เทคโนโลยีอวกาศ เป็นการศึกษาและสำรวจวัตถุต่างๆ ที่อยู่ในและนอกโลกของเรา ปัจจุบันเทคโนโลยีอวกาศพัฒนาไปมากทำให้เราได้รู้จักโลกและเอกภพของเรามากขึ้น เราได้ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีอวกาศ ในด้านต่างๆ มากมาย ได้แก่ การพยากรณ์อากาศ การทหาร การขนส่ง การคมนาคม และการสื่อสาร เป็นต้น ยุคเทคโนโลยีอวกาศเริ่มตั้งแต่การที่สหภาพโซเวียตส่งดาวเทียม  สปุตนิก 1  ขึ้นไป โคจรรอบโลกเมื่อปี  พ.ศ. 2500  จากนั้นการแข่งขันด้านเทคโนโลยีอวกาศระหว่างสองขั้วมหาอานาจจึงเริ่มขึ้น  และเป็นก้าวแห่งความสำเร็จครั้งยิ่งใหญ่ของสหรัฐอเมริกาเมื่อยานอะพอลโล 11  ได้ขนส่งมนุษย์คนแรก ขึ้นไปเหยียบบนดวงจันทร์ได้เมื่อปี  พ.ศ. 2512

คืออุปกรณ์สำหรับการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ที่อยู่ในอวกาศภายนอกในระดับวงโคจรของโลก เพื่อทำการสังเกตการณ์ดาวเคราะห์อันห่างไกล ดาราจักร และวัตถุท้องฟ้าต่างๆ ที่ช่วยให้มนุษย์ทำความเข้าใจกับจักรวาลได้ดีขึ้น การสังเกตการณ์ในระดับวงโคจรช่วยแก้ปัญหาทัศนวิสัยในการสังเกตการณ์บนโลกที่มีอุปสรรคต่างๆ เช่น การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศ เป็นต้น นอกจากนี้การถ่ายภาพวัตถุท้องฟ้ายังสามารถทำได้ที่ความยาวคลื่นต่างๆ กัน ซึ่งบางอย่างไม่สามารถทำได้บนผิวโลก โครงการกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่สำคัญของนาซา คือโครงการหอดูดาวเอก (Great Observatories) ซึ่งประกอบด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ 4 ชุดได้แก่ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล กล้องรังสีแกมมาคอมพ์ตัน กล้องรังสีเอกซ์จันทรา และกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์

(http://th.wikipedia.org/wiki/กล้องโทรทรรศน์อวกาศ)

ที่มา : http://hubblesite.org/gallery/spacecraft/

ถูกสร้างขึ้นโดย เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน ถูกส่งขึ้นสู่วงโคจรเมื่อวันที่ 25 เมษายน ค.ศ. 1990  (พ.ศ.2533) ด้วยยานขนส่งดิสคัฟเวอรี กล้องโทรทรรศน์อวกาศ ฮับเบิลมีภารกิจ 5 ประการ คือ สำรวจระบบสุริยะ วัดอายุและขนาด ของจักรวาล ค้นหาแหล่งที่มาของรังสีคอสมิค สำรวจหาวิวัฒนาการของจักรวาล และไขความลับของแกแล็คซี่ ดาวฤกษ์ และดาวเคราะห์ ข้อมูลทั่วไป ขนาดยาว 13.2 เมตร เส้นผ่าศูนย์กลาง 4.2 เมตร หนัก 11,110 กิโลกรัม โคจรรอบโลก 1 รอบใช้เวลา 97 นาที ด้วยความเร็ว 5 ไมล์ต่อวินาที (8 กิโลเมตร/วินาที) หรือ 17500 ไมล์ต่อชั่วโมง อยู่สูงจากพื้นโลก 612 กิโลเมตร หรือ 380 ไมล์ กระจกหลักมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.4 เมตร กระจกทุติยภูมิ (Secondary Mirror) มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.34 เมตร ความยาวของกล้อง 13.1 เมตร เส้นผ่านศูนย์กลางของกล้อง 4.3 เมตร แผงเซลล์สุริยะ มีขนาด 12.1 เมตร X 2.4 เมตร มวลของกล้อง 11.6 ตัน อายุการใช้งานประมาณ 15 ปี (ที่มา : โครงการเครือข่ายสารสนเทศดาราศาสตร์ http://www.astroschool.in.th/public/teacher/encyclodetail_ans_inc.php?id...)

อุปกรณ์สำคัญที่ได้รับการติดตั้งบกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ได้แก่

กล้องถ่ายภาพสนามกว่้้าง 3 (Wide Field Camera 3 : WFC3)

เป็นกล้องที่มีคุณสมบัติในการถ่ายภาพในช่วงของคลื่นแสง 3 ช่วง คือ near-infrared, visible light และ near-ultraviolet ซึ่งมีความสามารถในการถ่ายภาพได้ดีกว่ากล้องถ่ายภาพสนามกว้างและดาวเคราะห์ (wilde field ฟืก planetฟพั camera) ที่ใช้แสง infrared ถึง 35 เท่า

สเปคโตรกราฟต้นกำเนิดจักรวาล (Cosmic Origins Spectrograph : COS)

