1 การสื่อสารผ ่านดาวเทียม (satellite ... ·...

1 

การสอสารผานดาวเทยม (Satellite Communication) นายหสนย รยาพนธ

นกวชาการโสตทศนศกษาชานาญการ 64/80 ม.4 ต.ลาดสวาย อ.ลาลกกา จ.ปทมธาน 12150

การสอสารผานดาวเทยม (Satellite Communication) มนษยไดคดคนดาวเทยมขนมาเพอใหสามารถตดตอสอสารกนไดในระยะทางไกลๆ โดยดาวเทยมทสรางขนในสมยแรกๆ นนจะทาหนาทเปนตวสะทอนคลนวทยความถไมโครเวฟตอมาไดมการพฒนาใหมการตดตงอปกรณรบสงคลนไมโครเวฟเขาไปในตวดาวเทยม เพอใชทวนสญญาณความถไมโครเวฟแลวแปลงความถใหแตกตางกนกอนสงมายงโลก ดาวเทยมสามารถโคจรรอบโลกไดโดยอาศยแรงดงดดของโลก สงผลใหโคจรรอบโลกไดในลกษณะเดยวกนกบดวงจนทรและดวงอาทตย นบตงแตการประดษฐคดคนดาวเทยมขนมาทาใหโลกเกดสงใหมๆ และอานวยประโยชนใหมนษยอยางมากมายทงในอดต ปจจบน และอนาคต ผเรยบเรยงไดนาเสนอเนอหาทเกยวของดงน 1. ประวตของการสอสารผานดาวเทยม

ดาวเทยมเปนสงประดษฐทมนษยสรางขน ซงไดถกสงขนไปโคจรรอบโลกครงแรกเมอป พ.ศ. 2500 โดยสหภาพรสเซยไดสงดาวเทยมขนไปชอ สปตนก 1 (Sputnik 1) เพอทาหนาทตรวจสอบการแผรงสของชนบรรยากาศชนไอโอโนสเฟยร

ตอมาในป พ.ศ. 2501 สหรฐอเมรกาไดสงดาวเทยมชอ เอกซพลอเรอร 1 (Explorer 1) ขนสอวกาศ และไดสงดาวเทยมชอ สกอร (Score) เพอใชเปนดาวเทยมสอสาร ซงถอวาเปนการสอสารผานดาวเทยมเปนครงแรกของโลก ทาใหสหภาพรสเซยและสหรฐอเมรกาเปนสองประเทศผนาทางดานการสารวจทางอวกาศ

ในเดอนสงหาคม พ.ศ. 2503 สหรฐอเมรกาไดสงดาวเทยมชอ เอกโค 1 (Echo 1) ขนไปเพอทาหนาทในการสะทอนคลนวทยสโลกไดเปนผลสาเรจ โดยทดลองถายทอดสญญาณโทรศพทและโทรทศน

และในป พ.ศ. 2506-2507 สหรฐอเมรกาไดสงดาวเทยมชอ ซงคอม 1 (Syncom 1) ซงเปนดาวเทยมทเคลอนทรอบโลกดวยความเรวทโลกหมนรอบตวเอง ซงใชถายทอดขาวสารจากทวปอเมรกาเหนอไปยงทวปอเมรกาใต โดยเปนสญญาณพดโทรศพทขามทวป และไดสงดาวเทยมชอ รเลย 2 (Relay 2) เพอใชตดตอสอสารระหวางสหรฐอเมรกาและญปนเปนครงแรก รวมถงการจดตงสหภาพโทรคมนาคมระหวางประเทศมจานวนสมาชก 11 ประเทศ และไดจดตงองคการโทรคมนาคมทางดาวเทยมระหวางประเทศ หรออนเทลแซต (INTELSAT) ขน ใหบรษทคอมแซต (COMSAT) ของสหรฐอเมรกาเปนผจดการธรกจตางๆ 2. วงโคจรของดาวเทยม

