ยานอวกาศ

ดาวเทียม (Satellite) ดาวเทียม คือ อุปกรณ์ที่มนุษย์สร้างขึ้นแล้วปล่อยไว้ในวงโคจรรอบโลก เพื่อใช้ประโยชน์ในด้าน ต่างๆ เช่น ถ่ายภาพ ตรวจอากาศ โทรคมนาคม และปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ เป็นต้น ดาวเทียมถูกส่ง ขึ้นสู่อวกาศโดยติดตั้งบนจรวดหรือยานขนส่งอวกาศ ดาวเทียมดวงแรกของโลกเป็นของสหภาพโซเวียต ชอื่ สปตุ นกิ 1 (Sputnik 1) ถูกส่งข้นึ ส่อู วกาศเม่อื วนั ที่ 4 ตลุ าคม 2500 นับเปน็ จุดเร่ิมตน้ ของยคุ อวกาศ ภาพท่ี 1 ดาวเทียมสปตุ นิก 1 ท่มี า : http://www.lesa.biz/space-technology/satellite เพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ ดาวเทียมทั้งหลายจึงมีขนาด รูปร่าง ลักษณะแตกต่างกัน แตด่ าวเทียมสว่ นใหญ่มีองคป์ ระกอบหลกั ที่คล้ายคลงึ กันดังอธบิ ายประกอบภาพท่ี 2 ดงั น้ี 1) ระบบนำร่อง เป็นระบบคอมพิวเตอร์และไจโรสโคป ซึ่งมีหน้าที่ตรวจสอบตำแหน่งของดาวเทียม โดยการ เปรียบเทยี บกบั ตำแหน่งของดาวฤกษ์ สญั ญาณวิทยจุ ากสถานีบนโลกหรอื สญั ญาณจากดาวเทียมจีพีเอส 2) ระบบควบคุมและสื่อสาร ประกอบด้วย คอมพิวเตอร์ที่เก็บรวมรวมข้อมูล และประมวลผลคำสั่งต่างๆ ทไ่ี ดร้ บั จากส่วนควบคมุ บนโลก โดยมีอุปกรณ์วิทยแุ ละเสาอากาศ เพือ่ ใช้ในการรบั สง่ ข้อมลู 3) ระบบเซ็นเซอร์ และอุปกรณ์วิทยาศาสตร์อื่นๆ ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของภารกิจ เช่น ดาวเทียมสำรวจ โลกติดตั้งเซ็นเซอร์ตรวจจับช่วงคลื่นต่างๆ ดาวเทียมปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ติดตั้งห้องทดลอง ดาวเทียมทำแผนที่ติดตั้งเรดาร์และกล้องถ่ายภาพ ข้อมูลที่ได้จากระบบนี้จะถูกส่งกลับสู่โลกโดยใช้ เสาอากาศส่งคลน่ื วิทยุ เปน็ ตน้ 4) ระบบพลังงาน ทำหน้าที่ผลิตพลังงานและกักเก็บไว้เพื่อแจกจ่ายไปยังระบบไฟฟ้าของดาวเทียม โดยมีแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar cells) ไว้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อเปลี่ยนเป็น พลงั งานไฟฟา้ แต่ดาวเทยี มขนาดใหญอ่ าจมีเคร่ืองปฏกิ รณ์นวิ เคลียร์ 5) ระบบเครื่องยนต์ ดาวเทียมขนาดใหญ่ที่มีอายุใช้งานยาว จะมีเครื่องยนต์ซึ่งทำงานคล้ายกับเครื่องอัด อากาศ และปลอ่ ยออกทางปลายท่อ มหี น้าทสี่ ร้างแรงขับดนั เพอื่ รักษาระดับความสงู ของวงโคจร เนือ่ งจาก ทร่ี ะดบั วงโคจรในอวกาศยงั คงมีโมเลกุลอยู่อยา่ งเบาบาง แตด่ าวเทยี มโคจรดว้ ยความเร็วสูง โมเลกลุ อากาศ