ทำหน้าที่ถ่ายภาพสเปกโตรกราฟของคลื่นอัลตราไวโอเลตของแหล่งกำเนิดแสงแบบจุด เป้าหมายทางวิทยาศาสตร์ของเครื่องมือนี้รวมถึงการศึกษาจุดกำเนิดของโครงสร้างขนาดใหญ่ในเอกภพ การก่อตัวและวิวัฒนาการของดาราจักร รวมถึงการกำเนิดของกลุ่มดาวและระบบดาวเคราะห์ต่างๆ

กล้องสำรวจขั้นสูง (Advanced Camera for Surveys : ACS)

เป็นกล้องที่ถูกนำไปใช้แทนที่กล้องถ่ายภาพวัตถุมัว (Faint Object Camera)  ทำหน้าที่ตรวจจับคลื่นย่านอัลตราไวโอเลตจนถึงอินฟราเรด มีพื้นที่สำรวจกว้างและมีประสิทธิภาพควอนตัมสูง ทำให้กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลมีประสิทธิภาพในการค้นหามากเพิ่มขึ้นสิบเท่า นอกจากนี้มันยังมีมีฟิลเตอร์เป็นจำนวนมาก มีความสามารถในการป้องกันแสงความเข้มสูงจากดาวฤกษ์ การวัดโพลาไรเซชันของแสง และการเลือกแสงในช่วงความยาวคลื่นที่ต้องการ ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถถ่ายภาพจักรวาลอันไกลโพ้นอย่างภาพอวกาศห้วงลึกมากของฮับเบิล (Hubble Ultra Deep Field) ได้และสามารถถ่ายภาพปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ตั้งแต่ดาวหางในระบบสุริยะของเราไปจนถึงควอซาร์ที่ไกลที่สุดเท่าที่มนุษย์ค้นพบ

กล้องถ่ายภาพสเปกโตรกราฟ (Space Telescope Imaging Spectrograph : STIS)

ทำหน้าที่เป็นเหมือนแท่งปริซึมคอยแยกสเปกตรัมที่มีอยู่ในอวกาศออกมาจัดทำเป็นสีพื้นฐาน

กล้องใกล้อินฟราเรดและสเปกโตรมิเตอร์หลายวัตถุ  (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer; NICMOS)

ทำหน้าที่ตรวจจับคลื่นแสงอินฟาเรด มีความไวในการับแสงถึง 1 พันล้านปี

เซ็นเซอร์นำทางความละเอียดสูง  (Fine Guidance Sensor; FGS)

ทำหน้าที่ให้ข้อมูลการกำหนดตำแหน่งซึ่งมีความละเอียดสูงสำหรับใช้ในระบบควบคุมองศาสังเกตการณ์ของกล้องดูดาว

แหล่งข้อมูล http://www.darasart.com/spacetelescope/main.htm

http://hubblesite.org/the_telescope/hubble_essentials/

คลังภาพที่ได้จากการสำีรวจของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

สถานีอวกาศนานาชาติ สถานีอวกาศเมียร์ สถานีอวกาศสกายแล็บ สถานีอวกาศโซลยุต

สถานีอวกาศเป็นยานอวกาศที่โคจรไปรอบโลกในวงโคจรระดับต่ำ (Low Earth Orbit :LEO) ที่มีความสูงจากพื้นโลกไม่เกิน 1000 กิโลเมตร โดยมีมนุษย์ขึ้นไปปฏิบัติภารกิจอยู่บนสถานี ประโยชน์ที่ได้จากสถานีอวกาศก็คือ 1)  ศึกษาความเป็นไปได้ของการดำรงชีวิตในสภาพไร้แรงโน้มถ่วง ที่มีผลกระทบโดยตรงกับมนุษย์ เช่น สภาพจิตใจ  และ สภาพร่างกาย 2)  ศึกษาการทดลองต่างๆทางวิทยาศาสตร์ในสภาพไร้แรงโน้มถ่วง ซึ่งการทดลองบางอย่างไม่สามารถทำได้บนพื้นโลก 3)  ศึกษาพฤติกรรมของสัตว์บางชนิด และการดำรงชีพของสัตว์เหล่านั้น เมื่ออยู่ในสภาพไร้แรงโน้มถ่วง เช่น ศึกษาการชักใยของแมงมุม เป็นต้น 4)  ใช้สำหรับการศึกษาทางด้านดาราศาสตร์  เพราะในอวกาศไม่มีชั้นบรรยากาศรบกวนหรือขวางกั้น 5)  ใช้สำหรับการศึกษาทางด้านธรณีวิทยา และ อุตุนิยมวิทยา  ควบคู่ไปกับระบบดาวเทียม 6)  ใช้สำหรับประโยชน์ทางการทหาร 7)  นอกจากนี้การสร้างสถานีอวกาศ ยังเป็นแนวทางที่ทำให้มีการประดิษฐ์คิดค้นอุปกรณ์หรือวิทยาการใหม่ๆขึ้นมาสำหรับการพัฒนาสถานีอวกาศรุ่นต่อ ๆไป สถานีอวกาศแห่งแรกของโลกคือสถานีอวกาศซัลยูตของรัสเซีย  ตามมาด้วยสกายแลบ (Skylab)  และสถานีอวกาศเมียร์  ซึ่งทั้งสามสถานีนั้นได้ยุติโครงการและตกลงในมหาสมุทรหมดแล้ว ยังคงเหลือเพียงสถานีเดียว คือสถานีอวกาศนานาชาติ ซึ่งเป็นสถานีอวกาศที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่มนุษย์เคยสร้างมา ปัจจุบันยังโคจรอยู่รอบโลก (ที่มา : http://www.darasart.com/spacestation/default.html http://pirun.kps.ku.ac.th/~b4928013/link1.html) สถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station) สถานีอวกาศนานาชาติหรือสถานีแอลฟา (alpha) เป็นโครงการทางวิทยาศาสตร์ที่ได้รับความร่วมมือจากหน่วยงานด้านอวกาศ 5 หน่วย จากชาติต่างๆ คือ องค์การนาซา (สหรัฐอเมริกา), องค์การอวกาศสหพันธรัฐรัสเซีย (RKA, รัสเซีย), องค์การสำรวจอวกาศญี่ปุ่น (JAXA, ญี่ปุ่น), องค์การอวกาศแคนาดา (CSA, แคนาดา) และ องค์การอวกาศยุโรป (ESA, สหภาพยุโรป) สถานีอวกาศนานาชาติที่เสร็จสมบูรณ์จะมีมวลเกือบ 500 ตัน มีขนาดยาวกว้างประมาณ 107x87 เมตร และแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์มีพื้นผิวถึงประมาณสองไร่ครึ่ง และใช้เป็นพลังงานไฟฟ้า สำหรับใช้ในห้องปฏิบัติการบนสถานีอวกาศนานาชาติ ข้อมูลจำเพาะ ค่าความสว่างสูงสุด  Magnitude -2.80 Eccentricity: ค่าความรี 0.0008459 Inclination: มุมเอียงกับเส้นอิคลิปติด 51.5728° Perigee Height:  ระยะใกล้โลกที่สุด 373 km Apogee Height: ระยะไกลโลกที่สุด 384 km Right Ascension of Ascending Node: 259.9303° โคจร 1 รอบใช้เวลา 90 นาที 25 วินาที จำนวนรอบต่อวัน  15.63164737

