เทคโนโลยีอวกาศ

ดาวเทียมและยานอวกาศ

ดาวเทียม คือ วัตถุที่มนุษย์สร้างขึ้นไปโคจรรอบโลก เพื่อวัตถุประสงค์ทางด้านการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การรายงานสภาพอากาศ หรือเพื่อการลาดตระเวนทางทหาร ดาวเทียมเพื่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ จะทำหน้าที่ในการ สังเกตการณ์สภาพของอวกาศ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวอื่นๆ รวมถึงวัตถุประหลาดต่างๆ ในกาแลกซี่ หรือระบบสุริยจักรวาล

ดาวเทียม   ประเภทของดาวเทียมบางประเภท เช่น

        1. ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา

        2. ดาวเทียมสังเกตการณ์ดาราศาสตร์

        3. ดาวเทียมชีวภาพ

        4. ดาวเทียมทางการทหาร

        5. ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรโลก

        6. ดาวเทียมสื่อสารโทรคมนาคม

        7. ดาวเทียมสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์

        8. ดาวเทียมห้องทดลองทางวิทยาศาสตร์

การส่งดาวเทียมและยานอวกาศจากพื้นโลกขึ้นสู่อวกาศ ต้องต่อสู้กับแรงดึงดูดของโลก ดาวเทียมและยานอวกาศต้องเอาชนะ แรงดึงดูดของโลก โดยอาศัยจรวดที่มีแรงขับดันและความเร็วสูง ความเร็วของจรวดต้องมากกว่า 7.91 กิโลเมตรต่อวินาที ยานอวกาศจึงจะสามารถขึ้นไปสู่อวกาศและโคจรรอบโลกในระดับต่ำที่สุด (0 กิโลเมตร) ได้ ถ้าความเร็วมากว่านี้ ยานจะขึ้นไป โคจรอยู่ในระดับที่สูงกว่า เช่น ถ้าหากความเร็วจรวดเป็น 8.66 กิโลเมตรต่อวินาที ยานจะขึ้นไปได้สูง 1,609 กิโลเมตร ถ้าหากจะให้ ยานหนีออกไปโคจรรอบดวงอาทิตย์ จรวดที่พายานออกไปต้องมีความเร็วที่ผิวโลกมากกว่า 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งเรียกว่า ความเร็วหลุดพ้น (Escape Velocity)หรือความเร็วผละหนีความเร็วหลุดพ้นจากโลกจะลดต่ำลงเมื่อห่างจากโลกมากขึ้น ดังตารางความสูงจากผิวโลกและความเร็วผละหนี

ระบบการขนส่งอวกาศ

 การขนส่งดาวเทียมและยานอวกาศแต่ละครั้ง  ทั้งดาวเทียมและจรวดนำส่ง ไม่มีส่วนใดนำกลับมาใช้ได้อีก เป็นการสิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายในการสำรวจอวกาศ ระบบการขนส่งอวกาศ   ถูกพัฒนาและออกแบบให้สามารถนำชิ้นส่วนกลับมาใช้ใหม่ให้มากที่สุดในปี ค.ศ. 1972 ประธานาธิบดีนิกสัน ได้ตัดสินใจปิดโครงการอพอลโลก่อนกำหนด   ในปีเดียวกันนั้นนิกสันอนุมัติโครงการพัฒนากระสวยอวกาศ  มีนักบินควบคุมการบิน และสามารถนำกลับมาใช้บินขึ้นสู่อวกาศได้อีกเรื่อยไป  ยานอวกาศแบบนี้เรียกว่า กระสวยอวกาศ มีจุดมุ่งหมายใช้เป็นประบบขนส่งอวกาศ ( Spare Transporation System เรียกย่อ ๆ ว่า STS

ระบบขนส่งอวกาศประกอบด้วยส่วนประกอบใหญ่ ๆ   3   ส่วน คือ
         1.   ยานขนส่งอวกาศ
         2.   ถังเชื้อเพลิงภายนอก
         3.   จรวดเขื้อเพลิง

