ศูนย์รวมความรู้

กระทรวงเทคโนโลยี
สารสนเทศและการสื่อสาร

รายละเอียดแนวทางการพัฒนากิจการอวกาศ
ของประเทศไทย
 


หน่วยงานในสังกัดกระทรวงไอซีที












<< เชื่อมโยงเว็บไซต์ >>

  หน้าหลัก \ ศูนย์รวมความรู้

    ศูนย์รวมความรู้

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


บทคัดย่อ
ไทพัฒเป็นดาวเทียมขนาดเล็กดวงแรกของประเทศไทยที่ออกแบบและสร้างโดยทีมวิศวกรไทย ภายใต้ความร่วมมือระหว่างภาคเอกชนของไทยและมหาวิทยาลัยเซอร์เรย์ แห่งประเทศอังกฤษ โดยภาคเอกชนของไทยประกอบด้วยมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร(สถาบันอุดมศึกษาเอกชน) และบริษัทยูไนเต็ด คอมมิวนิเคชัน จำกัด (UCOM) โดยมีวัตถุประสงค์ของโครงการเพื่อถ่ายทอดเทคโนโลยีการออกแบบสร้างและทดสอบดาวเทียมขนาดเล็ก ในช่วงเวลาเริ่มต้นของโครงการเมื่อเดือนเมษายน 2539 ชื่อของโครงการและตัวดาวเทียมถูกเรียกว่า TMSAT (Thai Micro-SATellite) ทีมวิศวกรไทยใช้ระยะเวลา 1 ปีในการออกแบบและสร้างดาวเทียม โดยเสร็จสมบูรณ์เมื่อเดือนเมษายน 2540 เพย์โหลดของดาวเทียมไทพัฒประกอบด้วยระบบกล้องถ่ายภาพแบบหลายย่านสเปกตรัมที่มีความละเอียด 65 เมตร ระบบสื่อสารข้อมูลดิจิทัลแบบจัดเก็บและส่งผ่าน ระบบประมวลสัญญาณดิจิทัล และเครื่องรับจีพีเอส ดาวเทียม TMSAT ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 10 กรกฎาคม 2541 ด้วยจรวด Zenith-II จากฐานยิงเมืองไบคานัว ประเทศคาซัคสถาน เมื่อเวลา 13.30 น. ตามเวลาในประเทศไทย โดยมีวงโคจรแบบสัมพันธ์กับดาวอาทิตย์ ที่ความสูง 815 กิโลเมตรจากพื้นโลก และมุมระนาบวงโคจรที่ 98 องศา ดาวเทียม TMSAT ต่อมาได้รับพระมหากรุณาธิคุณจากพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุยเดช พระราชทาน ชื่อว่าดาวเทียมว่า “ไทพัฒ” เมื่อเดือนตุลาคม 2541

Abstract
Thaipat was a Thailand’s first microsatellite designed and built by 12 Thai engineers. The technology transfer and training was a one year program under the corporation between university of Surrey and 2 private Thailand’s companies; Mahanakorn University of Technology (MUT) and United Communication limited (UCOM). The objective was to transfer the knowledge and expertise of the designing, testing and building a small satellite. The program was commenced in April 1996, and completed in April 1997. The original title of program and spacecraft was the TMSAT (Thai Micro-SATellite). Thaipat was a name given by the King Phumipol, in October 1998. The main payload on boarded Thaipat was a multi-spectral Earth observation cameras, 65 metre resolution. The other payloads were digital store-forward communications payload, DSP payload and GPS receiver. On 10 July 1998, Thaipat was launched by the Zenith-II launcher into Sun-synchronous orbit at 815 km altitude and 98 degree inclination.

บทนำ (Introduction)
เนื่องจากในอดีตที่ผ่านมา การพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศและบุคลากรด้านเทคโนโลยีอวกาศของประเทศไทยประสบปัญหาในหลายๆ ด้าน จากมูลเหตุดังกล่าวทำให้มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานครได้ตระหนักและเล็งเห็นถึงความสำคัญในการที่จะพัฒนาบุคลากรในด้านนี้ รวมไปถึงได้กำหนดยุทธศาสตร์ที่จะพัฒนาการเรียนการสอนของมหาวิทยาลัยฯ ให้รองรับกับการเปลี่ยนแปลงและพัฒนาของเทคโนโลยีอวกาศที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง

จากเหตุผลข้างต้น มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานครและบริษัทยูไนเต็ดคอมมิวนิเคชัน จำกัด (UCOM) ได้ลงนามความร่วมมือกับมหาวิทยาลัยเซอร์เรย์ ประเทศอังกฤษ เมื่อวันที่ 28 พฤศจิกายน 2538 เพื่อดำเนินโครงการถ่ายทอดเทคโนโลยีการออกแบบและสร้างดาวเทียมขนาดเล็ก โดยที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานครได้คัดเลือกอาจารย์ประจำคณะวิศวกรรมศาสตร์ของมหาวิทยาลัยฯ จำนวน11 คน ร่วมกับวิศวกรของบริษัท UCOM 1 คน เข้ารับการถ่ายทอดเทคโนโลยีการออกแบบสร้างและทดสอบดาวเทียมที่ศูนย์วิจัยวิศวกรรมดาวเทียม (Centre for Satellite Engineering Research - CSER) ที่มหาวิทยาลัยเซอร์เรย์ โดยมี ดร. สุเจตน์ จันทรังษ์ เป็นผู้จัดการโครงการ โดยโครงการได้เริ่มต้นเมื่อเดือนเมษายน 2539

