ศูนย์รวมความรู้

กระทรวงเทคโนโลยี
สารสนเทศและการสื่อสาร

รายละเอียดแนวทางการพัฒนากิจการอวกาศ
ของประเทศไทย
 


หน่วยงานในสังกัดกระทรวงไอซีที












<< เชื่อมโยงเว็บไซต์ >>

  หน้าหลัก \ ศูนย์รวมความรู้

    ศูนย์รวมความรู้

โดย ดร.สมพงษ์ เลี่ยงโรคาพาธ
คณะวิทยาศาตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร 51 ถนนเชื่อมสัมพันธ์ เขตหนองจอก กรุงเทพ 10530
โทร 02-988-3655, 02-988-3666 โทรสาร 02-988-4040 E-mail: [email protected]
แก้ไขล่าสุด : 4 เมษายน 2550

พื้นที่อวกาศรอบๆโลกที่เคยว่างเปล่า จะมีก็เพียงเศษอุกกาบาตและอนุภาคขนาดจิ๋วพลังงานสูงพุ่งผ่านไปมา ปัจจุบันกลับเต็มไปด้วยเศษซากที่โคจรไปรอบโลก (orbital debris) ซึ่งเป็นเศษซากของยานอวกาศ ดาวเทียม ไขควง ถุงมือจากนักบินอวกาศที่ปฏิบัติภารกิจ space walk นอกยานอวกาศ หรือแม้แต่ถุงขยะที่ถูกปล่อยออกมาจากปฏิบัติการในช่วงเวลา 10 ปีของสถานีอวกาศเมียร์ ขยะอวกาศเหล่านี้สร้างปัญหาอย่างมากให้กับการปฏิบัติภาระกิจอื่นๆในอวกาศ เนื่องจากเศษซากเหล่านี้เป็นวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วสูงมาก โดยที่ระดับความสูงของวงโคจรประมาณ 800 กิโลเมตร จะมีอัตราเร็วสูงถึง 7.5 กิโลเมตรต่อวินาที ถ้าเศษขยะเล็กๆขนาดไม่ถึง 1 มิลลิเมตร พุ่งเข้าใส่ยานอวกาศ จะทำให้เกิดความเสียหายได้อย่างรุนแรง เช่นร่องรอยที่เกิดขึ้นที่หน้าต่างของกระสวยอวกาศที่ถูกเศษสีขนาดเล็กจิ๋วกระแทกเข้าใส่ ขณะที่นักบินอวกาศกำลังนำยานกลับสู่พื้นโลก ทำให้เกิดความเสียหายขึ้น โดยทาง NASA ต้องทำการเปลี่ยนกระจกหน้าต่างถึงสองบานในทุกเที่ยวบินของกระสวยอวกาศ [1]


ภาพแสดงความเสียหายของหน้าต่างกระสวยอวกาศที่เกิดจากขยะขนาดจิ๋วในระหว่างการกลับมาสู่พื้นโลกในปี ค.ศ. 1983 จากการสำรวจพบว่าเกิดจากเศษสีขนาดประมาณ 0.2 mm ที่ลอยอยู่ในวงโคจรรอบโลก พุ่งเข้าชนทำให้เกิดหลุมที่หน้าต่างขนาด 4 mm ถ้าไม่กล่าวถึงความปลอดภัยของนักบิน แค่ค่าซ่อมแซมกระจกหน้าต่างก็เป็นเงินมากกว่า 50,000 ดอลลาร์

ที่มา : http://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/protect/impacts.html

ในช่วงเวลาไม่ถึงสองเดือนนับแต่ต้นปี ค.ศ.2007 มีการระเบิดในวงโคจรรอบโลกแล้วถึงสองครั้ง ครั้งแรกเมื่อวันที่ 11 มกราคม ประเทศจีนทดสอบระบบต่อต้านดาวเทียม (Anti-satellite system : ASAT) โดยการยิงขีปนาวุธขึ้นไปทำลายดาวเทียมพยากรณ์อากาศที่หมดอายุลงของตนเอง (FY-1C) เป็นเหตุการณ์ที่ทำให้เกิดขยะเศษซากในวงโคจรรอบโลกที่เลวร้ายที่สุดในประวัติศาสตร์ 50 ปีการปฏิบัติการณ์ในอวกาศ ครั้งที่สองเป็นอุบัติเหตุ เกิดเมื่อวันที่ 19 กุมภาพันธ์ ชิ้นส่วนจรวดขับดันโปรตอนของรัสเซียเกิดระเบิดขึ้นโดยไม่ทราบสาเหตุ ภารกิจของจรวดขับดันดังกล่าวคือการส่งดาวเทียมสื่อสาร Arabsat 4A เข้าสู่วงโคจรค้างฟ้า เมื่อเดือนกุมภาพันธ์ 2549 แต่เครื่องยนต์หลักเกิดหยุดทำงานก่อนเวลา 4 นาที ทำให้ดาวเทียมมุ่งหน้าสู่วงโคจรที่ผิดไป ทำให้หนึ่งเดือนหลังจากนั้น ดาวเทียมกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลก แต่จรวดขับดันยังคงอยู่ในวงโคจร จนเกิดระเบิดขึ้นดังกล่าว

