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]


1. บทนำ
1.1 อวกาศเริ่มต้นที่ไหน
1.2 ความสูงต่ำสุดของดาวเทียม
2. ชั้นบรรยากาศโลก
2.1 ชั้นโทรโปสเฟียร์ (Troposphere)
2.2 ชั้นสตราโตสเฟียร์ (Stratosphere)
2.3 ชั้นเมโสสเฟียร์ (Mesosphere)
2.4 ชั้นเทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere)
2.5 ชั้นเอ็กโซสเฟียร์ (Exosphere)
3. แรงต้านทานจากชั้นบรรยาอากาศ
3.1 ความเสียดทานและความร้อน
3.2 ผลกระทบจากดวงอาทิตย์
3.3 วงโคจรของดาวเทียมที่เหมาะสม
3.4 ไอโอโนสเฟียร์ (Ionosphere)
4. ผลจากดวงอาทิตย์
4.1 การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของดวงอาทิตย์
4.2 ลมสุริยะ
4.3 Solar Flares
4.4 รังสีคอสมิค
4.5 พลังงานความร้อน
5. สนามแม่เหล็กโลก
5.1 แมกนีโตสเฟียร์ (Magnetosphere)
5.2 แมกนีโตพอส (Magnetopause)
5.3 แมกนีโตเทล (Magnetotail)
5.4 คลื่นกระแทก (Shock wave)
5.5 แถบรังสีแวนอเล็น
5.6 ยานอวกาศโคจรอยู่ใต้แถบรังสีแวนอเล็น
5.7 แรงแม่เหล็กไฟฟ้า
5.8 แสงเหนือ-แสงใต้หรือออโรรา
5.9 ความผิดปกติทางภูมิศาสตร์ (Geoghaphic Anomalies)
6. ผลกระทบจากสภาพแวดล้อมอวกาศที่มีต่อดาวเทียม
6.1 ชั้นบรรยากาศ
6.2 สุญญากาศและอวกาศ
6.3 ขยะอวกาศและเศษอุกกาบาต
6.4 สภาพการแผ่รังสี
6.5 ประจุอนุภาค

เอกสารอ้างอิง



1. บทนำ
เรามักจะมีความเข้าใจในคำว่า “อวกาศ” ว่าเป็นบริเวณว่างเปล่าหยุดนิ่งอันกว้างใหญ่ไพศาล มีขอบเขตเริ่มต้นจากขอบนอกสุดของชั้นบรรยากาศโลก และขยายกว้างออกไปในจักรวาล แต่แท้จริงแล้ว อวกาศเป็นสถานที่ที่มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เต็มไปด้วยอนุภาคพลังงานสูง รังสี คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และวัตถุขนาดใหญ่มหึมาและเล็กจิ๋วจำนวนมาก เปรียบเทียบกับสิ่งที่คุ้นเคยบนโลก ในอวกาศเป็นที่ที่มีความเป็นขีดสุดในหลายๆด้าน ระยะห่างระหว่างกันไกลโพ้น ความเร็วของวัตถุอาจเริ่มต้นที่ศูนย์ไปจนถึงความเร็วแสง อุณหภูมิของผิววัตถุที่ถูกแสงอาทิตย์อาจมีค่าสูงมากๆ แต่อาจมีค่าต่ำมากเมื่ออยู่ในเงา ทั้งที่ทั้งสองด้านอยู่ห่างกันเพียงเล็กน้อย นอกจากนี้ยังมีประจุอนุภาคระดมยิงใส่ผิวของวัตถุ บางอนุภาคที่มีพลังงานสูงมากๆอาจทะลุทะลวงผ่านผิวและผ่านก้อนวัตถุไปได้ สนามแม่เหล็กในบางนริเวณอาจมีความเข้มสูง สภาพแวดล้อมในอวกาศมีการเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลา ผลกระทบต่างๆเหล่านี้มีอิทธิพลต่อการออกแบบและการทำงานของระบบยานอวกาศหรือดาวเทียม

1.1 อวกาศเริ่มต้นที่ไหน
ปัจจุบันยังไม่มีการกำหนดขอบเขตเริ่มต้นของอวกาศเหนือชั้นบรรยากาศอย่างเป็นที่ยอมรับกันทั่วไป กฎหมายระหว่างประเทศบนพื้นฐานของข้อตกลงระหว่างประเทศและสนธิสัญญาต่างๆได้นิยามขอบเขตต่ำสุดของอวกาศเหนือชั้นบรรยากาศว่า ควรอยู่ ณ ตำแหน่งวงโคจรของวัตถุในอวกาศที่อยู่ใกล้โลกที่สุด (perigee) โดยที่ยังไม่ตกกลับลงมา [1] อย่างไรก็ตามไม่มีการกำหนดตำแหน่งดังกล่าวในเทอมของความสูงจากพื้นโลกไว้ตายตัว โดยกฎหมายระหว่างประเทศ อากาศยาน ขีปนาวุธและจรวจที่บินเหนือประเทศใดจะถือว่าอยู่ในน่านฟ้าของประเทศนั้นโดยไม่คำนึงถึงความสูงจากพื้นโลก แต่สำหรับยานอวกาศที่อยู่ในวงโคจรรอบโลก จะถือว่าอยู่ในอวกาศโดยไม่คำนึงถึงความสูงจากพื้นโลก

1.2 ความสูงต่ำสุดของดาวเทียม
ชั้นบรรยากาศโลกจะไม่สิ้นสุดลงในทันทีหรืออวกาศจะเริ่มต้นขึ้นทันที ณ ตำแหน่งความสูงใดๆ จากพื้นโลก ชั้นบรรยากาศโลกจะมีอยู่อย่างต่อเนื่องไปจนถึงระดับความสูงมากกว่า 1,500 km ในทางปฏิบัติความสูงต่ำสุดที่ดาวเทียมจะมีวงโคจรแบบวงกลมได้อยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 150 km แต่ถ้าปราศจากการขับเคลื่อน (propulsion) ดามเทียมสามารถอยู่ในวงโคจรไปได้อีกหนึ่งถึงสองวันก็จะสูญเสียความเร็วลงและตกกลับลงสู่พื้นโลก จึงอาจกล่าวว่าอวกาศเริ่มต้น ณ ระดับความสูง 150 km นี้ [2]

2. ชั้นบรรยากาศโลก
เนื่องจากชั้นบรรยากาศโลกจะเป็นตัวกำหนดความสูงต่ำสุดจากพื้นโลก ในการวางตำแหน่งดาวเทียม เพื่อที่จะให้ดาวเทียมโคจรไปรอบโลกได้ สัญญาณวิทยุที่ถูกส่งไปและได้รับจากดาวเทียมอาจถูกดูดกลืน แผ่กระจาย และหันเหไป ในชั้นบรรยากาศที่อยู่รอบโลก ดาวเทียมถูกส่งขึ้นไปจากพื้นผิวโลกจะต้องผ่านบรรยากาศชั้นต่างๆ เพื่อเข้าสู่วงโคจร ยานอวกาศที่มีมนุษย์บังคับหรืออุปกรณ์ตรวจวัดบางชนิดจะต้องกลับลงสู่โลกอย่างปลอดภัยผ่านชั้นบรรยากาศ ในหัวข้อนี้จะเริ่มศึกษาเรื่องของชั้นบรรยากาศโลกซึ่งถือเป็นเรื่องสำคัญมาก

เราแบ่งบรรยากาศของโลกออกเป็นชั้นๆ โดยแต่ละชั้นจะมีลักษณะทางกายภาพที่แตกต่างกัน (ดูรูปที่ 1) แต่ไม่มีเส้นแบ่งเขตที่ชัดเจน บางชั้นอาจจะมีการซ้อนทับกันหรืออาจมีการแบ่งเป็นชั้นแยกย่อยลงไปอีก ขอบเขตชั้นบรรยากาศได้รับการนิยามในหลายรูปแบบ เนื่องจากถูกกำหนดด้วยประเภทการศึกษาทางวิทยาศาสตร์แขนงต่างๆ ที่สนใจโดยใช้หลากหลายมาตรฐาน เช่น กำหนดจากระดับความดันหรืออุณหภูมิ ระดับความสูงเพียงอย่างเดียวไม่สามารถใช้กำหนดได้ว่าชั้นบรรยากาศใดสิ้นสุดและเริ่มต้นอีกชั้นบรรยากาศหนึ่ง เนื่องจากชั้นต่างๆ เหล่านี้มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวัน ช่วงฤดูของปี ผลจากดวงอาทิตย์ และปัจจัยอื่นๆ อีกมาก

รูปที่ 1 ชั้นบรรยากาศและอุณหภูมิที่ระดับความสูงต่างๆ
(ที่มา http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/earth/images/profile_jpg_image.html)

2.1 ชั้นโทรโปสเฟียร์ (Troposphere)
โทรโปสเฟียร์เป็นชั้นบรรยากาศใกล้ผิวโลกที่สุด มีขอบเขตเริ่มจากผิวโลกและแผ่ขยายไปถึงบริเวณที่เรียกว่าโทรโปฟอส (Tropopause) ซึ่งเป็นขอบด้านบนของโทรโปสเฟียร์ เมฆและสภาพลมฟ้าอากาศเกือบทั้งหมดจะอยู่ในชั้นนี้ ซึ่งประกอบด้วย 99% ของไอน้ำทั้งหมดและ 90% ของอากาศทั้งหมดในบรรยากาศ นั่นหมายถึงที่ระดับยิ่งสูงปริมาณของไอน้ำและอากาศจะยิ่งน้อยลงหรือเบาบางลง โดยที่ครึ่งหนึ่งของบรรยากาศโลกจะอยู่ต่ำกว่าระดับความสูง 5 กิโลเมตร ดังนั้นคนที่ไม่คุ้นเคยเมื่อต้องไปอยู่ที่ระดับที่มีความสูงจากพื้นโลกกว่า 3 km ซึ่งจะมีอากาศเบาบาง อาจปรับตัวไม่ทันและอาจต้องการปริมาณออกซิเจนเพิ่ม