ในช่วงเริ่มต้นของโครงการ ชื่อของโครงการและตัวดาวเทียมถูกเรียกว่า TMSAT (Thai Micro-SATellite) ทีมวิศวกรไทยได้เรียนรู้พื้นฐานการออกแบบสร้างดาวเทียมและได้ดำเนินการปฏิบัติการสร้างดาวเทียมจริง โดยรวมแล้วใช้เวลา 1 ปี ในการสร้างและทดสอบ โดยเสร็จสิ้นเมื่อเดือนเมษายน 2540 นับเป็นดาวเทียมดวงแรกที่ออกแบบและสร้างโดยคนไทย อีกทั้งเป็นก้าวแรกที่ประเทศไทยเข้าสู่กิจการอวกาศอย่างเช่นประเทศที่พัฒนาแล้ว [1]

รูปที่ 1 ดาวเทียมไทพัฒ

ในการส่งดาวเทียมขึ้นสู่อวกาศ TMSAT ถูกติดตั้งกับดาวเทียมหลักชื่อ Resure-4 ของรัสเซียร่วมกับดาวเทียมขนาดเล็กอีก 4 ดวง โดยดาวเทียมทั้งหมดถูกปล่อยเข้าสู่วงโคจรเมื่อวันที่ 10 กรกฎาคม 2541 ด้วยจรวด Zenith-II จากฐานยิงเมืองไบคานัว ประเทศคาซัคสถาน เมื่อเวลา 13.30 น. ตามเวลาในประเทศไทย ดาวเทียม TMSAT ต่อมาได้รับพระมหากรุณาธิคุณจากพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดช พระราชทาน ชื่อว่าดาวเทียมว่า "ไทพัฒ" เมื่อเดือนตุลาคม 2541

รูปที่ 2 ดาวเทียมไทพัฒและทีมวิศวกรไทย

โครงสร้างและระบบย่อยของดาวเทียม
ดาวเทียมไทพัฒถูกออกแบบให้มีโครงสร้างทางกาย ภาพขนาด 35x35x60 ซม3 และมีน้ำหนักรวมประมาณ 50 กิโลกรัม ภายในดาวเทียมจะประกอบด้วยระบบย่อยต่างๆซึ่งเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่บรรจุอยู่ในโมดูลอลูมิเนียม โดยที่แต่ละระบบย่อยหรือแต่ละโมดูลจะวางซ้อนเรียงกันดังแสดงในรูปที่ 3 สำหรับด้านนอกทั้งสี่ด้านของดาวเทียมจะมีแผงเซล์สุริยะติดตั้งอยู่เพื่อรับพลังงานแสงอาทิตย์ ส่วนด้านล่างของดาวเทียม (ตามรูปที่ 3) จะชี้ไปในอวกาศจะมี gravity gradient boom ติดตั้งอยู่เพื่อทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ควบคุมการทรงตัวแบบแพสซีสของดาวเทียม สำหรับด้านบนของดาวเทียมจะชี้เข้าหาโลกนั้น จะมีอุปกรณ์และตัวตรวจวัดติดตั้งอยู่ อาทิเช่น เลนส์ของระบบถ่ายภาพ ตัววัดสนามแม่เหล็กโลก (magnetometer) ตัวตรวจวัดดวงอาทิตย์ (Sun sensor)

รูปที่ 3 โครงสร้างกายภาพของดาวเทียมไทพัฒ

ระบบบัสและเพย์โหลดของดาวเทียมไทพัฒมีดังนี้
ระบบบัสของดาวเทียมไทพัฒ
คอมพิวเตอร์ OBC (On Board Computer)
    OBC เป็นคอมพิวเตอร์ส่วนกลางทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของดาวเทียมไทพัฒและจัดการข้อมูลทั้งหมดที่จะมีการสื่อสารกับสถานีภาคพื้นดิน ไทพัฒมี OBC จำนวน 2 โมดูล ได้แก่ OBC-186 (ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ 80186) และ OBC-386 (ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ 80386) โดยโมดูล OBC-186 จะเป็นโมดูลหลักในการทำงาน ส่วนโมดูล OBC-386 เป็นโมดูลสำรองเพื่อทดสอบการทำงานตามฟังก์ชันของ OBC และทดสอบการประมวลภาพถ่ายเบื้องต้นจากระบบถ่ายภาพ เนื่องจาก OBC-386 เป็นโมดูลใหม่ที่ยังไม่เคยถูกใช้งานในอวกาศมาก่อน
รูปที่ 4 โมดูล OBC-186 และ OBC-386

