8.2 การขนส่งและการโคจรของดาวเทียม

8.2 การขนส่งและการโคจรของดาวเทียม

 ปัจจุบันความก้าวหน้าด้านวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีด้านการโคจรภายใต้แรงดึงดูดระหว่างมวล ถูกนำมาประยุกต์ใช้เพื่อช่วยพัฒนาองค์ความรู้ต่างๆ ทั้งทางด้านวิทยาศาสตร์ เศรษฐกิจ สังคม อุตุนิยมวิทยา ภูมิศาสตร์ หรือแม้แต่ช่วยอำนวยความสะดวกด้านการติดต่อสื่อสารอย่างทั่วถึงและรวดเร็ว ดังเช่นในยุคข้อมูลไร้พรมแดนอย่างทุกวันนี้ ตัวอย่างของวัตถุที่มีการโคจรภายใต้แรงดึงดูดระหว่างมวล เช่น ดาวเทียม กล้องโทรทรรศน์อวกาศ สถานีอวกาศ เป็นต้น พื้นฐานของการโคจรภายใต้แรงดึงดูดระหว่างมวลจำเป็นต้องอาศัยความรู้เกี่ยวกับเรขาคณิตของเส้นโค้งซึ่งเป็นรูปร่างของเส้นทางการเคลื่อนที่ โดยเฉพาะเรขาคณิตของวงรี ซึ่งได้กล่าวไว้คร่าวๆ แล้วในบทที่ 4 เส้นทางการเคลื่อนที่แบบวงรีสามารถอธิบายได้ด้วยกฎของเคปเลอร์ 3 ข้อ ดังต่อไปนี้ คือ

1. ดาวเคราะห์ทั้งหมดจะมีเส้นทางการเคลื่อนที่เป็นวงรี โดยมีดวงอาทิตย์อยู่ที่ตำแหน่งจุดโฟกัสจุดหนึ่งของวงรี

2. ถ้าลากเส้นตรงเชื่อมระหว่างดาวเคราะห์กับดวงอาทิตย์แล้ว เส้นตรงดังกล่าวจะกวาดพื้นที่ได้ค่าเท่ากันเมื่อช่วงเวลาที่ใช้เท่ากัน

3. สำหรับวงโคจรแบบวงรีของวัตถุท้องฟ้าภายใต้แรงโน้มถ่วงระหว่างกัน คาบการโคจรกับระยะครึ่งแกนยาวจะมีความสัมพันธ์กันโดยที่ คาบการโคจรของวัตถุท้องฟ้า (หน่วยปี) ยกกำลังสอง จะมีค่าเท่ากับระยะครึ่งแกนยาว (ในหน่วย AU) ยกกำลังสาม

กฎของเคปเลอร์ในเบื้องต้นใช้อธิบายเส้นทางการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ ซึ่งเกิดจากแรงดึงดูดระหว่างมวลของดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์ แต่เนื่องจากแรงดังกล่าวเป็นแรงชนิดเดียวกับแรงดึงดูดระหว่างมวลของโลกกับดาวเทียม โลกกับสถานีอวกาศ ดวงอาทิตย์กับยานอวกาศ ฯลฯ จึงสามารถใช้กฎของเคปเลอร์ในการอธิบายเส้นทางการเคลื่อนที่ของวัตถุเหล่านี้ได้

– ดาวเทียม

ปัจจุบันดาวเทียมถูกมนุษย์ส่งไปโคจรรอบโลกจำนวนนับไม่ถ้วน ด้วยประโยชน์ต่างๆมากมาย สามารถแบ่งประเภทของดาวเทียมตามหน้าที่ต่างๆ ได้ดังนี้

(ก) ดาวเทียมสื่อสาร

(ข) ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา

(ค) ดาวเทียมสำรวจทรัพยากร

(ง) ดาวเทียมทางทหาร

(จ) ดาวเทียมสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์

ดาวเทียมถูกส่งขึ้นไปจากโลกโดยยานขนส่งอวกาศ และสามารถโคจรรอบโลกได้อาศัยหลักการโคจรตามแรงดึงดูดระหว่างมวล ซึ่ง ณ ระดับความสูงจากผิวโลกระดับหนึ่ง ดาวเทียมจะต้องมีความเร็วเพียงค่าหนึ่งเท่านั้นจึงสามารถจะโคจรรอบโลกอยู่ได้โดยไม่หลุดจากวงโคจร โดยความเร็วดังกล่าวจะอยู่ในช่วง 7.6-11.2 กิโลเมตรต่อวินาที (รูปแบบการโคจรแบบวงกลมจนกระทั่งถึงรูปแบบการโคจรแบบพาราโบลา) ดังรูปที่ 1 ความเร็วดังกล่าวนี้ถูกควบคุมตั้งแต่เริ่มต้นปล่อยดาวเทียมเข้าสู่วงโคจรเพื่อให้เส้นทางการโคจรของดาวเทียมไม่ซ้อนทับกันกับดาวเทียมดวงอื่นๆ ดังนั้นแม้จะมีดาวเทียมอยู่มากมายแต่ดาวเทียมเหล่านี้จะไม่โคจรชนกันเลย เนื่องจากดาวเทียมแต่ละดวงจะมีสมบัติการเคลื่อนที่เฉพาะตัว