ยานสำรวจอวกาศ (spacecraft) คือพาหนะหรืออุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อใช้ทำงานในอวกาศเหนือผิวโลก ยานอวกาศนี้อาจเป็นได้ทั้งแบบมีคนบังคับหรือแบบไม่มีคนบังคับก็ได้ สำหรับภารกิจของยานอวกาศนี้จะมีทั้ง การสื่อสารทั่วไป, การสำรวจโลก, การทำเส้นทาง เป็นต้น

ยานสำรวจอวกาศแบบไม่มีคนบังคับ (Robotic Spacecraft) เป็นยายอวกาศที่ใช้สำรวจดาวเคราะห์ต่างๆ ยานสำรวจที่สำคัญได้แก่

ภาพที่ 1 ภาพวาดยานไพโอเนียร์               ภาพที่ 2 แผ่นภาพที่ยานไพโอเนียร์นำไปด้วย       ภาพที่ 3 ภาพถ่ายดาวพฤหัสบดี

ยานไพโอเนียร์ 10 (Pioneer 10) เริ่มปฏิบัติการ: 2 มีนาคม 2515 ถึงจุดหมาย: 3 ธันวาคม 2516 สิ้นสุดภาระกิจ: 31 มีนาคม 2540 เป้าหมาย: สำรวจและถ่ายภาพดาวพฤหัสบดี และดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี วัดสนามแม่เหล็กและรังสีจากดาวพฤหัสบดี จากนั้นจึงโคจรออกนอกระบบสุริยะ โดยมีแผ่นโลหะสลักรูปมนุษย์ และตำแหน่งของดวงอาทิตย์ถูกส่งไปกับยานด้วย

ภาพที่ 1 ภาพวาดยานมารีเนอร์ 10                    ภาพที่ 2 ภาพถ่ายดาวพุธ                       ภาพที่ 3 ภาพพื้นผิวของดาวพุธ

Mariner 10 เริ่มปฏิบัติการ: 3 พฤศจิกายน 1973 ถึงจุดหมาย: 5 กุมภาพันธ์ 1974 สิ้นสุดภาระกิจ: 24 พฤศจิกายน 1975 เป้าหมาย: สำรวจดาวเคราะห์ชั้นในทั้ง 2 ดวงคือดาวศุกร์และดาวพุธ

ภาพที่ 1 ภาพถ่ายภูเขาไฟ Olympus          ภาพที่ 2 ภาพน้ำแข็งปกคลุมบริเวณขั้วโลกเหนือของดาวอังคาร   ที่มาของภาพ                                                                                                                    ภาพที่ 1 www.spacetoday.org/.../MarsMountains.htm ภาพที่ 2  http://mars.jpl.nasa.gov/gallery/polaricecaps/index.html

