วงโคจรของดาวเทียม

วงโคจรของดาวเทียม

การออกแบบวงโคจรของดาวเทียมขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการใช้งานดาวเทียม ระดับความสูงของดาวเทียมมีความสัมพันธ์กับคาบเวลาในวงโคจรตามกฎของเคปเลอร์ข้อที่ 3 (กำลังสองของคาบวงโคจรของดาวเทียม แปรผันตาม กำลังสามของระยะห่างจากโลก) ดังนั้น ณ ระดับความสูงจากผิวโลกระดับหนึ่ง ดาวเทียมจะต้องมีความเร็วในวงโคจรค่าหนึ่ง มิฉะนั้นดาวเทียมอาจตกสู่โลกหรือหลุดจากวงโคจรรอบโลก ดาวเทียมวงโคจรต่ำเคลื่อนที่เร็ว ดาวเทียมวงโคจรสูงเคลื่อนที่ช้า          นักวิทยาศาสตร์คำนวณหาค่าความเร็วในวงโคจรได้โดยใช้ “กฎความโน้มถ่วงแห่งเอกภพของนิวตัน” (Newton's Law of Universal Gravitation) “วัตถุสองชิ้นดึงดูดกันด้วยแรงซึ่งแปรผันตามมวลของวัตถุ แต่แปรผกผันกับระยะทางระหว่างวัตถุยกกำลังสอง” ดังนี้                  แรงสู่ศูนย์กลาง = แรงโน้มถ่วงของโลก                         mv2/r      = G (Mm/r2)                                v    =  (GM/r)1/2  โดยที่ v = ความเร็วของดาวเทียม           M = มวลของโลก           m = มวลของดาวเทียม           r = ระยะทางระหว่างศูนย์กลางของโลกกับดาวเทียม           G = ค่าคงที่ของแรงโน้มถ่วง = 6.67 x 10-11 Nm2/kg2 ตัวอย่างที่ 1 ถ้าต้องการส่งดาวเทียมให้โคจรรอบโลกที่ระดับสูง 35,780 กิโลเมตร ดาวเทียมจะต้องมีความเร็วในวงโคจรเท่าไร                                         r  = 6,380 km (รัศมีโลก) + 35,786 km (ระยะสูงของวงโคจร) = 4.23 x 107 km                                       v  =  (GM/r)1/2                                              =  {(6.67 x 10-11 Nm2/kg2)(5.98 x 1028 kg)/(4.23 x 107)} 1/2                                           =  11,052 กิโลเมตร ตารางที่ 1 ความสัมพันธ์ระหว่างระดับสูงของดาวเทียมกับคาบวงโคจรรอบโลก  ความสูงจากผิวโลก (กิโลเมตร)  ความเร็วในวงโคจร (กิโลเมตรต่อชั่วโมง)  คาบเวลาในการโคจร รอบโลก 1 รอบ  160 1,609 35,786  28,102 25,416 11,052  1 ชั่วโมง 27.7 นาที 1 ชั่วโมง 57.5 นาที 24 ชั่วโมง         ข้อมูลในตารางที่ 1 แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างระดับความสูงของดาวเทียมและความเร็วในวงโคจร  กฎแปรผกผันยกกำลังสองของนิวตันกล่าวว่า ยิ่งใกล้ศูนย์กลางของแรงโน้มถ่วง (ศูนย์กลางของโลก) แรงโน้มถ่วงจะเพิ่มขึ้น  ดังนั้น  ถ้าต้องการให้ดาวเทียมมีวงโคจรต่ำ ดาวเทียมจะต้องเคลื่อนที่เร็วมาก เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก ดาวเทียมวงโคจร ดาวเทียมวงโคจรต่ำจึงโคจรรอบโลกใช้เวลาน้อยที่สุด ดาวเทียมวงโคจรสูงมีความเร็วในวงโคจรช้ากว่าวงโคจรต่ำ ทั้งนี้เนื่องจากสูงขึ้นไป