อุณหภูมิโดยทั่วไปจะลดลง 10°C เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้นทุก 1 km จนกระทั่งถึงขอบโทรโปพอส ซึ่งเป็นจุดที่อุณหภูมิของบรรยากาศเริ่มเพิ่มสูงขึ้นเป็นเทียบกับระดับความสูง โดยทั่วไปกาซจะขยายตัวเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ในโทรโปสเฟียร์อุณหภูมิของอากาศบริเวณยิ่งใกล้โลกจะยิ่งมีค่าสูง และก็มีความหนาแน่นของอากาศสูงกว่าด้วยเนื่องจากสนามโน้มถ่วง จึงเป็นผลให้สภาพอากาศในโทรโฟสเฟียร์หมุนเวียนเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ความไม่คงที่แน่นอนที่เป็นปัจจัยหลักของสภาพภูมิอากาศของโลกเรา ระดับความสูงของโทรโปรพอสจะอยู่ที่ระดับ 15 ถึง 20 km เหนือผิวโลกที่บริเวณเส้นศูนย์สูตร และที่ระดับ 6 km บริเวณขั้วโลก

2.2 ชั้นสตราโตสเฟียร์ (Stratosphere)
สตราโตสเฟียร์อยู่เหนือชั้นโทรโฟสเฟียร์ มีขอบเขตจากโทรโปพอสไปจนถึงสตราโตพอส ซึ่งอยู่ที่ระดับความสูง 48 ถึง 53 km อุณหภูมิในบริเวณนี้จะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยตามความสูง (ดูรูปที่ 1) อากาศส่วนใหญ่จะเคลื่อนตัวตามแนวนอน อุณหภูมิสูงสุดในชั้นนี้อยู่ที่ประมาณ 0๐C คือบริเวณแนวขอบสตราโตพอส จำนวน 99% ของบรรยากาศจะอยู่ในสตราโตสเฟียร์และโทรโฟสเฟียร์ บรรยากาศในชั้นนี้แทบจะไม่มีไอน้ำและเมฆอยู่เลย ที่ระดับความสูงมากกว่า 15 km เครื่องช่วยหายใจโดยใช้หน้ากากช่วยหายใจจะไม่ช่วยทำให้คนหายใจได้ เพราะความดันภายในร่างกายตามธรรมชาติของมนุษย์เท่ากับความดันของบรรยากาศที่ผิวโลก ดังนั้นที่ความสูงนี้เม็ดเลือดไม่สามารถดูดซับออกซิเจนได้ ยิ่งกว่านั้นจะเกิดฟองไอน้ำและไนโตรเจนขึ้นในของเหลวภายในร่างกาย โดยเกิดที่เยื่อภายในปากและตาก่อน ต่อมาเกิดที่เส้นโลหิตดำและแดง เลือดจะเริ่มเดือดขณะที่ฟองจะพองออกมาอย่างต่อเนื่อง ซึ่งทำให้เกิดความเจ็บปวดอย่างรุนแรง ดังนั้นมนุษย์จึงต้องอาศัยห้องควบคุมความดัน หรือชุดและหมวกควบคุมความดันที่ระดับความสูงที่สูงกว่านี้

ชั้นโอโซนที่เรารู้จักกันดีว่าช่วยดูดกลืนรังสีอุลตราไวโอเลตที่มาจากแสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นอันตรายต่อมนุษย์และสิ่งมีชีวิต เพื่อให้สิ่งมีชีวิตที่ผิวโลกหลากหลายชนิดดำรงชีวิตอยู่ได้ ชั้นโอโซนจะอยู่ในชั้นสตาโตสเฟียร์นี้ที่ระดับความสูง 20 ถึง 34 km

โลกเรามีรัศมีเฉลี่ยประมาณ 6,378 km ระดับความสูงขอบนอกสุดของสตาโตสเฟียร์เมื่อเทียบกับรัศมีโลกจะมีค่าประมาณ 0.75% เท่านั้น แต่ประกอบไปด้วย 99% ของบรรยากาศโลกทั้งหมด จึงชี้ให้เห็นว่าจากรูปที่ 2 ที่เราเห็นชั้นความหนาบางๆรอบโลกนั้น เป็นการรวมกันของความหนาของชั้นโทรโปสเฟียร์และสตาโตสเฟียร์

รูปที่ 2 ชั้นบรรยากาศปรากฏเป็นชั้นบางๆเหนือผิวโลก
(ที่มา http://www.sustainability.ca/Docs/earth-atmosphere.jpg)

2.3 ชั้นเมโสสเฟียร์ (Mesosphere)
ชั้นเมโสสเฟียร์มีขอบเขตจากสตราโตพอสไปจนถึงเมโสพอส กล่าวคือจากระดับความสูงจากพื้นโลก 50 kmไปจนถึงประมาณ 80-90 km อุณหภูมิจะแปรผกผันกับความสูง (ดูรูป 1 ประกอบ) และที่เมโสพอสจะมีอุณหภูมิต่ำสุดคือประมาณ –90°C ที่ระดับความสูงมากกว่า 50 km นี้มีบรรยากาศเบาบางเกินไปเครื่องยนต์ไอพ่นไม่สามารถทำงานได้ ยานอวกาศหรือจรวดที่ขึ้นมาถึงระดับความสูงนี้จึงต้องมีถังเชื้อเพลิงและถังออกซิเจนต่อเข้ากับระบบเครื่องยนต์ขับเคลื่อน เพื่อให้การเผาไหม้ทำงานได้

2.4 ชั้นเทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere)
เทอร์โมสเฟียร์เริ่มต้นที่ระดับความสูง 90 km จนถึงระดับความสูงระหว่าง 320-600 km อุณหภูมิจะเพิ่มสูงขึ้นตามระดับความสูง โดยเริ่มต้นจาก –90°C ไปจนถึงบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงที่สุดประมาณ 1475°C (ดูรูป 1 ประกอบ) ในช่วงกลางวันและประมาณ 225°C เวลากลางคืน

ที่ความสูงมากกว่า 100 km ปีกเครื่องบินหรือเครื่องร่อนใดๆไม่สามารถใช้งานเพื่อยกตัวเครื่องให้ลอยอยู่ได้ เนื่องจากบรรยากาศเบาบางเกินไปที่จะทำให้เกิดแรงยกและเกิดสมดุลทางอากาศพลศาสตร์ ที่ความสูงนี้จะไม่มีเสียงใดๆด้านนอกยานที่เราเดินทาง เนื่องจากบรรยากาศเบาบางเกินไปที่จะเป็นพาหะของคลื่นเสียงได้ ถ้าเรามองสูงขึ้นไปจากระดับความสูง 160 km ท้องฟ้าจะเป็นสีดำสนิทบริเวณระหว่างดวงดาวจะเป็นสีดำแม้เป็นกลางวันเนื่องจากมีบรรยากาศไม่เพียงพอให้แสงเกิดการกระเจิงจนเป็นสีฟ้าอย่างที่เราเห็นบนพื้นโลก

2.5 ชั้นเอ็กโซสเฟียร์ (Exosphere)
ชั้นเอ็กโซสเฟียร์เริ่มต้นจากบริเวณที่เทอร์โมสเฟียร์สิ้นสุดลงและขยายต่อไปในอวกาศ ในบริเวณนี้ความหนาแน่นของอะตอมและโมเลกุลของกาซในบรรยากาศมีค่าต่ำมากๆ อะตอมเดี่ยวๆต้องเดินทางไปประมาณ 2,500 km ในเวลา 20 นาทีก่อนที่จะชนกับอีกอะตอมหนึ่ง หลังจากการชน อะตอมอาจมีพลังงานสูงขึ้นจนมีความเร็วเพียงพอที่จะเอาชนะแรงโน้มถ่วงโลกได้และหลุดออกไปในอวกาศ ความหนาแน่นที่ต่ำมากนี้มีการประมาณการไว้ว่าจำนวนอนุภาคในบรรยากาศทั้งหมดที่ความสูงมากกว่า 1,600 km จะเท่ากับจำนวนอนุภาคที่บรรจุอยู่ในบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลขนาด 1 cm3 แม้จะมีจำนวนน้อยมากก็ตาม ดาวเทียมที่โคจรรอบโลกที่ความสูงประมาณ 1,000 km จะโคจรช้าลงๆเนื่องจากแรงต้านทานจากการชนกับโมเลกุลและอะตอมในอากาศ

3. แรงต้านทานจากชั้นบรรยาอากาศ
ดาวเทียมที่อยู่ในวงโคจรรอบโลกจะต้องพบกับแรงต้านทานจากอากาศ เนื่องจากการที่ดาวเทียมต้องกระแทกกับโมเลกุลของอากาศ ทั้งนี้ความต้านทานหรือความเสียดทานดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของอากาศ รูปร่างและขนาดของดาวเทียม และวัสดุที่ใช้ทำผิวของดาวเทียม และองค์ประกอบอื่นๆ

แรงต้านทานนี้มีทำให้ดาวเทียมเคลื่อนที่ช้าลง เมื่อเคลื่อนที่ช้าลงดาวเทียมจะมีระดับความสูงที่ต่ำลง บรรยากาศในระดับที่ต่ำลงนี้จะมีความหนาแน่นของอากาศมากขึ้นจึงทำให้ยิ่งมีแรงต้านทานจากอากาศมากยิ่งขึ้นและดาวเทียมจะเคลื่อนที่ช้าลงไปอีก จึงส่งผลให้ดาวเทียมมีวงโคจรที่ต่ำลงเรื่อยๆ ทั้งนี้ที่ระดับความสูงต่ำกว่า 1,000 km จากพื้นโลก แรงต้านทานจากอากาศจะมีผลต่อวงโคจรของดาวเทียมค่อนข้างมาก

รูปที่ 3 สนามแม่เหล็กโลกมีรูปร่างคล้ายหยดน้ำเมื่อถูกปะทะด้วยลมสุริยะ
(ที่มา http://content.answers.com/main/content/wp/en/thumb/8/8e/400px-Magnetosphere_rendition.jpg)

