ในระบบสุริยะของเรา นอกจากโลกก็ยังมีดวงจันทร์ของดาวเสาร์ที่มีทะเลเป็นของเหลวและมีช่องเปิดถึงพื้นผิว ซึ่ง มันอาจมีความเป็นไปได้ที่จะมีชีวิตรูปแบบง่ายๆอยู่ ณ ที่นั้น ในการนี้เองก็ได้มีนักวิทยาศาสตร์นาซ่าที่ไม่ได้บ้าดาวเรียงตัวกันนำเสนอแนวทางการส่งเรือดำน้ำไปสำรวจดวงจันทร์ไททันของดาวเสาร์ เพื่อจะได้ข้อมูลที่ลึกกว่าการสำรวจแค่พื้นผิว ในฐานะนักเขียนที่เคยเขียนเกี่ยวกับเรือดำอวกาศมาแล้ว รอบนี้อุตส่าห์มีเรือดำน้ำอวกาศจริงๆ ไม่ได้โม้ เอามาให้เล่น เราก็คงต้องมาแกะกันหน่อยละว่า ความเป็นไปได้ที่จะสร้างเรือดำน้ำอวกาศจะเป็นอย่างไร และหน้าตามัน ควรจะเป็นอย่างไรกัน
รูปที่ 1: ความน่าจะเป็นของระบบนิเวศน์ของดวงจันทร์ไททันถูกตั้งเป้าไว้ในบริเวณทะเลสาปและชั้นมหาสมุทรใต้เปลือกดาว
เมื่อจะกล่าวถึงความน่าจะเป็นที่จะมีสิ่งมีชีวิตบนดวงจันทร์ไททัน
ทะเลของดวงจันทร์ไททันเป็นมีเทนและอีเทนเหลว ส่วนพื้นที่เป็นของแข็งเป็นมีเทนคลาเทรต ซึ่งเป็นผลึกคอมเพลกซ์ระหว่างมีเทนและน้ำ แม้ว่าอุณหภูมิของไททันจะหนาวเหน็บเกินกว่าจะมีน้ำปรากฎอยู่ทั้ง 3 สถานะ แต่อุณหภูมิและความดันของไททันดันพอดีกับจุด triple point ของมีเทน ทำให้มันเป็นดาวหินดวงที่สอง นอกจากโลก ที่มีสสารปรากฎใน 3 สถานะ ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ แถมมีเทนก็เป็นไฮโดรคาร์บอน มันย่อมมีความเป็นไปได้ว่าจะมีชีวิตที่ใช้มีเทนเป็นองค์ประกอบของเหลวในเซลล์แทนน้ำเสียก็ได้
มหาสมุทรบนผิวของดวงจันทร์ไททันนั้นอาจเชื่อมต่อกันถึงใต้แผ่นทวีปมีเทนคลาเทรต ซึ่ง เป็นจุดที่นักวิทยาศาสตร์คาดคะเนว่า มันอาจมีระบบนิเวศน์ที่เอื้อให้สื่งมีชีวิตเกิดขึ้นได้ เพราะ อย่างน้อย ข้อมูลจากยานแคสสินีในปี 2007 ระบุการค้นพบโทลิน (Tholin) ซึ่งเป็นสารชีวภาพที่สามารถประกอบขึ้นเป็นกรดอะมิโนที่ซับซ้อนขึ้นได้ในบรรยากาศ สำหรับการมีอยู่ของชีวิต มันต้องมีแหล่งพลังงาน แหล่งพลังงานของไททันอาจไม่ใช่พลังงานแสงหรือความร้อนแบบสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่บนโลกแต่มันอาจใช้พลังงานจากสมดุลเคมี โดยเฉพาะจุดที่ลึกลงไปใต้ผิวเปลือกลงไปสู่มหาสมุทรที่หนาวเหน็บมืดมิดแต่อาจมีแหล่งพลังงานจากปฏิกิริยาเคมี พื้นที่ใต้เปลือกดาวนี้ อาจยาก ที่จะเข้าถึงไปสำรวจด้วยวิธีการปรกติ แต่ มันมีความเป็นไปได้ที่มหาสมุทรบนภาคพื้นผิว เช่นบริเวณทะเลคราเคน อาจมีจุดเชื่อมต่อลึกลงไปถึงใต้ผิวดาว การสำรวจใต้ทะเลอาจจะสามารถเข้าถึงพื้นที่ปริมาณมหาศาลเหนือกว่าการส่งเป็นยานยนต์หรือแค่เรือที่ลอยบนผิวมหาสมุทร เพื่อการจะส่งเรือดำน้ำไปยังดวงจันทร์ไททัน มันจำเป็นต้องเอาชนะข้อจำกัดทางวิทยาศาสตร์ดังที่จะกล่าวถึงต่อไป