ขอบเขตความเร็วเริ่มต้นของดาวเทียมรูปที่ 1

การโคจรของดาวเทียม

นอกจากนั้นยังสามารถแบ่งประเภทของดาวเทียมตามความสูงในการโคจรเทียบกับพื้นโลกได้ดังนี้คือ

(1) สูงจากพื้นโลกประมาณ 41,157 กิโลเมตร เป็นดาวเทียมที่โคจรหยุดนิ่งกับที่เทียบกับพื้นโลก(Geostationary Satellites) จะลอยอยู่หยุดนิ่งค้างฟ้าเมื่อเทียบกับตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งบนโลก โดยส่วนมากจะเป็นดาวเทียมประเภทดาวเทียมสื่อสาร ตัวอย่างเช่นดาวเทียมไทยคม ดาวเทียมเหล่านี้อยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรโลกประมาณ จะวางตัวอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตรโลก และสูงจากพื้นโลกประมาณ 41,157 กิโลเมตร หรือประมาณ 1/10 เท่าของระยะทางจากโลกถึงดวงจันทร์ มีคาบการโคจรประมาณ 24 ชั่วโมง

(2) สูงจากพื้นโลกประมาณ 9,700-19,400 กิโลเมตร เป็นดาวเทียมที่ไม่ได้หยุดนิ่งเทียบกับพื้นโลก(Asynchronous Satellite) ซึ่งโดยส่วนมากจะเป็นดาวเทียมนำทางแบบจีพีเอส (GPS: Global Positioning System) ซึ่งนำไปประยุกต์ใช้ในระบบการติดตาม บอกตำแหน่ง หรือนำร่องบนโลก ไม่ว่าจะเป็น เครื่องบิน เรือเดินสมุทร รถยนต์ ระบบดาวเทียมจีพีเอสจะประกอบด้วยดาวเทียม 24 ดวง ใน 6 วงโคจร ที่มีวงโคจรเอียงทำมุม 55 องศาในลักษณะสานกันคล้ายลูกตระกร้อ ดังรูปที่ 2 มีคาบการโคจรประมาณ 12 ชั่วโมง

(3) สูงจากพื้นโลกประมาณ 4,800-9,700 กิโลเมตร เป็นดาวเทียมที่ไม่ได้หยุดนิ่งเทียบกับพื้นโลก (Asynchronous Satellite) ซึ่งเป็นระดับที่ถูกแบ่งวงโคจรไว้สำหรับดาวเทียมสำหรับการสำรวจ และสังเกตการณ์ทางวิทยาศาสตร์ อาทิเช่น การวิจัยเกี่ยวกับพืช-สัตว์ การติดตามร่องรอยของสัตว์ป่า เป็นต้น ดาวเทียมที่ระดับดังกล่าวมีคาบการโคจรประมาณ 100 นาที

(4) สูงจากพื้นโลกประมาณ 130-1940 กิโลเมตร เป็นดาวเทียมที่ไม่ได้หยุดนิ่งเทียบกับพื้นโลก (Asynchronous Satellite) โดยส่วนมากจะเป็นดาวเทียมที่ใช้ในการสำรวจทรัพยากรบนโลกรวมไปถึงดาวเทียมด้านอุตุนิยมวิทยา