3.1 ความเสียดทานและความร้อน
การเคลื่อนที่ของดาวเทียมผ่านบรรยากาศ จะมีการกระแทกกับโมเลกุลอากาศในบรรยากาศสามารถทำให้เกิดความร้อนสูงมากๆได้ ความร้อนนี้อาจไม่กระทบภายในตัวดาวเทียมหรือยานอวกาศถ้าถูกหุ้มด้วยฉนวนป้องกันความร้อน และความร้อนอาจกระจายไปทั่วทั้งยาน ถ้าไม่มีการควบคุมความร้อนให้ดี เมื่อยานอวกาศผ่านชั้นบรรยากาศลงมา ยานดังกล่าวอาจถูกเผาไหม้ด้วยความร้อนที่เกิดขึ้น และเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ดาวเทียมมีระดับความสูงต่ำลงเนื่องแรงต้านอากาศและตกผ่านชั้นบรรยากาศลงมา จึงจำเป็นต้องขับเคลื่อนให้ยานมีตำแหน่งสูงขึ้นอย่างสม่ำเสมอ

3.2 ผลกระทบจากดวงอาทิตย์
ในช่วงที่ดวงอาทิตย์มีการแผ่รังสีและส่งผ่านพลังงานอย่างรุนแรง จะทำให้บรรยากาศชั้นนอกสุดร้อนขึ้นและมีการขยายตัวกว้างออกไปในอวกาศ ทำให้เกิดแรงต้านอากาศมากขึ้น ณ ระดับความสูงที่สูงขึ้น

3.3 วงโคจรของดาวเทียมที่เหมาะสม
วงโคจรที่ระดับความสูงต่ำกว่า 100 km ดาวเทียมต้องพบกับแรงต้านอากาศมาก จึงไม่เหมาะในทางปฏิบัติ เราจึงพบว่าดาวเทียมส่วนใหญ่จะมีวงโคจรที่ระดับความสูงๆกว่า 600 km ซึ่งแรงต้านอากาศมีผลต่อวงโคจรน้อยมาก

3.4 ไอโอโนสเฟียร์ (Ionosphere)
จากที่กล่าวมาแล้วว่ามีการแบ่งชั้นบรรยากาศในหลายรูปแบบตามลักษณะทางกายภาพ ไอโอโนสเฟียร์ก็เป็นอีกรูปแบบหนึ่ง โดยแบ่งตามความหนาแน่นของโมเลกุลกาซที่เป็นไอออนแทนที่จะแบ่งตามการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (ดูรูป 4) ชั้นไอโอโนสเฟียร์เริ่มต้นตั้งแต่แนวของเมโสพอส (ระดับความสูงในช่วง 50—80 km) และขยายออกไปไกลจนถึงความสูงประมาณ 400 km อะตอมและโมเลกุลของกาซในบรรยากาศชั้นนี้ถูกระดมยิงด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปของรังสีเอ็กซ์ และอุลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ และรังสีคอสมิคกาแลคซี (galaxy cosmic ray) พลังงานสูงจากอวกาศไกลโพ้น จนบรรยากาศแตกตัวเป็นประจุไฟฟ้าหรือไอออน นั่นหมายถึงเกิดอิเล็กตรอนอิสระและประจุอนุภาค รังสีดังกล่าวเป็นปัจจัยหลักของการเกิดชั้นไอโอโนสเฟียร์นี้ ปริมาณของรังสีที่มาทำให้บรรยากาศกลายเป็นไอออนนั้น จะแปรเปลี่ยนระหว่างกลางวันและกลางคืน ตำแหน่งความสูงจากพื้นโลก และพฤติกรรมของดวงอาทิตย์ จุดบอดบนดวงอาทิตย์ (sun spots) การลุกไหม้ที่ผิวของดวงอาทิตย์ (solar flares) และการเปลี่ยนแปลงอื่นๆที่ผิวของดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดความแปรปรวนต่อรังสีและอนุภาคพลังงานสูงที่ออกมา ประจุอนุภาคในไอโอโนสเฟียร์เมื่อพบกับสนามแม่เหล็กโลกที่มีความเข้มสูงที่ขั้วโลกเหนือและใต้เป็นเหตุให้เกิดแสงสว่างหลากสีกระเพื่อมไหวบนท้องฟ้า และแสงดังกล่าวถูกเรียกว่าแสงเหนือ (aurora borealis) และแสงใต้ (aurora australis) ตามลำดับ

เนื่องจากในชั้นไอโอโนสเฟียร์ประกอบไปด้วยประจุอนุภาคเป็นส่วนใหญ่ จึงสามารถดูดกลืน และเบี่ยงเบนการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ โดยเฉพาะในความถี่ย่านความถี่วิทยุ ดังนั้นไอโอโนสเฟียร์จึงมีผลกระทบต่อการออกแบบและการทำงานในระบบการติดต่อสื่อสารระหว่างดาวเทียมและสถานีภาคพื้นดิน นอกจากนี้ระบบการติดต่อสื่อสารระหว่างสถานีภาคพื้นดินติดต่อกันได้ระยะที่ไกลขึ้น เนื่องจากชั้นไอโอโนสเฟียร์สามารถสะท้อนคลื่นวิทยุในบางช่วงได้

รูปที่ 4 ไอโอโนสเฟียร์ชั้นต่างๆ
(ที่มา http://www.its.bldrdoc.gov/fs-1037/images/ionosphc.gif)

การผันแปรของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเทียบกับระดับความสูง นักวิทยาศาสตร์จึงแบ่งชั้นไอโอโนสเฟียร์ออกเป็นชั้นย่อยๆ ได้แก่ ชั้น D (50-95 km), E (95-160 km) และ F ที่ยังถูกแบ่งย่อยออกเป็น F1 (160-250 km) และ F2 (250-1,000 km) ที่ชั้น D ประกอบด้วยอิเล็กตรอนอิสระจำนวนหนึ่ง มากพอที่จะมีผลต่อการส่งผ่านคลื่นวิทยุย่าน AM ในช่วงเวลากลางวันคลื่นวิทยุย่านนี้จะถูกดูดกลืนค่อนข้างมากในชั้น D เนื่องจากอากาศมีประจุอนุภาคหนาแน่นมากจาก photo-ionization จากแสงอาทิตย์ ชั้น D นี้ไวต่อความแปรปรวนของดวงอาทิตย์ทั้งกลางวันและกลางคืน ชั้น E มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนแปรตามผลจากดวงอาทิตย์เหมือนในชั้น D ผลจากประจุอนุภาคจะมีน้อยกว่าในเวลากลางคืน ชั้น F เป็นบริเวณที่ได้รับผลกระทบตรงๆจากดวงอาทิตย์ (บรรยากาศชั้นนอกสุด) ชั้น F1 จะคงอยู่เฉพาะในช่วงกลางวัน และจะมีความหนาแน่นของประจุอนุภาคจำนวนมากขึ้นมากในคาบการระเบิดรุนแรงบนดวงอาทิตย์ (ทุก 11 ปี) ชั้น F2 มีระดับความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงที่สุดในไอโอโนสเฟียร์ทั้งกลางวันและกลางคืน และชั้น F2 นี่เองที่สะท้อนและดูดกลืนความถี่ของสัญญาณวิทยุบางย่านอย่างสม่ำเสมอ

ย่านความถี่วิทยุที่ใช้ในการสื่อสารระหว่างดาวเทียมและสถานีภาคพื้นดิน (รวมทั้งสถานีควบคุมและผู้ใช้สัญญาณ เช่น จานรับสัญญาณโทรทัศน์ เป็นต้น) ถูกจำกัดด้วยการลดทอนในชั้นบรรยากาศในย่านความถี่ต่างๆ

ช่วงเวลากลางวัน สัญญาณวิทยุย่าน AM (530 kHz – 1.65 MHz) จะถูกดูดกลืนในบรรยากาศชั้น D แต่ตอนกลางคืนชั้น D สลายตัวลงอย่างรวดเร็ว คลื่นวิทยุย่าน AM จึงทะลุผ่านชั้น D ได้และสะท้อนกลับสู่โลกด้วยประจุอนุภาคในชั้น E จึงเป็นเหตุผลว่าเหตุใดสถานีวิทยุ AM จึงส่งสัญญาณไปได้ไกลกว่าในเวลากลางคืน ส่วนคลื่นวิทยุเชิงพาณิชย์ในย่านคลื่นสั้น (short-wave radio frequency) ในช่วง 6-30 MHz จะถูกสะท้อนในชั้น E และ F การส่งคลื่นในย่านนี้จะสะท้อนกับพื้นผิวโลกด้วย ดังนั้นจึงมีการสะท้อนกลับไปมาได้ระหว่างไอโอโนสเฟียร์และพื้นโลกได้หลายรอบ

เนื่องจากความถี่ของสัญญาณวิทยุต่ำกว่า 30 MHz จะสะท้อนที่ชั้น E และ F ความถี่ย่านนี้จึงไม่เหมาะที่จะถูกนำมาใช้ในการสื่อสารดาวเทียม สัญญาณรบกวนพื้นหลัง (background noise) ที่เกิดจากชั้นบรรยากาศ ดวงอาทิตย์ และรังสีคอสมิค จำกัดการสื่อสารกับดาวเทียมด้วยความถี่ที่ต่ำกว่า 300 MHz ส่วนความถี่ที่สูงกว่า 300 GHz โมเลกุลของน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์จะดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไว้อย่างมาก และเปลี่ยนรูปไปเป็นความร้อน แต่ยังมีบางช่วงความถี่ระหว่าง 300 MHz และ 300 GHz ที่ถูกดูดกลืนโดยโมเลกุลต่างๆในบรรยากาศอีกด้วย ความถี่ที่จะนำมาใช้ในการสื่อสารกับดาวเทียมจึงต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบ

สัญญาณวิทยุในช่วง 300 MHz และ 300 GHz ส่วนใหญ่จะผ่านชั้นบรรยากาศได้ จึงถูกนำมาใช้สำหรับการสื่อสารระหว่างดาวเทียมและสถานีภาคพื้นดิน อย่างไรก็ตามสัญญาณวิทยุดังกล่าวยังคงถูกรบกวนในลักษณะของการหักเหที่ชั้น F2 การหักเหนี้ทำให้เส้นทางของสัญญาณเบี่ยงเบนไปจากแนวเดิมเหมือนอย่างที่แสงหักเหผ่านปริซึมเนื่องจากความหนาแน่นที่ต่างกันระหว่างอากาศและแก้วที่ใช้ทำปริซึม สัญญาณวิทยุจึงเดินทางไปไกลกว่าแนวตรงระหว่างตัวส่งและตัวรับ การรับสัญญาณช้าไปกว่าเดิมนี้จะมีผลกระทบต่อระบบที่ต้องอาศัยความแม่นยำของเวลา เช่น ดาวเทียมสำหรับระบุตำแหน่ง หรือ ดาวเทียม GPS (Global Positioning System)

4. ผลจากดวงอาทิตย์
ดวงอาทิตย์ปลดปล่อยอนุภาคที่มีพลังงานสูง และแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปของแสงและสัญญาณรบกวนย่านความถี่วิทยุ ออกมาอย่างต่อเนื่อง กระแสต่อเนื่องของอนุภาคและคลื่นนี้ ถูกเรียกว่า ลมสุริยะ (solar wind) นอกจากนี้ยังมี solar flares ที่เกิดขึ้นเป็นบางช่วงเวลา solar flares เกิดจากการระเบิดปลดปล่อยอนุภาคอย่างรุนแรง (ส่วนใหญ่เป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน) ควบคู่กับการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูง

พฤติกรรมการระเบิดอย่างรุนแรงบนดวงอาทิตย์ แบ่งออกเป็นวงรอบได้หลายช่วง ดวงอาทิตย์ใช้เวลาหมุนรอบตัวเอง 28 วัน เราสามารถสังเกตคุณลักษณะหลายประการได้บนโลก เช่น จุดบอดบนดวงอาทิตย์ (sun spot) จุดบอดเหล่านี้จะเปลี่ยนแปรไปทุกๆ 11 ปี มีผลเกี่ยวเนื่องอย่างซับซ้อนกับ solar flares ซึ่งยังไม่เป็นที่เข้าใจเท่าใดนัก เท่าที่ทราบในปัจจุบันคือ ยิ่งมีจุดบอดเกิดขึ้นมาก ก็จะมี solar flares มาก การเปลี่ยนขั้วแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ที่เกิดขึ้นทุก 22 ปี จะเป็นตัวกำหนดการเกิด solar flares

4.1 การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของดวงอาทิตย์
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกจากดวงอาทิตย์มีตั้งแต่ย่านความถี่วิทยุ ไปจนถึงความถี่ย่านรังสีเอ็กซ์ พลังงานรวมที่ตกกระทบบรรยากาศโลกจะเรียกว่า ค่าคงที่สุริยะ (solar constant) คลื่นที่แผ่ออกมาจากดวงอาทิตย์ประกอบด้วยคลื่นในช่วงที่เป็นอันตราย และอาจทำให้สมบัติของผิววัสดุหลายชนิดเปลี่ยนแปลงไปได้ ความรุนแรงของคลื่นที่แผ่ออกมาจะขึ้นกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์ เหตุการณ์ปกติจะมีคลื่นรบกวนตลอดย่านของสัญญาณวิทยุ และจะรุนแรงขึ้นเมื่อพบกับจุดบอด และจะรุนแรงที่สุดเมื่อเกิด solar flares จะรบกวนการสื่อสารอย่างมาก

4.2 ลมสุริยะ
จากการเกิดโคโรนาบนดวงอาทิตย์ (sun’s corona) โปรตอนและอิเล็กตรอนจะมีความเร็วมากพอที่จะหลุดรอดออกจากดวงอาทิตย์ เป็นผลให้มีกระแสของประจุอนุภาคออกไปในทุกทิศทางรอบดวงอาทิตย์ เรียกว่า ลมสุริยะ (solar wind) เมื่อลมสุริยะมาถึงวงโคจรรอบโลกจะมีความเร็วถึง 300—700 กิโลเมตรต่อวินาที ด้วยความหนาแน่น 1—10 อนุภาคต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ทั้งความเร็วและความหนาแน่นของอนุภาคนี้จะขึ้นกับปริมาณจุดบอดบนดวงอาทิตย์ ลมสุริยะจะทำให้เกิดแรงกระทำต่อดาวเทียมที่โคจรรอบโลก โดยเฉพาะดวงที่มีอัตราส่วนพื้นที่ต่อมวลมากๆ เช่น การที่ดาวเทียมมีแผงเซลสุริยะ (solar cell) ขนาดใหญ่ เมื่อแรงผลักดันที่เกิดจากลมสุริยะกระทำต่อดาวเทียม จะกดให้ดาวเทียมมีวงโคจรดาวเทียมต่ำลงและเกิดแรงต้านอากาศมากขึ้น และจะเกิดขึ้นเฉพาะเวลาที่ดาวเทียมพบแสงอาทิตย์โดยตรงหรือเวลากลางวันบนโลก ดาวเทียมจะปลอดภัยจากลมสุริยะเมื่อหลบอยู่หลังโลกหรือเวลากลางคืนบนโลก ซึ่งจะเป็นการทำให้แนววงโคจรดาวเทียมไม่สม่ำเสมอ และมีผลต่อแนวการเดินทางของดาวเทียมบนพื้นโลกด้วย

4.3 Solar Flares
อนุภาคโปรตอนที่มีความเร็วสูงๆแผ่ออกมาจากการเกิด solar flares บนดวงอาทิตย์ สามารถทำลายยานอวกาศได้อย่างสบาย solar flares แผ่ออกไปได้ไกลจนกว่าพลังงานจะสิ้นสุดลง จากไม่กี่นาทีจนถึงสองสามชั่วโมง ความถี่ของการเกิด solar flares จะขึ้นกับปริมาณจุดบอดบนดวงอาทิตย์ โลกอาจได้รับผลกระทบหลายประการ นอกจากมีแสงที่มองเห็นได้สว่างขึ้น และหลายนาทีหลังจากนั้นจะเกิด Sudden Ionosphere Disturbance (SID) ในชั้นไอโอโนสเฟียร์ ทำให้มีผลต่อการสื่อสารระยะไกลในย่านคลื่นสั้นที่อาศัยการสะท้อนคลื่นที่ไอโอโนสเฟียร์ เป็นเวลา 15 นาทีถึง 1 ชั่วโมง ในช่วงที่เกิด solar flares จึงเกิดเป็นสัญญาณรบกวนคลื่นวิทยุในช่วงกว้าง

4.4 รังสีคอสมิค
รังสีคอสมิคที่อยู่นอกโลก มีต้นกำเนิดจาก 2 แหล่งคือ จากดวงอาทิตย์ เรียกว่า รังสีคอสมิคสุริยะ (solar cosmic ray) และจากดาวดวงอื่นในจักรวาล เรียกว่า รังสีคอสมิคกาแลคซี (galactic cosmic ray) รังสีนี้เป็นการแผ่ของอนุภาคโปรตอนและอิเล็กตรอนความเร็วสูง รังสีคอสมิคกาแลคซีมีพลังงานสูงมากๆ แต่อาจไม่มีผลอันตรายมากนักเนื่องจากมีปริมาณน้อยที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลก รังสีคอสมิคสุริยะไม่มีผลอันตรายต่อมนุษย์นัก ยกเว้นช่วงที่เกิด solar flares ซึ่งจะเกิดรังสีคอสมิคมากขึ้นเป็นพันเท่าในช่วงเวลาสั้นๆ การปฏิบัติหน้าที่ของมนุษย์อวกาศในช่วงดังกล่าว จำเป็นต้องใช้เกราะป้องกันยานที่มีน้ำหนักมาก ซึ่งไม่เหมาะกับการใช้งานในปัจจุบัน เนื่องจากค่าใช้จ่ายในการส่งดาวเทียมจะเพิ่มขึ้นมาก จึงมีความพยายามหาทางเลือกอื่น เช่น ลดเวลาแผนปฏิบัติการลงและนำลูกเรือกลับลงมาก่อนเกิดเหตุการณ์ดังกล่าว อนุภาคจากรังสีคอสมิคยังสามารถทำลายอุปกรณ์ภายในของดาวเทียมและยานอวกาศ การทำเกราะป้องกันอาจไม่สามารถทำได้ในทางปฏิบัติ เนื่องจากอนุภาคมีพลังงานสูงมาก วิธีการแก้ปัญหาเหล่านี้ได้แก่ การเลือกชิ้นส่วนอุปกรณ์อย่างเหมาะสม มีการใช้ชุดอุปกรณ์ทำงานซ้ำซ้อนกัน (redundancy) เพื่อที่ว่าชุดหนึ่งเสียหายยังมีชุดสำรองทำหน้าที่เดียวกันต่อไปได้ ส่วนการตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาด (error detection and correction) และส่วนการรีเซ็ตระบบให้เริ่มต้นทำงานใหม่ รังสีคอสมิคจะมีผลมากที่สุดต่อวงโคจรขั้วโลกและวงโคจรค้างฟ้า ทั้งนี้เนื่องจากที่วงโคจรเหล่านี้อยู่นอกหรือใกล้กับขอบของการป้องกันจากสนามแม่เหล็กโลกซึ่งจะกล่าวถึงต่อไป

4.5 พลังงานความร้อน
ดวงอาทิตย์แผ่พลังงานความร้อนออกมามาก ดาวเทียมที่โคจรรอบโลกจะไม่ได้รับการปกป้องความร้อนจากชั้นบรรยากาศโลก ส่วนของดาวเทียมที่หันไปรับแสงอาทิตย์ตรงๆอาจร้อนขึ้นจนมีอุณหภูมิสูงมากถ้ามีการดูดกลืนพลังงานความร้อนนั้นไว้ แสงอาทิตย์ที่สะท้อนออกมาจากผิวโลกก็เป็นแหล่งกำเนิดความร้อนที่สำคัญอันหนึ่งต่อดาวเทียมในวงโคจรต่ำ เมื่อเข้าไปอยู่ในเงาของโลก ความร้อนจากดาวเทียมสามารถแผ่ออกไปสู่อวกาศที่หนาวเย็นเป็นผลให้อุณหภูมิที่ผิวของดาวเทียมอาจติดลบกว่าร้อยองศาได้