ยิ่งอยู่ห่างจากศูนย์กลางแรงโน้มถ่วง ดาวเทียมวงโคจรสูงจึงโคจรรอบโลกใช้เวลามากกว่าดาวเทียมวงโคจรต่ำ ถ้าต้องการให้ดาวเทียมโคจรไปพร้อมๆ กับที่โลกหมุนรอบตัวเอง ดาวเทียมจะลอยค้างอยู่เหนือพิกัดภูมิศาสตร์ที่ระบุบนพื้นผิวโลกตลอดเวลา จะต้องส่งดาวเทียมให้อยู่ที่ความสูง 35,786 กิโลเมตร เหนือพื้นผิวโลก วงโคจรระดับนี้เรียกว่า "วงโคจรค้างฟ้า" (Geo-Stationary orbit) ซึ่งเหมาะสำหรับใช้ในการสะท้อนสัญญาณโทรคมนาคม และการถ่ายภาพที่ครอบคลุมบริเวณกว้าง    ภาพที่ 1 วงโคจรประเภทต่างๆ                   ในการออกแบบวงโคจรของดาวเทียม  นอกจากความสูงของวงโคจรแล้ว  ยังต้องคำนึงถึงทิศทางของวงโคจร เนื่องโลกหมุนรอบตัวเอง  นักวิทยาศาสตร์จะต้องคำนึงถึงพื้นที่บนพื้นผิวโลกที่ต้องการให้ดาวเทียมเคลื่อนที่ผ่าน  เราสามารถจำแนกประเภทของวงโคจร ตามระยะสูงของวงโคจรได้ดังนี้  วงโคจรระยะต่ำ (Low Earth Orbit "LEO") อยู่สูงจากพื้นโลกไม่เกิน 1,000 กม. เหมาะสำหรับการถ่ายภาพรายละเอียดสูง ติดตามสังเกตการณ์อย่างใกล้ชิด  แต่เนื่องจากวงโคจรประเภทนี้อยู่ใกล้พื้นผิวโลกมาก ภาพถ่ายที่ได้จึงครอบคลุมพื้นที่เป็นบริเวณแคบ และไม่สามารถครอบคลุมบริเวณใดบริเวณหนึ่งได้นาน เนื่องจากดาวเทียมต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก  ดาวเทียมวงโคจรต่ำจึงนิยมใช้วงโคจรขั้วโลก (Polar  Orbit) หรือใกล้ขั้วโลก (Near Polar Orbit)  ดาวเทียมจะโคจรในแนวเหนือ-ใต้ ขณะที่โลกหมุนรอบตัวเอง ดาวเทียมจึงเคลื่อนที่ผ่านเกือบทุกส่วนของพื้นผิวโลก ดังที่แสดงในภาพที่ 2 ภาพที่ 2 การสแกนถ่ายภาพของดาวเทียมวงโคจรขั้วโลก วงโคจรระยะปานกลาง (Medium Earth Orbit "MEO") อยู่ที่ระยะความสูงตั้งแต่ 1,000 กิโลเมตร จนถึง 35,000 กิโลเมตร  สามารถถ่ายภาพและส่งสัญญาณวิทยุได้ครอบคลุมพื้นที่ได้เป็นบริเวณกว้างกว่าดาวเทียมวงโคจรต่ำ  แต่หากต้องการสัญญาณให้ครอบคลุมทั้งโลกจะต้องใช้ดาวเทียมหลายดวงทำงานร่วมกันเป็นเครือข่ายและมีทิศทางของวงโคจรรอบโลกทำมุมเฉียงหลายๆ ทิศทาง  ดาวเทียมที่มีวงโคจรระยะปานกลางส่วนมากเป็นดาวเทียมนำร่อง เช่น เครือข่ายดาวเทียม GPS ประกอบด้วยดาวเทียมจำนวน 24 ดวง  ทำงานร่วมกันดังภาพที่ 3 โดยส่งสัญญาณวิทยุออกมาพร้อมๆ กัน ให้เครื่องรับที่อยู่บนพื้นผิวโลกเปรียบเทียบสัญญาณจากดาวเทียมแต่ละดวง เพื่อคำนวณหาตำแหน่งพิกัดที่ตั้งของเครื่องรับ ภาพที่ 3 เครือข่ายดาวเทียม GPS วงโคจรประจำที่ (Geostationary Earth Orbit "GEO") อยู่สูงจากพื้นโลกประมาณ 35,786 กม. มีเส้นทางโคจรอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตร (Equatorial Orbit) ดาวเทียมจะหมุนรอบโลกด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับโลกหมุนรอบตัวเองทำให้ดูเหมือนลอยนิ่งอยู่เหนือพื้นผิวโลกตำแหน่งเดิมอยู่ตลอดเวลา