จากจำนวนเศษซากในวงโคจรต่างๆในอวกาศที่เพิ่มมากขึ้นทุกที ในบทความนี้จะอธิบายถึงวิธีการกำจัดขยะอวกาศอย่างเหมาะสมในระดับชั้นตามระดับความสูงของวงโคจรต่างๆ เพื่อลดความเสี่ยงที่ขยะเหล่านี้จะพุ่งชนดาวเทียมหรือยานอวกาศต่างๆจนทำให้เกิดความเสียหายที่ร้ายแรง

ระดับชั้นของขยะอวกาศ
ขยะอวกาศแบ่งออกได้เป็นสองระดับชั้น คือ ขยะในชั้นวงโคจรค้างฟ้า และในชั้นวงโคจรต่ำถึงกลาง ตามระดับวงโคจรที่มีการใช้งานรอบโลก Arthur C. Clarke ผู้ริเริ่มคิดเรื่องการใช้ดาวเทียมให้โคจรรอบโลกเพื่อประโยชน์ของมนุษยชาติ เมื่อสี่สิบกว่าปีก่อน ได้จินตนาการถึงอนาคต ที่เราจะมีขยะอวกาศเต็มท้องฟ้าเนื่องจากจำนวนดาวเทียมที่หมดอายุขัยลง จนในปัจจุบันได้มีความพยายามในการเปิดการเจรจาระดับนานาชาติหลายครั้ง เพื่อจำกัดปริมาณขยะอวกาศจากหลายองค์กรทั่วโลก องค์การ NASA เองก็จัดตั้งสำนักงาน Orbital Debris Program Office เพื่อศึกษาเศษซากในวงโคจรรอบโลกอย่างจริงจัง [2]

ขยะอวกาศในวงโคจรต่ำ (ที่มา : NASDA)
ภาพแสดงการกระจายของขยะอวกาศรอบๆโลก (ที่มา : ESA)

วงโคจรสุสาน
ปัจจุบันมีการกำหนดวงโคจรหนึ่ง ที่เรียกว่า วงโคจรสุสาน (graveyard orbit) โดยมีวัตถุประสงค์ให้เป็นที่พักหรือที่เก็บดาวเทียมที่หมดอายุแล้ว [3] โดยจะออกแบบระบบดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าให้มีการเก็บพลังงานส่วนหนึ่งไว้เพื่อขับดันตัวเองเมื่อหมดอายุการทำงาน ให้มีวงโคจรสูงขึ้นไปกว่าวงโคจรค้างฟ้าประมาณ 200 km เพื่อลดโอกาสที่เศษซากดาวเทียมที่ไม่ใช้งานแล้วจะไปชนหรือกระแทกกับดาวเทียมที่ยังใช้งานได้ดีอยู่ การเคลื่อนดาวเทียมไปวงโคจรดังกล่าวเปรียบเสมือนเป็นการฝังดาวเทียมเหล่านี้ไว้ โดยรอให้เศษอุกกาบาตและประจุอนุภาคพลังงานสูงชนทำลายจนเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย เพื่อให้ลูกหลานเราในอนาคตคิดวิธีกำจัดขยะชิ้นจิ๋วเหล่านี้ต่อไป ในสหรัฐอเมริกามีข้อบังคับว่าด้วยการให้บริการดาวเทียมสื่อสาร ว่าจะต้องให้คำมั่นว่าจะขับเคลื่อนดาวเทียมให้อยู่ในวงโคจรสุสานนี้เมื่อหมดอายุการทำงานลง จึงจะออกใบอนุญาตให้ส่งดาวเทียมได้ แต่ที่ผ่านมามีดาวเทียมเพียงหนึ่งในสามเท่านั้นที่ขับเคลื่อนดาวเทียมเข้าสู่วงโคจรดังกล่าวได้สำเร็จ [4]