พลังงานความร้อนยังเกิดขึ้นจากการทำงานของอุปกรณ์ภายในดาวเทียม เช่น แบตเตอรี่ อุปกรณ์สื่อสาร คอมพิวเตอร์ และอื่นๆ พลังงานความร้อนนี้จะต้องถูกกำจัดออกไปมิฉะนั้นอาจทำลายอุปกรณ์นั้นๆได้ ระบบควบคุมและจัดการความร้อนเป็นส่วนสำคัญอย่างยิ่งเมื่อมีการออกแบบระบบดาวเทียม โดยทำได้ในสองระบบคือ ระบบพาสซีฟ (passive system) และ ระบบแอคทีฟ (active system) ในระบบพาสซีฟอย่างง่ายๆ คือ ทำให้ดาวเทียมหมุนรอบตัวเองขณะอยู่ในวงโคจรเพื่อให้พื้นผิวได้รับแสงจากดวงอาทิตย์อย่างทั่วถึง การใช้พื้นผิวที่มีค่าความสะท้อนสูงๆติดที่ผิว เพื่อจะไม่ดูดกลืนความร้อนเข้าสู่ดาวเทียม สำหรับระบบแอคทีฟรวมถึงการใช้เครื่องทำความร้อนและเครื่องหล่อเย็นควบคู่กัน ปัญหาการจัดการพลังงานความร้อนในดาวเทียมนั้นซับซ้อนมาก เนื่องจากอุปกรณ์วัดบางชนิดในดาวเทียมอาจต้องรักษาอุณหภูมิไว้ให้ใกล้ 0 องศาสัมบูรณ์ ขณะที่ระบบขับเคลื่อนแบบจุดระเบิดอาจต้องรักษาอุณหภูมิไว้ที่ประมาณ 30—40 °C

5. สนามแม่เหล็กโลก
โลกเรามีสนามแม่เหล็กอยู่รอบๆ แพร่กระจายออกจากขั้วเหนือแม่เหล็ก ไปสู่อวกาศรอบโลกและกลับเข้าสู่ขั้วใต้แม่เหล็ก ขั้วเหนือ-ใต้แม่เหล็กอยู่ใกล้กับแกนหมุนเหนือ-ใต้ของโลก โดยที่ขั้วเหนือแม่เหล็กจะอยู่บริเวณขั้วโลกใต้ ส่วนขั้วใต้แม่เหล็กอยู่บริเวณขั้วโลกเหนือ ดาวเคราะห์ดวงอื่นก็จะมีลักษณะขั้วแม่เหล็กที่ต่างกันไป ทฤษฎีที่ยอมรับกันในปัจจุบัน สนามแม่เหล็กที่ออกมารอบโลกเกิดจากกระแสไฟฟ้าจากการไหลของโลหะเหลวที่แกนของโลก

5.1 แมกนีโตสเฟียร์ (Magnetosphere)
สนามแม่เหล็กที่แผ่ขยายออกไปรอบโลกถูกเรียกว่า แมกนีโตสเฟียร์ ขณะที่ลมสุริยะเคลื่อนออกจากดวงอาทิตย์เข้าหาโลก จะพบกับสนามแม่เหล็กโลก ในด้านที่โลกได้รับแสงอาทิตย์ ลมสุริยะจะกระแทกและอัดสนามแม่เหล็กให้กลับเข้าใกล้โลก เป็นการเพิ่มความเข้มสนามแม่เหล็กในบริเวณที่ถูกบีบอัดนี้ ในด้านตรงข้าม ลมสุริยะจะดึงให้สนามแม่เหล็กยืดออก ทำให้สนามแม่เหล็กรอบโลกหรือแมกนีโตสเฟียร์เกิดเป็นรูปร่างคล้ายหยดน้ำ ดูรูปที่ 3 ประกอบ

5.2 แมกนีโตพอส (Magnetopause)
ขอบของแมกนีโตสเฟียร์คือ แมกนีโตพอส เป็นบริเวณที่ความกดดันจากลมสุริยะนั้นสมดุลกับความกดดันจากสนามแม่เหล็กโลก แมกนีโตพอสถูกนิยามไว้ในด้านที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์ว่าเป็นตำแหน่งห่างจากโลกประมาณ 10 เท่าของรัศมีโลก ทั้งนี้ตำแหน่งดังกล่าวอาจเปลี่ยนแปลงได้จาก 7 ถึง 14 เท่าของรัศมีโลกเนื่องจากความแปรปรวนจากลมสุริยะ

5.3 แมกนีโตเทล (Magnetotail)
ในอีกด้านของโลกตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ ลมสุริยะทำให้สนามแม่เหล็กโลกแผ่ขยายยาวออกไปเป็นรูปหาง เรียกว่า แมกนีโตเทล ซึ่งอาจมีความยาวไปได้ไกลกว่า 1,000 เท่าของรัศมีโลก ภายในแมกนีโตเทลจะเป็นบริเวณที่ประจุอนุภาคพลังงานสูงที่หนาแน่นมากและมีขอบเขตไกลถึง 300 เท่าของรัศมีโลก

5.4 คลื่นกระแทก (Shock wave)
เมื่อลมสุริยะกระแทกกับสนามแม่เหล็กโลก จะเบี่ยงเบนทิศทางและเกิดรูปแบบคลื่นกระแทกขึ้น รูปร่างของคลื่นกระแทกนี้คล้ายกับที่เกิดกับคลื่นน้ำที่เกิดเมื่อหัวเรือเคลื่อนผ่านผิวน้ำ ในแนวคลื่นกระแทกจะเป็นบริเวณที่แนวเดิมของลมสุริยะไปสู่แนวโค้งตามรูปคลื่นกระแทก แนวหน้าสุดของด้านที่ได้รับแสงอาทิตย์จะอยู่ห่างจากโลกระหว่าง 10 ถึง 15 เท่าของรัศมีโลก ดูรูป 3 ประกอบ

รูปที่ 5 แถบรังสีแวนอเล็น แสดงแถบในและแถบนอก
(ที่มา http://srag-nt.jsc.nasa.gov/AboutSRAG/What/SouthAtlanticAnomoly.gif,NASA Space Radiation Analysis Group (SRAG): "What is space radiation?")

5.5 แถบรังสีแวนอเล็น
ในปี ค.ศ. 1958 นักวิทยาศาสตร์ชื่อ James Van Allen พบว่าภายในแมกนีโตสเฟียร์ประกอบด้วยแถบของประจุอนุภาคที่ถูกดักไว้ในบริเวณเส้นแรงแม่เหล็กรอบโลกและถูกเรียกต่อมาตามชื่อเขาว่า แถบรังสีแวนอเล็น (Van Allen Radiation Belts) เขาอาศัยข้อมูลที่ได้จากดาวเทียม Explorer I ซึ่งเป็นดาวเทียมที่ถูกส่งขึ้นสู่วงโคจรโดยกองทัพสหรัฐอเมริกา เพื่อที่ใช้ข้อมูลในการทำแผนที่ของอนุภาคที่ถูกดักอยู่ภายในสนามแม่เหล็กโลกนี้ ข้อมูลที่ได้แสดงให้เห็นถึงรูปร่างแปลกประหลาดของแมกนีโตสเฟียร์และแถบที่ประจุอนุภาคพลังงานสูงถูกดักเก็บไว้ในรูปแบบคล้ายโดนัท แบ่งเป็นสองแถบ คือแถบภายในและแถบภายนอก (ดูรูป 5) โดยแถบภายในเริ่มต้นที่ประมาณ 400—10,000 km จากพื้นโลก ภายในมีอนุภาคโปรตอนจำนวนมากและหนาแน่นที่สุดที่ระดับความสูง 3,500 km มีขอบเขตขยายจากละติจูด 40 องศาเหนือไปจนถึง 40 องศาใต้ และแถบนอกเริ่มต้นที่ประมาณ 10,000—60,000 km จากพื้นโลก ภายในมีอนุภาคอิเล็กตรอนหนาแน่นที่ความสูง 16,000 km

เมื่อประจุอนุภาคปะทะกับสนามแม่เหล็กโลก จะถูกดักไว้บริเวณสนามนั้น และจะควงและสะท้อนกับไปมาในเส้นแรงแม่เหล็กระหว่างขั้วโลกเหนือและใต้

5.6 ยานอวกาศโคจรอยู่ใต้แถบรังสีแวนอเล็น
จากการส่งยานอวกาศหรือดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรต่ำที่ระดับความสูง 200-600 km พบว่าได้รับการแผ่รังสีจากอวกาศในปริมาณที่ไม่เป็นอันตราย ทั้งนี้เนื่องจากได้รับการป้องกันจากแถบรังสีแวนอเล็นเก็บดักอนุภาคเอาไว้ อย่างไรก็ตามดาวเทียมในวงโคจรค้างฟ้ามีระดับความสูงใกล้เคียงกับศูนย์กลางของแถบนอกแวนอเล็น ซึ่งสะสมประจุอนุภาคที่เป็นอันตรายไว้เป็นจำนวนมาก ดังนั้นยานอวกาศที่มีมนุษย์อวกาศขึ้นไปด้วยต้องมีการป้องกันอย่างดีและวงโคจรจะต้องวางไว้ในตำแหน่งที่ได้รับรังสีจำนวนน้อยที่สุด

5.7 แรงแม่เหล็กไฟฟ้า
ขณะที่ดาวเทียมอยู่ในวงโคจร เมื่อผ่านสนามแม่เหล็กโลกดาวเทียมจะประพฤติตัวเหมือนแท่งแม่เหล็ก เนื่องจากอุปกรณ์ทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ภายในและภายนอกดาวเทียมจะมีการสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเอง จึงมีแรงแม่เหล็กกระทำเนื่องจากสนามแม่หล็กโลก นอกจากนี้เมื่อดาวเทียมเคลื่อนที่ผ่านบรรยากาศที่มีประจุ จะทำให้เกิดประจุไฟฟ้าลบที่บริเวณผิวของดาวเทียม เป็นผลต่อการเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กโลกโดยตรง

