ศูนย์รวมความรู้

กระทรวงเทคโนโลยี
สารสนเทศและการสื่อสาร

รายละเอียดแนวทางการพัฒนากิจการอวกาศ
ของประเทศไทย
 


หน่วยงานในสังกัดกระทรวงไอซีที












<< เชื่อมโยงเว็บไซต์ >>

  หน้าหลัก \ ศูนย์รวมความรู้

    ศูนย์รวมความรู้

โดย สมภพ ภูริวิกรัยพงศ์
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร 140 ถนนเชื่อมสัมพันธ์ เขตหนองจอก กรุงเทพ 10530
โทร 02-988-3655, 02-988-3666 ต่อ 2101 โทรสาร 02-988-4040 E-mail: [email protected]



หุ่นยนต์กำลังปฏิบัติการกอบกู้และกำจัดดาวเทียมที่ไม่ทำงานแล้วหรือหมดอายุการใช้งาน
ที่มาของภาพ : http://robots.net/article/3530.html

จากบทความเรื่องขยะอวกาศ ตอนที่ 1 ที่ได้มีการกล่าวถึงที่มาของขยะอวกาศในห้วงสิบปีที่ผ่านมา ในบทความตอนที่ 2 นี้ เราจะมาศึกษาการใช้หุ่นยนต์มาประยุกต์ใช้ในการกำจัดขยะอวกาศ

อย่างไรก็ตาม เมื่อกล่าวว่า “กำจัดขยะอวกาศ” จำเป็นที่จะต้องทำความเข้าใจในเบื้องต้นก่อนว่า เราไม่ได้ไปกำจัดทุกๆ อย่างที่ลอยอยู่ในอวกาศ เจ้าวัตถุอวกาศโดยเฉพาะที่สร้างขึ้นโดยฝีมือมนุษย์นั้น ยามที่มันทำงานตามที่เรากำหนดไว้และเรายังคงสามารถควบคุมมันได้ เราก็บอกว่ามันเป็นดาวเทียมบ้าง ยานอวกาศบ้าง สถานีอวกาศบ้าง แต่เมื่อไรก็ตามที่มันไม่สามารถทำงานได้ตามที่เราต้องการแล้ว หรือเราไม่สามารถควบคุมมันได้แล้ว เราเรียกวัตถุอวกาศเหล่านั้นว่า “ขยะอวกาศ” และมนุษย์เองก็พยายามหาทางกำจัดมันเนื่องจากไม่สามารถควบคุมมันได้แล้ว และเป็นกังวลว่าเจ้าขยะอวกาศเหล่านี้ จะก่อให้เกิดอุปสรรคอันไม่พึงประสงค์ รวมไปถึงอันตรายที่จะเกิดกับยานอวกาศ หรือ ดาวเทียม หรือ สถานีอวกาศ อื่นๆ ที่ยังคงทำงานได้ตามปกติ และรวมไปอันตรายที่เกิดกับนักบินอวกาศที่ปฏิบัติภารกิจอยู่ในอวกาศ

ตามที่ระบุไว้ในเนื้อหาของตอนที่ 1 ถึงแม้ขยะอวกาศที่ลอยอยู่ในวงโคจรใกล้โลก จะต้องใช้เวลาหลายสิบปีกว่าที่มันจะถูกดึงเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลก ในส่วนของวงโคจรค้างฟ้า ซึ่งเป็นวงโคจรที่มีมูลค่าทางเศรษฐกิจที่สูงมาก โดยเป็นที่ทราบกันดีว่า เมื่อดาวเทียมสื่อสารใกล้จะหมดอายุการทำงาน ดาวเทียมจะต้องเตรียมตัวที่จะผลักดันตัวมันเองไปสู่วงโคจรที่สูงขึ้น (หรือเรียกว่า วงโคจรสุสาน) เพื่อหลีกทางให้ดาวเทียมดวงใหม่ได้เข้ามาอยู่ในตำแหน่งดังกล่าว