จึงถูกเรียกว่า "ดาวเทียมวงโคจรสถิต หรือ วงโคจรค้างฟ้า"  เนื่องจากดาวเทียมวงโคจรชนิดนี้อยู่ห่างไกลจากโลกและสามารถลอยอยู่เหนือพื้นโลกตลอดเวลา จึงนิยมใช้สำหรับการถ่ายภาพโลกทั้งดวง เฝ้าสังเกตการณ์เปลี่ยนแปลงของบรรยากาศ  และใช้ในการโทรคมนาคมข้ามทวีป  อย่างไรก็ตามดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าจะต้องลอยอยู่ที่ระดับสูง 35,786 กิโลเมตรเท่านั้น  วงโคจรแบบนี้จึงมีดาวเทียมอยู่หนาแน่น และกำลังจะมีปัญหาการแย่งพื้่นที่ในอวกาศ ภาพที่ 4 ดาวเทียมวงโคจรประจำที่  วงโคจรูปวงรี (Highly Elliptical Orbit "HEO") เป็นวงโคจรออกแบบสำหรับดาวเทียมที่ปฏิบัติภารกิจพิเศษเฉพาะกิจ  เนื่องจากดาวเทียมความเร็วในวงโคจรไม่คงที่  เมื่ออยู่ใกล้โลกดาวเทียมจะเคลื่อนที่ใกล้โลกมาก และเคลื่อนที่ช้าลงเมื่อออกห่างจากโลกตามกฎข้อที่ 2 ของเคปเลอร์  ดาวเทียมวงโคจรรูปวงรี ส่วนมากเป็นดาวเทียมที่ปฏิบัติงานด้านวิทยาศาสตร์ เช่น ศึกษาสนามแม่เหล็กโลก เนื่องจากสามารถมีระยะห่างจากโลกได้หลายระยะดังภาพที่ 5  หรือเป็นดาวเทียมจารกรรมซึ่งสามารถบินโฉบเข้ามาถ่ายภาพพื้นผิวโลกด้วยระยะต่ำมากและปรับวงโคจรได้ ภาพที่ 5 วงโคจรรูปวงรีของดาวเทียมสำรวจสนามแม่เหล็กโลก องค์ประกอบของวงโคจรดาวเทียม         ลักษณะวงโคจรของดาวเทียมแต่ละดวง จะถูกอธิบายด้วยองค์ประกอบของวงโคจร (Orbital Element) ซึ่งสามารถอธิบายถึง ขนาด รูปร่าง การวางตัวของระนาบวงโคจร และตำแหน่งของดาวเทียมบนวงโคจร โดยองค์ประกอบของวงโคจรประกอบด้วย ค่ากึ่งแกนเอกของวงโคจร (Semi-major axis: a) คือค่าความยาวครึ่งหนึ่งของแกนเอกของดาวเทียมที่มีวงโคจรเป็นวงรี และสำหรับดาวเทียมที่มีวงโคจรเป็นวงกลม ค่านี้จะหมายถึงค่ารัศมีวงโคจรของดาวเทียม ภาพที่ 1 ค่ากึ่งแกนเอกของวงโคจร (a) ค่าความรีของวงโคจร (Eccentricity: e) คือค่าที่ใช้สำหรับอธิบายรูปร่างของวงโคจร ซึ่งสามารถบอกได้ว่า วงโคจรของดาวเทียม เป็นรูปวงกลม วงรี พาลาโบลา หรือไฮเปอร์โบลา ภาพที่ 2 ค่าความรี (e) สำหรับรูปร่างวงโคจรแบบต่างๆ ค่าความเอียงของวงโคจร (Inclination: i) คือค่าที่ใช้อธิบายลักษณะการวางตัวของระนาบวงโคจรของดาวเทียมซึ่งเอียงทำมุมกับระนาบศูนย์สูตรโลก ดาวเทียมวงโคจรผ่านขั้วโลกจะมีค่า i = 90 องศา ในขณะที่ดาวเทียมค้างฟ้ามีค่า i = 0 องศา หรือใกล้เคียง  ภาพที่ 3 ค่าความเอียงของวงโคจร (i) ค่าไรต์แอสเซนชันของแอสเซนดิงโหนด (Right Ascension of Ascending Node หรือ RAAN: Ω) ค่าไรต์แอสเซนชัน หมายถึง ค่าพิกัดลองกิจูดของทรงกลมท้องฟ้า โดยเส้นลองกิจูดหรือไรต์แอสเซนชันแรกของทรงกรมท้องฟ้าเริ่มวัดจากจุดเริ่มของราศีเมษ (Vernal