    หน่วยความจำของโมดูล OBC-186 และ OBC-386 มีขนาด 16 เมกกะไบต์ และ 128 เมกกะไบต์ ตามลำดับ นอกจากนี้ โมดูล OBC-186 และ OBC-386 ได้ถูกออกแบบให้มีวงจร EDAC เพื่อป้องกัน SEU นอกจากนี้อุปกรณ์ฟิวส์อิเล็กทรอนิกส์ได้ถูกบรรจุในโมดูล OBC เพื่อเพื่อป้องกันผลของ SEL
ระบบไฟฟ้าต้นกำลัง (Power system)
    เซลล์สุริยะชนิด GaAs จำนวน 4 แผง ถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานไฟฟ้า โดยแต่ละแผงให้พลังงาน 35 วัตต์ (35 โวลต์ 1 แอมป์) นอกจากนี้ แบตเตอรี่ชนิด NiCd ขนาด 7 A-h จำนวน 10 เซลล์ ได้ถูกคัดเลือกและทดสอบตามมาตรฐานด้านอวกาศ เพื่อนำมาใช้งานเป็นอุปกรณ์เก็บพลังงานไฟฟ้า
    นอกจากนี้ โมดูลของระบบไฟฟ้าต้นกำลังยังมีวงจรชาร์จแบตเตอรี่และวงจรเรคกูเลตแรงดันไฟฟ้า ซึ่งแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในดาวเทียมไทพัฒมี 5 โวลต์, ±10 โวลต์ และ 14 โวลต์
รูปที่ 5 โมดูลแบตเตอรี่ และระบบไฟฟ้า

ระบบสื่อสารสัญญาณวิทยุ (Radio Communication System)
    ดาวเทียมไทพัฒมีชุดรับสัญญาณวิทยุย่านความถี่ VHF (140 MHz ถึง 150 MHz) จำนวน 3 ช่อง สำหรับชุดส่งสัญญาณวิทยุมีจำนวน 2 ชุด ซึ่งมีกำลังส่ง 2 วัตต์และ 10 วัตต์ตามลำดับ โดยส่งสัญญาณความถี่ย่าน UHF (430 MHz ถึง 435 MHz) อัตราการสื่อสารข้อมูลมี 3 อัตรา ได้แก่ 9600, 38400 และ 76800 บิทต่อวินาที
    ในส่วนของสายอากาศ ดาวเทียมไทพัฒใช้สายอากาศแบบโมโนโพลจำนวน 4 ต้นสำหรับชุดส่งและ 4 ต้นสำหรับชุดรับดังแสดงในรูปที่ 3
    นอกจากนี้ ดาวเทียมไทพัฒยังมีชุดรับ DTE (Data Transfer Experimental) อีก 2 ชุด เพื่อสนับสนุนการทดลองระบบสื่อสารที่ใช้การประมวลสัญญาณดิจิทัล DSP โดยชุดรับ DTE ดังกล่าวจะให้สัญญาณความถี่กลาง IF ที่ความถี่ที่อุปกรณ์ DSP สามารถประมวลผลได้
รูปที่ 6 โมดูลชุดรับและชุดส่งสัญญาณวิทยุ