– กล้องโทรทรรศน์อวกาศ

ในการสังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้าทางดาราศาสตร์ซึ่งอยู่ไกล นักดาราศาสตร์จำเป็นต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ จึงมีกล้องโทรทรรศน์กระจายอยู่ทั่วทุกมุมโลก แต่เนื่องจากกว่าที่แสงจากวัตถุท้องฟ้าเหล่านั้นจะเข้ามาสู่กล้องโทรทรรศน์บนโลกได้ต้องผ่านชั้นบรรยากาศโลกซึ่งมีบางช่วงความยาวคลื่นที่ถูกดูดกลืนหรือกระเจิงออกไปทำให้ผลการสังเกตการณ์ต้องคิดถึงค่าการรบกวนจากชั้นบรรยากาศ จึงมีแนวความคิดในการส่งดาวเทียมซึ่งติดตั้งกล้องโทรทรรศน์สังเกตการณ์ในอวกาศ และในปี พ.ศ. 2533 องค์การนาซาได้ส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) ขึ้นไปประจำในวงโคจรรอบโลกที่ความสูง 600 กิโลเมตรเหนือผิวโลก บรรยากาศที่ความสูงดังกล่าวนี้เบาบางเทียบได้กับสภาวะสุญญากาศ ในการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ที่ระดับความสูงดังกล่าวจึงไม่มีผลกระทบจากบรรยากาศ

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ ฮับเบิล

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเป็นกล้องชนิดสะท้อนแสง มีขนาดความกว้างของกระจกปฐมภูมิ 2.4 เมตร โคจรรอบโลกทุกๆ 97 นาทีรวมน้ำหนักของตัวกล้องและอุปกรณ์ต่างๆ หนักถึง 11 ตัน มีขนาดความกว้าง 4.3 เมตร ยาว 13.3 เมตร ใช้พลังงานจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ปีกทั้งสองข้าง กระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จะถูกเก็บไว้ในแบตเตอรี่นิเกิล-ไฮโดรเจนขนาดใหญ่ ตัวเพื่อใช้งานขณะที่กล้องโคจรไปอยู่ในเงาของโลกขณะไม่ได้รับแสง อุปกรณ์สำคัญที่ติดตั้งไปกับกล้องคือระบบคอมพิวเตอร์ กล้องถ่ายภาพมุมกว้าง เครื่องตรวจวัดสเปกตรัม เครื่องปรับทิศทางของกล้อง เป็นต้น ภาพถ่ายจากกล้องจะได้รับการวิเคราะห์โดยสถาบันวิทยาศาสตร์เพื่อใช้เป็นข้อมูลในทางดาราศาสตร์

กล้องบนโลกนั้นสามารถส่องวัตถุท้องฟ้าได้ไกลราว 2 พันล้านปีแสง แต่กล้องฮับเบิลสามารถส่องได้ไกลถึง 14,000 ล้านปีแสง ข้อมูลที่ได้จากกล้องฮับเบิลเพียงระยะเวลาสั้นๆ สามารถแสดงให้เห็นถึงรายละเอียดต่างๆ ของวัตถุท้องฟ้าที่มนุษย์ไม่เคยเห็นมาก่อน กล้องฮับเบิลมีอายุการใช้งานนานถึง 20 ปี โดยคาดว่านาซาจะปลดระวางในปี พ.ศ. 2553

นอกจากนั้นยังมีกล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีเอกซ์จันทรา (Chandra X-Ray Observatory) ซึ่งถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 23 กรกฎาคม 2543 ปฏิบัติภารกิจบนวงโคจรสูงจากผิวโลก โดยระยะห่างจากผิวโลกมากที่สุด 133,000 กิโลเมตร

ในอนาคตองค์การนาซาวางแผนจะสร้างและส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศตัวใหม่เพื่อทดแทนกล้องฮับเบิล ชื่อว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เว็บบ์ (James Webb Space Telescope) คาดว่าจะส่งขึ้นไปประมาณปี 2554 โดยกล้องดังกล่าวมีขนาดกระจกปฐมภูมิใหญ่ 6.5 เมตร ซึ่งใหญ่กว่ากล้องฮับเบิลประมาณ2-3 เท่า

1. ทฤษฏีของจรวด
ในการดำเนินกิจกรรมทางด้านอวกาศจำเป็นต้องมีพาหนะที่จะนำพาสิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้นเช่น ดาวเทียม หรือนำพามนุษย์เองเดินทางจากโลกขึ้นสู่ชั้นอวกาศ พาหนะที่ใช้จะมีหลักการแตกต่างจากการบินทั่วไป เพราะเมื่อเครื่องบินมีแรงฉุดไปข้างหน้า (Thrust) อากาศจะไหลผ่านด้านบนและล่างของปีก จากรูปร่างของปีกที่มีระยะผิวด้านบนสูงกว่าด้านล่างจะทำให้ความเร็วเหนือปีกสูงกว่าที่ใต้ปีก ความดันอากาศเหนือปีกจึงต่ำกว่าใต้ปีก ทำให้เกิดแรงแรงพยุงที่ปีก (Lift) เพื่อต้านแรงดึงดูดของโลก (Weight) ถ้าแรงพยุงปีกมากกว่าน้ำหนักของเครื่องบินก็จะทำให้เครื่องบินลอยอยู่ได้ ขณะที่เครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้าจะมีแรงต้านการเคลื่อนที่ขณะแหวกผ่านอากาศ (Drag) ยิ่งใกล้พื้นโลกแรงนี้ก็จะยิ่งมากขึ้น แต่การดำเนินกิจกรรมอวกาศที่ต้องให้อวกาศยานเข้าสู่อวกาศซึ่งไม่มีอากาศ จึงไม่มีแรงพยุงจากปีก ดังนั้นการเคลื่อนที่ของอวกาศยานจะต้องอาศัยแรงขับโดยตรง ซึ่งแรงขับนี้เป็นไปตามกฏการเคลื่อนที่ของนิวตัน อวกาศยานที่เราใช้ในการเข้าสู่อวกาศคือจรวด (Rocket)