Viking 1 เริ่มปฏิบัติการ: 20 สิงหาคม 1975 ถึงจุดหมาย: 19 มิถุนายน 1976 ร่อนลงจอดบนดาวอังคาร: 20 กรกฎาคม 1976 สิ้นสุดภาระกิจ: 17 สิงหาคม 1980(ในวงโคจร) 13 พฤศจิกายน 1982(จอดบนดาวอังคาร) Viking 2 เริ่มปฏิบัติการ: 9 กันยายน 1975 ถึงจุดหมาย: 7 สิงหาคม 1976 ร่อนลงจอดบนดาวอังคาร: 3 กันยายน 1976 สิ้นสุดภาระกิจ: 11 เมาายน 1980(ในวงโคจร) 25 กรกฎาคม 1978(จอดบนดาวอังคาร) เป้าหมาย: ค้นหาสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคาร และถ่ายภาพความละเอียดสูงของพื้นผิวดาวอังคาร สำรวจโครงสร้างและส่วนประกอบของชั้นบรรยากาศและพื้นดิน แหล่งข้อมูล :  http://www.darasart.com/spacecraft/marsmission/viking.htm                 http://www.nasa.gov/mission_pages/viking/                 http://www.doodaw.com/spacecraft/spacecraft1.php

ภาพที่ 1 ภาพวาดยาน voyager                    ภาพที่ 2 ภาพจุดแดงขนาดใหญ่ (great red spot) ที่พบบนดาวพฤหัสบดี   ที่มา ภาพที่ 1 www.spacetoday.org/SolSys/Voyagers20years.html      ภาพที่ 2 http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00014

Voyager 1 เริ่มปฏิบัติการ: 5 กันยายน 1977 ถึงจุดหมาย: 5 มีนาคม 1979 เป้าหมาย: สำรวจชั้นบรรยากาศ สนามแม่เหล็ก ดวงจันทร์ และวงแหวนของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ Voyager 2 เริ่มปฏิบัติการ: 20 สิงหาคม 1977 ถึงจุดหมาย: 9 กรกฎาคม 1979 เป้าหมาย: สำรวจดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ และขยายโครงการออกไปเพื่อสำรวจดาวยูเรนัส(1981) และดาวเนปจูน(1985) แหล่งข้อมูล http://www.doodaw.com/spacecraft/spacecraft1.php

ภาพที่ 1 ภาพยาน magellan กำลังจะถูกปล่อยออกสู่อวกาศ   ภาพที่ 2 ภาพ 3 มิติแสดงพื้นผิวของดาวศุกร์ ที่มา ภาพที่ 1 http://www2.jpl.nasa.gov/magellan/images.html      ภาพที่ 2 http://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA00233.jpg

Magellan เริ่มปฏิบัติการ: 4 พฤษภาคม 1989 ถึงจุดหมาย: 10 สิงหาคม 1990 สิ้นสุดภาระกิจ: 12 ตุลาคม 1994 เป้าหมาย: สำรวจพื้นผิวดาวศุกร์เพื่อศึกษาลักษณะภูมิประเทศ และวัดค่าสนามแม่เหล็ก แหล่งข้อมูล http://www.doodaw.com/spacecraft/spacecraft1.php

ภาพวาดยานกาลิเลโอผ่านดาวพฤหัสบดี ที่มา  http://www2.jpl.nasa.gov/galileo/images/artwork.html

Galileo เริ่มปฏิบัติการ: 18 ตุลาคม 1989 ถึงจุดหมาย: 7 ธันวาคม 1995 สิ้นสุดภาระกิจหลัก: ธันวาคม 1997 สิ้นสุดภาระกิจสำรวจดวงจันทร์ยูโรป้า: ธันวาคม 1999 เป้าหมาย: สำรวจชั้นบรรยากาศ สนามแม่เหล็กดาวพฤหัสบดี และดวงจันทร์ 4 ดวง (ใช้เวลา 2 ปี) และขยายระยะเวลาปฏิบัติภาระกิจไปอีก 2 ปี ปัจจุบันได้ขยายระยะเวลาปฏิบัติภาระกิจออกไปอีก(Galileo Millennium Mission)

ยานสำรวจอวกาศแบบมีคนบังคับ (Manned spacecraft)

ยานสำรวจอวกาศแบบมีคนบังคับหรือเรียกว่า ยานขนส่งอวกาศหรือกระสวยอวกาศ (space shutter) เป็นยานอวกาศที่สามารถนำมนุษย์ขึ้นสู่อวกาศและกลับลงสู่พื้นผิวโลกและกลับขึ้นสู่อวกาศได้อีก ดังเช่นเครื่องบินโดยสาร   กระสวยอวกาศของสหรัฐอเมริกา สร้างขึ้นโดยองค์การนาซา (NASA) มีชื่อเรียกอย่างเป็นทางการว่า Space Transportation System (STS) หรือระบบการขนส่งอวกาศ

ระบบการขนส่งอวกาศเป็นโครงการที่ถูกออกแบบให้สามารถนำชิ้นส่วนบางส่วนที่ใช้ไปแล้วกลับมาใช้ใหม่อีกเพื่อเป็นการประหยัดและมีประสิทธิภาพมากที่สุด  ประกอบด้วย 3  ส่วนหลักคือ  จรวดเชื้อเพลิงแข็ง ถังเชื้อเพลิงภายนอก (สำรองไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจนเหลว) และยานขนส่งอวกาศ

ภาพแสดงส่วนประกอบทั้งสามส่วนของระบบยานขนส่งอวกาศ

 (ที่มา: เอกสารประกอบวิชา ดาราศาสตร์โอลิมปิก ม.ค้น)