Equinox) ซึ่งเป็นจุดตัดของระนาบศูนย์สูตรโลกกับระนาบการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ จากจุดอ้างอิงนี้วัดเป็นมุมกวาดไปยังจุดตัดของระนาบการโคจรของดาวเทียมกับระนาบศูนย์สูตรโลก ซึ่งเรียกว่า จุดแอสเซนดิงโหนด (Ascending Node) มุมที่ได้ก็คือค่าไรต์แอสเซนชันของแอสเซนดิงโหนด   ค่าระยะเชิงมุมของจุดใกล้โลก (Argument of perigee: ω) คือค่ามุมที่วัดจากจุดแอสเซนดิงโหนดไปยังตำแหน่งที่ใกล้โลกมากสุด (Perigee) ตามวงโคจรของดาวเทียม   ค่ามุมกวาดจริงของดาวเทียม (True Anomaly: v) คือค่ามุมที่วัดจากจุดใกล้โลกมากที่สุด ไปยังตำแหน่งของดาวเทียมบนวงโคจร   ภาพที่ 4 แสดงค่าองค์ประกอบวงโคจรของดาวเทียม         ข้อมูลองค์ประกอบวงโคจรองดาวเทียมแต่ละดวง จะถูกเก็บรวบรวมไว้เป็นฐานข้อมูล และมีการปรับแก้ข้อมูลใหม่เป็นระยะๆ และเพื่อให้ง่ายต่อการจัดเก็บและเข้าถึง ข้อมูลวงโคจรของดาวเทียมจะถูกบันทึกไว้ในลักษณะของโค้ดที่เรียกว่า Two-Line Element (TLE) โดยจะแสดงข้อมูลต่างๆ ของดาวเทียมรวมทั้งองค์ประกอบวงโคจรในรูปแบบของกลุ่มตัวเลขเรียงกัน 2 บรรทัด ดังนี้  ภาพที่ 5 แสดงข้อมูล TLE ของดาวเทียม GOES 7   ข้อมูลหลักๆ ของ TLE ที่ควรทราบมีดังนี้ ลำดับของดาวเทียมในฐานข้อมูล NOARD (Satellite #) เป็นชุดตัวเลขกลุ่มแรก และปรากฏอยู่ทั้งบรรทัดที่ 1 และ 2 ซึ่งบอกถึง ลำดับของดาวเทียมที่ถูกส่งขึ้นไปในวงโคจรตามระบบฐานข้อมูล NOARD โดยเริ่มนับจากดาวเทียมสปุกนิกเป็นดาวเทียมดวงแรก ในที่นี้ดาวเทียม GOES 7 ถูกส่งขึ้นสู่วงโคจรเป็นดวงที่ 17,561 ชื่อสากลของดาวเทียม (International Designator) เป็นกลุ่มตัวเลขชุดที่สองในบรรทัดที่ 1 โดยเป็นรหัสชื่อสากลของดาวเทียม ที่บอกถึงปี ค.ศ. ที่ส่งดาวเทียม (ตัวเลขสองหลักแรก) และลำดับของดาวเทียมที่ถูกส่งขึ้นสู่วงโคจรภายในปีนั้น (ตัวเลขสามหลักต่อมา) สำหรับดาวเทียม GOES 7 เป็นดาวเทียมที่ถูกส่งขึ้นไปในปี 1987 และเป็นดาวเทียบดวงที่ 22 ที่ถูกส่งขึ้นไปในปีนั้น ช่วงเวลาที่ใช้อ้างอิงวงโคจร (Epoch Year & Day Fraction) เนื่องจากข้อมูลองค์ประกอบวงโคจรของดาวเทียมจำเป็นต้องมีการปรับแก้ให้เป็นปัจจุบันตลอดเวลา ดังนั้นจึงมีการกำหนดช่วงเวลาอ้างอิงของวงโคจรที่มีการปรับแก้ล่าสุด โดยตัวเลขสองหลักแรกจะระบุปี ค.ศ. และตัวเลขที่เหลือจะเป็นจำนวนวันที่นับจากวันที่ 1 มกราคมของปีนั้นๆ ซึ่งในที่นี้ เป็นชุดข้อมูล TLE ของดาวเทียม GOES 7 ที่มีการปรับแก้ข้อมูลล่าสุดในปี 2003 ข้อมูลองค์ประกอบวงโคจร จะเป็นกลุ่มตัวเลขที่เรียกกันในบรรทัดที่ 2 ต่อจากตัวเลขลำดับ NOARD ของดาวเทียม โดยจะเริ่มจาก ค่าความเอียง (i) ค่าไรต์แอสเซนชันของแอสเซนดิงโหนด (Ω) ค่าความรี (e) ค่าระยะเชิงมุมของจุดใกล้โลก (ω) และค่ามุมกวาดจริงของดาวเทียม (v) ตามลำดับ

