ดาวเทียม

สถานีบนพื้นโลก

ดาวเทียม (อังกฤษ: Satellite) คือ สิ่งประดิษฐ์ที่มนุษย์คิดค้นขึ้น ที่สามารถโคจรรอบโลก โดยอาศัยแรงดึงดูดของโลก ส่งผลให้สามารถโคจรรอบโลกได้ในลักษณะเดียวกันกับที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก และโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ วัตถุประสงค์ของสิ่งประดิษฐ์นี้เพื่อใช้ ทางการทหาร การสื่อสาร การรายงานสภาพอากาศ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์เช่นการสำรวจทางธรณีวิทยาสังเกตการณ์สภาพของอวกาศ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวอื่นๆ รวมถึงการสังเกตวัตถุ และดวงดาว ดาราจักร ต่างๆ

ประวัติ

ตั้งแต่โลกเราได้มีการประดิษฐ์คิดค้นดาวเทียมขึ้นมาใช้งาน ก็ทำให้โลกเกิดสิ่งใหม่ๆ ขึ้นมาอำนวยประโยชน์ให้มนุษย์อย่างมากมาย หลายองค์กรและหลายๆ ประเทศต่างมีการเข้าร่วมกันแลกเปลี่ยนเทคโนโลยี และสร้างสรรค์ผลงานขึ้นมาอำนวยความสะดวกให้แก่มนุษย์ชาติ

ดาวเทียมก่อนทศวรรษที่ 60

ดาวเทียมได้ถูกส่งขึ้นไปโคจรรอบโลกครั้งแรกเมื่อปี พ.ศ. 2500 ดาวเทียมดังกล่าวมีชื่อว่า สปุตนิก (Sputnik) โดยรัสเซียเป็นผู้ส่งขึ้นไปโคจร สปุตนิกทำหน้าที่ตรวจสอบการแผ่รังสีของชั้นบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟีย ในปี พ.ศ. 2501 สหรัฐอเมริกาได้ส่งดาวเทียมขึ้นไปโคจรบ้างมีชื่อว่า "Explorer" ทำให้รัสเซียและสหรัฐเป็น 2 ประเทศผู้นำทางด้านการสำรวจทางอวกาศ และการแข่งขันกันระหว่างทั้งคู่ได้เริ่มขึ้นในเวลาต่อมา

ดาวเทียมในทศวรรษที่ 60

ช่วงทศวรรษนี้เป็นช่วงการเฟื่องฟูของดาวเทียมสำหรับมนุษยชาติ ในเดือนสิงหาคม ค.ศ. 1960 สหรัฐได้ส่งดาวเทียม Echo 1 ขึ้นไปทำหน้าที่ในการสะท้อนคลื่นวิทยุสู่โลกได้เป็นผลสำเร็จ ทำให้เชื่อได้ว่าการสื่อสารผ่านดาวเทียมเป็นเรื่องที่สามารถเป็นไปได้ซึ่งก่อนหน้านั้น ในเดือนเมษายนปีเดียวกัน สหรัฐก็ได้ส่งดาวเทียม TIROS 1 ขึ้นไปสู่อวกาศ ดาวเทียม TIROS 1 เป็นดาวเทียมสำรวจสภาพอากาศดวงแรกที่ได้ส่งภาพถ่ายกลุ่มเมฆหมอกกลับมายังโลก จากนั้นกองทัพเรือสหรัฐได้พัฒนาดาวเทียมหาตำแหน่งดวงแรกที่ได้ถูกส่งขึ้นไปโคจรในเดือนเมษายน ปี ค.ศ. 1960 และหลังจากนั้นเป็นต้นมาก็ได้พัฒนาดาวเทียมเป็นจำนวนมากกว่า 100 ดวงถูกส่งขึ้นไปโคจรแทนที่กันในแต่ละปี

ดาวเทียมในทศวรรษที่ 75

ช่วงทศวรรษที่ 75 ได้มีการเปลี่ยนแปลงใหม่ๆ เกิดขึ้นในโลกของดาวเทียม อุปกรณ์และเครื่องมือใหม่ๆ ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าเดิมได้ถูกนำมาใช้ ชิ้นส่วนอุปกรณ์เหล่านั้นล้วนถูกทำขึ้นมาจากการใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ และเทคโนโลยีในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบและก่อสร้างดาวเทียม