เชือกลากไฟฟ้าพลศาสตร์
วิธีการนี้เป็นความพยายามในการลดจำนวนขยะอวกาศในวงโคจรต่ำรอบโลก ซึ่งจะเป็นการลดความเสี่ยงที่ขยะเหล่านี้จะพุ่งชนดาวเทียมสำรวจทรัพยากรหรือสถานีอวกาศนานาชาติ ดาวเทียมที่ใช้หลักการนี้จะทำการผูกติดอุปกรณ์ที่เป็นลักษณะทุ่นและเชือกลากไว้ (tether) และคอยตรวจสอบการทำงานของดาวเทียมอย่างสม่ำเสมอ เมื่อพบว่าดาวเทียมไม่สามารถทำงานต่อไปได้แล้ว จะทำการถ่วงและดึงให้ดาวเทียมเคลื่อนที่ช้าลง เป็นผลให้วงโคจรของดาวเทียมต่ำลง จนเกิดการเผาไหม้จนหมดในชั้นบรรยากาศ [5]

NASA ได้ให้ทุนในการวิจัยหลักการที่มีชื่อเรียกว่า เชือกลากไฟฟ้าพลศาสตร์ (Electrodynamic Tether : EDT) [6] หลักการทำงานนั้นง่ายและใช้ประโยชน์ได้ในหลายรูปแบบ ในระบบจะประกอบด้วยมวลสองก้อนที่ผูกติดกันไว้ด้วยเชือกลากที่เป็นสายเคเบิลตัวนำไฟฟ้า เชือกดังกล่าวจะทำตัวเป็นสายไฟที่เคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กโลก (หรือสนามแม่เหล็กรอบๆดาวเคราะห์ดวงอื่น) โดยใช้ประโยชน์จากหลักการของแรงทางแม่เหล็กไฟฟ้า จะเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นในสายไฟตัวนำเมื่อสายไฟเคลื่อนผ่านสนามแม่เหล็ก และการเกิดแรงกระทำจากสนามแม่เหล็กบนสายไฟตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า

ภาพแสดงทุ่นและเชือกลากเข้ากับดาวเทียม
(ที่มา : [6])
ภาพแสดงการเกิดแรงต้านเมื่อมีกระแสไฟฟ้าในสายเคเบิล
(ที่มา : [7])

เชือกลากไฟฟ้า หรือ EDT ใช้หลักการดังกล่าวนี้ได้ในสองทาง

ทางแรก : EDT จ่ายกระแสไฟฟ้าออกจากทุ่นไปยังดาวเทียมผ่านเชือกลาก มันจะทำให้เกิดแรงแม่เหล็กจากสนามแม่เหล็กโลกกระทำที่เชือกในทิศทางตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ นั่นหมายถึงทั้งระบบจะเคลื่อนที่ช้าลง (เกิดแรงต้านการเคลื่อนที่) จึงทำให้มีวงโคจรที่ต่ำลง

ทางที่สอง : ถ้าเพิ่มแบตเตอรีหรือแผงเซลล์สุริยะในตัวดาวเทียมเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าจากดาวเทียมเข้าสู่วงจรของ EDT ผ่านเชือกลาก ทิศทางของกระแสไฟฟ้าจะสวนทางและมากกว่ากระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้น แรงที่กระทำกับ EDT จึงมีทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ เหมือนกับมีจรวดขับดันให้ระบบอยู่ในวงโคจรที่สูงขึ้นได้

การใช้งานเชือกลากไฟฟ้าจากหลักการทางแรก เราจะสามารถควบคุมดาวเทียมที่จะเป็นเศษซากให้ตกเข้ามาในชั้นบรรยากาศได้ก่อนที่มันจะหมดพลังงาน โดยให้ดาวเทียม หรืออาจจะเป็นชิ้นส่วนจรวคขับดัน ฯลฯ ส่งสัญญาณสุดท้ายเพื่อปลดปล่อยสายไฟให้ยืดยาวออกไป และให้กระแสไฟฟ้าไหลไปในสายไฟ ดาวเทียมจะเริ่มเคลื่อนที่ช้าลง และเผาไหม้ในชั้นบรรยากาศอย่างรวดเร็ว

