ดาวเทียม

"ดาวเทียม" เป็นวิวัฒนาการที่มนุษย์ได้ประดิษฐ์ขึ้นมาใช้ประโยชน์ในด้านการทหาร และได้พัฒนามาใช้ทางด้านการพยากรณ์อากาศ การค้นหาทรัพยากรธรณี และการสื่อสารที่จะกล่าวถึงในที่นี้คือ “ดาวเทียมสื่อสาร” ที่ใช้ในกิจการระบบโทรทัศน์

ดาวเทียมสื่อสาร
ดาวเทียมสื่อสารนั้น จะถูกส่งขึ้นไปในช่วงของอากาศเข้าสู่วงโคจรโดยมีความห่างจากพื้นโลกโดยประมาณ 35.786 KM. ซึ่งความสูงในระดับนี้จะเป็นผลทำให้เกิดแรงดึงดูดระหว่างโลก และดาวเทียม ในขณะที่โลกหมุนก็จะส่งแรงเหวี่ยง ทำให้ดาวเทียมเกิดการโคจรรอบโลกตามการหมุนของโลก (ยกตัวอย่างเหมือนเราเอาเชือกผูกลูกตุ้มแล้วหมุนตัวเหวี่ยงไปโดยรอบๆ) ซึ่งถ้าเราอยู่บนพื้นโลก เห็นดาวเทียมอยู่กับที่ ดาวเทียมสื่อสารที่ส่งขึ้นไปครั้งแรกเมื่อปี 2508 โดยองค์การโทรคมนาคม

ผู้ริเริ่มให้แนวคิดการสื่อสารดาวเทียม คือ "อาเธอร์ ซี คลาร์ก" (ARTHUR C. CLARKE) นักเขียนนวนิยายและสารคดีวิทยาศาสตร์ผู้มีชื่อเสียงในปลายคริสต์ศตวรรษที่ 20 เขาได้สร้างสรรค์จินตนาการของการสื่อสารดาวเทียมให้เราได้รับรู้ ตั้งแต่ปี ค.ศ.1945 โดยเขียนบทความเรื่อง "EXTRA TERRESTRIAL RELAYS" ในนิตยสาร "wireless world" ฉบับเดือนตุลาคม ค.ศ.1945 ซึ่งบทความนั้นได้กล่าวถึงการเชื่อมระบบสัญญาณวิทยุจากมุมโลกหนึ่งไปยังอีกมุมโลกหนึ่ง ให้สามารถติดต่อสื่อสารกันได้ตลอด 24 ชั่วโมง โดยใช้สถานีถ่ายทอดวิทยุที่ลอยอยู่ในอวกาศเหนือพื้นโลกขึ้นไปประมาณ 35,786 กิโลเมตร จำนวน 3 สถานี