ทะเลมีเธน และความดันใต้ทะเลของไททัน
รูปที่ 2: ความดันทำให้ปริมาตรก๊าซหดตัวลง พร้อมกับการหดตัว ถึงจุดหนึ่งมันอาจเกิดการเปลี่ยนสถานะเมื่อความดันเลยเส้นการแข็งตัวของสสาร ในกรณีเรือดำน้ำอวกาศ อุณหภูมิดวงจันทร์ไททันนั้นใกล้เคียงเส้นการเยือกแข็ง และก๊าซที่จะเอามาใช้เป็นสารลอยตัว ควรที่จะต้องจัดให้ห่างจากจุด triple point ของมีเทนเพื่อความปลอดภัยของการดำน้ำในอวกาศ ไม่ให้มันกลั่นตัวเป็นของเหลวและไม่สามารถผลักและขับมีเทนออกจากถังอับเฉา
มีเธนเหลวนั้นมีความหนาแน่นเพียง 42% ของน้ำ นั่นทำให้การลอยตัวของเรือดำน้ำนี้ยากกว่าเรือดำน้ำบนโลก และประกอบด้วยว่า อุณหภูมิของไททันนั้นอยู่ที่ -180 องศาเซลเซียส ก๊าซ ที่จะใช้พยุงให้เรือดำน้ำอวกาศนี้ลอยตัวในทะเลมีเทน ต้องมีจุดเดือดสูงกว่ามีเทนถึงจะใช้ได้ ตรงนี้ ตัวเลือกก๊าซที่เป็นไปได้คือ ฮีเลียม หรือไฮโดรเจน ที่มีจุดหลอมเหลวใกล้เคียงกับ 0 องศาสมบูรณ์ และโดยที่ระดับความลึกของทะเลไททันที่เรือดำน้ำของเราต้องดำลงไปนั้นลึกมาก แม้แรงโน้มถ่วงของไททันจะน้อยเพียง 1/7 ของโลก ที่ความลึก 50-80 กิโลเมตร ทะเลไททันจะมีแรงดันที่ราว 450 บรรยากาศ ที่ระดับความลึกนี้ ฮีเลียมจะถูกบีบอัดจนมีความหนาแน่นราว 230 กิโลกรัมต่อ ลบม การที่ความหนาแน่นสูง มันทำให้ปริมาณชิ้นส่วนโลหะที่เป็นโครงสร้างของเรือดำน้ำมีได้น้อยลง ถ้าจะให้เรือดำน้ำฮีเลียมนี้ลอยได้ในความลึก 50 กิโลเมตร เรือดำน้ำนี้จะมีองค์ประกอบโลหะ...เอาเป็นไทเทเนียมก็แล้วกัน ไม่เกิน 200 กิโลกรัมต่อปริมาตร 1 ลบม แต่ถ้าเราใช้ก๊าซไฮโดรเจนที่มีความหนาแน่นราว 110 กิโลกรัมต่อ ลบม องค์ประกอบโลหะ จะมีได้ถึง 300 กิโลกรัมต่อ ลบม
ตัวเลขของเรือดำน้ำอวกาศ ถ้าเอามาเทียบกับเรือดำน้ำบนโลกเรา เช่นเรือดำน้ำ Ohio Class มันมีปริมาตรแทนที่น้ำที่ 17,000 ตันขณะลอย และ 19,000 ตันขณะดำน้ำ เราประเมินได้ว่าองค์ประกอบ 1 ลบม ของเรือดำน้ำชั้น Ohio มีน้ำหนักโลหะถึง 800 – 900 กิโลกรัมต่อ ลบม เรือ และเรือชั้นโอไฮโอออกแบบมาให้ดำน้ำได้ที่ 240 เมตร หรือความดัน 24 บรรยากาศ การสร้างเรือดำน้ำที่ต้องเบากว่าเรือดำน้ำบนโลกกว่าเท่าตัวโดยที่ต้องรับแรงดันได้เกือบ 20 เท่า น่าจะจัดได้ว่าเป็นสิ่งที่ยากลำบากแสนเข็ญ บางที ภายในของเรือดำน้ำอวกาศอาจต้องเติมเต็มไว้ด้วยวัสดุประเภท Aerogel เพื่อใช้โครงสร้างของผนังซิลิคอนที่เติมเต็มด้วยก๊าซเฉื่อยในการรับแรงดันภายใต้ทะเลมีเทน