ดาวเทียมในทศวรรษที่ 80

ช่วงทศวรรษที่ 80 ดาวเทียมได้ถูกนำมาใช้ในการช่วยเหลือมนุษย์มากขึ้น ในเดือนพฤศจิกายน ปี พ.ศ. 2525 Palapa B-2 ซึ่งเป็นดาวเทียมเพื่อการช่วยเหลือมนุษย์ดวงแรกที่ถูกส่งขึ้นไปโดยบรรทุกไปกับกระสวยอวกาศชาเลนเจอร์(ยานอะพอลโล11)

ดาวเทียมในทศวรรษที่ 90

ในช่วงทศวรรษที่ 90 ดาวเทียมถูกใช้งานไปอย่างกว้างขวาง ไม่เว้นแม้แต่งานธรรมดาทั่วไป ยกตัวอย่างเช่น บริษัท TRW Inc. ซึ่งเป็นบริษัทเอกชนธรรมดา ก็ได้มีการวางแผนที่จะสร้างระบบดาวเทียมที่ครอบคลุมเครือข่าย ข่ายการสื่อสารผ่านดาวเทียม ระบบนี้เรียกว่า "Odyssey" ซึ่งได้ถูกใช้ในธุรกิจโทรคมนาคม ดาวเทียมของ TRW จะเน้นให้บริการในเขตพื้นที่สำคัญๆ เหมือนกับว่ามันได้ครอบคลุมโลกทุกส่วนไว้เป็นหนึ่งเดียว ฉะนั้น บริษัทจึงคาดหวังว่าจะสร้างกำไรงามๆ จากธุรกิจดาวเทียมโทรคมนาคม เหล่านี้เป็นวิวัฒนาการที่เกิดขึ้นและถูกพัฒนาไปสู่สิ่งที่ดีกว่าอยู่ตลอดเวลา

ดาวเทียมหลังทศวรรษที่ 90

หลังทศวรรษที่ 90 จนถึงศตวรรษที่ 21 ดาวเทียมยังคงถูกพัฒนาประสิทธิภาพ และขีดความสามารถต่อไปอย่างไม่หยุดยั้ง จนก้าวไปสู่ระบบอุตสาหกรรมดาวเทียม

ส่วนประกอบดาวเทียม

ดาวเทียมเป็นเครื่องมือทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน มีส่วนประกอบหลายๆ อย่างประกอบเข้าด้วยกันและสามารถทำงานได้โดยอัตโนมัติ สามารถโคจรรอบโลกด้วยความเร็วที่สูงพอที่จะหนีจากแรงดึงดูดของโลกได้ การสร้างดาวเทียมนั้นมีความพยายามออกแบบให้ชิ้นส่วนต่างๆ ทำงานได้อย่างประสิทธิภาพมากที่สุด และราคาไม่แพงมาก ดาวเทียมประกอบด้วยส่วนประกอบเป็นจำนวนมาก แต่ละส่วนจะมีระบบควบคุมการทำงานแยกย่อยกันไป และมีอุปกรณ์เพื่อควบคุมให้ระบบต่างๆ ทำงานร่วมกัน โดยองค์ประกอบส่วนใหญ่ของดาวเทียมประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังนี้

1. โครงสร้างดาวเทียม เป็นส่วนประกอบที่สำคัญมาก โครงจะมีน้ำหนักประมาณ 15 - 25% ของน้ำหนักรวม ดังนั้น จึงจำเป็นต้องเลือกวัสดุที่มีน้ำหนักเบา และต้องไม่เกิดการสั่นมากเกินที่กำหนด หากได้รับสัญญาณที่มีความถี่ หรือความสูงของคลื่นมากๆ (amptitude)
2. ระบบเครื่องยนต์ ซึ่งเรียกว่า "aerospike" อาศัยหลักการทำงานคล้ายกับเครื่องอัดอากาศ และปล่อยออกทางปลายท่อ ซึ่งระบบดังกล่าวจะทำงานได้ดีในสภาพสุญญากาศ ซึ่งต้องพิจารณาถึงน้ำหนักบรรทุกของดาวเทียมด้วย
3. ระบบพลังงาน ทำหน้าที่ผลิตพลังงาน และกักเก็บไว้เพื่อแจกจ่ายไปยังระบบไฟฟ้าของดาวเทียม โดยมีแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Cell) ไว้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า ให้ดาวเทียม แต่ในบางกรณีอาจใช้พลังงานนิวเคลียร์แทน
4. ระบบควบคุมและบังคับ ประกอบด้วย คอมพิวเตอร์ที่เก็บรวมรวมข้อมูล และประมวลผลคำสั่งต่างๆ ที่ได้รับจากส่วนควบคุมบนโลก โดยมีอุปกรณ์รับส่งสัญญาณ (Radar System) เพื่อใช้ในการติดต่อสื่อสาร
5. ระบบสื่อสารและนำทาง มีอุปกรณ์ตรวจจับความร้อน ซึ่งจะทำงาน โดยแผงวงจรควบคุมอัตโนมัติ
6. อุปกรณ์ควบคุมระดับความสูง เพื่อรักษาระดับความสูงให้สัมพันธ์กันระหว่างพื้นโลก และดวงอาทิตย์ หรือเพื่อรักษาระดับให้ดาวเทียมสามารถโคจรอยู่ได้
7. เครื่องมือบอกตำแหน่ง เพื่อกำหนดการเคลื่อนที่ นอกจากนี้ยังมีส่วนย่อยๆ อีกบางส่วนที่จะทำงานหลังจาก ได้รับการกระตุ้นบางอย่าง เช่น ทำงานเมื่อได้รับสัญญาณ สะท้อนจากวัตถุบางชนิด หรือทำงานเมื่อได้รับลำแสงรังสี ฯลฯ