ประวัติการพัฒนาของจรวด
ค.ศ.1232 ชาวจีนใช้ธนูติดจรวดต่อสู้กับชาวมองโกลที่มารุกราน
ระหว่างศตวรรษที่ 13 ถึง มีบันทึกการพัฒนาจรวดมากเช่น Joanes de Fontana ของอิตาลีพัฒนาตอปิโด
ค.ศ.1650 Kazimierz Siemienowicz ชาวโปแลนด์ตีพิมพ์การออกแบบจรวดแบบหลายท่อน
ค.ศ.1696 Robert Anderson ชาวอังกฤษตีพิมพ์การออกแบบโครงสร้างจรวด การเตรียมเชื้อเพลิงรวมทั้งการคำนวณ
ระหว่างศตวรรษที่ 19 เริ่มสนใจการใช้จรวดเพื่อการเข้าสู่อวกาศรวมทั้ง Konstantian Tsiolkovsky แห่งรัสเซีย

2. กฏการเคลื่อนที่สามข้อของนิวตัน
กฏการเคลื่อนที่ของนิวตันข้อที่ 1
วัตถุที่เคลื่อนที่อยู่อย่างสม่ำเสมอจะคงสภาวะการเคลื่อนที่นั้นต่อไป นอกจากจะมีแรงภายนอกมากระทำ

กฏการเคลื่อนที่ของนิวตันข้อที่ 2
ความสัมพันธ์ระหว่างมวลของวัตถุ (m) ความเร่ง (a) และแรงที่กระทำ (F) คือ

F = ma

อัตราเร่งและแรงเป็นเวคเตอร์ ทิศทางของแรงและความเร่งมีทิศทางเดียวกัน
กฏข้อนี้เป็นกฏที่สำคัญในการคำนวณปริมาณที่เป็นพลศาสตร์ เพื่อหาความเร็วที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อมีแรงมากระทำ

กฏการเคลื่อนที่ของนิวตันข้อที่ 3
ทุกแรงกระทำจะมีแรงปฏิกิริยาขนาดเดียวกันแต่ทิศทางตรงข้าม

รูปที่ 1. แรงกระทำและแรงปฏิกิริยา

3. การทำงานของจรวด
จรวดทำงานตามกฏข้อที่ 3 ของนิวตันไม่ใช่อย่างที่คนจำนวนมากยังเข้าใจว่าจรวดเคลื่อนที่เนื่องจากแรงขับของก๊าซที่ผลักกับพื้นช่วยยกตัวจรวดขึ้น หลังจากนั้นก๊าซผลักดับกับบรรยากาศให้จรวดลอยตัวสูงขึ้น เพราะถ้าเป็นเช่นนั้นจรวดจะไม่สามารถทำงานได้ในอวกาศ แต่ที่จริงแล้วจรวดทำงานได้ดีขึ้นในอวกาศที่ไม่มีแรงต้านของอากาศ

ที่จริงแล้วจรวดทำงานโดยให้ก๊าซจำนวนมหาศาลพ่นออกด้วยความเร็วสูงจากห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จรวดผ่านหัวฉีดที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ ความเร็วของก๊าซนี้สูงถึงราว 2.7 กิโลเมตรต่อวินาทีและการที่ก๊าซพ่นออกมานี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมของก๊าซขณะเกิดการเผาไหม้ เกิดเป็นแรงที่ทำให้ก๊าซถูกผลักออกมา แรงนี้คือแรงกระทำตามกฏข้อที่สามของนิวตันและกระทำให้เกิดแรงปฏิกิริยาขนาดเดียวกันในทิศทางตรงข้ามเรียกว่า Thrust ที่เร่งความเร็วจรวด