ถังอับเฉาอวกาศ
รูปที่ 3: การทำงานของอับเฉาเรือดำน้ำ ใช้การเปิด-ปิดวาล์ล หรืออาจใช้ร่วมกับการสูบน้ำเพื่อเปลี่ยนความถ่วงจำเพาะของเรือ สิ่งที่ต้องสังเกตคือ ระบบการดำน้ำลักษณะนี้เป็นระบบเปิด ในกรณีเรือดำน้ำอวกาศของเรา ระบบเปิดแบบนี้มีความเสี่ยงตอนที่อัดอากาศเข้าไปไล่มีเทนเหลว ที่ความลึกมากๆ มีความเป็นไปได้ที่ก๊าซในบรรยากาศของไททันจะถึงจุดกลั่นตัวตามรูปที่ 2
การทำงานของเรือดำน้ำปรกติเราใช้การอัดอากาศเช้าแทนที่น้ำในถังอับเฉาให้เรือลอยและอัดอากาศกลับเข้าถังอากาศให้น้ำเข้าท่วมถังอับเฉาให้เรือดำน้ำจมลงไป แม้ว่าดวงจันทร์ไททันจะมีชั้นบรรยากาศที่หนา ประกอบขึ้นจากไนโตรเจนเป็นหลัก แต่กลไกนี้ไม่สามารถใช้ได้ตรงๆในดวงจันทร์ไททัน ด้วยอย่างน้อย 2 เหตุผลที่ผมเห็น
เหตุผลแรก คือเรื่องแรงลอยตัวที่ต้องใช้สำหรับทะเลมีเทนนั้นสูงมาก ถ้าใช้ไนโตรเจนเป็นก๊าซสำหรับลอยตัว แรงลอยตัวของเรือดำน้ำอวกาศของเราจะต่ำมาก แถมจุดเดือดของไนโตรเจนก็ต่ำกว่ามีเทนไปไม่มากนัก ขณะดำน้ำ มีโอกาสที่ไนโตรเจนจะถูกบีบอัดจนกลั่นตัว และถ้าเกิดเหตุนั้นขึ้นมาเรือดำน้ำเราก็จะจมหายไปอย่างถาวร เราจึงควรหนีไปใช้ก๊าซไฮโดรเจนหรือก๊าซเฉื่อยอย่างฮีเลียม
เหตุผลที่สอง คือ อากาศของดวงจันทร์ไททันมันไม่ได้มีแค่ไนโตรเจน มันมีมีเทน อีเทน และอาจมีก๊าซไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ ซึ่งสามารถกลั่นตัวและตกผลึกเป็นของแข็งภายใต้ความดันของทะเลลึก มันคงไม่ใช่เรื่องสนุกถ้าขณะจะลอยตัวขึ้น วาล์ลอากาศดันขัดเพราะมีน้ำแข็งอีเทนหรือโพรเพนไปอุดตัน ดังนั้นเราควรนำก๊าซที่เราจะใช้ไปจากโลก
รูปที่ 4: คอนเซปท์เรือดำน้ำอวกาศของนาซ่าที่วางแผนจะส่งไปดำทะเลคราเคน มีถังอับเฉาเป็นท่ออยู่ข้างนอกลำเรือ
แต่ถึงเราจะพกไฮโดรเจนและฮีเลียมไปจากโลก เราก็คงไม่เอาก๊าซอันมีค่าของเราไปสัมผัสกับมีเทนเหลวโดยตรงเพราะสารทุกอย่างมีความดันไอ ก๊าซทุกชนิดละลายได้ในของเหลวด้วยกฎของเฮนรี่ อับเฉาของเรือดำน้ำอวกาศนี้จะต้องมีไดอะแฟรมเป็นตัวคั่นระหว่างเฟสของเหลวและก๊าซ ซึ่งตรงนี้วัสดุที่ใช้ผมเข้าใจว่ามันมีพวก Cryogenic polymer สารโพลีเมอร์ ที่ออกแบบมาเฉพาะให้ทำงานที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งน่าจะนำมาใช้เป็นส่วนประกอบเรือดำน้ำของเราได้