คำถามที่น่าสนใจได้ถูกหยิบยกขึ้นมาดาวเทียมสื่อสารที่อยู่ในวงโคจรสุสาน ซึ่งก็ถือว่าเป็นขยะอวกาศเช่นกันนั้น น่าจะมีชิ้นส่วนหรืออุปกรณ์บางตัวของดาวเทียมเองที่ยังไม่ได้หมดอายุการทำงาน ทำอย่างไร ที่เราจะสามารถนำอุปกรณ์หรือชิ้นส่วนเหล่านั้นกลับมาใช้งานใหม่ได้ ซึ่งหลักการที่จะเรียนต่อไปนี้ ดูๆ แล้วหลักการก็ไม่ได้แตกต่างไปจากการแยกประเภทขยะบนพื้นโลก ที่มีการแยกขยะบางประเภทที่เราสามารถนำกลับมาใช้งานใหม่ได้ หลักการดังกล่าวได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในกรณีของดาวเทียมที่อยู่ในวงโคจรสุสาน

หุ่นยนต์บริการกำลังถอดสายอากาศที่ยังใช้งานได้ออกจากโครงสร้างดาวเทียมหมดอายุการใช้งานแล้ว
ที่มาของภาพ : http://www.kurzweilai.net/phoenix-rising-darpas-plan-to-repair-communication-satellites-in-orbit

หน่วยงานด้านความมั่นคงของกระทรวงกลาโหมแห่งสหรัฐอเมริกา ที่ชื่อว่า DARPA (The Defense Advanced Research Projects Agency) ได้วางแผนที่จะนำชิ้นส่วนหรืออุปกรณ์ของดาวเทียมที่หมดอายุแล้วกลับมาใช้งานใหม่ โดยใช้หุ่นยนต์เป็นตัวเก็บกู้ดาวเทียมเหล่านั้น ทั้งนี้แผนงานดังกล่าวของ DARPA มีชื่อว่า โปรแกรมฟีนิกซ์ (Phoenix program) มีวัตถุประสงค์ที่จะพัฒนาและแสดงเทคโนโลยีที่ใช้ในการการเก็บกู้และนำชิ้นส่วนของดาวเทียมที่หมดอายุการทำงานแล้ว (โดยเฉพาะกับดาวเทียมสื่อสารในวงโคจรค้างฟ้า) กลับมาใช้งานใหม่ ซึ่งจะเป็นการลดค่าใช้จ่ายได้เป็นอย่างมาก

ในปัจจุบัน เมื่อฟังก์ชันการทำงานของดาวเทียมสื่อสารล้มเหลวไม่สามารถทำงานให้บริการได้ตามปกติแล้ว นอกจากจะหมายความว่า เจ้าของดาวเทียมจะสูญเสียผลประโยชน์ทางธุรกิจเป็นจำนวนมหาศาลแล้ว อาจจะรวมไปถึงในกรณีที่เจ้าของดาวเทียมมีความต้องการที่จะส่งดาวเทียมดวงใหม่ขึ้นไปทดแทน ซึ่งจะต้องใช้งบประมาณอีกจำนวนมหาศาลในการสร้างดาวเทียมดวงใหม่และนำส่งขึ้นไปทดแทนดาวเทียมดวงเดิมที่ใช้งานไม่ได้แล้ว ถึงแม้ว่าค่าใช้จ่ายในส่วนหลังจะมีบริษัทประกันภัยจะเข้ามาชดเชยในบางส่วน

อย่างไรก็ตาม จากข้อมูลที่ปรากฏอยู่จะพบว่ามีดาวเทียมสื่อสารอีกเป็นจำนวนหนึ่งที่หมดอายุการทำงานแล้ว หรือ ยังไม่หมดอายุการใช้ทำงานตามที่กำหนดไว้แต่ฟังก์ชันการทำงานล้มเหลว แต่ดาวเทียมเหล่านี้ยังมีชิ้นส่วนหรืออุปกรณ์บางอย่างของดาวเทียมที่ยังสามารถทำงานได้อยู่ อาทิ สายอากาศ แผงเซลล์สุริยะ และอุปกรณ์อื่นๆที่มีอายุการทำงานยาวนานกว่าตัวดาวเทียม แต่ ณ ปัจจุบัน เราไม่สามารถนำชิ้นส่วนหรืออุปกรณ์ดังกล่าวกลับมาใช้งานใหม่ได้