ยังมีความคิดที่จะนำเชือกลากไฟฟ้ามาใช้กับการรักษาวงโคจรของสถานีอวกาศนานาชาติ โดยใช้หลักการในแนวทางที่สอง เนื่องจากมีการประมาณว่าสถานีอวกาศจะต้องใช้เชื้อเพลิงสำหรับจรวดขับดันเพื่อรักษาระดับของวงโคจรในช่วงเวลาอีก 10 ปีข้างหน้าถึง 70 ตัน ซึ่งจะต้องลำเลียงจากพื้นโลกด้วยค่าใช้จ่ายที่สูงมาก ถ้าเราจัดวางตำแหน่งของ เชือกลาก EDT ให้เหมาะสม ประกอบกับใช้แหล่งพลังงานเสริมอื่นเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าในทิศทางที่ถูกต้อง เมื่อสถานีอวกาศเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กโลก ก็จะช่วยผลักตัวสถานีให้เคลื่อนไปในวงโคจรด้วยอัตราเร็วที่สูงขึ้น จึงเป็นผลให้มีระดับวงโคจรสูงขึ้น โดยไม่จำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงขับดันแต่อย่างใด นอกจากนี้ยังอาจนำ EDT ไปใช้งานกับยานสำรวจที่ส่งไปโคจรรอบดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลออกไปในอวกาศได้อีกด้วย

ภาพแสดงการนำ EDT ไปใช้ในยานสำรวจดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลออกไปในอวกาศ (ที่มา : [5])

โครงการอื่นๆ เกี่ยวกับขยะอวกาศ เช่น ตัวรวบรวมเศษซากด้วยพื้นที่ขนาดใหญ่ (Large Area Debris Collector: LAD-C) เพื่อตรวจจับและคำนวณวโคจรของเศษซากเหล่านี้ ต้องล้มพับไปเนื่องจากปัญหาของงบประมาณและผู้บริหารโครงการที่เกษียณอายุราชการไป

ถ้าองค์กรต่างๆทั่วโลกยังไม่หันหน้าเข้าหากันด้วยความจริงใจในการแก้ปัญหาดังกล่าว ก็จะทำให้การใช้งานดาวเทียมมีข้อจำกัดขึ้นอีกมากอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ จนน่าคิดว่าการที่ประเทศจีนทดลองระบบต่อต้านดาวเทียมจนทำให้เป็นเหตุการณ์ประวัติศาสตร์เมื่อต้นปีนั้น เป็นเพราะต้องการจุดชนวนให้ทุกประเทศยอมรับปัญหาและดำเนินการแก้ไขอย่างเป็นระบบ หรือไม่อย่างไร

เรื่องจริงน่ารู้ของขยะอวกาศ
เศษซากที่เก่าที่สุด ที่ยังคงอยู่ในวงโคจรคือดาวเทียมดวงที่สองของสหรัฐฯ ชื่อว่า Vandguard I ถูกยิงเข้าสู่วงโคจรเมื่อวันที่ 17 มีนาคม ค.ศ.1958 ซึ่งมีเวลาปฏิบัติการเพียง 6 ปี [8]

ในปี 1965 นักบินอวกาศของสหรัฐฯ Edward White บนยาน Gemini 4 ทำถุงมือหลุดลอยไปในอวกาศระหว่างปฏิบัติการ space walk หนึ่งเดือนต่อมา ถุงมือนั้นยังคงอยู่ในวงโคจรด้วยความเร็ว 28,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และกลายเป็นเครื่องแต่งกายของมนุษย์ที่อันตรายที่สุดในประวัติศาสตร์ [8]

ในเวลา 10 ปีของการปฏิบัติการในอวกาศ สถานีอวกาศเมียร์ ปล่อยขยะออกสู่วงโคจรมากกว่า 200 ชิ้น และส่วนใหญ่เป็น ถุงขยะ ที่เกิดจากนักบินที่ปฏิบัติงานบนสถานีอวกาศ [8]

ระบบต่อต้านดาวเทียมของประเทศจีน ที่ทำลาย ดาวเทียมพยากรณ์อากาศเฟิงหยุน-1C ในวันที่ 11 มกราคม 2007 เป็น เหตุการณ์ที่สร้างเศษซากขยะอวกาศ ที่เลวร้ายที่สุด ในประวัติศาสตร์ 50 ปีการปฏิบัติงานในอวกาศของมนุษยชาติ [9]


เอกสารอ้างอิง

กลับไปด้านบน


copyright © 2016 กองโครงสร้างพื้นฐานเทคโนโลยีดิจิทัล สำนักงานคณะกรรมการดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ กระทรวงดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคม
ชั้น 7 อาคาร B ศูนย์ราชการเฉลิมพระเกียรติ 80 พรรษา 5 ธันวาคม 2550 ถนนแจ้งวัฒนะ แขวงทุ่งสองห้อง เขตหลักสี่ กรุงเทพฯ 10210
โทรศัพท์ 0-2141-6877 โทรสาร 0-2143-8027 e-mail: [email protected]