การนำทางใต้ทะเล และ การขนส่งข้อมูลกลับสู่โลก
รูปที่ 5: ลักษณะภูมิประเทศและบรรยากาศของดวงจันทร์ไททัน มันมีชั้นบรรยากาศไนโตรเจน และมีชั้นเมฆมีเทนกับไนโตรเจนเป็นตัวบดบังการส่งสัญญาณออกสู่อวกาศนอกเหนือจากการดูดซับสัญญาณโดยทะเลมีเทน ในการส่งสัญญาณกลับสู่โลก มันจำเป็นต้องมีดาวเทียมเป็นตัวส่งผ่านสัญญาณ รับจากเรือดำน้ำอวกาศแล้วส่งต่อกลับสู่โลก
ปัญหาการส่งข้อมูลของเรือดำน้ำอวกาศน่าจะคล้ายกับเรือดำน้ำบนโลกของเรา บนโลก น้ำเป็นตัวดูดซับและกระจัดคลื่นวิทยุและคลื่นแสง เรือดำน้ำที่ปฏิบัติการอยู่แทบจะไม่มีช่องทางติดต่อกับประเทศต้นทางนอกจากจะลอยลำขึ้นรับสัญญาณ หรือใช้ทุ่นสัญญาณ เพื่อส่งสัญญาณตามสายไปบนทุ่นแล้วรับ-ส่งข้อมูลสู่ดาวเทียม ระบบของเรือดำน้ำ ไม่มีทางใช้งาน GPS จนกว่าจะลอยลำ ในกรณีของดวงจันทร์ไททัน จะมีประเด็นเรื่องที่ดวงจันทร์ไททันเองมีชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นถึง 1.5 เท่าของโลก และน่าจะมีวัฎจักรของมีเทนคล้ายวัฎจักรน้ำ มีเมฆ มีฝน ด้วยระดับความลึกของการปฏิบัติการจะอยู่ที่ราว 50-80 กิโลเมตรนับจากผิวดาว นั่นคือระดับความลึกที่ทะเลของดวงจันทร์ไททันเชื่อมต่อกันอยู่ มันไม่มีทางที่จะใช้การควบคุมโดยมนุษย์เพื่อนำทางเรือดำน้ำอวกาศของเราได้ทั้งอุปสรรคจากความลึก จากการเกิดเมฆมีเทน ระบบของเรือดำน้ำนี้ จำเป็นต้องใช้ AI ที่ทรงพลังในการประมวลผล ต้องสามารถประมวลแผนที่ขึ้นจาก Sonar Array เพื่อนำทางตัวเรือเองไปยังพิกัดที่ได้รับคำสั่งมาจากโลก แล้วต้องกลับขึ้นมาเหนือน้ำบริเวณที่ทะเลมีเธนเชื่อมถึงผิวดาว เพื่อส่งช้อมูลสู่ดาวเทียมเพื่อส่งต่อข้อมูลกลับสู่โลกเป็นรอบๆ เมื่อขึ้นถึงผิวน้ำ
พลังงานขับเคลื่อนของเรือดำน้ำอวกาศ
ที่ระดับวงโคจรของดาวเสาร์ ความเข้มของแสงอาทิตย์นั้นอยู่ที่เพียง 15 วัตต์ต่อตารางเมตร ความเข้มแสงนี้ต่อให้เป็นใช้ขับเคลื่อนยานพาหนะบนผิวดาวก็คงไม่พอ ยิ่งเรือดำน้ำเราต้องปฏิบัติการลึกลงไปในทะเลมีเทน ตัวเลือกพลังงานของเรือดำน้ำอวกาศนี้ น่าจะใช้พลังงานไฟฟ้านิวเคลียร์อาศัยการแตกตัวของธาตุกัมมันตรังสีให้ความร้อนกับวงจรเพลเทียร์ผลิตไฟฟ้าแบบเดียวกับที่เราใช้กับยานอวกาศอย่างวอยเอเจอร์ แต่การใช้เตาปฏิกรณ์ไฟฟ้านิวเคลียร์นี้ ก็อาจเจอปัญหาเรื่องการระบายความร้อน เหตุเพราะ ช่องว่างอุณหภูมิของมีเทนนั้น เป็นของเหลวแค่ในช่วงแคบๆระหว่าง -150 ถึง -180 องศาเซลเซียสที่ความดัน 1.5 bar และขนาดความจุความร้อนของมีเทนเหลวนั้นมีเพียง 80% ของน้ำ และพลังงานที่ใช้ในการกลายเป็นไอ ก็ต้องการเพียง 25% ของน้ำ เรือดำน้ำอวกาศนี้ อาจจะต้องมีการออกแบบระบบครีบระบายความร้อนเพื่อจะระบายความร้อนจากปฏิกิริยานิวเคลียร์โดยไม่ให้เกิดการเดือดของมีเทนบนผิวเรือดำน้ำของเรา กรณีถ้ามีการเดือดละก็ เราลึมเรื่องระบบโซนาร์ไปได้เลยเพราะเราจะได้ยินแต่เสียงการเดือดที่ข้างลำเรือ
จากความรู้ทั้งหมดที่เรามี การส่งเรือดำน้ำออกอวกาศไปยังดวงจันทร์ไททันยังเป็นความฝันที่น่าจะต้องใช้เวลาอีกหลายสิบปีที่จะก้าวข้ามข้อจำกัดต่างๆ นอกจากนี้ยังมีเรื่องการนำทางเรือดำน้ำไปสู่ทะเลสาปที่เปิดบนผิวดาวไม่กระแทกลงพื้นลงโขดน้ำแข็งหรือกระแทกมีเทนเหลวแรงจนชิ้นส่วนเสียหาย การควบคุมการลงพื้นแบบร่มชูชีพต้องมีการรับมือกระแสลมที่อาจพัด Payload ของเราออกนอกเป้าหมายได้ห่างไกล ผมเชื่อว่า ก่อนจะส่งเรือดำน้ำลงสำรวจ เราน่าจะต้องส่งดาวเทียมและอากาศยานเข้าสำรวจดวงจันทร์นี้จนสามารถทำนายสภาพทางอุตุนิยมวิทยา กระแสลม ฝน การไหลของมีเทนเหลว ก่อนที่เราจะลงไปสำรวจในทะเลคราเคนใต้ผิวดาว
เรือดำน้ำอวกาศ
เมื่อจะกล่าวถึงความน่าจะเป็นที่จะมีสิ่งมีชีวิตบนดวงจันทร์ไททัน
ทะเลของดวงจันทร์ไททันเป็นมีเทนและอีเทนเหลว ส่วนพื้นที่เป็นของแข็งเป็นมีเทนคลาเทรต ซึ่งเป็นผลึกคอมเพลกซ์ระหว่างมีเทนและน้ำ แม้ว่าอุณหภูมิของไททันจะหนาวเหน็บเกินกว่าจะมีน้ำปรากฎอยู่ทั้ง 3 สถานะ แต่อุณหภูมิและความดันของไททันดันพอดีกับจุด triple point ของมีเทน ทำให้มันเป็นดาวหินดวงที่สอง นอกจากโลก ที่มีสสารปรากฎใน 3 สถานะ ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ แถมมีเทนก็เป็นไฮโดรคาร์บอน มันย่อมมีความเป็นไปได้ว่าจะมีชีวิตที่ใช้มีเทนเป็นองค์ประกอบของเหลวในเซลล์แทนน้ำเสียก็ได้
มหาสมุทรบนผิวของดวงจันทร์ไททันนั้นอาจเชื่อมต่อกันถึงใต้แผ่นทวีปมีเทนคลาเทรต ซึ่ง เป็นจุดที่นักวิทยาศาสตร์คาดคะเนว่า มันอาจมีระบบนิเวศน์ที่เอื้อให้สื่งมีชีวิตเกิดขึ้นได้ เพราะ อย่างน้อย ข้อมูลจากยานแคสสินีในปี 2007 ระบุการค้นพบโทลิน (Tholin) ซึ่งเป็นสารชีวภาพที่สามารถประกอบขึ้นเป็นกรดอะมิโนที่ซับซ้อนขึ้นได้ในบรรยากาศ สำหรับการมีอยู่ของชีวิต มันต้องมีแหล่งพลังงาน แหล่งพลังงานของไททันอาจไม่ใช่พลังงานแสงหรือความร้อนแบบสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่บนโลกแต่มันอาจใช้พลังงานจากสมดุลเคมี โดยเฉพาะจุดที่ลึกลงไปใต้ผิวเปลือกลงไปสู่มหาสมุทรที่หนาวเหน็บมืดมิดแต่อาจมีแหล่งพลังงานจากปฏิกิริยาเคมี พื้นที่ใต้เปลือกดาวนี้ อาจยาก ที่จะเข้าถึงไปสำรวจด้วยวิธีการปรกติ แต่ มันมีความเป็นไปได้ที่มหาสมุทรบนภาคพื้นผิว เช่นบริเวณทะเลคราเคน อาจมีจุดเชื่อมต่อลึกลงไปถึงใต้ผิวดาว การสำรวจใต้ทะเลอาจจะสามารถเข้าถึงพื้นที่ปริมาณมหาศาลเหนือกว่าการส่งเป็นยานยนต์หรือแค่เรือที่ลอยบนผิวมหาสมุทร เพื่อการจะส่งเรือดำน้ำไปยังดวงจันทร์ไททัน มันจำเป็นต้องเอาชนะข้อจำกัดทางวิทยาศาสตร์ดังที่จะกล่าวถึงต่อไป
ทะเลมีเธน และความดันใต้ทะเลของไททัน
มีเธนเหลวนั้นมีความหนาแน่นเพียง 42% ของน้ำ นั่นทำให้การลอยตัวของเรือดำน้ำนี้ยากกว่าเรือดำน้ำบนโลก และประกอบด้วยว่า อุณหภูมิของไททันนั้นอยู่ที่ -180 องศาเซลเซียส ก๊าซ ที่จะใช้พยุงให้เรือดำน้ำอวกาศนี้ลอยตัวในทะเลมีเทน ต้องมีจุดเดือดสูงกว่ามีเทนถึงจะใช้ได้ ตรงนี้ ตัวเลือกก๊าซที่เป็นไปได้คือ ฮีเลียม หรือไฮโดรเจน ที่มีจุดหลอมเหลวใกล้เคียงกับ 0 องศาสมบูรณ์ และโดยที่ระดับความลึกของทะเลไททันที่เรือดำน้ำของเราต้องดำลงไปนั้นลึกมาก แม้แรงโน้มถ่วงของไททันจะน้อยเพียง 1/7 ของโลก ที่ความลึก 50-80 กิโลเมตร ทะเลไททันจะมีแรงดันที่ราว 450 บรรยากาศ ที่ระดับความลึกนี้ ฮีเลียมจะถูกบีบอัดจนมีความหนาแน่นราว 230 กิโลกรัมต่อ ลบม การที่ความหนาแน่นสูง มันทำให้ปริมาณชิ้นส่วนโลหะที่เป็นโครงสร้างของเรือดำน้ำมีได้น้อยลง ถ้าจะให้เรือดำน้ำฮีเลียมนี้ลอยได้ในความลึก 50 กิโลเมตร เรือดำน้ำนี้จะมีองค์ประกอบโลหะ...เอาเป็นไทเทเนียมก็แล้วกัน ไม่เกิน 200 กิโลกรัมต่อปริมาตร 1 ลบม แต่ถ้าเราใช้ก๊าซไฮโดรเจนที่มีความหนาแน่นราว 110 กิโลกรัมต่อ ลบม องค์ประกอบโลหะ จะมีได้ถึง 300 กิโลกรัมต่อ ลบม