รูปที่2. รูปร่างหัวฉีดแบบต่างๆ รูปที่ 3. แรงกระทำต่อจรวด
รูปที่ 4 แบบพื้นฐานจรวดเชื้อเพลิงเหลว

เชื้อเพลิงขับดันของจรวดแบบเชื้อเพลิงเหลวประกอบด้วยส่วนเชื้อเพลิงและตัวช่วยในการสันดาป ตัวอย่างเช่นใช้ไฮโดรเจนเหลวเป็นเชื้อเพลิงและออกซิเจนเหลวเป็นตัวช่วยในการสันดาป เมื่อเผาไหม้จะให้ก๊าซร้อนจำนวนมหาศาลเกิดขึ้นในห้องสันดาป มวลของเชื้อเพลิงและตัวช่วยสันดาป (m) จะเท่ากับมวลของก๊าซที่เกิดขึ้น (กรณีที่การสันดาปเกิดขึ้นสมบูรณ์) ให้ความเร็วเฉลี่ยของก๊าซที่ออกมาเป็น v และการเผาไหม้เกิดขึ้นเป็นเวลานาน t วินาทีแล้ว อัตราการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมจะเท่ากับแรงที่ขับก๊าซออกมา เท่ากับ mv/t

หรือเขียนใหม่ว่า แรงขับดัน

T = ma

โดยที่ a เป็นความเร่งเฉลี่ย เพราะความเร่งจะเพิ่มมากขึ้นเมื่อมวลของจรวดลดลงเนื่องจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง

รูปที่ 5 แบบพื้นฐานจรวดเชื้อเพลิงแข็ง

สำหรับจรวดที่ใช้เชื้อเพลิงแข็งก็มีหลักการทำงานคล้ายกัน แต่สิ่งที่เผาใหม้ให้เกิดแรงขับจะเป็นเชื้อเพลิงแบบแข็ง แตกต่างกันที่เชื้อเพลิงจะอยู่ในห้องเผาไหม้อยู่แล้ว และการเผาไหม่จะเกิดที่ผิวของแท่งเชื้อเพลิง (Grain) จึงสามารถออกแบบให้มีอัตราการเผาไหม้เพื่อให้เกิดแรงขับตามต้องการ

ยังมีจรวดอีกแบบหนึ่งเรียกว่าแบบ Hybrid ที่มีทั้งเชื้อเพลิงแข็งและเชื้อเพลิงเหลว ซึ่งจะใช้งานแยกกันในแต่ละท่อนของจรวดตามความต้องการ

รูปที่ 6 จรวดแบบผสม
รูปที่ 7 กราฟความเร่งและความเร็วของจรวด
รูปที่ 8 ความสัมพันธ์ของฐานส่งจรวดและวงโคจร

4. ฐานส่งจรวด
ฐานส่งจรวดทั่วโลกจะต้องคำนึงถึงความปลอดภัยต่ออุบัติเหตุที่อาจเกิดขึ้นได้นับตั้งแต่ก่อนการจุดของจรวด ไปจนกระทั่งจรวดพาดาวเทียมเข้าสู่วงโคจร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่จรวดท่อนแรกใช้งานจนเชื้อเพลิงหมดแล้วต้องสลัดจรวดท่อนนี้ลงมา นอกจากนี้จะต้องพิจารณาวงโคจรที่ต้องการส่งดาวเทียมด้วย เพราะถ้าวงโคจรไม่เหมาะสมกับตำแหน่งของฐานส่งจรวดก็จะทำใก้เกิดความผิดพลาดในการส่งดาวเทียมเข้าสู่วงโคจรที่ต้องการได้เนื่องจากเชื้อเพลิงไม่พอเพียง ในปัจจุบันนี้ทั่วโลกมีฐานส่งจรวดอยู่ 22 แห่ง ดังรูปที่ 9

1 – Vandenberg 
2 – Edwards 
3 – Wallops Island 
4 – Cape Canaveral 
5 – Kourou 
6 – Alcantara
7 – Hammaguir 
8 – Torrejon 
9 – Andoya
10 – Plesetsk 
11 – Kapustin Yar 
12 – Palmachim 
13 – San Marco 
14 – Baikonur 
15 – Sriharikota 
16 – Jiuquan 
17 – Xichang 
18 – Taiyuan 
19 – Svobodny 
20 – Kagoshima 
21 – Tanegashima 
22 – Woomera 
รูปที่ 9 ตำแหน่งของฐานส่งจรวดทั่วโลก