ขั้นตอนการบินของยานขนส่งอากาศมีดังนี้
         1.   ใช้จรวดขับดันเชื้อเพลิงแข็ง   2   ลำเป็นพลังงานในการส่งยานขนส่งอากาศขึ้นจากฐาน
         2.   เมื่อจรวดขับดันใช้เชื้อเพลิงหมดแล้วจะแยกตัวออกและตกลงสู่พื้นน้ำ และใช้ร่มชูชีพเพื่อนำจรวดขับดันนี้  นำกลับไปยังฐานส่งจรวด เพื่อซ่อมแซมแก้ไขใช้ในโอกาสต่อไป
        3.   ยานขนส่งอากาศคงเคลื่อนที่สูงขึ้นต่อไป   โดยเชื้อเพลิงที่เป็นของเหลวบรรจุในถังเชื้อเพลิงภายนอกให้กับเครื่องยนต์จรวด 3 เครื่อง
        4.   ถังเชื้อเพลิงภายนอกจะหลุดออกก่อนที่ยานขนส่งอวกาศจะไปถึงวงโคจรรอบโลก และถูกเผาไหม้ในชั้นบรรยากาศ ไม่มีการนำกลับมาใช้งานอีกต่อไป

การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีอวกาศ

 1. มีการใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ในการศึกษา พัฒนา และประดิษฐ์อุปกรณ์ถ่ายภาพในช่วงคลื่น ๆ จากระยะไกล

2. ทำให้เครื่องรับและส่งสัญญาณมีประสิทธิภาพมากขึ้น แล้วนำอุปกรณ์และเครื่องส่งสัญญาณไปประกอบเป็นดาวเทียม ที่ถูกส่งขึ้นไปโคจรจรอบโลก

3. ทำให้สามารถสังเกตสิ่งต่าง ๆ บนโลกได้ระยะไกลในเวลาอันรวดเร็ว

4. ได้เรียนรู้สิ่งต่าง ๆ เกี่ยวกับเอกภพ โลก ดวงจันทร์ และดาวอื่น ๆ

5. ความก้าวหน้าด้านเทคโนโลยีอวกาศ ช่วยเปิดเผยความลี้ลับในอดีต และก่อให้เกิดประโยชน์ต่อมนุษย์ในด้านต่าง ๆ มากมาย

ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา  
ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาเป็นเครื่องมือที่มีความสำคัญสำหรับกิจการอุตุนิยมวิทยา สามารถใช้สังเกตพื้นที่บนพื้นผิวโลกได้หลายบริเวณ รวมทั้งได้รับรู้ข้อมูลอย่างต่อเนื่องจากทั่วทั้งโลก ดังนั้น ภาพถ่ายที่ได้จากดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา เป็นข้อมูลที่สำคัญอย่างหนึ่งสำหรับนักพยากรณ์อากาศ ทำให้สามารถติดตามและ วิเคราะห์ลักษณะอากาศที่เกิดขึ้นในขณะนั้น ๆ โดยเฉพาะในพื้นที่ที่เครื่องมืออื่น ๆ มีข้อจำกัด หรือในมหาสมุทร เช่น ลักษณะของพายุหมุนเขตร้อน เป็นต้น ดังนั้นภาพจากดาวเทียมจึงเป็นเครื่องมือสำหรับติดตามลักษณะอากาศร้ายเพื่อการเตือนภัยได้ดีที่สุดอย่างหนึ่ง นักอุตุนิยมวิทยาสามารถรับรู้ข้อมูลสภาพอากาศในช่วง 50 กิโลเมตร หรือมากกว่าทั่วทั้งโลกได้จากภาพจากดาวเทียม สามารถมองเห็นสภาพอากาศในมุมมองที่สูง และลำดับการเคลื่อนตัวของพายุบนจอคอมพิวเตอร์ได้ ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาดวงแรกเป็นของประเทศสหรัฐอเมริกา ชื่อ TIROS 1 (Television and Infrared Observation Satellite) ขึ้นสู่อวกาศ เมื่อวันที่ 1 เมษายน พ.ศ 2503 