สามารถสร้างแรงเสียดทานให้ดาวเทียมเคลื่อนที่ช้าลงและเคลือ่ นที่ต่ำลง หากไม่รักษาระยะสูงไว้ ในที่สุด ดาวเทียมกจ็ ะตกลงสพู่ ื้นโลก ภาพท่ี 2 สว่ นประกอบของดาวเทียมธอี อส ท่ีมา: http://www.thaitelecomkm.org/TTE/ 1. วงโคจรของดาวเทียม การออกแบบวงโคจรของดาวเทียมขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการใช้งานดาวเทียม ระดับความ สูงของดาวเทียมมีความสัมพันธ์กับคาบเวลาในวงโคจรตามกฎของเคปเลอร์ข้อที่ 3 (กำลังสองของคาบวง โคจรของดาวเทียม แปรผันตาม กำลงั สามของระยะหา่ งจากโลก) ดังน้นั ณ ระดบั ความสูงจากผิวโลกระดับ หนึ่ง ดาวเทียมจะต้องมคี วามเรว็ ในวงโคจรคา่ หนึง่ มิฉะนน้ั ดาวเทยี มอาจตกสู่โลกหรอื หลดุ จากวงโคจรรอบ โลก ดาวเทียมวงโคจรตำ่ เคลือ่ นทเ่ี รว็ ดาวเทียมวงโคจรสูงเคลอ่ื นท่ชี า้ ตารางท่ี 1 ความสมั พันธร์ ะหวา่ งระดับสูงของดาวเทียมกับคาบวงโคจรรอบโลก ความสงู จากผวิ โลก ความเรว็ ในวงโคจร คาบเวลาในการโคจร (กิโลเมตร) (กิโลเมตรตอ่ ชั่วโมง) รอบโลก 1 รอบ 160 28,102 1 ช่ัวโมง 27.7 นาที 1,609 25,416 1 ชั่วโมง 57.5 นาที 35,786 11,052 24 ชวั่ โมง ข้อมูลในตารางที่ 1 แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างระดับความสูงของดาวเทียมและ ความเร็วในวงโคจร กฎแปรผกผันยกกำลังสองของนิวตันกล่าวว่า ยิ่งใกล้ศูนย์กลางของแรงโน้มถ่วง (ศูนย์กลางของโลก) แรงโน้มถ่วงจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น ถ้าต้องการให้ดาวเทียมมีวงโคจรต่ำ ดาวเทียมจะต้อง เคลื่อนที่เร็วมาก เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก ดาวเทียมวงโคจรต่ำจึงโคจรรอบโลกใช้เวลาน้อย ที่สุด ดาวเทียมวงโคจรสูงมีความเร็วในวงโคจรช้ากว่าวงโคจรต่ำ ทั้งนี้เนื่องจากสูงขึ้นไป ยิ่งอยู่ห่างจาก

ศูนย์กลางแรงโน้มถว่ ง ดาวเทยี มวงโคจรสูงจึงโคจรรอบโลกใช้เวลามากกว่าดาวเทยี มวงโคจรต่ำ ถ้าตอ้ งการ ให้ดาวเทียมโคจรไปพร้อมๆ กับที่โลกหมุนรอบตัวเอง ดาวเทียมจะลอยค้างอยู่เหนือพิกัดภูมศิ าสตร์ทีร่ ะบุ บนพื้นผิวโลกตลอดเวลา จะต้องส่งดาวเทียมให้อยู่ที่ความสูง 35,786 กิโลเมตร เหนือพื้นผิวโลกวงโคจร ระดับนี้เรียกว่า \"วงโคจรค้างฟ้า\" (Geo-Stationary orbit) ซึ่งเหมาะสำหรับใช้ในการสะท้อนสัญญาณ โทรคมนาคม และการถา่ ยภาพท่คี รอบคลุมบรเิ วณกว้าง ภาพท่ี 3 วงโคจรประเภทต่างๆ ทมี่ า: http://mdscience.eu5.org/h.html ในการออกแบบวงโคจรของดาวเทียม