ในวันที่ 4 ตุลาคม ค.ศ.1957 ข้อคิดในบทความของอาร์เธอร์ ซี คลาร์ก เริ่มเป็นจริงขึ้นมาเมื่อสหภาพโซเวียตรัสเซียได้ส่งดาวเทียม "สปุทนิก" (sputning) ซึ่งเป็นดาวเทียมดวงแรกของโลกที่ขึ้นสู่อวกาศได้สำเร็จแล้วในเดือนต่อมาก็ได้ส่ง "สปุทนิก2" ดาวเทียมดวงที่ 2 ขึ้นสู่ห้วงอวกาศโดยมีสุนัขชื่อไลก้า (laika) ขึ้นไปด้วยและในปีถัดมาเมื่อวันที่ 31 มกราคม 1958 สหรัฐบริการก็ส่งดาวเทียมชื่อ เอ็กซ์พลอเรอ1 (explorer1) ขึ้นสู่อวกาศได้สำเร็จเป็นประเทศที่ 2 หลังจากนั้นเป็นต้นมาทั้งรัสเซีย และสหรัฐอเมริการต่างก็ส่งดาวเทียมขึ้นสู่อวกาศอีกหลายดวง แต่ดาวเทียมเหล่านั้นเป็นดาวเทียมเพื่อการสำรวจบรรยากาศทั้งสิ้นต่อมาเมื่อวันที่ 18 ธันวาคม ค.ศ.1958 สหรัฐอเมริกาได้ส่งดาวเทียมเพื่อการสื่อสารดวงแรกมีชื่อว่า สกอร์ (score) ขึ้นสู่อวกาศ และได้บันทึกเสียงสัญญาณที่เป็นคำกล่าวอวยพรของท่านประธานาธิปดี ไอเซนฮาร์ว เนื่องในเทศกาลคริสต์มาสจากสถานีภาคพื้นดิน แล้วถ่ายทอดสัญญาณจากดาวเทียมลงมาสู่ชาวโลก นับเป็นการส่งวิทยุกระจายเสียงจากดาวเทียมภาคพื้นโลกได้เป็นครั้งแรกเมื่อในวันที่ 20 สิงหาคม 1964 ประเทศสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (itu) จำนวน 11 ประเทศ ร่วมกันจัดตั้งองค์การโทรคมนาคมทางดาวเทียมต่างประเทศ หรือเรียกว่า อินเทลแซท (intelsat international telecommunications satellite organization) ขึ้นที่กรุงวอชิงตัน ดี.ซี สหรัฐอเมริกาโดยให้ประเทศสมาชิกเข้าถือหุ้นดำเนินการใช้ดาวเทียมเพื่อกิจการโทรคมนาคมพาณิชย์แห่งโลก intelsat ตั้งคณะกรรมการ interim communications satellite committee เป็นผู้จัดการในธุรกิจต่างๆ ตามนโยบายของ icsc ได้แก่การจัดสร้างดาวเทียมการปล่อยดาวเทียมการกำหนดมาตรฐานสถานีภาคพื้นดินการกำหนดค่าเช่าใช้ช่องสัญญาณดาวเทียม เป็นต้น

ในวันที่ 10 ตุลาคม 1964 ได้มีการถ่ายทอดโทรทัศน์พิธีเปิดงานกีฬาโอลิมปิกครั้งที่ 18 จากกรุงโตเกียวผ่านดาวเทียม "syncom III" ไปสหรัฐอเมริกานับได้ว่าเป็นการถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์ผ่านดาวเทียมครั้งแรกของโลกในวันที่ 6 เมษายน ค.ศ.1965 comsat ส่งดาวเทียม "telsat1" ที่รู้จักกันอย่างดีในชื่อว่า early bird ส่งขึ้นเหนือมหาสมุทรแอตแลนติก นับได้ว่าเป็นดาวเทียมเพื่อการสื่อสาร เพื่อการพาณิชย์ดวงแรกของโลกในระยะหลังมีหลายประเทศที่มีดาวเทียมเป็นของตนเอง (domsat) เพื่อใช้ในการสื่อสารภายในประเทศเช่น palapa ของอินโดนีเซีย sakura ของญี่ปุ่น comstar ของอเมริกา thaicom ของประเทศไทย แต่การติดต่อสื่อสารระหว่างประเทศยังใช้ดาวเทียintelsat เป็นหลักในการสื่อสารอยู่ขอบข่ายของระบบการสื่อสารโดยผ่านดาวเทียม สามารถครอบคลุมพื้นที่ทั่วโลกโดยใช้ดาวเทียม 3 ดวง ยิงขึ้นไปในโคจรอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตร จากพื้นผิวโลกโดยมีระยะทางประมาณ 35,786 กม. ในตำแหน่งที่ทำมุมซึ่งกันและกัน 120 องศา โดยจะโคจรพร้อมไปกับโลกด้วยความเร็วเท่ากับเวลาที่โลกหมุนรอบตัวเอง (syn chronous orbit) ดังนั้นตำแหน่งดาวเทียมจะคงที่ตลอดเวลา เมื่อเปรียบเทียบกับโลกโดยกำหนดให้