ดาวเทียมสำรวจทรัพยากร

การใช้ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรและสภาพแวดล้อมของโลก เป็นการผสมผสานระหว่างเทคโนโลยีการถ่ายภาพ และโทรคมนาคม โดยการทำงานของดาวเทียมสำรวจทรัพยากรจะใช้หลักการ สำรวจข้อมูลจากระยะไกล

หลักการที่สำคัญของดาวเทียมสำรวจทรัพยากร คือ Remote Sensing โดยใช้คลื่นแสงที่เป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า (EME : Electro - Magnetic Energy) ทำหน้าที่เสมือนสื่อกลางส่งผ่านระหว่างวัตถุเป้าหมาย และอุปกรณ์บันทึกข้อมูล อุปกรณ์ถ่ายถาพที่ติดตั้งอยู่บนดาวเทียม มักจะได้รับการออกแบบให้มีความสามารถถ่ายภาพ และมีความหลากหลายในรายละเอียดของภาพได้อย่างเหมาะสม เพื่อประโยชน์ในการจำแนกประเภททรัพยากรที่สำคัญๆ

ดาวเทียมสังเกตการณ์ดาราศาสตร์

 ดาวเทียมสังเกตการณ์ดาราศาสตร์   เป็นดาวเทียมที่มีกล้องโทรทรรศน์และอุปกรณ์ดาราศาสตร์สำหรับศึกษาวัตถุบนท้องฟ้า  ดาวเทียมแบบนี้มีทั้งประเภทโคจรรอบโลก และประเภทโคจรผ่านไปใกล้ดาวเคราะห์ หรือลงสำรวจ ดาวเคราะห์ ซึ่งเรียกอีกชื่อหนึ่งว่ายานอวกาศ  เช่น ยานอวกาศวอยเอเจอร์

 ดาวเทียมสื่อสาร

ดาวเทียมสื่อสารเป็นดาวเทียมที่ต้องทำงานอยู่ตลอดเวลา เรียกได้ว่าทำงานตลอด 24 ชม. ไม่มีวันหยุด เพื่อที่จะเชื่อมโยงเครือข่ายการสื่อสารของโลกเข้าไว้ด้วยกัน นับตั้งแต่ NASA ส่งดาวเทียมสื่อสารเข้าสู่วงโคจรไป จนปัจจุบันมีบริษัทเอกชนจำนวนมากที่เข้ามาบุกเบิกธุรกิจ และทำกำไรมหาศาล จาก

ประโยชน์ต่างๆ ที่ได้จากดาวเทียม
       ดาวเทียมสื่อสารเมื่อถูกส่งเข้าสู่วงโคจร มันก็พร้อมที่จะทำงานได้ทันที มันจุส่งสัญญาณไปยังสถานีภาคพื้นดิน สถานีภาคพื้นดินจะรับสัญญาณโดยใช้อุปกรณ์ ที่เรียกว่า "Transponder" ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่พักสัญญาณ แล้วกระจายสัญญาณไปยังจุดรับสัญญาณต่างๆ บนพื้นโลก ดาวเทียมสื่สารสามารถส่งผ่านสัญญาณโทรศัพท์ ข้อมูลต่างๆ รวมถึงสัญญาณภาพโทรทัศน์ได้ไปยังทุกหนทุกแห่ง
ประโยชน์ที่ได้รับ
        ด้านการติดต่อสื่อสารโทรคมนาคมทางด้านต่างๆ เช่น ทางด้านสัญญาณโทรทัศน์ สัญญาณโทรศัพท์ ข้อมูลคอมพิวเตอร์