นอกจากความสูงของวงโคจรแล้ว ยังต้องคำนึงถึงทิศทาง ของวงโคจร นักวิทยาศาสตร์จะต้องคำนึงถึงพื้นที่บนพื้นผิวโลก ที่ต้องการให้ดาวเทียมเคลื่อนที่ผ่านเรา สามารถจำแนกประเภทของวงโคจร ตามระยะสูงของวงโคจรไดด้ งั นี้ ➢ วงโคจรระยะตำ่ (Low Earth Orbit \"LEO\") วงโคจรระยะต่ำ จะอยู่สูงจากพื้นโลกไม่เกิน 1,000 กม. เหมาะสำหรับการถ่ายภาพที่มี รายละเอียดสูง ติดตามสังเกตการณ์อย่างใกล้ชิด แต่เนื่องจากวงโคจรประเภทนี้อยู่ใกล้พื้นผิวโลกมาก ภาพถ่ายที่ได้จึงครอบคลุมพื้นที่เป็นบริเวณแคบ และไม่สามารถครอบคลุมบริเวณใดบริเวณหนึ่งได้นาน เนื่องจากดาวเทียมต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก ดาวเทียมวงโคจรตำ่ จะโคจรในแนวเหนือ-ใต้ ขณะท่ี โลกหมนุ รอบตัวเอง ดาวเทยี มจึงเคล่อื นทผ่ี า่ นเกือบทกุ สว่ นของพน้ื ผิวโลก ภาพที่ 4 การสแกนถา่ ยภาพของดาวเทยี มวงโคจรขั้วโลก ท่มี า: http://mdscience.eu5.org/h.html

➢ วงโคจรระยะปานกลาง (Medium Earth Orbit \"MEO\") วงโคจรระยะปานกลาง จะอยทู่ ่รี ะยะความสงู ตั้งแต่ 1,000 กิโลเมตร จนถงึ 35,000 กิโลเมตร สามารถถ่ายภาพ และส่งสัญญาณวิทยุได้ครอบคลุมพื้นที่ได้เป็นบริเวณกว้างกว่าดาวเทียมวงโคจรต่ำ แต่หากต้องการสัญญาณให้ครอบคลุมทั้งโลก จะต้องใช้ดาวเทียมหลายดวงทำงานร่วมกันเป็นเครือข่าย และมที ศิ ทางของวงโคจรรอบโลกทำมมุ เฉียงหลายๆ ทศิ ทาง ดาวเทียมทม่ี ีวงโคจรระยะปานกลางส่วนมาก เป็นดาวเทียมนำร่อง เช่น เครือข่ายดาวเทียม GPS ประกอบด้วยดาวเทียมจำนวน 24 ดวง ทำงานร่วมกนั ดังภาพที่ 5 โดยส่งสัญญาณวิทยุออกมาพร้อมๆ กัน ให้เครื่องรับที่อยู่บนพื้นผิวโลกเปรียบเทียบสัญญาณ จากดาวเทยี มแต่ละดวง เพ่อื คำนวณหาตำแหนง่ พิกดั ท่ีตั้งของเคร่อื งรบั ภาพท่ี 5 เครือขา่ ยดาวเทยี ม GPS ทมี่ า: http://mdscience.eu5.org/h.html ➢ วงโคจรประจำท่ี (Geostationary Earth Orbit \"GEO\") วงโคจรประจำท่ี จะอยู่สูงจากพื้นโลกประมาณ 35,786 กิโลเมตร มีเส้นทางโคจรอยู่ในแนวเสน้ ศูนยส์ ตู ร (Equatorial Orbit) ดาวเทยี มจะหมุนรอบโลกด้วยความเร็วเชงิ มุมเทา่ กบั โลกหมุนรอบตัวเองทำ ให้ดูเหมือนลอยนิ่งอยู่เหนือพื้นผิวโลกตำแหน่งเดิมอยู่ตลอดเวลา จึงถูกเรียกว่า \"ดาวเทียมวงโคจรสถิต หรือ วงโคจรค้างฟ้า\" เนื่องจากดาวเทียมวงโคจรชนิดนี้อยู่ห่างไกลจากโลกและสามารถลอยอยู่เหนือพื้น โลกตลอดเวลา จึงนยิ มใชส้ ำหรับการถา่ ยภาพโลกทั้งดวงเฝา้ สังเกตการณเ์ ปลี่ยนแปลงของบรรยากาศ และใช้ในการโทรคมนาคมข้ามทวีป อย่างไรก็ตามดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าจะต้องลอยอยู่ที่ระดับสูง 35,786 กิโลเมตรเท่านั้น วงโคจรแบบนี้จึงมีดาวเทียมอยู่หนาแน่น และกำลังจะมีปัญหาการแย่งพื้นที่ใน อวกาศ ภาพที่ 6 ดาวเทียมวงโคจรประจำท่ี ทีม่ า: https://sites.google.com/site/dawtheiymnaru

➢ วงโคจรรปู วงรี (Highly Elliptical Orbit \"HEO\") วงโคจรรูปวงรี เปน็ วงโคจรออกแบบสำหรับดาวเทียมที่ปฏบิ ัตภิ ารกจิ พเิ ศษเฉพาะกิจ เนื่องจาก ดาวเทียมความเร็วในวงโคจรไม่คงท่ี เมื่ออยู่ใกล้โลกดาวเทียมจะเคลื่อนที่ใกล้โลกมาก และเคลื่อนที่ช้าลง เมื่อออกห่างจากโลกตามกฎข้อที่ 2 ของเคปเลอร์ ดาวเทียมวงโคจรรูปวงรี ส่วนมากเป็นดาวเทียมที่ ปฏิบัติงานด้านวิทยาศาสตร์ เช่น ศึกษาสนามแม่เหล็กโลก เนื่องจากสามารถมีระยะห่างจากโลกได้หลาย ระยะดังภาพท่ี 7 หรอื เปน็ ดาวเทยี มจารกรรมซึ่งสามารถบนิ โฉบเข้ามาถ่ายภาพพน้ื ผวิ โลกด้วยระยะต่ำมาก และปรับวงโคจรได้ ภาพท่ี 7 วงโคจรรปู วงรขี องดาวเทียมสำรวจสนามแม่เหล็กโลก ทมี่ า: http://mdscience.eu5.org/h.html 2. ประเภทของดาวเทยี ม สามารถจำแนกประเภทของดาวเทยี มตามประโยชน์การใชง้ านไดด้ งั น้ี ➢ ดาวเทียมทำแผนท่ี เป็นดาวเทียมที่มีวงโคจรต่ำ (LEO) ที่ระดับความสูงไม่เกิน 800 กิโลเมตร เพื่อให้ได้ภาพที่มีรายละเอียดสูง และเป็นดาวเทียมที่มีวงโคจรใกล้ขั้วโลก (Polar orbit) เพื่อให้สแกนพื้นผิวถ่ายภาพได้ครอบคลุมทุกพื้นที่ของโลก ภาพถ่ายดาวเทียมที่ได้สามารถนำไปใช้ในการ ทำแผนที่ ผังเมือง และการทำจารกรรมสอดแนมทางการทหาร ภาพที่ 8 เป็นภาพถ่ายรายละเอียดสูงของ พระบรมมหาราชวัง ซึ่งถ่ายโดยดาวเทียม GeoEye-1 ที่ความสูง 680 กิโลเมตร ความเร็วในวงโคจร 27,359 กโิ ลเมตรต่อช่ัวโมง ดาวเทียมทำแผนที่ท่ีมีช่อื เสียง ได้แก่ Ikonos , QuickBird

ภาพที่ 8 รายละเอียดสงู ของดาวเทียมวงโคจรต่ำ ที่มา: https://sites.google.com/site/specetechnology/satellite/prapheth-dawtheiym ➢ ดาวเทียมสำรวจทรัพยากร เปน็ ดาวเทียมวงโคจรตำ่ ท่มี วี งโคจรแบบใกล้ขัว้ โลก (Near Polar Orbit) ทีร่ ะยะสูงประมาณ 800 กิโลเมตร จึงไมม่ ีรายละเอียดสงู เทา่ ภาพถ่ายที่ได้จากดาวเทียมทำแผนท่ี เพราะเน้นการครอบคลุมพน้ื ทีเ่ ปน็ บริเวณกวา้ งและทำการบันทกึ ภาพได้ทงั้ ในช่วงแสงท่ีตามองเหน็ และรงั สี อินฟราเรด เน่ืองจากโลกแผร่ ังสีอินฟราเรดออกมา จงึ สามารถบนั ทึกภาพได้แม้ในเวลากลางคนื ภาพท่ี 9 เป็นภาพถ่ายพืน้ ทีน่ ้ำท่วมของประเทศไทย โดยอุปกรณ์ MODIS ทต่ี ดิ ต้งั ในดาวเทียม Terra ภาพที่ 9 พน้ื ท่ีนำ้ ทว่ มของประเทศไทย ที่มา: https://sites.google.com/site/specetechnology/satellite/prapheth-dawtheiym ➢ ดาวเทยี มอตุ นุ ยิ มวิทยา เปน็ เครอื่ งมอื ท่ีมีความสำคัญสำหรบั กจิ การอุตนุ ิยมวทิ ยา สามารถใช้ สังเกตพื้นท่ีบนพนื้ ผวิ โลกได้หลายบรเิ วณ รวมท้งั ได้รบั รู้ข้อมลู อยา่ งต่อเนอ่ื งจากทั่วท้ังโลก ดงั นนั้ ภาพถ่าย ท่ีได้จากดาวเทียมอตุ ุนยิ มวทิ ยา เปน็ ข้อมูลท่ีสำคญั อย่างหนง่ึ สำหรับนักพยากรณ์อากาศ ทำใหส้ ามารถ ติดตามและวิเคราะห์ลักษณะอากาศท่ีเกดิ ขนึ้ ในขณะน้นั ๆ โดยเฉพาะในพื้นที่ท่เี ครื่องมืออื่นๆ มีขอ้ จำกดั หรอื ในมหาสมุทร เช่น ลกั ษณะของพายุหมนุ เขตร้อน เปน็ ต้น ดงั นัน้ ภาพจากดาวเทยี มจงึ เปน็ เครื่องมือ สำหรับติดตามลักษณะอากาศร้ายเพือ่ การเตือนภัยไดด้ ีทีส่ ดุ อย่างหน่ึง นักอุตนุ ยิ มวิทยาสามารถรับรู้ข้อมูล

สภาพอากาศในช่วง 50 กโิ ลเมตร หรือมากกว่าทั่วทงั้ โลกไดจ้ ากภาพจากดาวเทยี ม สามารถมองเห็นสภาพ อากาศในมุมมองที่สูง และลำดับการเคล่ือนตัวของพายบุ นจอคอมพวิ เตอร์ได้ ภาพที่ 10 ภาพถ่ายดาวเทยี ม MTSAT ทีมา: https://www.hatyaicityclimate.org/flood/cam/11 ➢ ดาวเทียมเพื่อการนำร่อง Global Positioning System \"GPS\" เป็นระบบบอกตำแหน่ง พิกัดภูมิศาสตรบนพื้นโลก ซึ่งประกอบด้วยเครือข่ายดาวเทียมจำนวน 32 ดวง โคจรรอบโลกในทิศทาง ต่างๆ ที่ระยะสูง 20,000 กิโลเมตรส่งสัญญาณมาบนโลกพร้อมๆ กัน แต่เนื่องจากดาวเทียมแต่ละดวงอยู่ ห่างจากเครื่องรับบนพื้นโลกไม่เท่ากัน เครื่องรับจึงได้รับสัญญาณจากดาวเทียมแต่ละดวงไม่พร้อมกัน วงจรอิเล็คทรอนิกส์ในเครื่องรับ GPS นำค่าเวลาที่แตกต่างมาคำนวณหาพิกัดภูมิศาสตร์บนพื้นโลก ปัจจุบันเครือ่ งรบั GPS เป็นทีน่ ิยมใชก้ นั ในหมนู่ กั เดินทางมีทงั้ แบบมอื ถือ ติดต้ังบนรถ เรือ และเครอื่ งบนิ ภาพท่ี 11 ระบบ GPS ทีม่ า: https://sites.google.com/site/suphatchaipatsatan12/