ระบบโทรมาตรและคำสั่ง TTC (Telemetry and Telecommand System)
    ฟังก์ชันโทรมาตรของ TTC ทำหน้าตรวจสอบสถานะการทำงานของระบบย่อยต่างๆ ภายในดาวเทียม รวมไปถึงการตรวจวัดแรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้าของแต่ละโมดูล นอกจากนี้ ฟังก์ชันโทรมาตรยังถูกใช้ในการตรวจสอบการทำงานของโปรแกรมที่ทำงานอยูใน OBC
    สำหรับฟังก์ชันคำสั่งของ TTC ทำหน้าที่สั่งการและควบคุมการทำงานของระบบย่อยต่างๆ ของทั้งดาวเทียม รวมไปถึงการสั่งการให้สวิตซ์กำลังต่างๆ ทำงานตามความต้องการของผู้ดูแลควบคุมดาวเทียมที่สถานีภาคพื้นดิน
    เพื่อให้โทรมาตรและคำสั่งของ TTC จากสถานีควบคุมภาคพื้นดินทำงานร่วมกับระบบย่อยต่างๆ ของดาวเทียมได้เต็มประสิทธิภาพ ดาวเทียมไทพัฒได้ถูกออกแบบให้มีระบบสื่อสารข้อมูลภายในตัวดาวเทียมเป็นแบบโครงข่าย CAN จำนวน 2 โครงข่าย และ DASH (Data Asynchronous Sharing Network) 1 โครงข่าย
ระบบควบคุมการวางตัว ADCS (Attitude Determination and Control System)
    ในการคำนวณหาการวางตัวของไทพัฒในอวกาศ ข้อมูลการวัดจากตัวตรวจวัดสนามแม่เหล็กโลก (magenetometer) ตัวตรวจวัดดวงอาทิตย์ (Sun sensor) และ ตัวตรวจวัดแสงสะท้อนจากโลก EUD (Earth Underneath Detection) ถูกนำไปใช้ในการคำนวณหามุมการวางตัว (โรล พิตซ์ และ ยอ) ซึ่งโปรแกรมทางคำนวณเชิงคณิตศาสตร์ทำงานอยู่บนบอร์ดคอมพิวเตอร์ OBC
    ในการควบคุมการวางตัวของดาวเทียม ไทพัฒใช้อุปกรณ์ทั้งแบบแพสซีสและแอคทีฟ อุปกรณ์แพสซีสได้แก่ บูม (boom) ที่มีความยาวประมาณ 6.30 เมตร และมีมวลน้ำหนัก 2 กิโลกรัมติดตั้งอยู่ที่ปลาย ดังนั้นเมื่อมีแรงจากภายนอกมารบกวนการวางตัวของดาวเทียม ผลของแรงดังกล่าวจะถูกถ่ายเทไปยังส่วนปลายของบูม สำหรับอุปกรณ์ควบคุมการวางตัวแบบแอคทีฟที่ไทพัฒใช้งานได้แก่ วงล้อโมเมนตัม (momentum wheel) ที่หมุนด้วยความเร็วคงที่ เพื่อสร้างแรงโมเมนตัมที่ทำให้ดาวเทียมทรงตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยวงล้อดังกล่าวถูกวางอยู่ในแกนของมุมพิตซ์ เพื่อให้ดาวเทียมไทพัฒถูกควบคุมในโหมดที่เรียกว่า พิตซ์โมเมนตัมไบอัส
    นอกจาก วงล้อโมเมนตัม อุปกรณ์แอคทีฟที่เรียกว่า magnetorquer ถูกวางอยู่ด้านหลังแผงเซลล์สุริยะในแกนทั้งสามของดาวเทียม เพื่อทำหน้าที่สร้างสนามแม่เหล็กขึ้น เพื่อใช้ในการปรับมุมการวางตัวของดาวเทียม
รูปที่ 7 วงล้อและโมดูล ADCS

เพย์โหลดของดาวเทียมไทพัฒ
เพย์โหลดของดาวเทียมไทพัฒ ได้แก่ ระบบถ่ายภาพ ชุดทดลองการประมวลสัญญาณดิจิทัลสำหรับพัฒนาระบบสื่อสาร และ เครื่องรับจีพีเอส

ระบบถ่ายภาพ EIS (Earth Imaging System)
    ระบบถ่ายภาพของดาวเทียมไทพัฒประกอบด้วยกล้องมุมกว้าง 1 ชุด (ความละเอียด 1.2 กิโลเมตร) กล้องมุมแคบ 3 ชุด (ความละเอียด 65 เมตร) และกล้อง CMOS 1 ชุด โดยกล้องมุมแคบทั้งสามชุดติดตั้งแผ่นกรองความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน เพื่อประโยชน์ในการวิเคราะห์ภาพถ่ายทางรีโมตเซนซิ่ง โดยเลือกความยาวคลื่นของแสงสีเขียว สีแดง และ ย่านอินฟาเรดใกล้
รูปที่ 8 โมดูลกล้องมุมกว้างและกล้องมุมแคบ

    กล้องแต่ละชุดจะมีไมโครคอนโทรลเลอร์ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมการถ่ายภาพและส่งผ่านข้อมูลภาพถ่ายด้วยอัตรา 10 ถึง 20 เมกกะบิทต่อวินาทีให้กับตัวประมวลผลทรานสพิวเตอร์ (Transputer) ซึ่งทำหน้าที่ประมวลผลภาพถ่ายเบื้องต้นและบีบอัดข้อมูล ไทพัฒมีโมดูลทรานสพิวเตอร์ 2 ชุด เพื่อทำหน้าที่ดังกล่าว สาเหตุที่ต้องใช้ทรานสพิวเตอร์ เนื่องจาก OBC มีหน้าที่หลักในการดูแลการทำงานของทุกระบบในดาวเทียม จึงไม่เหมาะที่จะใช้ OBC-186 ในการประมวลผลภาพถ่าย นอกจากนี้การประมวลผลของทรานสพิวเตอร์มีความเร็วที่สูงกว่า OBC-186 หลายเท่า รวมไปถึงทรานสพิวเตอร์มีช่องสื่อสารข้อมูลอนุกรมที่มีความเร็วสูงถึง 20 เมกกะบิทต่อวินาที ซึ่งจำเป็นต่อการดึงข้อมูลภาพถ่ายออกจากกล้อง เพื่อสนับสนุนการถ่ายภาพแบบต่อเนื่อง[2]
รูปที่ 9 โมดูลทรานสพิวเตอร์