การโคจรของดาวเทยมน นมพนฐานมาจากหลกการเคลอนทของวตถทมความเรวสง ทกลาววาถาวตถเคลอนทดวยความเรวสงมากๆ ประมาณ 8 กโลเมตรตอวนาท วตถจะไมตกลงสพนโลกและสามารถเคลอนทรอบโลกได ซงดาวเทยมเคลอนทดวยความเรวสงโดยหนแรงดงดดของโลกกจะทาใหดาวเทยมสามารถโคจรรอบโลกได ซงวงโคจรของดาวเทยมสามารถแบงประเภทไดดงน

2.1 วงโคจรแบบสมพนธกบดวงอาทตย (Sun-Synchronous Orbit) วงโคจรนแบงออกเปน 2 ลกษณะดงน 2.1.1 โพลา ออบท (Polar Orbit) เปนวงโคจรทมลกษณะเปนวงกลมโดยมเสนผานศนยกลางในแนว

ขวโลก ซงวงโคจรนจะมระยะความสง 500-1,000 กโลเมตรจากพนโลก

2 

ภาพท 1 วงโคจรแบบโพลา ออบทเปนวงกลม

2.1.2 อนไคล ออบท (Inclined Orbit) เปนวงโคจรทมลกษณะเปนทงวงกลมและวงร ทงนขนอยกบความเฉยงหรอมมททากบระนาบศนยสตร ซงวงโคจรนจะมระยะความสง 5,000-13,000 กโลเมตรจากพนโลก

ภาพท 2 วงโคจรแบบโพลา ออบทเปนวงกลมและวงร

2.2 วงโคจรแบบเคลอนทดวยความเรวเทาโลกหมน (Equatorial Orbit) เปนวงโคจรรปวงกลมมนตามแนวระนาบกบเสนศนยสตร โดยเคลอนทดวยความเรวเทากบความเรวทโลกหมนรอบตวเอง ซงจะใชเวลาในการโคจร 24 ชวโมงตอรอบ ทาใหเหมอนกบวาดาวเทยมลอยนงอยกบทจงเรยกวงโคจรนวา วงโคจรคางฟา ระยะความสงของตวดาวเทยมจากพนโลกมคาประมาณ 35,800 กโลเมตร

ภาพท 3 วงโคจรแบบเคลอนทดวยความเรวเทาโลกหมนหรอวงโคจรคางฟา

3 

ดาวเทยมจะโคจรรอบโลกตามแนวการหมนของโลกหรอในแนวเสนศนยสตร ซงวงโคจรของดาวเทยม เมอแบงตามระยะความสงจากพนโลกสามารถแบงไดเปน 3 ระยะคอ

1. วงโคจรระยะตา (Low Earth Orbit) วงโคจรนอยสงจากพนโลกไมเกน 1,000 กโลเมตร ดาวเทยมทมวงโคจรลกษณะนสวนใหญจะใชในการสารวจสภาวะแวดลอมและสงเกตการณ ซงไมสามารถใชงานครอบคลมบรเวณใดบรเวณหนงไดตลอดเวลา

2. วงโคจรระยะปานกลาง (Medium Earth Orbit) วงโคจรนอยสงจากพนโลกตงแต 1,000 กโลเมตรขนไป สวนใหญจะใชในดานอตนยมวทยาและใชเพอตดตอสอสารในบางพนท

3. วงโคจรประจาท (Geostationary Earth Orbit) วงโคจรนจะอยสงจากพนโลกประมาณ 35,800 กโลเมตรซงเปนเสนทางโคจรอยในแนวเสนศนยสตร ดาวเทยมทมวงโคจรลกษณะนสวนใหญใชเพอการสอสาร 3. ประเภทของดาวเทยม ซงสามารถแบงดาวเทยมตามลกษณะของการใชงานไดดงน 3.1 ดาวเทยมสอสาร ใชเพอการสอสารโทรคมนาคม ซงจะตองทางานอยตลอดเวลา 24 ชวโมง เพอเชอมโยงเครอขายการสอสารของโลกเขาดวยกน เชน การถายทอดสญญาณโทรทศนท งในประเทศ และขามทวป การตดตอสอสารทางโทรศพทมอถอ และอนเตอรเนต เปนตน อายการใชงานของดาวเทยมชนดนจะมอายใชงานประมาณ 10-15 ป เมอสงดาวเทยมสอสารขนไปโคจรดาวเทยมจะพรอมทางานโดยทนท ซงจะสงสญญาณไปยงสถานภาคพนดน และทสถานภาคพนดนจะมอปกรณรบสญญาณทเรยกวา ทรานสปอนเดอร (Transponder) เพอทาหนาทรบสญญาณแลวกระจายไปยงสถานตางๆ บนพนผวโลก ดาวเทยมสอสารจะทางานโดยอาศยหลกการสงสญญาณ ถงกนระหวางสถานภาคพนดนและสถานอวกาศ ซงวถการโคจรของดาวเทยมชนดนเปนวงโคจรคางฟา ดาวเทยมสอสารทใชในประเทศไทยกคอ ดาวเทยมไทยคม 1-5 ดาวเทยมไทยคมจะมรศมการใหบรการครอบคลมทวท งประเทศไทยและประเทศใกลเคยง

ภาพท 4 ดาวเทยมไทยคม 1

3.2 ดาวเทยมสารวจทรพยากร ใชเพอศกษาลกษณะทางภมศาสตรของโลก ไมวาจะเปนธรณวทยา อทกวทยา การสารวจพนทปาไม พนททางการเกษตร การใชทดน และน า เปนตน ดาวเทยมสารวจทรพยากรดวงแรกของโลกคอดาวเทยม Landset ถกสงขนไปสวงโคจรเมอ พ.ศ. 2515 ดาวเทยมชนดนจะออกแบบใหมความสามารถในการถายภาพจากดาวเทยมและการตดตอสอสารในระยะไกลซงเรยกวา การสารวจจากระยะไกล (Remote Sensing) เพอทจะสามารถแยกแยะจาแนก และวเคราะหขอมลตางๆ ไดถกตอง สาหรบประเทศไทยนนกระทรวงวทยาศาสตรและ

4 

เทคโนโลยไดลงนามรวมมอกบบรษท Astrium S.A.S. ประเทศฝรงเศส เพอสรางดาวเทยมสารวจทรพยากรเมอวนท 19 กรกฎาคม 2547 ในชอโครงการธออส

ภาพท 5 ดาวเทยมธออส

3.3 ดาวเทยมอตนยมวทยา ใชเพอใหขอมลเกยวกบสภาพภมอากาศ เชน ขาวสารพาย อณหภม และสภาพทางภมอากาศตางๆ เพอนาขอมลทไดมาใชวเคราะหสาหรบประกาศเตอนภยพบตตางๆ ใหทราบ ดาวเทยมอตนยมวทยานจะใหขอมลดวยภาพถายเรดาร และภาพถายอนฟราเรดสาหรบใชในการวเคราะห ดาวเทยมอตนยมวทยาดวงแรกของโลกคอ ดาวเทยม Essa 1 ของประเทศสหรฐอเมรกา ซงถกสงขนไปโคจรในอวกาศเมอป พ.ศ. 2509 ดาวเทยมชนดนไดแก ดาวเทยม GMS-5 และดาวเทยม GOES-10 เปนของประเทศญปน สวนดาวเทยม NOAA เปนของประเทศสหรฐอเมรกา และดาวเทยม FY-2 ของประเทศจน