➢ ดาวเทียมโทรคมนาคม เช่น Intelsat, Thaicom ส่วนใหญ่เป็นดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า (Geo-stationary Orbit) เพื่อถ่ายทอดสัญญาณจากทวีปหนึ่งไปยังอีกทวีปหนึ่ง ข้ามส่วนโค้งของโลก ดาวเทยี มค้างฟา้ 1 ดวง สามารถส่งสญั ญาณครอบคลมุ พน้ื ท่ีการตดิ ต่อประมาณ 1/3 ของผวิ โลกและถ้าจะ ให้ครอบคลุมพน้ื ท่ที ่ัวโลก จะต้องใช้ดาวเทยี มในวงโคจรน้ีอย่างน้อย 3 ดวง อย่างไรกต็ ามดาวเทียมวงโคจร ค้างฟ้าจะลอยอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตรโลกเท่านั้น ดังนั้นสัญญาณจะไม่สามารถครอบคลุมบริเวณขั้วโลกได้ เลย ภาพท่ี 12 พื้นทีส่ ญั ญาณปกคลมุ ของดาวเทียมค้างฟ้า ทีมา: https://sites.google.com/site/dawtheiymnaru ➢ ดาวเทียมภารกิจพิเศษ นอกจากดาวเทียมท่วั ไปทใ่ี ช้งานเกี่ยวข้องกบั ชวี ิตประจำวันตามที่กล่าว ไปแล้ว ยังมีดาวเทียมอีกหลายชนิดที่ส่งขึ้นไปเพื่อปฏิบัติภารกิจพิเศษเฉพาะทาง เช่น ดาวเทียมเพื่อการ วิจัยทางวิทยาศาสตร์ กล้องโทรทรรศน์อวกาศ ดาวเทียมจารกรรม ดาวเทยี มทางทหาร ดาวเทียมประเภท นี้มีระยะสูงและรูปแบบของวงโคจรต่างๆ กันขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการใช้งาน ภาพที่ 13 คือ ดาวเทียม Corona ซึง่ ใช้สำหรับการลาดตระเวนทางทหาร ภาพท่ี 13 ดาวเทยี มลาดตระเวนทางทหาร ทีมา: https://sites.google.com/site/suphatchaipatsatan12/dawtheiym-pharkic-phises

อ้างอิง ดาวเทียม (ออนไลน์). สบื คน้ จาก : http://www.lesa.biz/space-technology/satellite. ( 12 พฤษภาคม 2563). ดาวเทียม (ออนไลน์). สืบค้นจาก : https://www.gistda.or.th/main/th/node/962. ( 12 พฤษภาคม 2563). ดาวเทยี ม (ออนไลน์). สืบค้นจาก : https://sites.google.com/site/suphatchaipatsatan12/dawtheiym-pheux-karna-rxng-global- positioning-system-gps. ( 14 พฤษภาคม 2563). ดาวเทยี ม (ออนไลน์). สืบคน้ จาก : https://satellitest45.wordpress.com/%E0%B8%94%E0%B8%B2%E0%B8%A7%E0%B9%80 %E0%B8%97%E0%B8%B5%E0%B8%A2%E0%B8%A1%E0%B8%99%E0%B8%B3%E0%B8% A3%E0%B9%88%E0%B8%AD%E0%B8%87-navigation-satellites/. ( 15 พฤษภาคม 2563). ดาวเทยี ม (ออนไลน์). สบื คน้ จาก : https://sites.google.com/site/suphatchaipatsatan12/home. ( 16 พฤษภาคม 2563). ดาวเทยี ม (ออนไลน์). สืบค้นจาก : https://www.tpa.or.th/writer/read_this_book_topic.php?bookID=1673&pageid=5&read=tru e&count=true. ( 17 พฤษภาคม 2563). ดาวเทียม (ออนไลน์). สืบค้นจาก : http://mdscience.eu5.org/h.html. ( 19 พฤษภาคม 2563). ดาวเทียม (ออนไลน์). สบื ค้นจาก : https://sites.google.com/site/specetechnology/satellite/prapheth-dawtheiym. ( 19 พฤษภาคม 2563).