ชิ้นส่วนต่างๆ ของดาวเทียมได้ถูกทดสอบอย่างละเอียด ส่วนประกอบต่างๆ ถูกออกแบบสร้าง และทดสอบใช้งานอย่างอิสระ ส่วนต่างๆ ได้ถูกนำมาประกอบเข้าด้วยกัน และทดสอบอย่างละเอียดครั้งภายใต้สภาวะที่เสมือนอยู่ในอวกาศก่อนที่มัน จะถูกปล่อยขึ้นไปในวงโคจร ดาวเทียมจำนวนไม่น้อยที่ต้องนำมาปรับปรุงอีกเล็กน้อย ก่อนที่พวกมันจะสามารถทำงานได้ เพราะว่าหากปล่อยดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรแล้ว เราจะไม่สามารถปรับปรุงอะไรได้ และดาวเทียมต้องทำงานอีกเป็นระยะเวลานาน ดาวเทียมส่วนมากจะถูกนำขึ้นไปพร้อมกันกับจรวด ซึ่งตัวจรวดจะตกลงสู่มหาสมุทรหลังจากที่เชื้อเพลิงหมด

วงโคจรของดาวเทียม

วงโคจรดาวเทียม (Satellite Orbit) เมื่อแบ่งตามระยะความสูง (Altitude) จากพื้นโลกแบ่งเป็น 3 ระยะคือ

วงโคจรต่ำของโลก (Low Earth Orbit "LEO")

คือระยะสูงจากพื้นโลกไม่เกิน 2,000 กม. ใช้ในการสังเกตการณ์ สำรวจสภาวะแวดล้อม, ถ่ายภาพ ไม่สามารถใช้งานครอบคลุมบริเวณใดบริเวณหนึ่งได้ตลอดเวลา เพราะมีความเร็วในการเคลื่อนที่สูง แต่จะสามารถบันทึกภาพคลุมพื้นที่ตามเส้นทางวงโคจรที่ผ่านไป ตามที่สถานีภาคพื้นดินจะกำหนดเส้นทางโคจรอยู่ในแนวขั้วโลก (Polar Orbit) ดาวเทียมวงโคจรระยะต่ำขนาดใหญ่บางดวงสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าในเวลาค่ำ หรือก่อนสว่าง เพราะดาวเทียมจะสว่างเป็นจุดเล็ก ๆ เคลื่อนที่ผ่านในแนวนอนอย่างรวดเร็ว

วงโคจรระยะปานกลาง (Medium Earth Orbit "MEO")

อยู่ที่ระยะความสูงตั้งแต่ 10,000 กม. ขึ้นไป ส่วนใหญ่ใช้ในด้านอุตุนิยมวิทยา และสามารถใช้ในการติดต่อสื่อสารเฉพาะพื้นที่ได้ แต่หากจะติดต่อให้ครอบคลุมทั่วโลกจะต้องใช้ดาวเทียมหลายดวงในการส่งผ่าน...