ตัวเลขของเรือดำน้ำอวกาศ ถ้าเอามาเทียบกับเรือดำน้ำบนโลกเรา เช่นเรือดำน้ำ Ohio Class มันมีปริมาตรแทนที่น้ำที่ 17,000 ตันขณะลอย และ 19,000 ตันขณะดำน้ำ เราประเมินได้ว่าองค์ประกอบ 1 ลบม ของเรือดำน้ำชั้น Ohio มีน้ำหนักโลหะถึง 800 – 900 กิโลกรัมต่อ ลบม เรือ และเรือชั้นโอไฮโอออกแบบมาให้ดำน้ำได้ที่ 240 เมตร หรือความดัน 24 บรรยากาศ การสร้างเรือดำน้ำที่ต้องเบากว่าเรือดำน้ำบนโลกกว่าเท่าตัวโดยที่ต้องรับแรงดันได้เกือบ 20 เท่า น่าจะจัดได้ว่าเป็นสิ่งที่ยากลำบากแสนเข็ญ บางที ภายในของเรือดำน้ำอวกาศอาจต้องเติมเต็มไว้ด้วยวัสดุประเภท Aerogel เพื่อใช้โครงสร้างของผนังซิลิคอนที่เติมเต็มด้วยก๊าซเฉื่อยในการรับแรงดันภายใต้ทะเลมีเทน
ถังอับเฉาอวกาศ
การทำงานของเรือดำน้ำปรกติเราใช้การอัดอากาศเช้าแทนที่น้ำในถังอับเฉาให้เรือลอยและอัดอากาศกลับเข้าถังอากาศให้น้ำเข้าท่วมถังอับเฉาให้เรือดำน้ำจมลงไป แม้ว่าดวงจันทร์ไททันจะมีชั้นบรรยากาศที่หนา ประกอบขึ้นจากไนโตรเจนเป็นหลัก แต่กลไกนี้ไม่สามารถใช้ได้ตรงๆในดวงจันทร์ไททัน ด้วยอย่างน้อย 2 เหตุผลที่ผมเห็น
เหตุผลแรก คือเรื่องแรงลอยตัวที่ต้องใช้สำหรับทะเลมีเทนนั้นสูงมาก ถ้าใช้ไนโตรเจนเป็นก๊าซสำหรับลอยตัว แรงลอยตัวของเรือดำน้ำอวกาศของเราจะต่ำมาก แถมจุดเดือดของไนโตรเจนก็ต่ำกว่ามีเทนไปไม่มากนัก ขณะดำน้ำ มีโอกาสที่ไนโตรเจนจะถูกบีบอัดจนกลั่นตัว และถ้าเกิดเหตุนั้นขึ้นมาเรือดำน้ำเราก็จะจมหายไปอย่างถาวร เราจึงควรหนีไปใช้ก๊าซไฮโดรเจนหรือก๊าซเฉื่อยอย่างฮีเลียม
เหตุผลที่สอง คือ อากาศของดวงจันทร์ไททันมันไม่ได้มีแค่ไนโตรเจน มันมีมีเทน อีเทน และอาจมีก๊าซไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ ซึ่งสามารถกลั่นตัวและตกผลึกเป็นของแข็งภายใต้ความดันของทะเลลึก มันคงไม่ใช่เรื่องสนุกถ้าขณะจะลอยตัวขึ้น วาล์ลอากาศดันขัดเพราะมีน้ำแข็งอีเทนหรือโพรเพนไปอุดตัน ดังนั้นเราควรนำก๊าซที่เราจะใช้ไปจากโลก
การนำทางใต้ทะเล และ การขนส่งข้อมูลกลับสู่โลก
ปัญหาการส่งข้อมูลของเรือดำน้ำอวกาศน่าจะคล้ายกับเรือดำน้ำบนโลกของเรา บนโลก น้ำเป็นตัวดูดซับและกระจัดคลื่นวิทยุและคลื่นแสง เรือดำน้ำที่ปฏิบัติการอยู่แทบจะไม่มีช่องทางติดต่อกับประเทศต้นทางนอกจากจะลอยลำขึ้นรับสัญญาณ หรือใช้ทุ่นสัญญาณ เพื่อส่งสัญญาณตามสายไปบนทุ่นแล้วรับ-ส่งข้อมูลสู่ดาวเทียม ระบบของเรือดำน้ำ ไม่มีทางใช้งาน GPS จนกว่าจะลอยลำ ในกรณีของดวงจันทร์ไททัน จะมีประเด็นเรื่องที่ดวงจันทร์ไททันเองมีชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นถึง 1.5 เท่าของโลก และน่าจะมีวัฎจักรของมีเทนคล้ายวัฎจักรน้ำ มีเมฆ มีฝน ด้วยระดับความลึกของการปฏิบัติการจะอยู่ที่ราว 50-80 กิโลเมตรนับจากผิวดาว