ภาพยานขนส่วอวกาศโคลัมเบียร่อนลงที่สนามบินของสถานีอวกาศเคเนดี้

(ที่มา :   http://en.wikipedia.org/wiki/Space_Shuttle)

ยานขนส่งอวกาศจะถูกพาไปโดยจรวดเชื้อเพลิงแข็งซึ่งจะถูกขับเคลื่อนจากฐานปล่อย (หมายเลข 1) ให้นำพาทั้งระบบขึ้นสู่อวกาศด้วยความเร็วที่มากกว่าค่าความเร็วหลุดพ้น  เมื่อถึงระดับหนึ่งจรวดเชื้อเพลิงแข็งทั้งสองข้างจะแยกตัวออกมาจากระบบ (หมายเลข 2) ซึ่งถังเชื้อเลิงนี้จะถูกนำกลับไปใช้ใหม่ จากนั้นถังเชื้อเพลิงภายนอกจะแยกตัวออกจากยานขนส่งอวกาศ (หมายเลข 3) โดยตัวยานขนส่งอวกาศจะเข้าสู่วงโคจรเพื่อปฏิบัติภารกิจต่อไป (หมายเลข 4) เมื่อปฆิบัติภารกิจเสร็จแล้วจะลดระดับวงโคจรเพื่อเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลก (หมายเลข 5 และ 6) และร่อนลงสู่พื้นโลก (หมายเลข 7)

 

ภาพแสดงปฏิบัติการของระบบจนส่งอวกาศ (ที่มา : http://en.wikipedia.org/wiki/Space_Shuttle )

การปฏิบัติภาระกิจสำหรับระบบขนส่งอวกาศมีหลากหลายหน้าที่  ตั้งแต่การทดลองทางวิทยาศาสตร์ (ในสภาวะไร้น้ำหนัก)  การส่งดาวเทียม  การประกอบกล้องโทรทรรศน์อวกาศ  การส่งมนุษย์ไปบนสถานีอวกาศ  ฯลฯ  ยานขนส่งอวกาศจึงถูกออกแบบสำหรับบรรทุกคนได้ประมาณ 7-10  คน  ปฏิบัติภาระกิจได้นานตั้งแต่ไม่กี่ชั่วโมงหรืออาจใช้เวลาถึง 1  เดือน  สำหรับโครงการขนส่งอวกาศขององค์การนาซามีอยู่ด้วยกัน 6 โครงการ คือ

1.  โครงการเอนเตอร์ไพรส์
2.  โครงการโคลัมเบีย (ประสบอุบัติเหตุเมื่อวันที่ 1 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2546) 
3.  โครงการดิสคัฟเวอรี่
4.  โครงการแอตแลนติส
5.  โครงการแชลแลนเจอร์ (ประสบอุบัติเหตุเมื่อวันที่ 28 มกราคม พ.ศ. 2529)
6.  โครงการเอนเดฟเวอร์

 

ดาวเทียม (Satellite) คือ สิ่งประดิษฐ์ที่มนุษย์คิดค้นขึ้น ที่สามารถโคจรรอบโลก โดยอาศัยแรงดึงดูดของโลก ส่งผลให้สามารถโคจรรอบโลกได้ในลักษณะเดียวกันกับที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก และโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ วัตถุประสงค์ของสิ่งประดิษฐ์นี้เพื่อใช้ ทางการทหาร การสื่อสาร การรายงานสภาพอากาศ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์เช่นการสำรวจทางธรณีวิทยาสังเกตการณ์สภาพของอวกาศ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวอื่นๆ รวมถึงการสังเกตวัตถุ และดวงดาว ดาราจักร ต่างๆ

วงโคจรดาวเทียม (Satellite Orbit)

ดาวเทียมมีการโคจรในแนวทางที่เรียกว่าวงโคจร การโคจรของดาวเทียมมีหลักการดังที่กล่าวมาแล้วข้างต้น วงโคจรมีหลายแบบขึ้นกับประเภทของการใช้งาน ซึ่งแบ่งออกได้เป็นแบบใหญ่ๆได้ 3 แบบดังนี้

 

1. วงโคจรระนาบศูนย์สูตร (Equatorial Orbit)

ในวงโคจรนี้ ระนาบของการโคจรของดาวเทียมจะอยู่ในระนาบเดียวกับเส้นศูนย์สูตร หรือเอียงทำมุมไม่เกิน 5 องศา ดาวเทียมที่มีวงโคจรเหนือเส้นศูนย์สูตรได้แก่ดาวเทียมค้างฟ้า เนื่องจากเมื่อดาวเทียมโคจรรอบโลกในวงโคจรนี้ด้วยความเร็วเท่ากับอัตราการหมุนของโลกแล้วดาวเทียมจะเสมือนลอยอยู่นิ่งเหนือตำแหน่งหนึ่งบนพื้นโลก ซึ่งจะเรียกวงโคจรนี้เฉพาะลงไปอีกว่าเป็นวงโคจรค้างฟ้า (Geostationary Orbit)

 

2. วงโคจรผ่านขั้วโลก (Polar Orbit)