นอกจากฐานส่งจรวดบนพื้นดินแล้ว ในปัจจุบันยังมีฐานส่งจรวดในทะเลโดยใช้แท่นขุดเจาะน้ำมันมาดัดแปลง แล้วลากจูงไปยังตำแหน่งที่ต้องการแล้วปล่อยจรวด ฐานส่งจรวดแบบนี้พัฒนาขึ้นมาเพื่อตอบสนองความต้องการส่งดาวเทียมที่มีมากขึ้น ทำให้ฐานส่งจรวดเดิมไม่สามารถจัดส่งให้ได้ทันต่อเวลา

5. การคำนวณค่าจ้างจรวดส่งดาวเทียม
ค่าจ้างส่งดาวเทียมมีมูลค่าที่สูงมากและเป็นตัวหนึ่งที่ทำให้การดำเนินกิจการอวกาศไม่สามารถพัฒนาไปได้เร็วเท่าที่ควร อย่างไรก็ตามวิธีคิดค่าส่งดาวเทียมเป็นเรื่องที่ซับซ้อนและรายละเอียดมาก ในปัจจุบันนี้ตัววัดของการคิดค่าส่งดาวเทียมต่อน้ำหนักกำลังได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้น แต่ก็เป็นตัววัดที่ไม่ได้คำนึงถึงความเสี่ยง และจรวดแต่ละแบบก็มีความแตกต่างของขนาดและน้ำหนักบรรทุกด้วย จึงเป็นการยากที่จะเปรียบเทียบด้วยวิธีดังกล่าว แต่วิธีนี้ก็ยังมีประโยชน์สำหรับการเปรียบเทียบในช่วงการออกแบบ (Design phase) แม้ว่าการคิดค่าใช้จ่ายต่อหน่วยน้ำหนักจะตรงไปตรงมาแต่ก็ทำได้หลายวิธี วิธีหนึ่งคือเอาต้นทุนของจรวดหารด้วยน้ำหนักบรรทุก ค่าใช้จ่ายในรูปแบ่งตามขนาดของจรวดเป็น 3 กลุ่ม ซึ่งเป็นค่าใช้จ่ายในช่วงปี ค.ศ.1990 ราคานี้ไม่รวมค่าใช้จ่ายของจรวดขับดันปรับตำแหน่ง

วิธีการคิดค่าส่งอีกวิธีหนึ่งจะใช้ค่าเฉลี่ยจาก total mass ของน้ำหนักบรรทุกแทนที่จะใช้ความสามารถที่จะบรรทุกได้ ซึ่งจากการศึกษาจะได้ค่าดังนี้

6. การเตรียมก่อนส่งดาวเทียม
หลังจากที่ดาวเทียมถูกสร้างเสร็จแล้วจะต้องทดสอบการทำงานตามวัตถุประสงค์ของดาวเทียม และจะต้องทดสอบดาวเทียมในสภาวะที่เกิดขึ้น นับตั้งแต่ออกจากห้องปฏิบัติการ การขนส่ง เก็บรักษา ติดตั้งในจรวด จนกระทั่งดาวเทียมถูกปล่อยออกจากจรวด การทดสอบในแต่ละขั้นตอนมีดังนี้

6.1 สภาวะของสถานที่เก็บและทดสอบก่อนติดตั้ง
ตัวอย่างเช่นสภาพอากาศที่ Jiuquan Satellite Launch Center (JSLC)

Month Highest (°C) Lowest (°C) Mean (°C)
January 14.20 -32.40 -11.20
February 17.70 -33.10 -6.20
March 24.10 -21.90 1.90
April 31.60 -13.60 11.10
May 38.10 -5.60 19.10
June 40.90 5.00 26.50
July 42.80 9.70 26.50
August 40.60 7.70 24.60
September 36.40 -4.60 17.60
October 30.10 -14.50 8.30
November 22.10 -27.50 -1.70
December 16.00 -34.00 -9.60

6.2 สภาวะของดาวเทียมขณะขนย้ายไปยัง Launch Tower
สภาวะขณะนั้นจะถูกควบคุมอยู่ภายในอุปกรณ์ขนย้าย สภาวะภายใน Fairing จะถูกควบคุมไว้ด้วย
Temperature: 10° C~25° C
Relative humidity: 30%~60%
Cleanliness: 100,000 level

สภาวะภายใน Fairing หลังจากที่ดาวเทียมเข้าไปติดตั้งแล้วจะมีเครื่องปรับอากาศ ซึ่งมีการควบคุมสภาวะภายในเช่น
Temperature: 15°C~22 °C
Relative Humidity: 30%~45%
Cleanliness: 100,000 level
Air Flow Rate: 23~91kg/min