ประเภทของดาวเทียม

ประเภทของดาวเทียม

เราสามารถจำแนกประเภทของดาวเทียมตามประโยชน์การใช้งานได้ดังนี้ ดาวเทียมทำแผนที่ เป็นดาวเทียมที่มีวงโคจรต่ำ (LEO) ที่ระดับความสูงไม่เกิน 800 กิโลเมตร เพื่อให้ได้ภาพที่มีรายละเอียดสูง และเป็นดาวเทียมที่มีวงโคจรใกล้ขั้วโลก (Polar orbit) เพื่อให้สแกนพื้นผิวถ่ายภาพได้ครอบคลุมทุกพื้นที่ของโลก ภาพถ่ายดาวเทียมที่ได้สามารถนำไปใช้ในการทำแผนที่ ผังเมือง และการทำจารกรรมสอดแนมทางการทหาร  ภาพที่ 1 เป็นภาพถ่ายรายละเอียดสูงของพระบรมมหาราชวัง ซึ่งถ่ายโดยดาวเทียม GeoEye-1 ที่ความสูง 680 กิโลเมตร ความเร็วในวงโคจร 27,359 กิโลเมตรต่อชั่วโมง  ดาวเทียมทำแผนที่ที่มีชื่อเสียงได้แก่ Ikonos, QuickBird ซึ่งสามารถดูภาพแผนที่ใน Google Maps ภาพที่ 1 ภาพถ่ายรายละเอียดสูงของดาวเทียมวงโคจรต่ำ (ที่มา: GeoEye) ดาวเทียมสำรวจทรัพยากร เป็นดาวเทียมวงโคจรต่ำที่มีวงโคจรแบบใกล้ขั้วโลก (Near Polar Orbit) ที่ระยะสูงประมาณ 800 กิโลเมตร จึงไม่มีรายละเอียดสูงเท่าภาพถ่ายที่ได้จากดาวเทียมทำแผนที่ เพราะเน้นการครอบคลุมพื้นที่เป็นบริเวณกว้าง และทำการบันทึกภาพได้ทั้งในช่วงแสงที่ตามองเห็นและรังสีอินฟราเรด เนื่องจากโลกแผ่รังสีอินฟราเรดออกมา จึงสามารถบันทึกภาพได้แม้ในเวลากลางคืน ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรที่มีชื่อเสียงมากได้แก่ LandSat, Terra และ Aqua (MODIS Instruments)  ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรของไทยมีชื่อว่า ธีออส (Theos)  ภาพท่ี 2 เป็นภาพถ่ายพื้นที่น้ำท่วมของประเทศไทย โดยอุปกรณ์ MODIS ที่ติดตั้งในดาวเทียม Terra ภาพที่ 2 พื้นที่น้ำท่วมของประเทศไทย ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา มีวงโคจรหลายระดับขึ้นอยู่กับการออกแบบในการใช้งาน   ดาวเทียม NOAA มีวงโคจรต่ำถ่ายภาพรายละเอียดสูงดังภาพที่ 3 ส่วนดาวเทียม GOES และ MTSAT มีวงโคจรค้างฟ้าอยู่ที่ระดับสูงถ่ายภาพมุมกว้างครอบคลุมทวีปและมหาสมุทรดังภาพที่ 4  นักอุตุนิยมวิทยาใช้ภาพถ่ายดาวเทียมในการพยากรณ์อากาศและติดตามการเคลื่อนที่ของพายุจึงสามารถช่วยป้องกันความเสียหายและชีวิตคนได้เป็นจำนวนมาก ภาพที่ 3 ภาพถ่ายดาวเทียม NOAA  ภาพที่ 4 ภาพถ่ายดาวเทียม MTSAT ดาวเทียมเพื่อการนำร่อง Global Positioning System "GPS" เป็นระบบบอกตำแหน่งพิกัดภูมิศาสตร์บนพื้นโลก ซึ่งประกอบด้วยเครือข่ายดาวเทียมจำนวน 32 ดวง โคจรรอบโลกในทิศทางต่างๆ ที่ระยะสูง 20,000 กิโลเมตรส่งสัญญาณมาบนโลกพร้อมๆ กัน  แต่เนื่องจากดาวเทียมแต่ละดวงอยู่ห่างจากเครื่องรับบนพื้นโลกไม่เท่ากันดังภาพที่ 5  เครื่องรับจึงได้รับสัญญาณจากดาวเทียมแต่ละดวงไม่พร้อมกัน วงจรอิเล็คทรอนิกส์ในเครื่องรับ GPS นำค่าเวลาที่แตกต่างมาคำนวณหาพิกัดภูมิศาสตร์บนพื้นโลก ปัจจุบันเครื่องรับ GPS เป็นที่นิยมใช้กันในหมู่นักเดินทางมีทั้งแบบมือถือ ติดตั้งบนรถ เรือ และเครื่องบิน ภาพที่ 5 ระบบ GPS ดาวเทียมโทรคมนาคม เช่น Intelsat, Thaicom ส่วนใหญ่เป็นดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า (Geo-stationary Orbit) เพื่อถ่ายทอดสัญญาณจากทวีปหนึ่งไปยังอีกทวีปหนึ่ง ข้ามส่วนโค้งของโลก ดาวเทียมค้างฟ้า 1 ดวง สามารถส่งสัญญาณครอบคลุมพื้นที่การติดต่อประมาณ 1/3 ของผิวโลก และถ้าจะให้ครอบคลุมพื้นที่ทั่วโลก จะต้องใช้ดาวเทียมในวงโคจรนี้อย่างน้อย 3 ดวง ดังภาพที่ 6  อย่างไรก็ตามดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าจะลอยอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตรโลกเท่านั้น ดังนั้นสัญญาณจะไม่สามารถครอบคลุมบริเวณขั้วโลกได้เลย  ภาพที่ 6 พื้นที่สัณญานปกคลุมของดาวเทียมค้างฟ้า  ดาวเทียมภารกิจพิเศษ  นอกจากดาวเทียมทั่วไปที่ใช้งานเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันตามที่กล่าวไปแล้ว ยังมีดาวเทียมอีกหลายชนิดที่ส่งขึ้นไปเพื่อปฏิบัติภารกิจพิเศษเฉพาะทาง เช่น ดาวเทียมเพื่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ กล้องโทรทรรศน์อวกาศ  ดาวเทียมจารกรรม ดาวเทียมทางทหาร  ดาวเทียมประเภทนี้มีระยะสูงและรูปแบบของวงโคจรต่างๆ กันขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการใช้งาน ภาพที่ 7 คือ ดาวเทียม Corona ซึ่งใช้สำหรับการลาดตระเวนทางทหาร ภาพที่ 7 ดาวเทียมลาดตระเวนทางทหาร