ดาวเทียมในวงโคจรนี้จะมีการโคจรในระนาบที่ผ่านขั้วโลกเหนือและใต้ ซึ่งมีประโยชน์มากสำหรับการถ่ายภาพด้วยดาวเทียม เนื่องจากขณะที่ดาวเทียมโคจรจากขั้วโลกหนึ่งไปยังอีกขั้วโลกหนึ่งนั้น โลกก็จะหมุนรอบตัวเองด้วย ทำให้ดาวเทียมสามารถโคจรผ่านทุกพื้นที่ของโลก

 

3. วงโคจรระนาบเอียง (Inclined Orbit)

ดาวเทียมในวงโคจรนี้มีการโคจรในระนาบที่ทำมุมกับระนาบของเส้นศูนย์สูตรมากกว่า 0 องศาไปจนถึง 180 องศา แต่ไม่รวมวงโคจรผ่านขั้วโลก ตัวอย่างหนึ่งของดาวเทียมที่ใช้วงโคจรนี้ได้แก่ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรธรรมชาติที่สามารถถ่ายภาพได้เกือบทุกพื้นที่ในโลกแต่มีข้อดีกว่าที่สามารถกำหนดวงโคจรให้ทุกครั้งที่ดาวเทียมโคจรผ่านพื้นที่ที่ต้องการเป็นเวลาเดิมๆ ฝูงดาวเทียม NavStar ที่ใช้งานในระบบ GPS (Global Positioning System) ก็มีวงโคจรเป็นแบบวงโคจรระนาบเอียง

 

 

การแบ่งประเภทของวงโคจรดาวเทียมสามารถแบ่งตามระดับความสูงของวงโคจร ได้เป็น 3 แบบคือ

 

1. วงโคจรระดับต่ำ (Low Earth Orbit , LEO)

วงโคจรแบบนี้จะอยู่ระหว่างชั้นบรรยากาศกับ Van Allen radiation ซึ่งไม่มีการกำหนดความสูงที่แน่นอน แต่ดาวเทียมที่อยู่ในวงโคจรนี้จะอยู่สูงจากผิวโลกต่ำกว่า 2,000 กิโลเมตร ประโยชน์ของดาวเทียมในวงโคจรแบบนี้คือใช้ในการถ่ายภาพ สื่อสารเช่นดาวเทียม Iridium

 

2. วงโคจรระดับกลาง (Medium Earth Orbit, MEO)

เป็นวงโคจรของดาวเทียมที่มีความสูงอยู่ระหว่าง LEO กับ GEO ประโยชน์ของดาวเทียมในวงโคจรนี้ได้แก่ ดาวเทียมสื่อสาร ดาวเทียมระบบนำร่อง เป็นต้น

 

3. วงโคจรค้างฟ้า (Geostationary Orbit, GEO)

วงโคจรเหรือเส้นศูนย์สูตร มีความสูง 35786.034 km เหนือผิวโลก ได้แก่ดาวเทียมสื่อสาร

 

  

ประเภทของดาวเทียม แบ่งออกเป็น 5 ประเภทใหญ่ ๆ คือ

1. ดาวเทียมสื่อสาร
2. ดาวเทียมสำรวจ 
3. ดาวเทียมพยากรณ์อากาศ หรือดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา
4. ดาวเทียมทางการทหาร
5. ดาวเทียมด้านวิทยาศาสตร์

 

ดาวเทียมสื่อสาร (communication satellite หรือเรียกสั้นๆ ว่า comsat) เป็นดาวเทียมที่มีจุดประสงค์เพื่อการสื่อสารและโทรคมนาคม จะถูกส่งไปในช่วงขอกาศเข้าสู่วงโคจรโดยมีความห่างจากพื้นโลกโดยประมาณ 35.786 กิโลเมตร ซึ่งความสูงในระดับนี้จะเป็นผลทำให้เกิดแรงดึงดูระหว่างโลกกับดาวเทียม ในขณะที่โลกหมุนก็จะส่งแรงเหวี่ยง ทำให้ดาวเทียมเกิดการโคจรรอบโลกตามการหมุนของโลก

สหรัฐอเมริกาได้ส่งดาวเทียมเพื่อการสื่อสารดวงแรกที่ชื่อว่า สกอร์ (Score) ขึ้นสู่อวกาศ เมื่อวันที่ 18 ธันวาคม ค.ศ. 1958  และได้บันทึกเสียงสัญญาณที่เป็นคำกล่าวอวยพรของประธานาธิบดีโอเซนฮาร์ว เนื่องเทศกาลคริสต์มาสจากสถานีภาคพื้นดินแล้วถ่ายทอดสัญญาณจากดาวเทียมลงมาสู่ชาวโลก นับเป็นการส่งวิทยุกระจายเสียงจากดาวเทียมภาคพื้นโลกได้เป็นครั้งแรก