ระบบรักษาอุณหภูมิของดาวเทียมจะกำหนดไว้ที่
Temperature: 10°C~16°C
Relative Humidity: 30%~60%
Cleanliness: 100,000 level
Air Flow Rate: >1.36kg/min
Relative pressure: <35Kpa

6.3 ความถี่วิทยุใช้งานของจรวด

EQUIPMENT FREQUENCY
(MHz)
POWER
(W)
susceptibility
(dBW)
Polarization Antenna position
Telemetry Transmitter 1 2200~2300 10 linear Stage-2 Inter-tank
section
Telemetry Transmitter 2 2200~2300 3×2 linear SD
Beacon 5300~5400(down)
5650~5850(up)
1.5 -110 Stage -2 Inter-tank
section
Transponder Rec.5550~56500.8us,
800bit
0.8 us, 800bit -91 linear Stage -2 Inter-tank
section
Beacon 2750~2800 1 linear Stage-2 Inter-tank
section
Telemetry command Receiver 600~700 linear Stage-2 Inter-tank
section

6.4 การแพร่และดูดซับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

Narrow Band Magnetic Emission from LM-2C

Narrow Band Electric Field Radiation from LM-2C

Broad Band Electric Field Radiation from LM-2C

Permissive Electric Field Radiation from LM-2C

6.5 สภาวะทาง Mechanic

Fairing Internal Pressure vs. Flight Time

Radiation Heat Flux Density and Radiant Rate on the Inner Surface of Each Section of the Fairing

6.6 อัตราเร่ง
6.6.1 Longitudinal Static Acceleration
6.6.2 Lateral Static Acceleration
6.6.3 Sinusoidal Vibration

Direction Frequency Range
(Hz)
Amplitude or Acceleration
Two-stage LM-2C LM-2C/CTS
Longitudinal 5 – 10 2 mm 2.5mm
10 – 100 0.8g 1.0 g
Lateral 5 – 10 1.5 mm 1.75 mm
10 – 100 0.6g 0.7 g

6.6.4 Random Vibration

Frequency Range (Hz) Power Spectral Density Total RMS Value
20 – 150 +3dB/octave. 6.94 g
150 – 800 0.04 g2/Hz
800 – 2000 -6 dB/octave.

7.องค์กรที่เกี่ยวข้อง
กิจกรรมด้านอวกาศเป็นกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับหลายประเทศ สำนักงานเลขาธิการของ Committee on the Peaceful Uses of Outer Space (COPUOS) คือ The United Nations Office for Outer Space Affairs (UNOOSA) เป็นหน่วยงานหลักที่พัฒนากฏหมายและบทบาทการใช้อวกาศ มีสนธิสัญญา (Treaty) ที่สำคัญ 5 ฉบับคือ

  • Treaty on Principles Governing the Activities of States in the Exploration and Use of Outer Space, including the Moon and Other Celestial Bodies
  • Agreement on the Rescue of Astronauts,the Return of Astronauts and the Return of Objects Launched into Outer Space
  • Convention on International Liability for Damage Caused by Space Objects
  • Convention on Registration of Objects Launched into Outer Space
  • Agreement Governing the Activities of States on the Moon and Other Celestial Bodies

การส่งดาวเทียมนอกจากต้องปฏิบัติตามกฏหมายอวกาศแล้ว ยังต้องปฏิบัติตามข้อตกลงระหว่างประเทศในเรื่องการใช้ความถี่ และถ้าเป็นดาวเทียมค้างฟ้าจะต้องมีการขออนุญาตตำแหน่งในวงโคจรเพื่อไม่ให้เกิดการรบกวนกันจากสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (International Telecommunication Union, ITU)