    โมดูลทรานสพิวเตอร์แต่ละชุดประกอบด้วยชิป Inmos T805 ซึ่งเป็นหน่วยประมวลผลกลางขนาด 32 บิท ทำงานที่ความถี่ 25 MHz หน่วยความจำขนาด 4 เมกกะไบต์ โดยมีวงจร EDAC ทำงานร่วมอยู่ด้วย
    การส่งข้อมูลภาพถ่ายที่ถูกประมวลผลแล้วไปยังโมดูล OBC (เพื่อส่งข้อมูลภาพลงสู่สถานีภาคพื้นดินต่อไป) สามารถผ่านโครงข่าย CAN และ DASH ได้ นอกจากนี้ ไทพัฒได้ถูกออกแบบให้มีช่องสื่อสารข้อมูลที่เชื่อมต่อโดยตรงระหว่างโมดูล OBC และ ทรานสพิวเตอร์
เพย์โหลด DTE และ DSP
    DTE เป็นชุดรับสัญญาณวิทยุย่านความถี่ VHF (140 MHz ถึง 150 MHz) โดยมีชุดดีมอดูเลตแบบ FSK ที่อัตรา 9600 บิทต่อวินาที ชุด DTE จะจัดเตรียมสัญญาณป้อนให้กับโมดูล DSP ใน 2 ลักษณะ ได้แก่ สัญญาณความถี่กลาง IF ที่ 200 kHz โดยมีความกว้าง 15 kHz และสัญญาณเอฟเอ็มดิสคริมิเนเตอร์[3]
    ในส่วนของโมดูล DSP ประกอบด้วยตัวชิป DSP TM320C31 ทำงานที่ความถี่ 40 MHz และหน่วยความจำข้อมูล 1 เมกกะไบต์ ทั้งโมดูล DSP และ DTE มีการเชื่อมต่อกับโครงข่าย CAN และ DASH โมดูล DSP ถูกออกแบบให้ทำงานร่วมกับ DTE เพื่อการทดลองหลายประการ [4] อาทิเช่น การสแกนย่านความถี่สเตปละ 5 kHz การจำลองการทำงานเป็นโมเด็ม การวิเคราะห์สัญญาณคลื่นวิทยุบนดาวเทียม และ ทดลองแพร่สัญญาณเสียงดิจิทัล
รูปที่ 10 โมดูล DTE และ DSP

เพย์โหลดเครื่องรับจีพีเอส
    ไทพัฒเป็นดาวเทียมรุ่นแรกๆ ที่มีเครื่องรับจีพีเอสอยู่บนดาวเทียม โดยเครื่องรับจีพีเอสดังกล่าวได้ถูกออกแบบโดยใช้ชิปเซทของบริษัท GEC Plessey และมีสถาปัตยกรรม ดังแสดงในรูปที่ 11 [5]
รูปที่ 11สถาปัตยกรรมเครื่องรับจีพีเอสของไทพัฒ

    โดยปกติแล้ว เครื่องรับจีพีเอสจะประกอบด้วยสายอากาศจีพีเอสและวงจรอาร์เอฟส่วนหน้า (RF front end) เพียง 1 ชุด ทำงานร่วมกับส่วนของวงจรคอลีเรเตอร์และไมโครโปรเซสเซอร์ แต่เครื่องรับจีพีเอสของไทพัฒได้ถูกออกแบบให้มีวงจรอาร์เอฟส่วนหน้าจำนวน 2 ชุด ซึ่งทำให้เชื่อมต่อกับสายอากาศจีพีเอส 2 ชุด เพื่อทำการทดลองวัดความแตกต่างสัญญาณคลื่นพาห์ ซึ่งจะมีประโยชน์ต่อการทำวิจัยด้านการคำนวณหาการวางตัวของดาวเทียมโดยใช้สัญญาณคลื่นพาห์จีพีเอส
    จากรูปที่ 11 วงจรคอลีเรเตอร์ที่เลือกใช้มีชุดติดตามสัญญาณจีพีเอสจำนวน 12 ชุด ทำให้เครื่องรับที่ออกแบบไว้สามารถรับสัญญาณจากดาวเทียมจีพีเอสพร้อมกันได้ถึง 12 ดวง นอกจากนี้ ไมโครโปรเซสเซอร์ที่เลือกใช้งานนั้นมีโครงสร้างสถาปัตยกรรมแบบ RISC ในส่วนของหน่วยความจำได้ถูกป้องกันด้วยวงจร EDAC
รูปที่ 12 วงจรดิจิทัลและแอนะลอกของเครื่องรับจีพีเอส

การออกแบบสร้างและทดสอบ
ในการออกแบบสร้างและทดสอบดาวเทียมไทพัฒมีขบวนการหลายขั้นตอน โดยในระหว่างการออกแบบวงจรของแต่ละโมดูลได้มีการตรวจสอบหลายรอบ เพื่อให้มั่นใจว่ามีความผิดพลาดน้อยที่สุด หลังจากนั้นจะทำการผลิตแผ่นพิมพ์ลายวงจรครั้งที่ 1 โดยเรียกบอร์ดวงจรของแต่ละโมดูลว่า "engineering module" จากนั้นก็จะเป็นการบัดกรีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ลงบนแผ่นพิมพ์ลายวงจรดังกล่าว โดยผู้ที่สามารถจะทำการบัดกรีได้จำเป็นต้องผ่านการทดสอบความสามารถเสียก่อน

