ศูนย์รวมความรู้

กระทรวงเทคโนโลยี
สารสนเทศและการสื่อสาร

รายละเอียดแนวทางการพัฒนากิจการอวกาศ
ของประเทศไทย
 


หน่วยงานในสังกัดกระทรวงไอซีที












<< เชื่อมโยงเว็บไซต์ >>

  หน้าหลัก \ ศูนย์รวมความรู้

    ศูนย์รวมความรู้

โดย สมภพ ภูริวิกรัยพงศ์
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร 51 ถนนเชื่อมสัมพันธ์ เขตหนองจอก กรุงเทพ 10530
โทร 02-988-3655, 02-988-3666 โทรสาร 02-988-4040 E-mail: [email protected]


ตอนที่ 3 หน้าต่างการนำส่งสู่อวกาศ (launch windows)

ในการพิจารณาเวลาของการนำส่งดาวเทียมหรือยานอวกาศขึ้นสู่อวกาศนั้นมักจะมีข้อจำกัดอยู่หลายประการ อาทิ ความต้องการของระบบที่ต้องการจะนำส่งดาวเทียมไปยังวงโคจรที่ต้องการนั้น จะมีฐานปล่อยจรวดนำส่งที่ละติจูดที่ต้องการหรือไม่ หรือจะมีสถานีติดตามภาคพพื้นดิน(ในบริเวณละติจูดที่ต้องการ)ทำหน้าที่ติดตามขณะการนำส่งได้หรือไม่ หรือสภาพอากาศโดยรอบฐานยิงในช่วงเวลาของการนำส่งเป็นอย่างไร รวมไปถึงนโยบายทางการเมืองและต่างประเทศของประเทศที่เป็นเจ้าของโครงการดาวเทียมและประเทศที่เป็นผู้เจ้าของฐานปล่อยจรวดนำส่ง ปัจจัยเหล่านี้ล้วนแล้วจะเป็นเงื่อนไขและข้อจำกัดในทางปฏิบัติ

จากการที่จรวดจะต้องเคลื่อนที่ตามแนววิถี (trajectory) ซึ่งเป็นไปตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน และระนาบวงโคจร (ที่เราต้องการ) ถูกยึดตรึงไว้ในอวกาศ (โดยในเชิงอุดมคติ ระนาบวงโคจรจะไม่ขยับเขยื้อน แต่ในความเป็นจริงระนาบวงโคจรจะมีการเคลื่อนทั้งในลักษณะส่ายและกวัด โดยเป็นไปตามแรงรบกวนที่มากระทำ อาทิ แรงโน้มถ่วงของโลก) แต่ฐานยิงหรือฐานปล่อยจรวดที่อยู่บนพื้นโลกมีการหมุน (เนื่องจากการหมุนของโลก) อยู่เบื้องล่างระนาบวงโคจร ดังนั้นจะต้องมีจุดเฉพาะ ณ เวลาหนึ่งๆ ที่ตำแหน่งของฐานยิงเคลื่อนผ่านตัดกับระนาบวงโคจร ซึ่งการที่ตำแหน่งของฐานยิงตัดกับระนาบวงโคจร จะทำให้เกิดหน้าต่างการส่งที่เราสามารถนำส่งดาวเทียมสู่วงโคจรที่ต้องการได้โดยตรง


หน้าต่างการนำส่งสู่อวกาศ (launch window) คือช่วงเวลาที่เราสามารถส่งหรือยิงจรวด เพื่อนำส่งดาวเทียมเข้าสู่วงโคจรที่กำหนดไว้ได้โดยตรง (direct orbit) จากฐานปล่อยจรวด ถ้าเลยจากช่วงเวลาดังกล่าวในแต่ละวันผ่านไปแล้ว เราจำเป็นที่จะต้องรอนำส่งสู่อวกาศช่วงถัดไปจึงจะทำการส่งจรวดได้อีกครั้ง

ในทางปฏิบัติ หน้าต่างการนำส่งฯ ซึ่งครอบคลุมช่วงเวลาที่เราสามารถส่งดาวเทียมได้ โดยอาจจะเป็นหลายนาที หรือหลายชั่วโมง ดังนั้นโครงการอวกาศ ใดๆ ก็ตามควรที่มีการวางแผน และกำหนดค่าองค์ประกอบวงโคจรให้มีความยืดหยุ่น ทั้งนี้ต้องอยู่ภายใต้กรอบและเงื่อนไขที่ยอมรับได้ถ้าดาวเทียมถูกนำส่งเข้าสู่วงโคจรที่ไม่ตรงกับที่กำหนดไว้