วันที่ 20 สิงหาคม ค.ศ. 1964 ประเทศสมาชิกสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (ITU) จำนวน 11 ประเทศ ร่วมกันจัดตั้งองค์การโทรคมนาคมทางดาวเทียมระหว่างประเทศ หรือเรียกว่า “อินเทลแซท” (INTELSATINTERNATIONAL TELECOMMUNICATIONS SATELLITE ORGANIZATION) ขึ้นที่กรุงวอชิงตันดี.ซี. สหรัฐอเมริกา โดยให้ประเทศสมาชิกเข้าถือหุ้นดำเนินการใช้ดาวเทียมเพื่อกิจการโทรคมนาคมพานิชย์แห่งโลก INTELSAT ตั้งคณะกรรมการ INTERIM COMMUNICATIONS SATELLITE COMMITTEE (ICSC) จัดการในธุรกิจต่าง ๆ ตามนโยบายของ ICSC เช่นการจัดสร้างดาวเทียมการปล่อยดาวเทียมการกำหนดมาตราฐานสถานีภาคพื้นดิน การกำหนดค่าเช่าใช้ช่องสัญญาณดาวเทียม เป็นต้น

วันที่ 10 ตุลาคม ค.ศ. 1964 ได้มีการถ่ายทอดโทรทัศน์พิธีเปิดงานกีฬาโอลิมปิกครั้งที่ 18 จากกรุงโตเกียว ผ่านดาวเทียม “SYNCOM III” ไปสหรัฐอเมริกานับได้ว่าเป็นการถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์ผ่านดาวเทียมครั้งแรกของโลก

วันที่ 6 เมษายน ค.ศ. 1965 COMSAT ส่งดาวเทียม “TELSAT 1” หรือในชื่อว่า EARLY BIRD ส่งขึ้นเหนือมหาสมุทรแอตแลนติก ถือว่าเป็นดาวเทียมเพื่อการสื่อสาร เพื่อการพานิชย์ดวงแรกของโลก ในระยะหลังมีหลายประเทศที่มีดาวเทียมเป็นของตนเอง (DOMSAT) เพื่อใช้ในการสื่อสารภายในประเทศ

 

     

 ดาวเทียม PALAPA ของอินโดนีเซีย        COMSTAR ของอเมริกา                    THAICOM ของประเทศไทย

ที่มาของภาพ

www.skyrocket.de/space/doc_sdat/comstar-1.htm
www.space.mict.go.th/knowledge/GEOSAT/GEOpics/

ดาวเทียมสำรวจ (Earth Observation)

การสำรวจทรัพยากรโลกด้วยดาวเทียมสำรวจทรัพยากร ได้วิวัฒนาการจากการได้รับภาพถ่ายโลก ภาพแรกจากการส่งสัญญาณภาพของดาวเทียม Explorer VI ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2502 ตั้งแต่นั้นมา การสำรวจโลกด้วยภาพถ่ายดาวเทียม ได้มีการพัฒนาเป็นลำดับทั้งระบบบันทึกข้อมูล และอุปการณ์ที่สามารถใช้ประโยชน์ด้านต่างๆ อย่างมากมาย วิวัฒนาการของดาวเทียมสำรวจทรัพยากรเป็นไปอย่างรวดเร็วและต่อเนื่อง

LANDSAT เป็นดาวเทียมสำรวจทรัพยากรธรรมชาติดวงแรก ที่ถูกส่งเข้าสู่วงโคจร เมื่อ พ.ศ. 2515

ประโยชน์ที่ได้รับ (ศึกษาลักษณะภูมิประเทศ)
         - ด้านการสำรวจพื้นที่ป่าไม้
         - ด้านการเกษตร
         - ด้านการใช้ที่ดิน
         - ด้านธรณีวิทยา เพื่อจัดทำแผนที่ภูมิประเทศ หาแหล่งทรัพยากรธรรมชาติในดิน
         - ด้านอุทกวิทยา เพื่อศึกษาสภาพและแหล่งน้ำ ทั้งบนดินและใต้ดิน ฯลฯ

(ที่มา http://www.rmutphysics.com/CHARUD/naturemystery/sci3/sattlelite/HisSatilliteSurver.html )

  
 ภาพถ่ายจากดาวเทียม LANDSAT          ภาพถ่ายที่ได้จากดาวเทียม THEOS ของประเทศไทย

ที่มาของภาพ

http://landsat.org/

http://media.thaigov.go.th/pageconfig/viewcontent/viewcontent1.asp?pageid=471&directory=1828&contents=24273

ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา

ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ส่งดาวเทียมเพื่อการอุตุนิยมวิทยาขึ้นสู่อวกาศดวงแรกเมื่อวันที่ 1 เมษายน 2503 ชื่อว่า TIROS1( Television and Infra-Red Observation Satellite ) ซึ่งเป็นการเริ่มต้นของการใช้ภาพถ่ายจากดาวเทียมเพื่อประโยชน์ในการอุตุนิยมวิทยาในปัจจุบันประเทศสหรัฐอเมริกามีหน่วยงานที่ดูแลการใช้ดาวเทียมเพื่อการอุตุนิยมวิทยาอยู่ 2 หน่วยงานคือ NOAA ( National Oceanic and Atomospheric Administration ) และ SMC ( Air Force Space and Missile Systems Center ) โดย NOAA จะดูแลดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาสำหรับใช้งานทั่วไป ซึ่งมีชื่อว่าดาวเทียม NOAA และดาวเทียม GOES ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาสำหรับใช้งานทั่วไปนั้นจะแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ ดาวเทียมที่มีวงโคจรค้างฟ้า (GOES) และดาวเทียมที่มีวงโคจรต่ำ (NOAA) สำหรับดาวเทียมที่มีวงโคจรค้างฟ้าที่ใช้งานอยู่ปัจจุบันคือ GOES-10 (GOES-West) และ GOES-12 (GOES-East) ซึ่งโคจรอยู่เหนือประเทศสหรัฐอเมริกาทางทิศตะวันตกและทิศตะวันออกของทวีปอเมริกา และมีดาวเทียม GOES-11 เพื่อใช้งานสำรองในกรณีที่ GOSE-10 หรือ GOES-12 ไม่ทำงาน ดาวเทียม GOES จะให้ภาพที่ต่อเนื่องซึ่งมีประโยชน์ในการติดตามพายุเฮอริเคน และพายุทอร์นาโด ซึ่งจะมีประโยชน์ในการเตือนภัยเมื่อเกิดพายุและยังสามารถติดตามการเคลื่อนที่ของพายุได้อีกด้วย