รูปที่ 13 การทดสอบโมดูลของดาวเทียมไทพัฒ

การทดสอบ engineering module ของแต่ละโมดูลจะรับผิดชอบโดยวิศวกรผู้ออกแบบวงจร โดยการทดสอบจะทำทั้งในส่วนของฮาร์ดแวร์และซอฟแวร์ ถ้ามีการพบข้อผิดพลาดก็จะดำเนินการแก้ไขจนเป็นที่เรียบร้อย หลังจากนั้นจะเป็นขบวนการผลิตแผ่นพิมพ์ลายวงจรครั้งที่ 2 เพื่อสร้าง "flight module" ซึ่งในการลงและบัดกรีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บน flight module จะต้องใช้วิศวกรหรือช่างเทคนิคที่ได้สอบผ่านตามมาตรฐานของหน่วยงานด้านอวกาศ อาทิเช่น ESA (European Space Agency)

ขบวนการ AIT (Assembly, Integration and Test)
เมื่อ flight module ของทุกโมดูลเสร็จเรียบร้อยจะมีการทดสอบซ้ำอีกครั้ง หลังจากนั้นจะเป็นขบวนการ AIT ซึ่งจะทำการประกอบแต่ละโมดูลเข้ากับโครงสร้างของตัวดาวเทียม พร้อมกับเชื่อมต่อแต่ละโมดูลเข้าด้วยกัน ดังแสดงในรูปที่ 14 ซึ่งการประกอบและทดสอบในแต่ละส่วนจะทำในห้องปลอดฝุ่น

รูปที่ 14 ขบวนการ AIT ดาวเทียมไทพัฒ

เมื่อการประกอบและเชื่อมต่อแต่ละโมดูลเข้าด้วยกันเป็นที่เรียบร้อย การทดสอบฟังก์ชันการทำงานของดาวเทียมทั้งดวงจะเริ่มต้นขึ้น โดยแต่ละทีมวิศวกรย่อยจะร่วมกันทดสอบการทำงานของโมดูลที่ต้องทำงานร่วมกัน

การทดสอบเชิงสภาพแวดล้อม
เมื่อดาวเทียมไทพัฒทั้งดวงได้ถูกประกอบและทดสอบในห้องปฏิบัติการเป็นที่เรียบร้อยแล้ว การทดสอบเชิงสภาพแวดล้อมจะต้องดำเนินการเพื่อให้มั่นใจว่าดาวเทียมสามารถทำงานได้ตามปกติในสภาวะแวดล้อมที่จำลองขึ้นโดยมีความคล้ายกับสภาพแวดล้อมในอวกาศ

รูปที่ 15 การทดสอบเชิงสภาพแวดล้อม

การทดสอบเชิงสภาพแวดล้อมสำหรับดาวเทียมไทพัฒได้มีขึ้นที่ห้องปฏิบัติการฐานทัพอากาศ Franborough ประเทศอังกฤษ โดยดาวเทียมไทพัฒและดาวเทียมฟาแซทของประเทศชิลี ถูกนำไปบรรจุในห้องทดสอบที่เรียกว่า Thermal-Vacuum Chamber โดยอากาศภายในห้องทดสอบจะถูกปั๊มออกจนมีสภาพเป็นสูญญากาศ พร้อมกันนี้ภายในห้องทดสอบจะถูกตั้งค่าอุณหภูมิให้มีการเปลี่ยนแปลงตามเวลา เพื่อจำลองสภาพแวดล้อมอวกาศ

การทดสอบเชิงกายภาพ
นอกจากการทดสอบเชิงสภาพแวดล้อมแล้ว การทดสอบเชิงกายภาพจำเป็นที่จะต้องดำเนินการตามเงื่อนไขของบริษัทผู้ขนส่งดาวเทียมสู่อวกาศ โดยการทดสอบเชิงกายภาพจะเป็นการทดสอบโครงสร้างของดาวเทียมว่ามีความทนทานเพียงพอต่อการสั่นที่เกิดขึ้นในขณะที่จรวดนำส่งดาวเทียมกำลังเคลื่อนที่ขึ้นสู่อวกาศ

การทดสอบความพร้อมก่อนส่งขึ้นสู่อวกาศ
เมื่อดาวเทียมไทพัฒถูกขนส่งไปที่ฐานยิง จำเป็นที่ทีมวิศวกรจะต้องตรวจสอบสภาพความพร้อมของไทพัฒเป็นครั้งสุดท้ายก่อนที่จะถูกนำส่งขึ้นสู่อวกาศ อาทิเช่น ชาร์จแบตเตอรี่ให้เต็ม ทำการตรวจสอบระบบสื่อสาร ตรวจสอบการทำงานของระบบบัส เป็นต้น