เงื่อนไขเชิงพลวัตจะถูกเน้นให้ความสำคัญ โดยเฉพาะกับวงโคจรที่มีลักษณะพิเศษ อาทิ วงโคจรที่สัมพันธ์กับโลก (sun-synchronous orbit) ที่มีระดับความสูงจากพื้นโลกน้อยกว่า 1,000 กิโลเมตร และสัมพันธ์กับมุมของระนาบวงโคจรซึ่งถูกกำหนดไว้ตามรูปความสัมพันธ์ระหว่างระดับความสูงและมุมของระนาบวงโคจร

ความสัมพันธ์ระหว่างระดับความสูงและมุมของระนาบวงโคจร สำหรับวงโคจรที่สัมพันธ์กับโลก
ที่มาของภาพ http://smallsats.org/2013/04/11/sun-synchronous-circular-orbit/


กายภาพขององค์ประกอบวงโคจร
ที่มาของภาพ http://en.wikipedia.org/wiki/Longitude_of_the_ascending_node


ตัวอย่างวงโครสัมพันธ์โลกของ LandSat 7 ที่ระนาบวงโคจรทำมุมกับเวคเตอร์ดวงอาทิตย์-โลก
ที่มาของภาพ http://landsathandbook.gsfc.nasa.gov/data_properties/prog_sect6_3.html


ซึ่งในกรณีของวงโคจรที่สัมพันธ์กับโลกนั้น หน้าต่างการนำส่งสู่อวกาศจะเกิดขึ้นสองครั้งต่อวัน และครั้งละไม่เพียงกี่นาที และถ้ามีเงื่อนไขของทิศทางการยิงเข้ามาเกี่ยวข้อง โอกาสการนำส่งก็อาจจะลดลงเหลือเพียงหนึ่งครั้งต่อวัน (รายละเอียดปรากฏอยู่ใน http://www.space.mict.go.th/knowledge.php?id=satlaunch2 )

สำหรับพันธกิจการนำส่งเพื่อเรนดะฝู (ยานอวกาศสองลำมาพบกัน ณ จุดนัดหมาย รายละเอียดปรากฏใน http://www.space.mict.go.th/knowledge.php?id=rendezvous1และ http://www.space.mict.go.th/knowledge.php?id=rendezvous2 ) อาทิ การเชื่อมต่อยานขนส่งกับสถานีอวกาศนานาชาติ ไม่เพียงแต่เงื่อนไขเชิงจีโอเมตริกเท่านั้นที่จะต้องพิจารณา แต่จำเป็นที่จะต้องพิจารณาขั้นตอนในแต่ละเฟสของการนำส่งเพื่อให้ถึงวงโคจรเป้าหมายโดยใช้เชื้อเพลิงน้อยที่สุด

สำหรับเวลาของการนำส่งไปยังวงโคจรค้างฟ้า (GEO : geostationary Earth orbit or geosynchronous equatorial orbit) ซึ่งจากเงื่อนไขความต้องการของระบบแล้ว ส่วนใหญ่จะนำไปสู่โอกาสการนำส่งได้สองครั้งต่อวัน ประมาณช่วงเที่ยงวันหรือเที่ยงคืน ตามเวลา ณ ฐานปล่อยจรวด ทั้งนี้หน้าการนำส่งจะถูกกำหนดโดยเงื่อนไขที่เกิดจากการผสมผสานในเรื่องที่เกี่ยวข้องกับกำลังไฟฟ้า การควบคุมอุณหภูมิ ตัวตรวจวัดไม่สามารถทำงานได้ในชั่วขณะที่เผชิญหน้าโดนตรงกับแสงจากดวงอาทิตย์ เป็นต้น