ภาพท 6 ดาวเทยม GMS-5

3.4 ดาวเทยมบอกตาแหนง ใชเพอเปนระบบนารองใหกบเรอและเครองบน ตลอดจนใชบอกตาแหนงของวตถตางๆ บนพนผวโลก ซงระบบหาตาแหนงโดยใชดาวเทยมนจะเรยกวาระบบ GPS (Global Positioning Satellite System) ซงดาวเทยมบอกตาแหนงนแรกเรมเดมทนนจะนามาใชในการทหารปจจบนไดมการนามาใชในเชงพาณชยเพอใชสาหรบนารองใหกบเครองบนและเรอเดนสมทร วถโคจรของดาวเทยมชนดนจะโคจรแบบสมพนธกบดวงอาทตย (Sun Synchronous) ดาวเทยมชนดนไดแก กลมดาวเทยมบอกตาแหนง Navstar

5 

ภาพท 7 กลมดาวเทยมบอกตาแหนง Navstar

3.5 ดาวเทยมสมทรศาสตร ใชเพอสารวจทางทะเลทาใหนกวทยาศาสตรทางทะเลและนกชววทยาทางทะเลสามารถวเคราะหและตรวจจบความเคลอนไหวตางๆ ในทองทะเลได ไมวาจะเปนความแปรปรวนของคลนลม กระแสน า แหลงปะการง สภาพแวดลอม และลกษณะของสงมชวตทางทะเล เปนตน ดาวเทยมสมทรศาสตรดวงแรกของโลกไดแก ดาวเทยม Seasat และไดมการพฒนาสรางดาวเทยมทางสมทรศาสตรอกหลายดวง เชน ดาวเทยม Robinson 34, ดาวเทยม Mos 1 เปนตน

ภาพท 8 ดาวเทยม Seasat

3.6 ดาวเทยมสารวจอวกาศ ใชเพอสารวจอวกาศเพอตรวจจบสภาพแวดลอมตางๆ ในอวกาศไมวาจะเปนคลนแมเหลกไฟฟา สงมชวต และสภาวะตางๆ เปนตน ดาวเทยมสารวจอวกาศจะถกนาขนไปสวงโคจรทสงกวาดาวเทยมประเภทอนๆ ทาใหไมมชนบรรยากาศโลกกนขวาง ดาวเทยมชนดนไดแก ดาวเทยม Mars Probe และดาวเทยม Moon Probe

ภาพท 9 ดาวเทยม Mars Probe

6 

3.7 ดาวเทยมจารกรรม ใชเพอการสอดแนมและคนหา เปนดาวเทยมทนยมใชในกจการทางทหาร ทงนเพราะสามารถสบหาตาแหนงและรายละเอยดเฉพาะทตองการไดทงในทมดและทสวาง ตรวจหาคลนวทย สอดแนมทางการทหารของประเทศคแขง ตลอดจนสามารถสรางดาวเทยมไดตามความตองการในดานกจการทหาร ดาวเทยมชนดนไดแก ดาวเทยม DS3, ดาวเทยม COSMOS ของสหภาพรสเซย ดาวเทยม Big Bird, ดาวเทยม COSMOS 389 Elint ของสหรฐอเมรกา

ภาพท 10 ดาวเทยม COSMOS 389 Elint

4. สวนประกอบของดาวเทยม ดาวเทยมเปนเครองมอทางอเลกทรอนกสทซบซอน มสวนประกอบหลายๆ อยางสามารถทางานไดโดยอตโนมต และทางานไดอยางมประสทธภาพมากทสด แตละสวนมระบบควบคมการทางานแยกยอยกนไป มองค- ประกอบสวนใหญของดาวเทยมดงน 4.1 โครงสรางของดาวเทยม เปนสวนทมความสาคญมากสวนหนง เพราะเปนสวนประกอบภายนอกของดาวเทยม ทจะตองมน าหนกเบาและทนทาน ทงนน าหนกของสวนโครงสรางนจะตองมประมาณ 20-25% ของน าหนกรวม 4.2 ระบบเครองยนต เปนสวนททางานคลายกบเครองอดและปลอยอากาศ ซงระบบสวนนจะทางานในสภาวะสญญากาศโดยไมมแรงโนมถวง 4.3 ระบบพลงงาน เปนสวนทผลตพลงงานใหกบดาวเทยม สวนนจะมแผงพลงงานแสงอาทตยสาหรบรบพลงงาน เพอเปลยนใหเปนพลงงานไฟฟาใหกบดาวเทยม 4.4 ระบบควบคมและบงคบ เปนสวนทประมวลผลคาสงตางๆ ใหกบดาวเทยมสาหรบตดตอสอสารกบโลก ซงภายในสวนนจะประกอบดวยคอมพวเตอร 4.5 ระบบสอสารและนาทาง เปนสวนทนาทางใหดาวเทยมเคลอนทในวงโคจรทกาหนด ซงในสวนนจะมอปกรณตรวจจบความรอนซงทางานโดยแผงควบคมอตโนมต 4.6 อปกรณควบคมระดบความสง เปนสวนททาหนาทรกษาระดบความสงใหสมพนธกบพนโลกและดวงอาทตย ทงนกเพอใหดาวเทยมสามารถรกษาระดบใหโคจรได 4.7 เครองมอบอกตาแหนง เปนสวนทกาหนดการเคลอนทของดาวเทยม

