบบนิเวศทางเทคโนโลยีของประเทศไทยมีความพร้อมบริบูรณ์ในการรองรับการเติบโตของอุตสาหกรรมอวกาศในอนาคต

โครงการ TIGERS-X นับเป็นการวางรากฐานที่สำคัญของอุตสาหกรรมอวกาศในประเทศไทย เพื่อแสดงให้เห็นว่าสามารถเกิดขึ้นและเติบโตได้จริง ตลอดจนเป็นเครื่องพิสูจน์ว่าอุตสาหกรรมพื้นฐานของประเทศมีศักยภาพเพียงพอที่จะรองรับอุตสาหกรรมขั้นสูงได้ สิ่งเหล่านี้ถือเป็นปัจจัยที่มีความสำคัญยิ่งยวดต่อการสร้างความน่าเชื่อถือในระดับสากล ทั้งนี้ มรดกทางองค์ความรู้และมาตรฐานทางวิศวกรรมที่เกิดขึ้นจากโครงการดังกล่าว จะเป็นก้าวสำคัญในการสร้างความเชื่อมั่นให้แก่นักลงทุน ตลอดจนเป็นการกรุยทางให้สถาบันวิจัยและหน่วยงานภาคเอกชนของไทยสามารถก้าวเข้าสู่ระบบเศรษฐกิจอวกาศยุคใหม่ได้อย่างมั่นคง

คำถามที่พบบ่อย