• ดาวเทียมดวงที่ 1 โคจรอยู่เหนือมหาสมุทรแอตแลนติค ที่จุดเส้นรุ้งที่ 335 องศาE ใช้ติดต่อระหว่างทวีปยุโรป,แอฟริกา และอเมริกา ได้แก่ดาวเทียม intelsat v(F-10)
• ดาวเทียมดวงที่ 2 ได้โคจรอยู่เหนือมหาสมุทรแปซิฟิก ที่จุดเส้นรุ้งที่ 174 องศาE ใช้ติดต่อในระหว่างทวีป เอเชีย อเมริกา ได้แก่ดาวเทียม intelsat v(F-3)
• ดาวเทียมดวงที่ 3 ได้โคจรอยู่เหนือมหาสมุทรอินเดีย ที่จุดเส้นรุ้งที่ 60 ใช้ติดต่อในระหว่างทวีปเอเชีย ออสเตรเลีย และอเมริกา ได้แก่ดาวเทียม intelsat v-a(F-15)

นอกจากนั้นเหนือมหาสมุทรแต่ละด้านยังมีดาวเทียมสำรองอีก 1-2 ดวงไว้สำหรับในกรณีที่ดาวเทียมดวงหลักเกิดขัดข้องไม่สามารถใช้งานตามปกติได้ในระบบสื่อสารดาวเทียม จะต้องมีสถานีคมนาคมภาคพื้นดินตั้งตามจุดต่างๆ ตามพื้นโลก เพื่อเป็นสถานีรับส่งสัญญาณระหว่างพื้นโลกกับดาวเทียม โดยจะอยู่ห่างกันได้มากที่สุดเท่ากับ 12,000 กม. หรือประมาณ 1 ใน 3 ของพื้นโลก โดยสถานีภาคพื้นดินจะติดต่อสถานีอีกแห่งหนึ่งจะต้องแลเห็นดาวเทียมดวงเดียวกันไม่ต่ำกว่ามุมเงย 5 องศา

ระบบการสื่อสารผ่านดาวเทียม
ดาวเทียมที่อยู่ในวงโคจรทั่วไป มีวงโคจรเป็นรูปวงรี มีระนาบไม่แน่นอน ตำแหน่งของตัวดาวเทียมเมื่อเทียบกับโลกก็ไม่แน่นอน มักใช้งานในการสำรวจสภาพภูมิอากาศ ภูมิประเทศ แหล่งทรัพยากรธรณีและงานจารกรรมทางทหาร

• ดาวเทียมค้างฟ้า (geostationary satellite) เป็นดาวเทียมที่อยู่กับที่เมื่อเทียบกับโลกมีวงโคจรอยู่ในระนาบเดียวกับเส้นศูนย์สูตร อยู่สูงจากผิวโลกประมาณ 35,786 กม. วงโคจรพิเศษนี้อาจเรียกว่าวงโคจรค้างฟ้า หรือ วงโคจรคลาร์ก เพื่อเป็นเกียรติแก่นาย Arthur c.clarke ผู้ค้นพบโคจรนี้

วงจรคลาร์ก
เป็นวงโคจรในระนาบเส้นศูนย์สูตร equator ที่มีความสูงเป็นระยะที่ทำให้ดาวเทียมที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับการหมุนของโลก แล้วทำให้เกิดแรงเหวี่ยงหนศูนย์กลางมีค่าเท่ากับแรงดึงดูดของโลกพอดี เป็นผลให้ดาวเทียมดูเหมือนอยู่คงที่ ณ ระดับความสูงของดาวเทียมค้างฟ้าส่วนใหญ่ใช้ในการสื่อสารระหว่างประเทศและภายในประเทศ เช่น ดาวเทียมอนุกรมอินเทลแซด ดาวเทียมปาลาปาของประเทศอินโดนีเซียและดาวเทียมไทยคมของประเทศไทย ปัจจุบันมีดาวเทียมค้างฟ้าเกินร้อยๆ ดวงที่ปรากฏอยู่ในวงจรคลาร์ก