7 

ภาพท 11 สวนประกอบของดาวเทยม

5. ระบบของการสอสารดาวเทยม ดาวเทยมสอสาร เปนดาวเทยมทใชในการตดตอสอสารทงในประเทศและระหวางประเทศ ตลอดจนการคมนาคมขนสง ชวยในการควบคมเสนทางและบอกตาแหนงทอย โดยดาวเทยมจะทาหนาทเปนสถานรบสงคลนวทยสอสารตดตอกบสถานภาคพนดนชวยใหกจการสอสารทางโทรศพท โทรพมพ โทรสาร และการถายทอดสญญาณโทรทศนระหวางประเทศเปนไปอยางทวถงและรวดเรว สาหรบประเทศไทยใชบรการของดาวเทยมอนเทลแสตและดาวเทยมปาลาปา ของประเทศอนโดนเซย ดาวเทยมเพอการสอสารน นจะทาหนาทเปนสถานทวนสญญาณซงในดาวเทยมจะตดต งอปกรณรบสงคลนวทยเพอใชรบและถายทอดสญญาณสพนโลก โดยพลงงานไฟฟาทใชในตวดาวเทยมน นไดมาจากเซลลแสงอาทตย ซงระบบการสอสารดวยดาวเทยมนนจะมองคประกอบสาคญ 2 สวนคอสวนภาคอวกาศ (Space Segment) ซงไดแก ตวดาวเทยม และสวนภาคพนดน (Ground Segment) ซงไดแก สถานรบสงภาคพนดนศนยโทรคมนาคม

ภาพท 12 ระบบสอสารดาวเทยม

8 

สถานภาคพนดนแตละแหงนนสามารถเปนไดทงสถานรบและสถานสง จงทาใหสถานภาคพนดนแตละแหงมทงเครองรบและเครองสง สวนดาวเทยมนนจะเปนเพยงสถานทวนสญญาณและสงสญญาณไปยงจดหมายปลายทางทสถานภาคพนดนอนๆ และสญญาณจากสถานรบสงภาคพนดนจะสงไปยงศนยโทรคมนาคม แลวศนยโทรคมนาคมจะสงสญญาณไปยงสถานโทรทศน สถานวทยปลายทาง การสอสารผานดาวเทยมสามารถกระทาไดโดยสถานภาคพนดนสงคลนความถไมโครเวฟผสมสญญาณขาวสารขนไปยงดาวเทยม ซงจะเรยกวาความถเชอมโยงขาขน (Up-Link Frequency) โดยปกตความถไมโครเวฟขาขนจะใชประมาณ 6 กกะเฮรต เครองรบภายในตวดาวเทยมจะรบสญญาณเขามาแลวทวนสญญาณใหแรงขนพรอมกาจดสญญาณรบกวนออกไป กอนสงสญญาณกลบมายงพนดน ทงนดาวเทยมจะทาการเปลยนความถคลนไมโครเวฟให แตกตางไปจากความถขาขนแลวจงสงความถไมโครเวฟทผสมสญญาณขาวสารกลบลงมาเรยกวา ความถเชอมโยง ขาลง (Down-Link Frequency) โดยปกตความถไมโครเวฟขาลงจะใชประมาณ 4 กกะเฮรต