ประเด็นในข้างต้น จึงเป็นจุดเริ่มของโปรแกรมฟีนิกซ์ ที่มีแผนจะพัฒนาเทคโนโลยีในการนำชิ้นส่วนหรืออุปกรณ์ที่ยังคงใช้งานได้ของดาวเทียมที่ไม่ทำงานแล้ว กลับมาใช้งานใหม่ โดยโปรแกรมฟีนิกซ์ จะพัฒนาและสร้างเทคโนโลยี โดยแบ่งออกเป็นสองส่วนได้แก่ หุ่นยนต์บริการหรือเทนเดอร์ (Servicing Robot or Tender) และ แซทเล็ท (satlet)

ส่วนหุ่นยนต์บริการหรือเทนเดอร์ จะถูกนำส่งไปสู่วงโคจรค้างฟ้า (โดยใช้การนำส่งไปพร้อมกับดาวเทียมสื่อสารดวงใดดวงหนึ่ง) เมื่อถึงวงโคจรค้างฟ้า เทนเดอร์จะรอคอยชุดอุปกรณ์แซทเล็ท (ที่จะถูกนำส่งมาพร้อมกับดาวเทียมสื่อสารอีกดวงหนึ่ง) เพื่อนำไปใช้ในภารกิจเฉพาะกับดาวเทียมสื่อสารดวงใดดวงหนึ่งที่หมดอายุการทำงานแล้ว ทั้งนี้ชุดอุปกรณ์ในแซทเล็ทที่ถูกส่งขึ้นไปแต่ละครั้งอาจจะไม่เหมือนกัน โดยจะขึ้นอยู่พันธกิจที่ต้องการ

แซทเล็ทเป็นดาวเทียมคลาสใหม่ที่มีขนาดเล็กมาก โดยจะมีลักษณะคล้ายดาวเทียมคลาสนาโน (nano satellites) ซึ่งจะถูกนำส่งไปยังวงโคจรค้างฟ้าได้ในลักษณะติดตั้งแนบไปกับดาวเทียมสื่อสาร โดยแซทเล็ทจะถูกบรรจุอยู่ภายในส่วนที่เรียกว่า PODS (payload orbital delivery system) เมื่อถึงวงโคจรค้างฟ้า PODS จะถูกปล่อยตัวออกจากดาวเทียมสื่อสาร เพื่อให้หุ่นยนต์บริการหรือเทนเดอร์ที่รออยู่แล้วในวงโคจรค้างฟ้า นำไปใช้ในการปฏิบัติภารกิจที่กำหนดไว้ต่อไป ทั้งนี้ใน DARPA มีแผนจะนำส่งแซทเล็ทขึ้นสู่อวกาศเฉลี่ยเดือนละหนึ่งครั้ง

การทำงานของโปรแกรมฟีนิกซ์
ที่มาของภาพ : http://www.aviationweek.com/Portals/AWeek/Ares/GrahamW/Phoenix%20Slide1.JPG