รูปที่ 16 ดาวเทียมไทพัฒและจรวจ Zenith II

สถานีภาคพื้นดิน
สถานีภาคพื้นดินของดาวเทียมไทพัฒตั้งอยู่ที่ชั้น 11 อาคาร D ในบริเวณมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร สถานีภาคพื้นดินนี้นอกจากใช้ควบคุมสื่อสารกับดาวเทียมไทพัฒแล้ว ยังสามารถใช้งานในการติดต่อสื่อสารกับดาวเทียมวงโคจรต่ำที่ใช้ความถี่ย่านวิทยุสมัครเล่นดวงอื่นๆ ด้วย

การสื่อสารระหว่างดาวเทียมไทพัฒกับสถานีภาคพื้นดินเป็นแบบดิจิทัล โดยข้อมูลดิจิทัลที่ถูกส่งออกมาจากคอมพิวเตอร์จะถูกจัดให้มีรูปแบบตามโปรโตคอล PACSAT แล้วส่งผ่านเครื่องวิทยุรับส่ง

ระบบคอมพิวเตอร์ภายในสถานีภาคพื้นดินทั้ง 4 เครื่องเชื่อมต่อกันเป็นโครงข่ายและทำงานประสานกันอย่างอัตโนมัติ 24 ชั่วโมง คอมพิวเตอร์ TRACKING ทำหน้าที่คำนวณตำแหน่งและเวลาที่ดาวเทียมจะโคจรขึ้นมาพ้นขอบฟ้าและติดต่อกับสถานีภาคพื้นดินได้ คอมพิวเตอร์ CONTROL ทำหน้าที่ควบคุมอุปกรณ์สื่อสารและสายอากาศให้มีทิศทางชี้ไปยังตำแหน่งของดาวเทียมดลอดเวลาที่ทำการสื่อสาร คอมพิวเตอร์ TELEMETRY ทำหน้าที่รับข้อมูลสถานะของดาวเทียมเพื่อใช้ในการวิเคราะห์และควบคุมต่อไป คอมพิวเตอร์ DATA ใช้เก็บข้อมูลที่จะส่งขึ้นไปยังดาวเทียมและรับข้อมูล อาทิเช่นภาพถ่ายจากดาวเทียมโดยอัตโนมัติ [6]

รูปที่ 17 สถานีภาคพื้นดินของดาวเทียมไทพัฒ

อภิธานศัพท์ (Glossary)
วิศวกรรมระบบดาวเทียม(Satellite Systems Engineering)
วิศวกรรมระบบดาวเทียม ประกอบด้วย 3 ส่วนหลัก ได้แก่ 1) ส่วนที่อยู่ในอวกาศ ซึ่งก็คือตัวดาวเทียม 2) สถานีภาคพื้นดิน และ 3) จรวดที่นำส่งดาวเทียมขึ้นสู่อวกาศ

บัส (Bus)
บัส เป็นระบบที่จำเป็นต้องมีในดาวเทียมดวงหนึ่งๆ เพื่อให้ดาวเทียมสามารถทำงานได้ตามฟังก์ชันพื้นฐาน อาทิเช่น การสื่อสารติดต่อกับสถานีภาคพื้นดิน การควบคุมการวางตัวและวงโคจรของดาวเทียม การโทรมาตรและคำสั่ง การควบคุมอุณหภูมิภายในดาวเทียม การจัดการข้อมูลที่รับส่งเชื่อมโยงกับระบบย่อยต่างๆ ภายในดาวเทียม เป็นต้น นอกจากนี้ บัสจะต้องสนับสนุนการทำงานให้กับอุปกรณ์หรือระบบที่เป็นเพย์โหลด

เพย์โหลด (Payload)
เพย์โหลด เป็นอุปกรณ์หรือระบบย่อยที่ติดตั้งบนดาวเทียม เพื่อทำงานตามพันธกิจของโครงการดาวเทียมนั้นๆ อาทิเช่น ระบบถ่ายภาพของดาวเทียมสำรวจโลกหรือดาวเทียมจารกรรม ระบบสื่อสารความถี่สูงของดาวเทียมสื่อสาร ชุดเครื่องมือการวัดทางวิทยาศาสตร์ของดาวเทียมวิทยาศาสตร์หรือดาราศาสตร์ ซึ่งอาจกล่าวอีกนัยหนึ่งว่า เพย์โหลดเป็นส่วนที่เพิ่มมูลค่าให้กับดาวเทียมดวงนั้นๆ เพราะถ้าไม่มีอุปกรณ์เพย์โหลด ดาวเทียมดวงนั้นก็ไม่ได้ถูกใช้ทำประโยชน์ใดๆ ให้กับผู้ส่งหรือเจ้าของโครงการ

SEU (Single Event Upset)
SEU เป็นปรากฏการณ์ที่อนุภาคพลังงานสูงที่เกิดจากการประทุอย่างรุนแรงบนดวงอาทิตย์ (โซลาแฟลร์: solar flare) และเคลื่อนที่มากับลมสุริยะ (solar wind) และส่งผลกระทบให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บนดาวเทียมทำงานผิดพลาด อาทิเช่น บิทข้อมูลของหน่วยความจำมีลอจิกที่ผิดไป