จากเหตุที่กล่าวมานี้จึงทำให้เกิดแรงต้านทานแม่เหล็กต่อดาวเทียม แรงต้านนี้จะเป็นทอร์คกระทำกับดาวเทียมและมีผลต่อการวางตัวในวงโคจร

5.8 แสงเหนือ-แสงใต้หรือออโรรา
ออโรรา (auroras) มีลักษณะเป็นแถบแสงหลากสีเห็นได้บนท้องฟ้าเวลาค่ำคืนของพื้นที่แถบขั้วโลก เกิดขึ้นบริเวณบรรยากาศชั้นบนๆ ของทั้งขั้วโลกเหนือและใต้ที่ซึ่งสนามแม่เหล็กโลกโค้งเข้าหาพื้นผิวโลก ที่ระดับความสูงตั้งแต่ 100 km ไปจนถึงระดับ 300 km

แสงออโรราเกิดจากการที่ลมสุริยะปะทะกับสนามแม่เหล็กโลก ลมสุริยะประกอบด้วยประจุอนุภาคเคลื่อนที่เร็วเข้าไปรบกวนบริเวณแมกนีโตสเฟียร์ และอนุภาคเหล่านี้ถูกดักไว้และหมุนควงไปสะสมในบรรยากาศใกล้ขั้วโลก ขณะที่อนุภาคเหล่านี้ชนกับโมเลกุลกาซในบรรยากาศชั้นบน พลังงานแสงถูกปลดปล่อยออกมา ให้เห็นเป็นแสงออโรรา

5.9 ความผิดปกติทางภูมิศาสตร์ (Geoghaphic Anomalies)
จุดศูนย์กลางของสนามแม่เหล็กโลกเคลื่อนออกไปจากจุดศูนย์กลางโลกไปประมาณ 430 km ไปทางทิศตะวันตกของมหาสมุทรแปซิฟิก เป็นผลให้พื้นที่บนโลกใน 2 บริเวณที่มีความเข้มสนามแม่เหล็กแรงขึ้นหรืออ่อนลงกว่าที่คาดไว้ พื้นที่ดังกล่าวคือ

  • ความผิดปกติที่มหาสมุทรแอตแลนติกตอนใต้ (South Atlantic anomaly) เป็นบริเวณที่มีความเข้มสนามแม่เหล็กโลกต่ำผิดปกติ และเส้นแรงแม่เหล็กจมลงต่ำมาในระดับความสูงที่ต่ำมาก ประจุอนุภาคพุ่งเข้าสู่ชั้นบรรยากาศและชนกับอนุภาคที่หนาแน่นมากในบรรยากาศ เป็นผลให้เกิดปรากฏการณ์คล้ายกับบริเวณขั้วโลกที่เกิดโอโรรา และยังรบกวนการรับส่งคลื่นวิทยุความถี่สูงๆด้วย

  • ความผิดปกติที่เอเชียตะวันออกเฉียงใต้ (Southeast Asian anomaly) เป็นพื้นที่ที่มีความเข้มสนามแม่เหล็กสูงผิดปกติ ประจุอนุภาคที่ถูกดักไว้จึงมีความหนาแน่นสูงขึ้นในทุกระดับความสูง ทำให้ชั้น F2 ในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ขยายสูงขึ้น ส่งผลให้การติดต่อสื่อสารมีปัญหาได้เมื่อดาวเทียมโคจรผ่านบริเวณนี้

การลดผลกระทบจากความผิดปกติเหล่านี้คือการใช้ความถี่ที่ไม่ได้รับผลกระทบ หรือหลีกเลี่ยงการสื่อสารในบริเวณดังกล่าว

6. ผลกระทบจากสภาพแวดล้อมอวกาศที่มีต่อดาวเทียม
สภาพแวดล้อมในอวกาศมีความสำคัญต่อการทำงานของดาวเทียม ผลกระทบหลักๆจากสภาพแวดล้อมที่มีต่อดาวเทียมที่โคจรรอบโลกมีหลายประการ ต่อไปนี้

6.1 ชั้นบรรยากาศ
ผลกระทบจากชั้นบรรยากาศที่เกิดกับดาวเทียม ได้แก่
  • แรงต้านในชั้นบรรยากาศ ทำให้วงโคจรของดาวเทียมต่ำลงๆ ลดเวลาที่ดาวเทียมจะสามารถปฏิบัติหน้าที่ในอวกาศต่อไปได้

                จากที่ได้กล่าวมาแล้วว่าชั้นบรรยากาศโลกไม่ได้สิ้นสุดลงทันที แม้แต่ที่ระดับความสูงค่อนข้างมาก เช่นที่ประมาณ 1,000 km ยังคงมีแรงต้านอากาศกระทำต่อดาวเทียมที่โคจรรอบโลก แต่ผลกระทบจากแรงต้านอากาศต่อดาวเทียมจะน้อยลงมากเมื่อระดับความสูงของวงโคจรสูงขึ้นๆ แต่แรงต้านอากาศนี้ถ้ากระทำเป็นเวลานานๆ ดาวเทียมจะค่อยๆตกจากระดับความสูงแรกเริ่ม จนกระทั่งเข้าสู่ชั้นบรรยากาศและถูกเผาไหม้ไปในที่สุด ดังเช่น ในปี ค.ศ. 1979 สถานีอวกาศ Skylab ที่ต้องยอมจำนนต่อแรงต้านอากาศที่กระทำมาเป็นระยะเวลานาน และต้องตกกลับสู่โลกและเผาไหม้ในที่สุด

  • อะตอมออกซิเจน ทำให้ผิวดาวเทียมสึกกร่อน

                อากาศที่ระดับน้ำทะเล ประกอบด้วย ออกซิเจน 21% ไนโตรเจน 78% และกาซชนิดอื่นๆอีก 1% ปกติอะตอมออกซิเจนมักจะอยู่กันเป็นคู่ในโมเลกุลอย่างที่เรารู้จักกันในโมเลกุลออกซิเจน คือ O2 ภายใต้สภาวะบางอย่าง เมื่อโมเลกุลออกซิเจนถูกทำให้แยกออกห่างจากกัน อะตอมของมันจะรีบจับกันเป็นโมเลกุลใหม่อีกครั้ง บริเวณบรรยากาศชั้นบนๆ โมเลกุลของออกซิเจนมีน้อยและอยู่ห่างกันมาก เมื่อรังสีและประจุอนุภาคทำให้โมเลกุลออกซิเจนแยกออกจากกัน จึงเหลือเป็นเพียงอะตอมของตัวมันเองโดดๆ ที่ไม่สามารถไปจับกับอะตอมอื่นได้เป็น O

                อย่างที่เราทราบกันดี ถ้าเราทิ้งแท่งเหล็กที่ถูกขัดเงาไว้ในอากาศสองถึงสามวัน จะเริ่มมีสนิมเกาะ กระบวนการทางเคมีนี้เรียกว่า ออกซิเดชัน (oxidation) เกิดขึ้นโดยที่โมเลกุลออกซิเจนในอากาศรวมตัวกับโลหะ ปัญหาที่เกิดจากออกซิเดชันจาก O2 นั้นยังไม่รุนแรงเท่าที่เกิดขึ้นจาก O ที่สามารถทำลายพื้นผิวได้มากกว่าหลายเท่า ส่วนของยานอวกาศที่ต้องพบกับอะตอมออกซิเจนจะทำให้เกิดการผุกร่อน ทำให้อุปกรณ์เสื่อมสภาพลง เปลี่ยนคุณสมบัติเชิงความร้อนไป หรือทำลายอุปกรณ์วัดต่างๆได้

                อย่างไรก็ดี อะตอมออกซิเจนที่ล่องลอยเหนือบรรยากาศชั้นบนๆ จะสามารถรวมตัวกับโมเลกุลออกซิเจนที่เหลืออยู่ เกิดเป็นโมเลกุลชนิดพิเศษที่เราเรียกว่าโอโซน (ozone, O3) โอโซนทำหน้าที่เป็นเหมือนเกราะกำบังโลกเราจากรังสีที่เป็นอันตรายต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งรังสีอุลตราไวโอเลต ซึ่งเป็นเหตุให้เกิดอาการผิวหนังอักเสบหรือเป็นมะเร็งผิวหนังได้

6.2 สุญญากาศและอวกาศ
เมื่อพ้นออกไปจากชั้นบรรยากาศ หรือบริเวณที่มีโมเลกุลของอากาศต่ำมากๆ อาจทำให้เกิดปัญหาต่างๆ กับยานอวกาศหรือดาวเทียมได้

  • Outgassing การที่กาซปลดปล่อยออกมาจากเนื้อวัสดุที่ของยานอวกาศ แล้วไปปกคลุมอุปกรณ์และตัวตรวจวัดอื่นๆ

                ภายใต้ความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเล มีแรงกระทำจากบรรยากาศมากกว่า 100,000 N/m2 กระทำกับวัตถุในทุกทิศทาง น้ำโซดาในกระป๋องอยู่ภายใต้ความดันที่สูงกว่าความดันบรรยากาศ ทำให้กาซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ละลายอยู่ในของเหลวได้ เมื่อเราเปิดกระป๋อง จะเป็นการทำให้ภายในกระป๋องสูญเสียความดันไปจนเท่ากับภายนอก และกาซออกมาจากของเหลว และเกิดเป็นฟองลอยขึ้น บนดาวเทียมหรือยานอวกาศเกิดปัญหาขึ้นคล้ายๆกันนี้ วัสดุที่ถูกนำมาใช้ในการสร้างดาวเทียม โดยทั่วไปจะมีฟองกาซบรรจุอยู่ในเนื้อของวัสดุภายใต้ความดันบรรยากาศ เมื่อความดันปลดปล่อยออกไปสู่สุญญากาศในอวกาศ กาซจะเริ่มรั่วออกมาจากเนื้อวัสดุ การปลดปล่อยกาซออกจากเนื้อวัสดุนี้เรียกว่า outgassing เหตุการณ์นี้อาจไม่สร้างความเสียหายมากนัก แต่ในบางกรณีกาซที่รั่วออกมานี้อาจจะไปเคลือบผิวของอุปกรณ์สำคัญๆ เช่นตัวตรวจวัดที่ละเอียดอ่อน เช่น ระบบทางเดินแสง หรือเลนส์ของกล้องถ่ายภาพ เป็นต้น จึงสมควรที่เราจะต้องเลือกวัสดุอย่างระมัดระวังและมีการทดสอบวัสดุที่เลือกใช้ โดยปกติเมื่อดาวเทียมหรือยานอวกาศได้รับการประกอบและทำงานได้อย่างสมบูรณ์แล้ว เราจะนำเข้าทดสอบใน vacuum chamber ที่อุณหภูมิต่างๆ เพื่อจำลองสภาพสุญญากาศในอวกาศ