การประยุกต์ใช้ข้อมูลจากดาวเทียม

 การประยุกต์ใช้ข้อมูลจากดาวเทียม

     ข้อมูลจากดาวเทียมสำรวจทรัพยากรถูกนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวาง เริ่มแรกเป็นการใช้แปลตีความด้วยสายตาข้อมูลในลักษณะภาพถ่าย ภาพพิมพ์ หรือฟิล์ม ปัจจุบันใช้การวิเคราะห์ข้อมูลด้วยคอมพิวเตอร์ที่ทันสมัยและการที่ดาวเทียมบันทึกภาพตามเวลาการโคจรที่กำหนด ทำให้ได้รับข้อมูลที่ทันสมัยตามช่วงเวลา สามารถที่นำไปใช้ประโยชน์ผสมผสานกับข้อมูลอื่นๆ เพื่อการบริหารจัดการทรัพยากรและสิ่งแวดล้อมอย่างมีประสิทธิภาพและการพัฒนาแบบยั่งยืน สามารถสรุปการประยุกต์ข้อมูลจากดาวเทียมในด้านต่างๆ ได้ดังนี้

1. ด้านป่าไม้

ด้านป่าไม้ใช้ในการศึกษาจำแนกชนิดป่าไม้ต่างๆ พรรณไม้ป่าชายเลน สวนป่า การประเมินหาพื้นที่ไฟป่า และติดตามการเปลี่ยนแปลงของพื้นที่ป่าไม้มาอย่างต่อเนื่อง

2. ด้านการเกษตร

ใช้ในการศึกษาหาพื้นที่เพาะปลูก พืชเศรษฐกิจต่างๆ การพยากรณ์ผลผลิต ประเมินความเสียหายจากภัยธรรมชาติและจากศัตรูพืช ตลอดจนการวางแผนกำหนดเขตเพาะปลูกพืชเศรษฐกิจ เช่น ลำไย ข้าว อ้อย ข้าวโพดมันสำปะหลัง สับปะรด ปาล์มน้ำมัน และยางพารา

3. ด้านการใช้ที่ดิน

ข้อมูลจากดาวเทียมใช้ในการทำแผนที่การใช้ที่ดิน/สิ่งปกคลุมดินที่ทันสมัยและต่อเนื่อง เพื่อเป็นข้อมูลในการวางแผนการจัดการการใช้ที่ดินอย่างเหมาะสม

4. ด้านธรณีวิทยา และธรณีสัณฐาน

ข้อมูลด้านโครงสร้างทางธรณี โดยเฉพาะลักษณะภูมิประเทศ และธรณีสัณฐาน สามารถศึกษาได้อย่างชัดเจนจากข้อมูลจากดาวเทียม การทำแผนที่ธรณีโครงสร้างของประเทศ ซึ่งเป็นข้อมูลพื้นฐานที่บอกถึงแหล่งแร่แหล่งเชื้อเพลิงธรรมชาติ ตลอดจนแหล่งน้ำบาดาล และการวางแผนการสร้างเขื่อน เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีการนำเอาข้อมูลจากดาวเทียมไปใช้ศึกษาทางด้านโบราณคดี เช่น พื้นที่เมืองโบราณ แนวรอยเลื่อนของเปลือกโลก ขอบเขตของหินต่างชนิดกัน เป็นต้น