หลักการการทำงานของฟีนิกซ์
  • เริ่มต้นด้วยการส่ง หุ่นยนต์บริการหรือเทนเดอร์ พร้อมด้วยแขนกลของมัน ขึ้นสู่อวกาศไปยังวงโคจรค้างฟ้า เพื่อรอปฏิบัติภารกิจ ทั้งการนำส่งจะอาศัยไปกับการนำส่งดาวเทียมสื่อสารดวงหนึ่งที่กำลังจะถูกส่งไปสู่วงโคจรค้างฟ้า
  • เมื่อประสานงานกับเจ้าของดาวเทียมสื่อสารที่หมดอายุการทำงานแล้ว (ปัจจุบันดาวเทียมดังกล่าวอยู่ในวงโคจรสุสาน) เป็นที่เรียบร้อยแล้ว ดำเนินการสร้างแซทเล็ทขึ้นเฉพาะสำหรับภารกิจการที่กำหนดไว้
  • จากนั้น ทำการส่ง PODS (payload orbital delivery systems) ซึ่งบรรจุแซทเล็ท และเครื่องมือ (tools) ขึ้นสู่อวกาศ โดยเดินทางไปร่วมกับดาวเทียมสื่อสารที่จะถูกส่งขึ้นสู่วงโคจรค้างฟ้า (หมายเหตุ ดาวเทียมสื่อสารดวงนี้ ไม่ได้เกี่ยวข้องอะไรกับภารกิจนี้ โดยทำหน้าที่เพียงแต่ให้ PODS (ที่มี แซทเล็ท และเครื่องมือ) เดินทางไปด้วย
  • เมื่อถึงวงโคจรค้างฟ้าแล้ว PODS จะถูกดีดออกจากดาวเทียม โดยคำสั่งจากจากกลไกของหุ่นยนต์บริการหรือเทนเดอร์ ซึ่งหุ่นยนต์บริการจะทำการจับยึด PODS และจัดเก็บแซทเล็ทและเครื่องมือเข้าไปไว้ใน "toolbelt" ของหุ่นยนต์บริการ
  • จากนั้นหุ่นยนต์บริการหรือเทนเดอร์ ทำการปรับวงโคจรเดินทางไปยังวงโคจรสุสาน เพื่อไปพบกับดาวเทียมที่หมดอายุการทำงานแล้ว (ด้วยความร่วมมือกับเจ้าของดาวเทียมที่ยินยอมบริจาคดาวเทียมดวงดังกล่าว)
  • หุ่นยนต์บริการหรือเทนเดอร์ ทำการจับดาวเทียมที่หมดอายุการทำงานแล้ว และใช้แขนกลที่ถูกควบคุมด้วยระบบอัตโนมัติร่วมกับการสั่งการระยะไกลจากพื้นโลก ทำการยื่นไปที่สายอากาศของดาวเทียมดวงดังกล่าว โดยแซทเล็ททั้งหมดจะถูกใช้ในการสร้างการปฏิบัติการใหม่ของดาวเทียม
  • จากนั้น หุ่นยนต์บริการหรือเทนเดอร์จะแยกโครงสร้างที่ยึดสายอากาศออกจากตัวดาวเทียม และประกอบชุดควบคุมการทรงตัวที่เรียกว่า stem boom ซึ่งใช้หลักการการทรงตัวจากแรงโน้มถ่วง (gravity-stabilization boom)
  • จากนั้นหุ่นยนต์บริการหรือเทนเดอร์จะทำการเคลื่อนย้ายสายอากาศที่ถูกเปลี่ยนวัตถุประสงค์การทำงานใหม่แล้ว ไปยังตำแหน่งใหม่ในวงโคจรค้างฟ้า ที่ซึ่งดาวเทียมดวงดังกล่าวจะฟังก์ชันเป็นดาวเทียมสื่อสารสำหรับการสื่อสารติดต่อกับภาคพื้นดินและหุ่นยนต์บริการ ณ จุดนี้ ถือได้ว่าเป็นการสิ้นสุดภารกิจของหุ่นยนต์บริการ ที่นำสายอากาศของดาวเทียมดวงที่ไม่ทำงานแล้ว กลับมาใช้ใหม่ โดยมาติดตั้งเข้ากับแซทเล็ท เพื่อทำหน้าที่เป็นเครือข่ายการสื่อสารในวงโคจรค้างฟ้า
  • จากนั้นหุ่นยนต์บริการหรือเทนเดอร์ จะโคจรรอคอยอยู่ในวงโคจรค้างฟ้าสำหรับภารกิจต่อไป ในขณะที่แซทเล็ทชุดใหม่จะถูกส่งขึ้นมาจากพื้นโลก โดยขึ้นอยู่กับการนำส่งดาวเทียมสื่อสารดวงต่อไป
ภาพแสดง หุ่นยนต์บริการ PODS แซทเล็ท และแซทเล็ทที่ประกอบเข้ากับสายอากาศที่นำกลับมาใช้งานใหม่
ที่มาของภาพ : http://www.aviationweek.com/Portals/AWeek/Ares/GrahamW/Phoenix%20Slide5.JPG