  • การเชื่อมแบบเย็น (Cold welding) หลอมรวมโลหะใกล้ๆกันเป็นชิ้นเดียว

                การเชื่อมแบบเย็นเกิดขึ้นเมื่อชิ้นส่วนทางกลตั้งแต่สองชิ้นมีระยะห่างกันเพียงเล็กน้อยเคลื่อนไหวในอวกาศ เมื่อชิ้นส่วนที่มีการเคลื่อนไหวได้รับการทดสอบบนโลก ช่องว่างอากาศเพียงเล็กน้อยก็พอให้ชิ้นส่วนเคลื่อนตัวได้อย่างอิสระ หลังจากที่ถูกส่งขึ้นสู่วงโคจร สุญญากาศในอวกาศจะทำให้ช่องว่างลดลง ชิ้นส่วนอยู่ติดกันมากขึ้น จนเชื่อมติดกัน เมื่อเกิดหตุการณ์นี้ขึ้น ผู้ควบคุมบนพื้นโลกจะพยายามหลายวิธีเพื่อที่จะแยกชิ้นส่วนออกจากกัน ตัวอย่างเช่น อาจจะควบคุมให้ดาวเทียมหันด้านนั้นเข้าหาแสงอาทิตย์และให้ด้านตรงข้ามอยู่ในเงา เพื่อให้เกิดความร้อนที่แตกต่างกันและทำให้ชิ้นส่วนขยายและหดจนแยกชิ้นส่วนออกจากกันได้

  • การถ่ายเทความร้อน (Heat transfer)

                การถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นได้ 3 แบบ คือ การนำ (conduction) การพา (convection) และการแผ่ (radiation) แต่ในอวกาศการปล่อยหรือระบายความร้อนออกจากดาวเทียมสู่สภาพแวดล้อมภายนอกทำได้เพียงวิธีเดียวคือการแผ่ ดังนั้นในการระบายความร้อนจำเป็นต้องใช้พื้นผิวที่มีสภาพการปล่อยรังสีสูงๆ (emissivity)

6.3 ขยะอวกาศและเศษอุกกาบาต
อวกาศไม่ได้ว่างเปล่า แต่เต็มไปด้วยขยะอวกาศ สะเก็ดดาวหาง เศษซากของยานอวกาศ ฯลฯ ดาวหางที่เราเห็นเป็นเปลวไฟสว่างบนฟ้า เป็นส่วนหนึ่งของวัตถุธรรมชาติ เช่น เศษอุกกาบาต ดาวหาง กว่า 20,000 ตันตกลงสู่พื้นโลกทุกๆปี โอกาสที่ยานอวกาศและมนุษย์อวกาศในวงโคจรจะชนเข้ากับสิ่งเหล่านี้มีน้อยมาก

อย่างไรก็ตามตั้งแต่ยุคอวกาศได้เริ่มต้นขึ้น ขยะในอวกาศที่เกิดจากซากของยานอวกาศต่างๆได้สะสมปริมาณมากขึ้นทุกปี เกือบทุกการปฏิบัติการในอวกาศ ดาวเทียมที่ได้รับความเสียหาย ชิ้นส่วนของระบบขับเคลื่อน และแม้แต่ถุงมือหรือประแจที่มนุษย์อวกาศใช้ ยังคงลอยอยู่ในอวกาศ สภาพแวดล้อมใกล้โลกเริ่มเต็มไปด้วยขยะประเภทนี้ (เกือบ 2,200 ตัน) จึงมีความเสี่ยงมากขึ้นๆสำหรับยานอวกาศและดาวเทียมที่จะชนกับขยะอวกาศ และยิ่งมีความเสี่ยงมากขึ้นเมื่อดาวเทียมอยู่ในวงโคจรต่ำ

การตรวจจับวัตถุในอวกาศเป็นงานขององค์การนอแรด สหรัฐอเมริกา (North America Aerospace Defense Command, NORAD) ซึ่งคอยตรวจจับวัตถุในอวกาศอย่างสม่ำเสมอ นอแรดพบว่ามีวัตถุขนาดใหญ่กว่าลูกเบสบอลมากกว่า 7,000 ชิ้นโคจรอยู่รอบโลก และมีการคาดการณ์ว่ายังมีวัตถุขนาดเท่าลูกกอล์ฟอีกกว่า 40,000 ชิ้นในวงโคจร และที่เลวร้ายยิ่งกว่าคือยังมีวัตถุชิ้นเล็กๆอีกกว่าพันล้านชิ้นกระจายอยู่ทั่ววงโคจร เช่น เศษโลหะ เศษสี ฯลฯ

ขยะที่อยู่ในวงโคจรต่ำจะมีความเร็วสูงกว่าในวงโคจรค้างฟ้ามากๆ ในการชนกันของวัตถุสองชิ้น ผลกระทบที่จะเกิดขึ้นพิจารณาได้จากความเร็วสัมพัทธ์และมวลของวัตถุทั้งสอง เศษโลหะหรือเศษสีแผ่นเล็กๆในวงโคจรต่ำอาจมีความเร็วสัมพัทธ์สูงกว่า 7,000 m/s เมื่อกระแทกเข้ากับดาวเทียม ซึ่งหมายถึงพลังงานก่อนการชนมหาศาล อาจมากกว่าลูกปืนที่ถูกยิงออกจากปากกระบอกปืน ในปี ค.ศ. 1983 Space Shuttle ได้นำร่องรอยการทำลายที่เกิดจากขยะประเภทนี้กลับมาสู่พื้นโลก ในระหว่างการปฏิบัติการ เศษสีแห้งขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.2 mm พุ่งเข้าชนกับยาน Challenger ทำให้เกิดหลุมที่หน้าต่างขนาด 4 mm ถ้าไม่กล่าวถึงความปลอดภัยของนักบิน แค่ค่าซ่อมแซมกระจกหน้าต่างก็เป็นเงินมากกว่า 50,000 ดอลลาร์

จากขยะขนาดเล็กจำนวนมากนับพันล้านชิ้น และที่เป็นวัตถุขนาดใหญ่ๆนับพันชิ้น จึงมีโอกาสที่ดาวเทียมจะชนกับขยะชิ้นเล็กชิ้นน้อยเหล่านั้น มีการคำนวณคร่าวๆว่าสำหรับดาวเทียมหรือยานอวกาศที่มีพื้นที่หน้าตัด 50—200 m2 โคจรที่ระดับความสูง 300 km (ระดับความสูงของ Space Shuttle) โอกาสที่จะชนกับวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าลูกเบสบอลในช่วงเวลาหนึ่งปีในวงโคจร มีค่าน้อยกว่าหนึ่งในแสน โอกาสที่จะชนกับวัตถุที่มีขนาด 1 mm นั้นมากกว่าถึงพันเท่า หรือประมาณ หนึ่งในพันในหนึ่งปีในวงโคจร

ขณะนี้เริ่มมีการคิดถึงการกำจัดขยะเหล่านี้ Arthur C. Clarke ผู้ริเริ่มคิดเรื่องการใช้ดาวเทียมและวงโคจรรอบโลกเพื่อประโยชน์ของมนุษยชาติ เมื่อสี่สิบกว่าปีก่อน ได้คิดถึงเวลาในอนาคตที่เราจะมีขยะอวกาศเต็มท้องฟ้า ปัจจุบันมีการกำหนดวงโคจรหนึ่งเรียกว่า วงโคจรหลุมศพอวกาศ (graveyard orbit) โดยมีวัตถุประสงค์ให้เป็นที่พักหรือที่เก็บดาวเทียมที่หมดอายุแล้ว โดยจะออกแบบระบบดาวเทียมให้มีการเก็บพลังงานส่วนหนึ่งไว้เพื่อขับดันตัวเองให้มีวงโคจรที่สูงขึ้นไปกว่าวงโคจรค้างฟ้าสัก 200 km เมื่อดาวเทียมหมดอายุไข ซึ่งดาวเทียมเหล่านี้จะถูกเศษอุกกาบาตและประจุอนุภาคทำลายจนเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย และให้ลูกหลานเราในอนาคตกำจัดขยะชิ้นเล็กชิ้นน้อยเหล่านี้ต่อไป วิธีกำจัดอีกวิธีสำหรับดาวเทียมวงโคจรต่ำคือ การผูกติดอุปกรณ์ที่เป็นลักษณะทุ่นและเชือกลากไว้ และคอยตรวจสอบการทำงานของดาวเทียมอย่างสม่ำเสมอ เมื่อพบว่าดาวเทียมไม่สามารถทำงานต่อไปได้แล้ว จะทำการถ่วงและลากให้วงโคจรของดาวเทียมต่ำลงเพื่อให้เกิดการเผาไหม้จนหมดในชั้นบรรยากาศ[3]

6.4 สภาพการแผ่รังสี
จากที่ได้กล่าวถึงแล้ว การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นองค์ประกอบส่วนหนึ่งที่เป็นผลมาจากดวงอาทิตย์ นอกจากคลื่นในย่านแสงที่ตามองเห็นได้แล้วยังมีในรูปความร้อนหรืออินฟาเรด อุลตราไวโอเลต รังสีเอ็กซ์และรังสีแกมมา