5. ด้านอุทกวิทยา และการจัดการทรัพยากรน้ำ

ข้อมูลจากดาวเทียมมีบทบาทสำคัญในการให้ข้อมูลเกี่ยวกับคลองชลประทาน แม่น้ำ ลำคลอง อ่างเก็บน้ำ และเขื่อน การศึกษาการแพร่กระจายของตะกอนในอ่างน้ำเพื่อการบำรุงรักษาเขื่อน การทำแผนที่น้ำท่วมเพื่อประเมินความเสียหายจากอุทกภัยได้อย่างมีประสิทธิภาพ ใช้ในการวางแผนป้องกันน้ำท่วมในฤดูน้ำหลาก และบรรเทาช่วยเหลือราษฎรประสบภัยน้ำท่วม ติดตามการเปลี่ยนแปลงเส้นและความกว้างของแม่น้ำ ศึกษาคุณภาพของน้ำ ใช้ในการประเมินวิเคราะห์พื้นที่ประสบภัยแล้ง รวมทั้งการวางแผนการสร้างแหล่งเก็บกักน้ำ เช่น เขื่อน อ่างเก็บน้ำ ฯลฯ

6. ด้านสมุทรศาสตร์และทรัพยากรชายฝั่ง

ข้อมูลจากดาวเทียมนำไปใช้ในการศึกษาการแพร่กระจายของตะกอน พื้นที่หาดเลน และทรัพยากรชายฝั่ง การทำแผนที่เพาะเลี้ยงและการประมงชายฝั่ง ซึ่งเป็นประโยชน์ในการจัดการทรัพยากรชายฝั่ง

7. ด้านการทำแผนที่

ข้อมูลจากดาวเทียมมีประโยชน์อย่างยิ่งในการปรับปรุงแผนที่ภูมิประเทศให้ถูกต้องและทันสมัยการทำแผนที่โครงสร้างพื้นฐาน เช่น ถนน เส้นทางคมนาคม แผนที่ผังเมือง เพื่อการวางแผนการบริหารจัดการทรัพยากรด้านต่างๆ ได้อย่างรวดเร็วและประหยัดค่าใช้จ่าย

8. ด้านภัยธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม

ข้อมูลจากดาวเทียมถูกนำมาใช้ในการศึกษาประเมินความเสียหายจากภัยธรรมชาติ และวางแผนลดความสูญเสียจากภัยพิบัติต่างๆ เช่น น้ำท่วม แผ่นดินถล่ม วาตภัยจากไต้ฝุ่น ด้านสิ่งแวดล้อมสามารถใช้ในการติดตามการแพร่กระจายของตะกอนจากการทำเหมืองแร่ในทะเล การกัดเซาะชายฝั่ง การกระจายของน้ำเสีย การบุกรุกทำลายป่าไม้

9. ด้านการผังเมืองและการขยายเมือง

ข้อมูลจากดาวเทียมที่มีความละเอียดสูงสามารถใช้ในการติดตามการขยายตัวเมืองและแหล่งชุมชนเพื่อการวางแผนรองรับด้านโครงสร้างพื้นฐาน การหาตำแหน่งหมู่บ้านชนกลุ่มน้อย หรือหาตำแหน่งที่เหมาะสมในการตั้งถิ่นฐานใหม่

10.ด้านความมั่นคงของชาติ

ดาวเทียมสามารถถ่ายภาพที่มีรายละเอียดสูงเพียงพอที่ใช้สังเกตการณ์ต่างๆ โดยสามารถใช้ถ่ายภาพพื้นที่ซึ่งมีความเสี่ยงด้านความมั่นคงสูง เพื่อติดตามความเคลื่อนไหวและการเปลี่ยนแปลงอย่างสม่ำเสมอ จัดทำเป็นคลังข้อมูลการข่าวได้ นอกจากนี้ใช้ในการตรวจการปลูกพืชเสพติด และตรวจจับพื้นที่อาจมีการขนย้ายยาเสพติดได้ผลประโยชน์ด้านความมั่นคงที่จะได้รับไม่อาจประเมินค่าได้

ประวัติดาวเทียม

ประวัติดาวเทียม

ประวัติ

ตั้งแต่โลกเราได้มีการประดิษฐ์คิดค้นดาวเทียมขึ้นมาใช้งาน ก็ทำให้โลกเกิดสิ่งใหม่ๆ ขึ้นมาอำนวยประโยชน์ให้มนุษย์อย่างมากมาย หลายองค์กรและหลายๆ ประเทศต่างมีการเข้าร่วมกันแลกเปลี่ยนเทคโนโลยี และสร้างสรรค์ผลงานขึ้นมาอำนวยความสะดวกให้แก่มนุษย์ชาติ