ตัวอย่างดาวเทียมสื่อสาร
        ดาวเทียม Thaicom 1 และ 2 เป็นดาวเทียมสื่อสารชุดแรกของประเทศไทย ถูกส่งขึ้นไปโคจรในปี พ.ศ. 2536 และ 2537 ตามลำดับ เพื่อให้บริการทางด้านการสื่อสารมีรัศมีการให้ บริการครอบคลุมทั่วทั้งประเทศไทย และภูมิภาคใกล้เคียง

        ดาวเทียม Thaicom 3 เป็นดาวเทียมสื่อสารอีกดวงหนึ่งของประเทศไทย ถูกส่งขึ้นไปโคจรในปี พ.ศ. 2540 เพื่อให้บริการทางด้านการสื่อสาร มีรัศมีการให้บริการครอบคลุมทั่วทั้ง 4 ทวีป

 กล้องโทรทัศน์อวกาศฮับเบิล

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (อังกฤษ: Hubble Space Telescope) คือ กล้องโทรทรรศน์ในวงโคจรของโลกที่กระสวยอวกาศดิสคัฟเวอรีนำส่งขึ้นสู่วงโคจรเมื่อเดือนเมษายน ค.ศ. 1990 ตั้งชื่อตามนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันชื่อ เอ็ดวิน ฮับเบิล กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลไม่ได้เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศตัวแรกของโลก แต่มันเป็นหนึ่งในเครื่องมือวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์การศึกษาดาราศาสตร์ที่ทำให้นักดาราศาสตร์ค้นพบปรากฏการณ์สำคัญต่าง ๆ อย่างมากมาย กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลเกิดขึ้นจากความร่วมมือระหว่างองค์การนาซาและองค์การอวกาศยุโรป โดยเป็นหนึ่งในโครงการหอดูดาวเอกขององค์การนาซาที่ประกอบด้วย กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล กล้องรังสีแกมมาคอมป์ตัน กล้องรังสีเอกซ์จันทรา และกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ การที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลลอยอยู่นอกชั้นบรรยากาศของโลกทำให้มันมีข้อได้เปรียบเหนือกว่ากล้องโทรทรรศน์ที่อยู่บนพื้นโลก นั่นคือภาพไม่ถูกรบกวนจากชั้นบรรยากาศ ไม่มีแสงพื้นหลังท้องฟ้า และสามารถสังเกตการณ์คลื่นอัลตราไวโอเลตได้โดยไม่ถูกรบกวนจากชั้นโอโซนบนโลก ตัวอย่างเช่น ภาพอวกาศห้วงลึกมากของฮับเบิลที่ถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล คือภาพถ่ายวัตถุในช่วงคลื่นที่ตามองเห็นที่อยู่ไกลที่สุดเท่าที่เคยมีมา

โครงการก่อสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศเริ่มต้นมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1923 กล้องฮับเบิลได้รับอนุมัติทุนสร้างในช่วงปี ค.ศ. 1970 แต่เริ่มสร้างได้ในปี ค.ศ. 1983 การสร้างกล้องฮับเบิลเป็นไปอย่างล่าช้าเนื่องด้วยปัญหาด้านงบประมาณ ปัญหาด้านเทคนิค และจากอุบัติเหตุกระสวยอวกาศแชลเลนเจอร์ กล้องได้ขึ้นสู่อวกาศในปี ค.ศ. 1990 แต่หลังจากที่มีการส่งกล้องฮับเบิลขึ้นสู่อวกาศไม่นานก็พบว่ากระจกหลักมีความคลาดทรงกลมอันเกิดจากปัญหาการควบคุมคุณภาพในการผลิต ทำให้ภาพถ่ายที่ได้สูญเสียคุณภาพไปอย่างมาก ภายหลังจากการซ่อมแซมในปี ค.ศ. 1993 กล้องก็กลับมามีคุณภาพเหมือนดังที่ตั้งใจไว้ และกลายเป็นเครื่องมือในการวิจัยที่สำคัญและเป็นเสมือนฝ่ายประชาสัมพันธ์ของวงการดาราศาสตร์