เราสื่อสารกับดาวเทียมได้อย่างไร?
Q: เราสื่อสารกับดาวเทียมที่ลอยอยู่ในอวกาศและโคจรรอบโลกได้อย่างไร
A: สื่อสารผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คล้ายสัญญาณโทรศัพท์ โดยมีผู้รับและผู้ส่ง คือ สถานีภาคพื้นและดาวเทียม
Q : แต่ว่าดาวเทียมมันอยู่ลอยอยู่ในอวกาศเหนือท้องฟ้าขึ้นไปไกลมากเลยนะสัญญาณมันจะส่งถึงเหรอ?
A : ก่อนจะพูดถถึงเรื่องส่งสัญญาณถึงหรือไม่ถึงนั้นเราต้องมาดูกันก่อนว่าสัญญาณนั้นอันที่จริงแล้วมันคืออะไรกัน สัญญาณ ที่โทรศัพท์มือถือส่งต่อกันก็คือ “คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า” นั่นเอง แต่รูปแบบของสัญญาณเจ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านี่หน้าตาจะต่างกันออกไปเพราระข้อมูลที่อัดอยู่ในคลื่นนั้นๆ เช่นคำพูดจากผู้ส่งหนึ่งประโยคจะถูกแปลงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารูปหนึ่งและเคลื่อนที่ผ่านอากาศ(หรือสูญญากาศ)และแปลงกลับมาอยู่ในรูปของเสียงคืนเพื่อให้ผู้ฟังฟังได้อย่างเข้าใจ ชุดอุปกรณ์ตัวที่ทำหน้าที่แปลงสิ่งที่เราต้องการจะสื่อเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไปถึงฝ่ายรับได้เข้าใจ ก็คือ ตัวรับส่งสัญญาณ (Transceiver) และ สายอากาศ (Antenna) นั่นเอง และการที่คลื่นเดินทางไปได้ไกลจะดีขนาดไหนก็ขึ้นอยู่กับผลรวมกำลังที่ส่งขอสัญญาณ (Link Budget) ซึ่งเจ้าอุปกรณ์ตัวรับส่งสัญญาณและสายอากาศนั้นก็จะออกแบบมาให้เข้ากับอุปกรณ์ ไม่ว่าจะเป็นมือถือ หรือ ดาวเทียม ซึ่งวิศวกรในด้านนี้ก็จะออกแบบโดยคำนึงถึงระยะของดาวเทียม ความถี่ ประเภทของสายอากาศและเลือกค่าที่เหมาะสมออกมาเพื่อให้สถานีบนโลกโลกติดต่อกับดาวเทียมได้
Q : แล้วดาวเทียมติดต่อกับสถานีบนโลกทำไม?
A : เนื่องด้วยเราต้องรู้ว่าสุขภาพของดาวเทียมนั้นเป็นอย่างไรและพร้อมทำงานได้อย่างถูกต้องตามหน้าที่ของดาวเทียมหรือไม่ ข้อมูลสถานะเหล่านั้นก็คือ Telemetry และได้ถูกส่งผ่านทางคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามายังสถานีภาคพื้นแล้วนำข้อมูลนั้นไปประเมินและวิเคราะห์ต่อไป ส่วนการที่ควบคุมดาวเทียมได้โดยสถานีภาคพื้นจะส่งคำสั่งให้ดาวเทียมขึ้นไปเพื่อควบคุมและทำภารกิจของดาวเทียมผ่านทางคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นเดียวกัน โดยคำสั่งควบคุมนั้นเรียกว่า Telecommand
Q : เข้าใจว่าการติดต่อนั้นต้องใช้ผ่านสายอากาศในการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แล้วสายอากาศ
ของภาคพื้นหน้าตาเป็นแบบไหน ?
A : สายอากาศของสถานีภาคพื้นส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปแบบของสายอากาศแบบพาราโบลา(Parabolic Antenna) หรือที่เรารู้จักในรูปแบบของจานดาวเทียม และเจ้าจานดาวเทียมนั้นจะมีกำลังส่งที่สูงมาก เพื่อรับและส่งสัญญาณไปยังดาวเทียมที่อยู่ไกลได้อย่างราบรื่น
แต่เจ้าจานดาวเทียมนี้จะมีแนวลำคลื่นของจานของสายอากาศ (Beam Width) เพื่อให้ดาวเทียมนั้นสัญญาณได้ดี ดาวเทียมจะต้องอยู่ในแนวลำคลื่น ดังนั้นทางสถานีภาคพื้นมีระบบติดตาม (Tracking System) ทำให้ควบคุมทิศทางของจานดาวเทียมและนั่นก็คือควบคุมแนวลำคลื่นให้ตรงกับดาวเทียมได้
Q : งั้นสายอากาศของดาวเทียม THEOS-2 SmallSAT เป็นแบบไหน?
A : ก่อนจะพูดถึงสายอากาศของเจ้าดาวเทียมดวงเล็กของเรา เราต้องมาดูระบบส่งสัญญาณกันก่อน เจ้าดาวเทียมดวงเล็กนี้จะแบ่งออกเป็น 2 ระบบคือ ระบบ S-Band และ X-Band โดยระบบ S-Band นี้จะทำหน้าที่รับส่ง Telecommand และ Telemetry ในย่านความถี่ 2 – 4 GHz ส่วนระบบ X-Band จะทำหน้าที่ส่งข้อมูลที่มีขนาดใหญ่เช่น ภาพถ่ายบนพื้นโลกที่มีความละเอียดสูง ในย่านความถี่ 8 - 12 GHz จากดาวเทียมมายังสถานีภาคพื้น เพราะความถี่ยิ่งสูงมากก็สามารถผสมข้อมูลได้เยอะขึ้นแต่จะก็จะมีการลดทอนสัญญาณมากตามระยะทางเช่นกัน โดยสายอากาศของระบบ S-Band จะอยู่ในรูปแบบ เสาโมโนโพล (Monopole Antenna) และ สายอากาศแบบแผ่น (Patch Antenna) ส่วน ระบบ X-Band จะใช้สายอากาศแบบปากแตร (Horn Antenna)
Q : ทำไมใช้สายอากาศไม่เหมือนกัน?
A : นั่นเป็นเพราะว่าเป็นสายอากาศแต่ละประเภททำหน้าที่ได้ไม่เหมือนกันและมีข้อดีข้อเสียแตกต่างกันเราจึงต้องเลือกประเภทสายอากาศให้เหมาะสม สายอากาศแบบเสาโมโนโพลจะสามารถรับและส่งได้เกือบรอบทิศทาง แต่จะมีค่าขยายสัญญาณที่ต่ำ ส่วนสายอากาศแบบแผ่นจะมีแนวรับส่งสัญญาณได้ครอบคลุมประมาณ 180 องศา(ถ้าดูในมุมสองมิติ) แต่จะมีค่าขยายสัญญาณมากกว่า ส่วนสายอากาศแบบปากแตรนั้นจะมีแนวรับส่งสัญญาณที่แคบมากแต่ว่าการขยายสัญญาณที่เยอะ การที่ระบบ X-Band ใช้สายอากาศแบบปากแตรเพราะว่าระบบ X-Band มีการรับส่งข้อมูลที่ค่อนข้างมากเมื่อเทียบกับ S-Band และมีการทอนสัญญาณที่สูง ดังนั้นระบบ X-Band จึงต้องเลือกสายอากาศที่ขยายสัญญาณได้สูง