นอกจากดาวเทียมค้างฟ้าแล้วยังมีดาวเทียมวงโคจรต่ำอีกสองดวงเพื่อช่วยในการพยากรณ์อากาศโดยดวงแรกจะโคจรผ่านในเวลาเช้าและอีกดวงจะโคจรผ่านในเวลาบ่ายทั้งนี้เพื่อให้ได้รับข้อมูลอย่างน้อยทุก ๆ 6 ชั่วโมง ดาวเทียมวงโคจรต่ำมีเครื่องมือวัดหลายชนิดและมีอุปกรณ์หลักคือ อุปกรณ์ถ่ายภาพความละเอียดสูง ( AVHRR - Advanced Very High Resolution Radiometer ) ซึ่งจะถ่ายภาพด้วยจุดภาพขนาด 1.1 กิโลเมตร รวม 6 ช่องสัญญาณ และส่งสัญญาณกลับมายังโลกด้วยคลื่นวิทยุความถี่ 1700 MHz ซึ่งเรียกว่า HRPT นอกจากนี้ยงัส่งภาพที่มีความละเอียดต่ำด้วยจุดภาพขนาด 4 กิโลเมตร รวม 2 ช่องสัญญาณที่ความถี่ 137 MHz ซึ่งเรียกว่า APT ประเทศสหรัฐอเมริกายังมีกลุ่มดาวเทียมเพื่อการทดลองทางวิทยาศาสตร์และสำรวจสภาวะแวดล้อม เช่น Terra , Aqua เป็นต้น

สหภาพยุโรปมีโครงการดาวเทียมเพื่อการอุตุนิยมวิทยาโดยมีดาวเทียม METEOSAT จำนวน 3 ดวงอยู่เหนือทวีปยุโรปและมหาสมุทรอินเดียและยังมีดาวเทียมสำรองอีก 1 ดวง สำหรับดาวเทียมวงโคจรต่ำนั้นใช้สำหรับสำรวจสภาวะแวดล้อมมีชื่อว่าดาวเทียม ERSประเทศรัสเซียเคยมีดาวเทียมเพื่อใช้ประโยชน์ในด้านการอุตุนิยมวิทยา แต่ในปัจจุบันส่วนใหญ่หมดอายุการใช้งานและอยู่ในสภาวะเตรียมพร้อมเพื่อใช้สำรองเท่านั้น

ประเทศจีน มีดาวเทียมเพื่อการอุตุนิยมวิทยาแบบทั้งค้างฟ้าชื่อว่า FY-2 ซึ่งได้เริ่มใช้งานมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2540 ชื่อว่า FY-2A และได้พัฒนาเป็น FY-2B และ FY-2C ซึ่งส่งสัญญาณในแบบ CHRPT ซึ่งดัดแปลงมาจาก HRPT โดยการเพิ่มช่องสัญญาณจากเดิม 6 ช่องสัญญาณเป็น 10 ช่องสัญญาณ แต่ดาวเทียมแต่ดาวเทียมชุดนี้ยังมีเสถียรภาพในการทำงานที่ไม่ดีนัก และมีดาวเทียมเพื่อการอุตุนิยมวิทยาแบบวงโคจรต่ำชื่อว่า FY-1 ซึ่งในปัจจุบันได้พัฒนามาเป็น FY-1D

ประเทศญี่ปุ่นมีดาวเทียมเพื่อการอุตุนิยมวิทยาแบบค้างฟ้าชื่อว่า GMS-5 ซึ่งโคจรเหนือเกาะญี่ปุ่นและถ่ายภาพครอบคลุมถึงประเทศไทยด้วย แต่ในปัจจุบันดาวเทียมดวงนี้ได้หยุดให้บริการแล้ว ซึ่งในประทศอินเดียมีดาวเทียมอุตุนิยมอเนกประสงค์แบบค้างฟ้า ซึ่งสามารถใช้ประโยชน์ด้านอุตุนิยมวิทยาได้รวม 3 ดวง ซึ่งโคจรอยู่เหนือประเทศอินเดีย

  

ภาพถ่ายบรรยากาศของโลกจาก GOES6  ภาพถ่ายพายุเฮอริเคนจากดาวเทียม NOAA

http://www.oglethorpe.edu/faculty/~m_rulison/Astronomy/Chap%2007/earth.htm

http://www.noaanews.noaa.gov/stories2005/images/ivan091504-1515zb.jpg