สำหรับพันธกิจการเดินทางระหว่างดวงดาว (interplanetary missions) การจัดตำแหน่งของดาวเคราะห์ ณ ที่ปล่อยจรวดจะเป็นประเด็นในการกำหนดหน้าต่างการนำส่ง ตัวอย่างเช่น การเดินทางไปยังดาวอังคารซึ่งแนววิถีการเดินทางที่มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางนั้นจะเป็นการปรับวงโคจรโดยใช้การถ่ายโอนโฮมันน์ (Hohmann transfer) รายละเอียดปรากฏใน http://www.space.mict.go.th/knowledge.php?id=satcon1

แนววิถีจากโลก(ต้นทาง) ไปดาวอังคาร (ปลายทาง) โดยใช้การถ่ายโอนโฮมันน์
John Stark, Peter Fortescue, and Graham Swinerd,
Spacecraft Systems Engineering (Aerospace Series), 4 edition, John Wiley, 2011


รูปข้างต้นแสดงเดินทางจากวงโคจรโลก (วงโคจรต้นทาง) ไปสู่วงโคจรดาวอังคาร (วงโคจรปลายทาง) โดยผ่านวงโครส่งผ่าน (transfer orbit) โดย ณ จุด Edepart ยานอวกาศจะทำการเร่งความเร็วเพื่อเดินทางออกจากวงโคจรโลก และเข้าสู่วงโคจรดาวอังคาร ณ จุด Marrival ซึ่งในกรณีนี้ สมมุติให้ตำแหน่งเริ่มต้นของดาวอังคาร ณ เวลาที่เดินทางออกจากวงโคจรโลก อยู่ที่จุด Mdepart และเวลาที่ดาวอังคารใช้ในเคลื่อนที่จากจุด Mdepart ไปยัง Marrival จะเท่ากับเวลาที่ยานอวกาศใช้ในการเดินทางไปครึ่งหนึ่งของวงโคจรส่งผ่าน (ประมาณ 259 วัน) ซึ่งรูปข้างต้นแสดงกายภาพของการเดินทางไปสู่ดาวเคราะห์ ณ เวลาที่เดินทางออกจากโลก ซึ่งทำมุม 45 องศาระหว่างโลกและดาวอังคาร โดยมีดวงอาทิตย์เป็นจุดศูนย์กลาง ทั้งนี้โอกาสของการนำส่งสู่แนววิถีของการถ่ายโอนโฮมันน์จะถูกจำกัดโดยตำแหน่งการเรียงตัวของดาวเคราะห์ ซึ่งจะเกิดซ้ำทุกๆ 780 วัน (คาบดิถีของดาวอังคารมีค่าประมาณ 2.14 ปี)

ทั้งนี้ ตำแหน่งการเรียงตัวของดาวเคราะห์จะเป็นตัวกำหนดหน้าต่างการนำส่ง ซึ่งช่วงเวลาดังกล่าวมีค่าประมาณ 2 สัปดาห์ โดยที่ค่าเวลาที่เดินทางจากวงโคจรโลกจะอยู่ประมาณตรงกลางของช่วงเวลาดังกล่าว และการหมุนของโลกในช่วงเวลาดังกล่าวจะเป็นตัวกำหนดให้คาบเวลาสำหรับการนำส่งสั้นลงในแต่ละวัน (คาบเวลาประมาณครึ่งชั่วโมง ถึง หนึ่งชั่วโมง)

จากรูปข้างต้น ตำแหน่งของ Earrival ณ Marrival สามารถคำนวณได้ในทำนองเดียวกัน ถ้าพันธกิจเป็นการเดินทางกลับมายังโลก (โดยผ่านวงโคจรส่งผ่านโอนโฮมันน์) การรอคอยเพื่อให้หน้าต่างการนำส่งโอกาสแรกเปิดสำหรับการเดินทางกลับโลกนั้น จำเป็นที่รอโดยการอาศัยอยู่บนดาวอังคารอีกประมาณ 16 เดือน และถ้าพลาดโอกาสแรกไปแล้ว จะต้องรออีก 1 คาบดิถีของดาวอังคาร (ประมาณ 2.14 ปี)

หน้าต่างการนำส่งสู่วงโคจร GTO (Geostationary Transfer Orbit) ของจรวดอารยัน 5
ที่มาของภาพ http://www.astro.cornell.edu/~berthoud/alpsat/chapter4b.html


แหล่งข้อมูลอ้างอิง

แก้ไขล่าสุด 31 สิงหาคม 2556

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]