ดาวเทียมก่อนทศวรรษที่ 60

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

ดาวเทียมในทศวรรษที่ 60

ช่วงทศวรรษนี้เป็นช่วงการเฟื่องฟูของดาวเทียมสำหรับมนุษยชาติ ในเดือนสิงหาคม ค.ศ. 1960 สหรัฐได้ส่งดาวเทียม Echo 1 ขึ้นไปทำหน้าที่ในการสะท้อนคลื่นวิทยุสู่โลกได้เป็นผลสำเร็จ ทำให้เชื่อได้ว่าการสื่อสารผ่านดาวเทียมเป็นเรื่องที่สามารถเป็นไปได้ซึ่ง ก่อนหน้านั้น ในเดือนเมษายนปีเดียวกัน สหรัฐก็ได้ส่งดาวเทียม TIROS 1 ขึ้นไปสู่อวกาศ ดาวเทียม TIROS 1 เป็นดาวเทียมสำรวจสภาพอากาศดวงแรกที่ได้ส่งภาพถ่ายกลุ่มเมฆหมอกกลับมายังโลก จากนั้นกองทัพเรือสหรัฐได้พัฒนาดาวเทียมหาตำแหน่งดวงแรกที่ได้ถูกส่งขึ้นไป โคจรในเดือนเมษายน ปี ค.ศ. 1960 และหลังจากนั้นเป็นต้นมาก็ได้พัฒนาดาวเทียมเป็นจำนวนมากกว่า 100 ดวงถูกส่งขึ้นไปโคจรแทนที่กันในแต่ละปี

ดาวเทียมในทศวรรษที่ 70

ช่วงทศวรรษที่ 70 ได้มีการเปลี่ยนแปลงใหม่ๆ เกิดขึ้นในโลกของดาวเทียม อุปกรณ์และเครื่องมือใหม่ๆ ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าเดิมได้ถูกนำมาใช้ ชิ้นส่วนอุปกรณ์เหล่านั้นล้วนถูกทำขึ้นมาจากการใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ และเทคโนโลยีในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบและก่อ สร้างดาวเทียม

ดาวเทียมในทศวรรษที่ 80

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

ดาวเทียมในทศวรรษที่ 90

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

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

วงโคจรต่ำของโลก (Low Earth Orbit "LEO") คือระยะสูงจากพื้นโลกไม่เกิน 1,000 กม. ใช้ในการสังเกตการณ์ สำรวจสภาวะแวดล้อม, ถ่ายภาพ ไม่สามารถใช้งานครอบคลุมบริเวณใดบริเวณหนึ่งได้ตลอดเวลา เพราะมีความเร็วในการเคลื่อนที่สูง แต่จะสามารถบันทึกภาพคลุมพื้นที่ตามเส้นทางวงโคจรที่ผ่านไป ตามที่สถานีภาคพื้นดินจะกำหนดเส้นทางโคจรอยู่ในแนวขั้วโลก (Polar Orbit) ดาวเทียมวงโคจรระยะต่ำขนาดใหญ่บางดวงสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าในเวลาค่ำ หรือก่อนสว่าง เพราะดาวเทียมจะสว่างเป็นจุดเล็ก ๆ เคลื่อนที่ผ่านในแนวนอนอย่างรวดเร็ว

วงโคจรระยะปานกลาง (Medium Earth Orbit "MEO")

อยู่ที่ระยะความสูงตั้งแต่ 1,000 กม. ขึ้นไป ส่วนใหญ่ใช้ในด้านอุตุนิยมวิทยา และสามารถใช้ในการติดต่อสื่อสารเฉพาะพื้นที่ได้ แต่หากจะติดต่อให้ครอบคลุมทั่วโลกจะต้องใช้ดาวเทียมหลายดวงในการส่งผ่าน

วงโคจรประจำที่ (Geostationary Earth Orbit "GEO")

เป็นดาวเทียมเพื่อการสื่อสารเป็นส่วนใหญ่ อยู่สูงจากพื้นโลกประมาณ 35,780 กม. เส้นทางโคจรอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตร (Equatorial Orbit) ดาวเทียมจะหมุนรอบโลกด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับโลกหมุนรอบตัวเองทำให้ดู เหมือนลอยนิ่งอยู่เหนือ จุดจุดหนึ่งบนโลกตลอดเวลา (เรียกทั่ว ๆ ไปว่า "ดาวเทียมค้างฟ้า")

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

วงโคจรคลาร์ก เป็นวงโคจรในระนาบเส้นศูนย์สูตร (EQUATOR) ที่มีความสูงเป็นระยะที่ทำให้ดาวเทียมที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเชิงมุมเท่า กันกับการหมุนของโลก แล้วทำให้เกิดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางมีค่าพอดีกับค่าแรงดึงดูดของโลกพอดี เป็นผลให้ดาวเทียมดูเหมือนคงอยู่กับที่ ณ ระดับความสูงนี้ ดาวเทียมค้างฟ้าส่วนใหญ่ใช้ในการสื่อสารระหว่างประเทศและภายในประเทศ เช่น ดาวเทียมอนุกรม อินเทลแซต ๆลๆ

ประเภทของดาวเทียม

1. ดาวเทียมสื่อสาร
2. ดาวเทียมสำรวจ
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 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

อ้างอิง : http://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B8%...B8%A2%E0%B8%A1