ยานอวกาศและมนุษย์อวกาศอยู่เหนือชั้นบรรยากาศโลกจึงได้รับผลโดยตรงจากดวงอาทิตย์ ผลที่เกิดกับยานจะขึ้นกับความยาวคลื่นของการแผ่รังสีนั้น สำหรับแสงที่ตามองเห็นได้ที่กระทบกับยานอวกาศเราสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าโดยใช้ เซลสุริยะ (solar cell) ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานราคาถูก และเชื่อถือได้สำหรับยานอวกาศหรือดาวเทียม อย่างไรก็ตามการแผ่รังสีนี้อาจมีผลกระทบที่ให้ทั้งข้อดีและข้อเสียต่างๆ

  • การให้ความร้อนกับดาวเทียม
                การแผ่คลื่นความร้อนหรืออินฟาเรดจากดวงอาทิตย์ เมื่อตกกระทบกับพื้นผิวของยานอวกาศหรือดาวเทียม จะทำให้ผิวด้านนั้นร้อนขึ้น ซึ่งอาจจะส่งผลดีหรือผลเสียได้ขึ้นกับคุณลักษณะทางความร้อนของพื้นผิวโดยรวม อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บนยานจะทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิปกติ กล่าวคือ ประมาณ 20°C สำหรับสุญญากาศในอวกาศปกติจะหนาวเย็นมากคือประมาณ –200°C ในบางครั้งแหล่งความร้อนจากดวงอาทิตย์จะช่วยทำให้อุปกรณ์เหล่านี้อุ่นขึ้นถึงระดับที่สามารถทำงานได้ตามปกติ แต่ก็อาจทำให้เกิดความร้อนสะสมจำนวนมากจนเกินอุณหภูมิทำทำงานได้ ในการออกแบบยานอวกาศหรือดาวเทียมจึงจำเป็นต้องคำนึงถึงสภาวะสมดุลความร้อนและอุณหภูมิทำงานที่เหมาะสมในกรณีต่างๆไว้เป็นอย่างดี

  • การทำให้ผิวนอกดาวเทียมและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เสื่อมสภาพ
                ปกติคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านอื่นมีผลต่อยานอวกาศค่อนข้างน้อยในระยะสั้น อย่างไรก็ตามเมื่อยานอยู่ในวงโคจร ได้รับรังสีต่างๆเป็นเวลานาน เช่น อุลตราไวโอเลต อาจทำให้สารเคลือบผิวของยานเสื่อมสภาพลง นอกจากนี้ยังส่งผลร้ายต่อแผงเซลสุริยะและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ บางครั้งจึงจำเป็นต้องมีการป้องกันอุปกรณ์หรือส่วนสำคัญด้วยวิธีต่างๆ นอกจากนี้เมื่อเวลาเกิด solar flares จะส่งคลื่นในย่านวิทยุมารบกวนอุปกรณ์สื่อสารบนยานได้

  • แรงดันสุริยะ (solar pressure)
                แสงอาทิตย์ที่ตกกระทบแผงเซลสุริยะจะทำให้เกิดแรงดันขึ้นได้จากการกระแทกของโฟตอน แรงกระทำที่เกิดขึ้นนี้มีค่าประมาณ 5 N ต่อพื้นที่หนึ่งตารางกิโลเมตร แรงขนาดนี้อาจไม่มากมายนักเมื่อเทียบกับแรงต้านจากอากาศ แต่จะส่งผลในระยะยาวได้เช่นกัน

6.5 ประจุอนุภาค
สิ่งที่น่าจะเป็นอันตรายที่สุดในสภาพแวดล้อมอวกาศน่าจะเป็นอิทธิพลจากประจุอนุภาค แหล่ง กำเนิดของประจุอนุภาคเหล่านี้มาจากแหล่งต่างๆคือ

  • รังสีคอสมิคสุริยะ (Solar Cosmic Ray, SCR)
                SCR เป็นประจุอนุภาคที่ออกมาจากดวงอาทิตย์ ในรูปที่เป็นส่วนหนึ่งของลมสุริยะ ในอัตราถึง 1x109 kg/s และระหว่างที่เกิด solar flares จำนวนอนุภาคที่ออกมาจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

  • รังสีคอสมิคกาแลคซี (Galactic Cosmic Ray, GCR)
                อนุภาคที่มาจากรังสีคอสมิคกาแลคซี (GCR) คล้ายกับที่พบในลมสุริยะหรือ solar flares แต่มีต้นกำเนิดจากภายนอกระบบสุริยจักรวาล เป็นลมสุริยะที่มาจากดาวฤกษ์ไกลโพ้น เศษของดาวที่มีการระเบิด หรือเป็นอนุภาคที่หลงเหลือมาจากการระเบิด Big Bang ที่เป็นต้นกำเนิดจักรวาล ส่วนมาก GCR จะมีมวลและพลังงานมากกว่าที่พบใน SCR จะมีอำนาจในการทำลายล้างมากกว่า SCR มาก สิ่งที่ปกป้องโลกเราจากรังสีนี้คือ แถบรังสีแวนแล็นนั่นเอง

  • แถบรังสีแวนอเล็น
                นักวิทยาศาสตร์มักกล่าวถึงประจุอนุภาคและการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารวมๆกันในเทอมของการแผ่รังสี (radiation) เนื่องจากผลที่เกิดขึ้นจากทั้งสองแหล่งมีลักษณะคล้ายคลึงกัน จากที่ได้กล่าวมาแล้วเกี่ยวกับแถบรังสีแวนอเล็นในส่วนที่ 5 จะเห็นว่าในกรณีของแถบรังสีแวนอเล็นเราจะพิจารณาผลกระทบจากประจุอนุภาคเป็นหลัก ประจุอนุภาคเหล่านี้เคลื่อนที่อยู่ในแถบรังสีนี้และวางตัวในแนวขั้วโลกเหนือและใต้

เมื่อดาวเทียมหรือยานอวกาศอยู่ในวงโคจร จะเผชิญกับประจุอนุภาคพลังงานสูงที่มาจากลมสุริยะ จากดวงดาวในกาแลคซีอื่นๆ และที่เคลื่อนที่อยู่ในแถบรังสีแวนอเล็น และเป็นอันตรายต่อดาวเทียมโดยตรงได้ดังนี้

(1) การอัดประจุไฟฟ้าทำให้เกิดความต่างศักย์ที่พื้นผิว
ประจุอนุภาคจากลมสุริยะเข้ามาถึงบริเวณแถบรังสีแวนอเล็น ประจุอนุภาคจำนวนมากจะถูกดักไว้ในแมกนีโตเทล เมื่อดาวเทียมโคจรผ่านบริเวณนี้ จะเกิดการอัดประจุ (charging) ให้กับพื้นผิวส่วนต่างๆ ไม่เสมอกัน เมื่อผิวที่เกิดการอัดประจุจนมีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าบริเวณข้างเคียงมากพอ จะเกิดการคายประจุอย่างทันที ทำให้พื้นผิวเกิดความเสียหายได้ เป็นการทำลายวัสดุเคลือบผิว ทำให้แผงเซลสุริยะเสื่อมสภาพ สูญเสียพลังงาน ปิดการทำงานหรือทำลายวงจรอิเล็กทรอนิกส์อย่างถาวร

(2) Sputtering
ประจุอนุภาคเหล่านี้มีความเร็วสูง เมื่อปะทะเข้ากับดาวเทียมจะทำให้พื้นผิวมีลักษณะเหมือนถูก พ่นทราย (sand blasted) ในระดับอะตอม เมื่อเวลาผ่านไปนานๆ sputtering จะทำลายฉนวนความร้อนที่หุ้มไว้ที่ผิวด้านนอกของดาวเทียมหรือยานอวกาศ และทำลายอุปกรณ์วัดต่างๆ

(3) Single Event Phenomenon (SEP)
ประจุอนุภาคที่มีพลังงานสูงๆยังสามารถทะลุผ่านเข้าไปภายในดาวเทียมหรือยานอวกาศ แล้วไปทำลายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ปรากฏการณ์ที่แต่ละครั้งที่ประจุอนุภาคเข้าไปรบกวนระบบอิเล็กทรอนิกส์ภายในจะถูกเรียกว่า single event phenomenon (SEP)

Single Event Upset (SEU) เป็นเหตุการณ์หนึ่งที่อาจเกิดขึ้นจาก SEP เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคพลังงานสูงกระทบกับส่วนของหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ ทำให้บิทข้อมูล (bit) ที่เก็บในหน่วยความจำสลับ (bitflip) จาก 0 เป็น 1 หรือ 1 เป็น 0 เหตุการณ์นี้ทำให้ยานอวกาศทำงานผิดพลาดได้ เช่น การสลับค่าบิทจาก 1 เป็น 0 อาจทำให้ยานอวกาศปิดการทำงานไปเองหรือกำหนดทิศทางการโคจรผิดพลาดจนหลุดวงโคจรและไม่สามารถแก้ไขได้ มีความเชื่อกันว่ายาน Magellan ประสบกับ SEU เมื่อเข้าสู่วงโคจรรอบดาวศุกร์ และทำงานผิดพลาด

เป็นการยากที่จะทำการป้องกันปรากฏการณ์ดังกล่าวนี้ได้อย่างสมบูรณ์ เกราะป้องกันยานอวกาศอาจทำจากวัสดุที่ป้องกันการทะลุผ่านของอนุภาคเหล่านี้ได้บ้าง แต่ผู้ควบคุมการปฏิบัติงานของยานต้องคำนึงถึงความเป็นไปได้ที่จะเกิดเหตุการณ์นี้ พยายามหลีกเลี่ยงและรู้วิธีป้องกันเมื่อมันเกิดขึ้น

เอกสารอ้างอิง
[1] http://www.fas.org/spp/military/docops/army/ref_text/index.html#CH5, Chapter 5 Space Environment and Orbital Mechanics, ARMY SPACE REFERENCE TEXT, US Army Space Institute, Fort Leavenworth, KS: Jul 1993.
[2] Sellers, J. J., “Understanding Space: An Introduction to Astronautics”, McGraw-Hill, Inc., 1994.
[3] http://www.technovelgy.com/ct/Science-Fiction-News.asp?NewsNum=264, “Terminator Tether – EDT Solution To Space Debris Update”, Technovelgy.com.

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]