DARPA มีแผนที่จะแสดงการทำงานของโปรแกรมฟีนิกซ์ในอวกาศ ในปี 2016 โดย DARPA ได้เผยแพร่วิดีโอที่แสดงถึงความก้าวงานของโปรแกรมในการสร้างและทดสอบส่วนที่สำคัญของระบบ รวมไปถึงหุ่นยนต์ FREND dexterous และแขนกล hyperdexterous ที่จะถูกใช้ในการยึดกล้องและชุดสร้างแสงสว่างให้กับพื้นที่ที่จะปฏิบัติการ โดยในเบื้องต้น DARPA วางแผนที่จะดำเนินการเก็บกู้ดาวเทียมสื่อสารจำนวน 140 ดวง จาก 500 ดวงที่อยู่ในวงโคจรสุสาน

แขนกลหุ่นยนต์แยกสายอากาศออกจากโครงสร้างดาวเทียมสื่อสารที่หมดอายุการทำงานแล้ว
จากนั้นประกอบแซทเล็ทเข้ากับสายอากาศดังกล่าว เพื่อสร้างชุดสื่อสารใหม่ในวงโคจรค้างฟ้า
ที่มาของภาพ : http://www.blogcdn.com/www.engadget.com/media/2011/10/10-21-2011graverobbingsatellite.jpg

ประเด็นสำคัญที่ผู้อ่านอาจจะมีคำถามว่า ทำไม DARPA จึงสนใจนำสายอากาศของดาวเทียมที่หมดอายุการทำงานแล้วกลับมาใช้งานใหม่ ทั้งมีเหตุผลหลายประการ

1. สายอากาศมีมูลค่าสูง

โดยทั่วไป ค่าเฉลี่ยของน้ำเฉลี่ยของน้ำหนักสายอากาศเมื่อเทียบกับน้ำหนักรวมของดาวเทียมจะมีค่าประมาณร้อยละ 2 แต่มูลค่าของสายอากาศมีค่าสูงมาก อาทิ โปรแกรม TDRS-K (Tracking and Data Relay Satellite) ของนาซา ที่เพิ่งถูกนำส่งขึ้นสู่อวกาศเมื่อเดือนมกราคม 2013 ที่ผ่านมา ได้บรรทุกสายอากาศพาราโบลิคขนาด 4.9 เมตร ซึ่งมีมูลค่า 350 ล้านเหรียญสหรัฐ สำหรับการสร้างและนำส่งขึ้นสู่อวกาศ

2. สายอากาศมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน

จากผลการวิเคราะห์ข้อมูลในอดีตที่ผ่านมา DARPA พบว่า อุปกรณ์ของดาวเทียม อาทิ แบตเตอร์รี่ แผงเซลสุริยะ จะมีอายุการใช้งานในวงโคจรประมาณ 15 ปี แต่สำหรับสายอากาศ เราสามารถใช้งานมันได้ยาวนานมากกว่า 100 ปี นอกจากนี้ การนำสายอากาศขนาดใหญ่กลับมาใช้งานใหม่ ยังเป็นการหลีกเลี่ยงความเสี่ยงของกระบวนการห่อสายอากาศสำหรับการติดตั้งในจรวด และความเสี่ยงในขณะทำการคลี่สายอากาศออกในอวกาศ

ท้ายที่สุด อีกไม่นานเราก็จะได้รับทราบว่าการเก็บกู้นำสายอากาศดาวเทียมกลับมาใช้งานใหม่ของโปรแกรมฟีนิกซ์ ประสบความสำเร็จมากน้อยเพียงใด

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

แก้ไขล่าสุด 1 ตุลาคม 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]