ความเป็นมาของ ITU เริ่มจากเมื่อ Samuel Morse ส่งข้อความผ่านสายโทรเลขระหว่างวอชิงตันกับบัลติมอร์ได้เมื่อวันที่ 24 พฤษภาคม ค.ศ.1844 หลังจากนั้นสิบปีก็มีการให้บริการสาธารณะแต่เฉพาะของแต่ละประเทศเนื่องจากไม่มีมาตรฐานที่ใช้ร่วมกันได้ ต้องมีการแปลงข้อความก่อนที่จะส่งไปยังอีกระบบหนึ่ง ทำให้แต่ละประเทศหาทางทำข้อตกลงกันเพื่อเชื่อมต่อโครงข่าย แต่ก็เป็นไปได้ยากเพราะแม้แต่ในบางประเทศเองก็ต้องทำข้อตกลงกันหลายฉบับ เพื่อให้เกิดความสะดวกและง่ายขึ้นรัฐต่างๆ จึงเริ่มทำข้อตกลงแบบทวิพาคีและแบบอนุสัญญา จนถึงปี ค.ศ.1864 ก็มีอนุสัญญาหลายบับเกิดขึ้น ยิ่งโครงข่ายโทรเลขมีการขยายมากขึ้น จำนวนประเทศที่มาทำข้อตกลงกันก็มากขึ้น ในยุโรปมีถึง 20 ประเทศ ขณะเดียวกันก็มีการกำหนดกฏเกณฑ์มาตรฐานที่จะใช้ร่วมกันเพื่อให้เครื่องมือเชื่อมต่อกันได้ ก็ยิ่งมีข้อตกลง เมื่อวันที่ 17 พฤษภาคม ค.ศ.1865 ได้มีการลงนามที่กรุงปารีสเพื่อก่อตั้ง สหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ ขึ้น ในปี ค.ศ.1906 ได้มีการลงนามอนุสัญญาวิทยุโทรเลขระหว่างประเทศขึ้นที่กรุงเบอลิน ซึ่งในภาคผนวกได้กำหนดข้อบังคับเกี่ยวกับการใช้คลื่นวิทยุขึ้น ในปี ค.ศ.1948 ITU ได้เข้าเป็นหน่วยงานหนึ่งขององค์การสหประชาชาติ (United Nations, UN) และมีการตั้ง International Frequency Registration Board (IFRB) เพื่อจัดสรรการใช้ความถี่ขึ้น

หลังจากการส่งดาวเทียมดวงแรกคือ Sputnik-1 ขึ้นสู่วงโคจรในปี 1957 ก็มีการส่งดาวเทียสื่อสาร (Syncom-1) ในวงโคจรค้างฟ้าเป็นครั้งแรกเมื่อปี ค.ศ.1963 ทำให้ International Radio Consultative Committee (CCIR) ซึ่งเป็นคณะกรรมการหนึ่งใน ITU เพื่อจัดสรรความถี่สำหรับใช้ในกิจการอวกาศ ในการจัดโครงสร้างขององค์กรใหม่เพื่อให้ทันต่อการเปลี่ยนแปลง เมื่อปี ค.ศ.1989 มีการแบ่งองค์กรเป็น 3 ส่วน คือ Telecommunication Standardization (ITU-T), Radiocommunication (ITU-R) และ Telecommunication Development (ITU-D)

ITU-R มีภาระกิจดังนี้ในการรักษาและขยายความร่วมมือระหว่างประเทศสมาชิกเพื่อปรับปรุงและแบ่งปันการใช้โทรคมนาคมทุกชนิด บทบาทของ ITU-R ในกรอบของภาระกิจดังกล่าวมีดังนี้

  • effect allocation of bands of the radiofrequency spectrum, the allotment of radio frequencies and the registration of radio frequency assignments and of any associated orbital position in the geostationary satellite orbit in order to avoid harmful interference between radio stations of different countries;
  • coordinate efforts to eliminate harmful interference between radio stations of different countries and to improve the use made of radio-frequencies and of the geostationary-satellite orbit for radiocommunication services.

8. การจองตำแหน่งและความถี่
ITU ใช้กลไกของการกำหนดความถี่เพื่อควบคุมการใช้ตำแหน่งในวงโคจรค้างฟ้า โดยกระบวนการของ การจัดสรรตำแหน่งจะใช้แนวคิด “first come, first served” กระบวนการนี้จะต้องดำเนินการประสานงานก่อนใช้งานโดยมีหลักพื้นฐานว่าสิทธิในการใช้ตำแหน่งดาวเทียมจะได้สิทธิมาด้วยการเจรจากับผู้ที่ใช้สิทธิในวงโคจรนั้น ถ้าถูกต้องเรียบร้อยแล้วก็จะเป็นขั้นตอนขององค์กรระดับชาติในการกำหนดความความถี่และตำแหน่งในวงโคจร ครอบคลุมถึงสถานีภาคพื้นดิน และโครงข่าย จากนั้นจะต้องยื่นข้อมูลตามแบบฟอร์มที่กำหนดต่อ ITU-R ผ่านทางองค์กรของประเทศ

  • Form ApS4/V ใช้สำหรับดาวเทียมที่ไม่ใช่แบบวงโคจรค้างฟ้าและไม่ต้องมีการกำหนดตำแหน่งภายใต้ Section II ของ Article S9
  • Form ApS4/VI ใช้สำหรับดาวเทียมแบบวงโคจรค้างฟ้าและไม่ค้างฟ้าแต่จำเป็นต้องกำหนดตำแหน่งภายใต้ Section II ของ Article S9
Advertisements

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s