SEL (Single Event Latchup)
ต่อเนื่องจากกรณีของ SEU ถ้าอนุภาคดังกล่าวมีพลังงานที่สูงมาก หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดังกล่าวไม่มีความทนทานเพียงพอ ผลกระทบที่เกิดขึ้นทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดังกล่าวเกิดความเสียหายและเกิดการลัดวงจรภายใน ซึ่งการลัดวงจรของอุปกรณ์เพียงหนึ่งตัว จะส่งผลให้วงจรของทั้งระบบเกิดการลัดวงจรไปด้วย

EDAC (Error Detection and Correction)
EDAC เป็นวงจรที่ใช้ในการตรวจสอบการกลับลอจิกของบิทข้อมูลในหน่วยความจำที่เกิดจากผลของ SEU โดยที่ EDAC สามารถทำการแก้ไขลอจิกของบิทข้อมูลดังกล่าวให้กลับมาถูกต้องได้

CAN (Control Area Network)
CAN เป็นระบบสื่อสารข้อมูลโครงข่ายที่ใช้การรับส่งสัญญาณทางไฟฟ้าในลักษณะแบบดิฟเฟอเรนเซียล โดยสามารถรับส่งข้อมูลได้สูงถึง 1 เมกกะบิทต่อวินาที

ADCS (Attitude Determination and Control System)
ระบบควบคุมการวางตัวของดาวเทียม ทำหน้าที่หันชี้ตัวดาวเทียมให้เป็นไปตามพันธกิจที่กำหนดไว้ โดยเฉพาะการควบคุมให้เพย์โหลดหันชี้ไปในทิศทางที่ต้องการ อาทิเช่น ดาวเทียมสื่อสารต้องการให้จานถ่ายทอดสัญญาณหันชี้เข้าหาโลกตลอดเวลา หรือกรณีของดาวเทียมสำรวจโลกที่ต้องควบคุมให้กล้องถ่ายภาพหันชี้เข้าหาโลก

GPS (Global Positioning System)
จีพีเอสเป็นระบบนำร่องโดยใช้กลุ่มดาวเทียมนำร่องแพร่สัญญาณวิทยุที่ประกอบด้วยสัญญาณคลื่นพาห์ความถี่สูง และข้อมูลนำร่องที่ถูกเข้ารหัสไว้ เมื่อผู้ใช้(user)ใช้เครื่องรับสัญญาณวิทยุดังกล่าว เครื่องรับจะทำการคำนวณหาตำแหน่งของผู้ใช้ได้ โดยต้องใช้องค์ประกอบ 2 ส่วน ได้แก่ 1)ตำแหน่งของดาวเทียมนำร่องที่บรรจุอยู่ในข้อมูลนำร่อง 2) ระยะระหว่างดาวเทียมนำร่องและผู้ใช้ ซึ่งเครื่องรับคำนวณได้จากเวลาที่สัญญาณวิทยุเดินทางจากดาวเทียมนำร่องถึงผู้ใช้ (TOA – Time of Arrival) โดยค่าเวลา TOA นี้ เครื่องรับจะใช้การเปรียบเทียบรหัสที่สร้างขึ้นกับรหัสที่มอดูเลตมากับข้อมูลนำร่อง



เอกสารอ้างอิง
    [1] Sweeting, M.N. and Pookyaudom, S., "TMSAT: Thailand's first microsatellite for communications and earth observation", Acta Astronautica Volume 40, Issues 2-8, January-April 1997, pp. 423-427.
    [2] สมภพ ภูริวิกรัยพงศ์, Marc Fouquet และ สุเจตน์ จันทรังษ์, "การออกแบบทรานสพิวเตอร์โมดูลสำหรับดาวเทียม TMSAT", การประชุมวิชาการทางวิศวกรรมไฟฟ้า ครั้งที่ 19, หน้า CM160-164, ปี พ.ศ.2539.
    [3] Sirisuk, P., Paffett, J., and Allery, M., "Digital Voice Broadcaster Realization using Digital Signal Processing Experiment Palyload on TMSat Microsatellite", 19th Electrical Engineering Conference, Khon kaen, 1996.
    [4] Sirisuk, P., Jantarang, S., and Paffett, J., "TMSat 9.6 kbps Software Modulator", 20th Electrical Engineering Conference, Bangkok, pp. 232-236, 1997.
    [5] Purivigraipong, S. Unwin, M., "Spacecraft GPS Receiver for the TMSat Mission", 20th Electrical Engineering Conference, Bangkok, pp. 200-206, 1997.
    [6] ฉัตรเพชร บุณยเกตุ, ภาวิณี ฮงประยูร, Chris Jackson, Carlos Lovett-Linares, และ สุเจตน์ จันทรังษ์, "สถานีภาคพื้นดินของดาวเทียม TMSAT", การประชุมวิชาการทางวิศวกรรมไฟฟ้า ครั้งที่ 19, หน้า CM151-154, ปี พ.ศ.2539.

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]