วงโคจรประจำที่ (Geostationary Earth Orbit "GEO")

เป็นดาวเทียมเพื่อการสื่อสารเป็นส่วนใหญ่ อยู่สูงจากพื้นโลก 35,786 กม. เส้นทางโคจรอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตร (Equatorial Orbit) ดาวเทียมจะหมุนรอบโลกด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับโลกหมุนรอบตัวเองทำให้ดูเหมือนลอยนิ่งอยู่เหนือ จุดจุดหนึ่งบนโลกตลอดเวลา (เรียกทั่ว ๆ ไปว่า "ดาวเทียมค้างฟ้า")

ดาวเทียมจะอยู่กับที่เมื่อเทียบกับโลกมีวงโคจรอยู่ในระนาบเดียวกันกับเส้นศูนย์สูตร อยู่สูงจากพื้นโลกประมาณ 35,786 กม. วงโคจรพิเศษนี้เรียกว่า “วงโคจรค้างฟ้า” หรือ “วงโคจรคลาร์ก” (Clarke Belt) เพื่อเป็นเกียรติแก่นาย อาร์เทอร์ ซี. คลาร์ก ผู้นำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับวงโคจรนี้ เมื่อ เดือนตุลาคม ค.ศ. 1945

วงโคจรคลาร์ก เป็นวงโคจรในระนาบเส้นศูนย์สูตร (EQUATOR) ที่มีความสูงเป็นระยะที่ทำให้ดาวเทียมที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากันกับการหมุนของโลก แล้วทำให้เกิดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางมีค่าพอดีกับค่าแรงดึงดูดของโลกพอดีเป็นผลให้ดาวเทียมดูเหมือนคงอยู่กับที่ ณ ระดับความสูงนี้ ดาวเทียมค้างฟ้าส่วนใหญ่ใช้ในการสื่อสารระหว่างประเทศและภายในประเทศ เช่น ดาวเทียมอนุกรม อินเทลแซต ๆลๆ

ประเภทของดาวเทียม

1. ดาวเทียมสื่อสาร
2. ดาวเทียมสำรวจ เป็นการใช้ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรและสภาพแวดล้อมของโลก เป็นการผสมผสานระหว่างเทคโนโลยีการถ่ายภาพ และโทรคมนาคม โดยการทำงานของดาวเทียมสำรวจทรัพยากรจะใช้หลักการ สำรวจข้อมูลจากระยะไกล
3. ดาวเทียมพยากรณ์อากาศ
4. ดาวเทียมทางการทหาร
5. ดาวเทียมด้านวิทยาศาสตร์

รายชื่อดาวเทียมตามการใช้งาน

1. ดาวเทียมที่ใช้ในการสื่อสารแบบจุดต่อจุด เช่น PALAPA THAICOM
2. ดาวเทียมสื่อสารระหว่างดาวเทียม เช่น TDRS''''
3. ดาวเทียมเพื่อการสื่อสารเคลื่อนที่บนบก ในน้ำ และในอากาศ เช่น INMASAT
4. ดาวเทียมเพื่อการสื่อสารวิทยุกระจายเสียง และวิทยุโทรศัพท์ เช่น ASTRA
5. ดาวเทียมเพื่อการสำรวจโลก สำรวจทรัพย์ยากรธรรมชาติ เช่น LANDSAT
6. ดาวเทียมเพื่อการสำรวจอวกาศ เช่น METEOR EXPLORER
7. ดาวเทียมเพื่อการพยากรณ์อากาศ เช่น GMS NOAA NOAA 6-9
8. ดาวเทียมเพื่อการปฏิบัติในห้วงอวกาศ เช่น SPAS SKYLAB
9. ดาวเทียมเพื่อกิจการวิทยุสมัครเล่น เช่น JAS-1 JAS-2 AO-40
10. ดาวเทียมเพื่อการกำหนดตำแหน่ง เช่น NAVSTAR
11. ดาวเทียมเพื่อการนำร่องเรือ และ อากาศยาน เช่น TRANSIT COSMOS

ดาวเทียมของประเทศไทย

ดาวเทียมสื่อสารดวงแรกของประเทศไทยมีชื่อว่า "ดาวเทียมไทยคม 1" และดาวเทียม "ไทยคม 2" ในเวลาต่อมา นอกจากนั้นยังมีดาวเทียมสำรวจทรัพยากรที่ชื่อว่า "ดาวเทียมธีออส" ด้วย

แหล่งข้อมูลอื่น

• รายละเอียดดาวเทียม
• องค์กรดาวเทียมวิทยุสมัครเล่น หรือ The Radio Amateur Satellite Corporation (AMSAT)