ภาพท 13 การใชดาวเทยมสอสารในการทวนสญญาณไมโครเวฟ

ดาวเทยมสอสารโดยทวไปมกใชงานในแถบความถยานไมโครเวฟ ซงยานความถไมโครเวฟนจะถกแบงเปนยานความถยอยๆ เพอกาหนดใชงาน ทงนแตละยานความถจะมการกาหนดชอเรยกเปนภาษาองกฤษ

ตารางท 1 ยานความถในการใชงานสาหรบการสอสารดาวเทยม ยานความถ ชอยาน

225 – 390 MHz p 350 – 530 MHz J 1350 – 2700 MHz L 2500 – 2700 MHz S 3400 – 6425 MHz C 7250 – 8400 MHz X 10.95 – 14.5 GHz Ku

9 

ตารางท 1 (ตอ) ยานความถ ชอยาน

17.7 – 21.2 GHz Kc 27.5 – 31 GHz K 36 – 46 GHz Q 46 – 56 GHz V 56 – 100 GHz W

สาหรบยานความถทนยมใชงานในกจการดาวเทยมสอสารนน ไดแก ยานความถ C (C band) ซงมยานความถ 3400 – 6425 เมกกะเฮรต โดยทวไปมกใชความถขาขน (Up Link) ในชวง 5.925 กกะเฮรต ถง 6.425 กกะเฮรต และใชยานความถขาลง (Down Link) ในชวง 3.7 กกะเฮรต ถง 4.2 กกะเฮรต โดยทวไปแลวยานความถ C หรอ C แบนด นนยมเรยกชอตามความถทใชงาน คอ ขาขน 6 กกะเฮรต และขาลง 4 กกะเฮรต ซงจะเขยนแทนดวย 6 GHz/4 GHzเนองจากยานความถ C ไมสามารถรองรบจานวนของการสอสารทเพมขนได จงไดมการใชยานความถทสงขนไปอกคอ ยานความถ Ku (Ku band) ซงมยานความถ 10.95 – 14.5 กกะเฮรต โดยทวไปมกใชความถขาขน (Up Link) ในชวง 14 กกะเฮรต ถง 14.5 กกะเฮรต และใชยานความถขาลง (Down Link) ในชวง 11.7 กกะเฮรต ถง 12.2 กกะเฮรต โดยทวไปแลวยานความถ Ku หรอ Ku แบนด นจะนยมเรยกความถใชงานขาขน 14 กกะเฮรต และขาลง 12 กกะเฮรต ซงจะเขยนแทนดวย 14 GHz/12 GHz

เอกสารอางอง ไพโรจน ไววานชกจ, กมล เขมะรงษ (2539) เปดโลกการสอสารไรสาย กรงเทพฯ บรษท ซเอดยเคชน จากด (มหาชน) สขสนต เรอนแกว (2548) เทคโนโลยไรสายทางานอยางไร กรงเทพฯ บรษท ซเอดยเคชน จากด (มหาชน) สมารทเลรนนง (2551) เรยนรไฟฟาสอสาร กรงเทพฯ หางหนสวนสามญสมารทเลรนนง วชพ ซคเซสกรป http://th.wikipedia.org/wiki (เขาถงเมอวนท 16 กนยายน 2556) http://www.atom.rmutphysics.com/charud/oldnews/0/286/12/3/sattlelite (เขาถงเมอวนท 16 กนยายน 2556) http://guru.google.co.th/guru/thread?tid=04c8a40d18fe5f6c (เขาถงเมอวนท 16 กนยายน 2556) http://www.space.mict.go.th/knowledge.php?id=commu (เขาถงเมอวนท 16 กนยายน 2556)