นั่นคือระดับความลึกที่ทะเลของดวงจันทร์ไททันเชื่อมต่อกันอยู่ มันไม่มีทางที่จะใช้การควบคุมโดยมนุษย์เพื่อนำทางเรือดำน้ำอวกาศของเราได้ทั้งอุปสรรคจากความลึก จากการเกิดเมฆมีเทน ระบบของเรือดำน้ำนี้ จำเป็นต้องใช้ AI ที่ทรงพลังในการประมวลผล ต้องสามารถประมวลแผนที่ขึ้นจาก Sonar Array เพื่อนำทางตัวเรือเองไปยังพิกัดที่ได้รับคำสั่งมาจากโลก แล้วต้องกลับขึ้นมาเหนือน้ำบริเวณที่ทะเลมีเธนเชื่อมถึงผิวดาว เพื่อส่งช้อมูลสู่ดาวเทียมเพื่อส่งต่อข้อมูลกลับสู่โลกเป็นรอบๆ เมื่อขึ้นถึงผิวน้ำ
พลังงานขับเคลื่อนของเรือดำน้ำอวกาศ
ที่ระดับวงโคจรของดาวเสาร์ ความเข้มของแสงอาทิตย์นั้นอยู่ที่เพียง 15 วัตต์ต่อตารางเมตร ความเข้มแสงนี้ต่อให้เป็นใช้ขับเคลื่อนยานพาหนะบนผิวดาวก็คงไม่พอ ยิ่งเรือดำน้ำเราต้องปฏิบัติการลึกลงไปในทะเลมีเทน ตัวเลือกพลังงานของเรือดำน้ำอวกาศนี้ น่าจะใช้พลังงานไฟฟ้านิวเคลียร์อาศัยการแตกตัวของธาตุกัมมันตรังสีให้ความร้อนกับวงจรเพลเทียร์ผลิตไฟฟ้าแบบเดียวกับที่เราใช้กับยานอวกาศอย่างวอยเอเจอร์ แต่การใช้เตาปฏิกรณ์ไฟฟ้านิวเคลียร์นี้ ก็อาจเจอปัญหาเรื่องการระบายความร้อน เหตุเพราะ ช่องว่างอุณหภูมิของมีเทนนั้น เป็นของเหลวแค่ในช่วงแคบๆระหว่าง -150 ถึง -180 องศาเซลเซียสที่ความดัน 1.5 bar และขนาดความจุความร้อนของมีเทนเหลวนั้นมีเพียง 80% ของน้ำ และพลังงานที่ใช้ในการกลายเป็นไอ ก็ต้องการเพียง 25% ของน้ำ เรือดำน้ำอวกาศนี้ อาจจะต้องมีการออกแบบระบบครีบระบายความร้อนเพื่อจะระบายความร้อนจากปฏิกิริยานิวเคลียร์โดยไม่ให้เกิดการเดือดของมีเทนบนผิวเรือดำน้ำของเรา กรณีถ้ามีการเดือดละก็ เราลึมเรื่องระบบโซนาร์ไปได้เลยเพราะเราจะได้ยินแต่เสียงการเดือดที่ข้างลำเรือ
จากความรู้ทั้งหมดที่เรามี การส่งเรือดำน้ำออกอวกาศไปยังดวงจันทร์ไททันยังเป็นความฝันที่น่าจะต้องใช้เวลาอีกหลายสิบปีที่จะก้าวข้ามข้อจำกัดต่างๆ นอกจากนี้ยังมีเรื่องการนำทางเรือดำน้ำไปสู่ทะเลสาปที่เปิดบนผิวดาวไม่กระแทกลงพื้นลงโขดน้ำแข็งหรือกระแทกมีเทนเหลวแรงจนชิ้นส่วนเสียหาย การควบคุมการลงพื้นแบบร่มชูชีพต้องมีการรับมือกระแสลมที่อาจพัด Payload ของเราออกนอกเป้าหมายได้ห่างไกล ผมเชื่อว่า ก่อนจะส่งเรือดำน้ำลงสำรวจ เราน่าจะต้องส่งดาวเทียมและอากาศยานเข้าสำรวจดวงจันทร์นี้จนสามารถทำนายสภาพทางอุตุนิยมวิทยา กระแสลม ฝน การไหลของมีเทนเหลว ก่อนที่เราจะลงไปสำรวจในทะเลคราเคนใต้ผิวดาว