ประเภทของดาวเทียม
ดาวเทียม คือ วัตถุที่เกิดจากการประดิษฐ์คิดค้นโดยมันสมองของมนุษย์ ซึ่งมันสามารถจะลอยอยู่ในอวกาศ และโคจรรอบโลก หรือขับเคลื่อนไปยังจุดหมายปลายทางที่มนุษย์ต้องการได้ โดยอาศัยกฏเกณฑ์ทางวิทยาศาสตร์ต่างๆ เช่นแรงดึงดูดของโลก ซึ่งทำให้ดาวเทียมสามารถโคจรรอบโลกได้ในลักษณะเดียวกันกับที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก และโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์

ดาวเทียมมีมากกว่าหลายประเภท สามารถแบ่งประเภทการใช้งานได้ 11 ประเภท ดังนี้

• ดาวเทียมเพื่อการสื่อสารระหว่างจุดต่อจุด เช่น ดาวเทียม ปาลาปา, ดาวเทียมไทยคม
• ดาวเทียมเพื่อการสื่อสารระหว่างดาวเทียม เช่น ดาวเทียม TDRS
• ดาวเทียมเพื่อการสื่อสารเคลื่อนที่บนบก ในน้ำ และในอากาศ เช่น ดาวเทียมอินมาร์แซท
• ดาวเทียมเพื่อการสื่อสารวิทยุกระจายเสียง และวิทยุโทรทัศน์ เช่น ดาวเทียม ASTRA
• ดาวเทียมเพื่อการสำรวจโลก สำรวจทรัพยากรธรรมชาติ เช่น ดาวเทียม LANDSAT
• ดาวเทียมเพื่อการสำรวจอวกาศ เช่นดาวเทียม METEOR,ดาวเทียม EXPLORER
• ดาวเทียมเพื่อการพยากรณ์อากาศ เช่น ดาวเทียม GMS,ดาวเทียม NOVA-6-9
• ดาวเทียมเพื่อการปฏิบัติในห้วงอวกาศ เช่น ดาวเทียม spas,ดาวเทียม skylab
• ดาวเทียมเพื่อกิจการวิทยุสมัครเล่น เช่น ดาวเทียม jas-1 หรือดาวเทียม fuji
• ดาวเทียมเพื่อการกำหนดตำแหน่ง เช่น ดาวเทียม navstar
• ดาวเทียมเพื่อการนำร่องเรือ และอากาศยาน เช่น ดาวเทียม Transit,ดาวเทียม cosmos

ย่านความถี่ในการส่งสัญญาณ
ดาวเทียมที่ใช้ในการสื่อสารจะมีอุปกรณ์การรับ-ส่งคลื่นวิทยุ ภายในตัวดาวเทียม และอาศัยดาวเทียมทำหน้าที่ถ่ายทอดทวนสัญญาณ(REPEATER) ไปยังสถานีภาคพื้นดินที่ทำการส่งสัญญาณและรับสัญญาณการส่งสัญญาณความถี่คลื่นไมโครเวฟจากสถานีภาคพื้นดินที่ส่งสัญญาณขาขึ้น เราเรียกว่า "การเชื่อมโยงขาขึ้น" (Up-link) ซึ่งจานรับสัญญาณบนตัวดาวเทียมจะรับคลื่นสัญญาณข้อมูลภาพ, เสียง, คอมพิวเตอร์ไว้แล้วนำไปขยายให้มีความแรงของสัญญาณมากขึ้น แล้วจึงส่งลงมายังสถานีภาคพื้นดินที่ต้องการ ซึ่งการส่งสัญญาณจากดาวเทียมลงมายังสถานีภาคพื้นดินเราเรียกว่า "การเชื่อมโยงขาลง" (Down-link) โดยความถี่คลื่นไมโครเวฟขาขึ้นจะแตกต่างกับความถี่ขาลงซึ่งเป็นไปตามหลักของระบบการถ่ายทอดความถี่ และหลีกเลี่ยงการรบกวนของสัญญาณ โดยความถี่ขาขึ้นจะสูงกว่าความถี่ขาลงจากดาวเทียมเสมอซึ่งการส่งจะยากกว่าการรับสัญญาณ

อุปกรณ์ที่ใช้

• เครื่องรีซีฟเวอร์
• คอจาน
• ตะแกรงจาน
• ฐานหมวกและหมวก
• LNB