คอมพิวเตอร์ในงานอุตสาหกรรม

วิชา คอมพิวเตอร์ในงานอุตสาหกรรม 

คอมพิวเตอร์ในงาน อุตสาหกรรม 6531101
สอนโดย อาจารย์ ธภทัร ชัยชูโชค
คณะเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยราชภัฎสงขลา 

**********************************************************

ใบงานที่ 3

ค้นหาบทความทางด้านเทคโนโลยีการสื่อสาร 
พร้อมทั้งให้แสดงความคิดเห็น
และวิเคราะห์บทความดังกล่าวว่ามีข้อดี ข้อเสีย 
หรือผลกระทบต่อตัวนักศึกษา 
หรือสังคมอย่างไร

********************************************************

การสื่อสารผ่านดาวเทียม (satellite-based communication)

ดาวเทียมสื่อสาร เป็นดาวเทียมที่มีจุดประสงค์เพื่อการสื่อสารและโทรคมนาคม จะถูกส่งไปในช่วงของอวกาศเข้าสู่วงโคจรโดยมีความห่างจากพื้นโลกโดยประมาณ 35.786 กิโลเมตร ซึ่งความสูงในระดับนี้จะเป็นผลทำให้เกิดแรงดึงดูดระหว่างโลกกับดาวเทียม ในขณะที่โลกหมุนก็จะส่งแรงเหวี่ยง ทำให้ดาวเทียมเกิดการโคจรรอบโลกตามการหมุนของโลก

ประวัติการสื่อสารดาวเทียม

           ดาวเทียมเป็นสิ่งประดิษฐ์ชนิดหนึ่งที่ใช้ในระบบการสื่อสารที่พัฒนามาจากแนวความคิดของ เซอร์ อาร์เธอร์ ซี คลาร์ก ในปี ค.ศ. 1984 (พ.ศ. ๒๕๒๗) ผู้แต่งหนังสือ อะ สเปซ ออดิสซี ๒๐๐๑ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อการสื่อสารระยะทางไกลและครอบคลุมพื้นที่กว้าง เช่น ส่งสัญญาณจากฟากหนึ่งไปยังอีกฟากหนึ่งของโลก โดยอาจเป็นสัญญาณโทรทัศน์ สัญญาณโทรศัพท์ สัญญาณภาพ เสียง และการเชื่อมต่อทางอินเทอร์เน็ตระหว่างประเทศ เป็นต้น ระบบการสื่อสารผ่านดาวเทียมที่ก่อให้เกิดการสื่อสารนั้นประกอบไปด้วยสองส่วนหลักคือ สถานีภาคพื้นดิน และสถานีอวกาศ โดยที่สถานีภาคพื้นดินประกอบไปด้วยสถานีรับและสถานีส่ง ส่วนการรับและส่งสัญญาณระหว่างสถานีภาคพื้นดินและสถานีอวกาศนั้น ตัวอย่างการใช้งานในย่านความถี่ซีแบนด์คือ ที่ความถี่ขาขึ้น ๖ กิกะเฮิรตซ์ และความถี่ขาลง ๔ กิกะเฮิรตซ์ หรือย่านความถี่เคยูแบนด์ที่ความถี่ขาขึ้น ๑๔ กิกะเฮิรตซ์ และความถี่ขาลง ๑๒ กิกะเฮิรตซ์ เป็นต้น สำหรับรูปแบบของวงโคจรและประเภทของดาวเทียมนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะการใช้งานของดาวเทียมแต่ละดวงที่มีระดับความสูงต่างกัน อาทิ ดาวเทียมสื่อสารโทรคมนาคม มีระดับความสูงประมาณ ๓๕,๗๘๖ กิโลเมตรจากพื้นโลก ดาวเทียมสำรวจทรัพยากร มีระดับความสูงไม่เกิน ๒,๐๐๐ กิโลเมตรจากพื้นโลก ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยามีระดับความสูงไม่เกิน ๒,๐๐๐ กิโลเมตรจากพื้นโลก และดาวเทียมนำร่องมีระดับความสูงระหว่าง ๒,๐๐๐ กิโลเมตร ถึง ๓๕,๗๘๖ กิโลเมตรจากพื้นโลก

 

ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียม

        ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียมเป็นระบบที่ก่อให้เกิดการสื่อสารได้อย่างกว้างไกลไร้ขอบเขต แม้ในเขตพื้นที่ห่างไกล เช่น บริเวณหุบเขา มหาสมุทร   เป็นต้น ระบบการสื่อสารนี้ประกอบไปด้วยสองส่วนหลัก คือ สถานีภาคพื้นดิน (Ground Segment) และสถานีอวกาศ (Space Segment) โดยที่สถานี  ภาคพื้นดินประกอบด้วยสองสถานีคือ สถานีรับและสถานีส่ง ซึ่งการทำงานของทั้งสองสถานีนี้มีลักษณะคล้ายกันคือ โดยสถานีภาคพื้นดินมีอุปกรณ์หลักอยู่สี่ชนิดดังรายละเอียด

       1. อุปกรณ์จานสายอากาศ (Antenna Subsystem) มีหน้าที่ส่งสัญญาณและรับสัญญาณจากดาวเทียม
       2. อุปกรณ์สัญญาณวิทยุ (Radio Frequency Subsystem) มีหน้าที่รับส่งสัญญาณวิทยุที่ใช้งาน
       3. อุปกรณ์แปลงสัญญาณวิทยุ (RF/IF Subsystem) ประกอบด้วยสถานีส่งสัญญาณและสถานีรับสัญญาณ โดยด้านสถานีส่งถูกเรียกว่า ภาคแปลงสัญญาณขาขึ้น (Up Converter Part) ซึ่งทำหน้าที่แปลงย่านความถี่ที่ได้รับมาให้เป็นความถี่ที่ใช้กับงานระบบดาวเทียม จากนั้นส่งสัญญาณที่แปลงความถี่ให้ภาคขยายสัญญาณ เพื่อขยายให้เป็นสัญญาณความถี่สูง หลังจากนั้นนำส่งไปยังดาวเทียม และเช่นเดียวกันสำหรับด้านสถานีรับนั้นเรียกว่า    ภาคแปลงสัญญาณขาลง (Down Converter Part) ทำหน้าที่คือแปลงสัญญาณที่ได้รับจากดาวเทียมไปเป็นความถี่ที่ใช้งาน จากนั้นส่งต่อให้ภาคแยกสัญญาณ (Demodulator) ต่อไป
        4. อุปกรณ์ผสมสัญญาณและแยกสัญญาณ (Modulator/Demodulator) มีหน้าที่แปลงข้อมูลที่ต้องการส่งผ่านดาวเทียมให้เป็นสัญญาณคลื่นวิทยุที่มีข้อมูลผสมอยู่ให้นำไปใช้งานได้

        สำหรับสถานีอวกาศ (Space Segment) นั้น ประกอบด้วยอุปกรณ์ดังนี้

        1. อุปกรณ์ขับเคลื่อนดาวเทียม (Propulsion Subsystem) ทำหน้าที่ทำให้ดาวเทียมหมุนและรักษาตำแหน่งไว้ด้วยก๊าซหรือพลังงานความร้อนจากไฟฟ้า
        2. อุปกรณ์ควบคุมดาวเทียม (Spacecraft control Subsystem) มีหน้าที่รักษาสมดุลของดาวเทียมเพื่อไม่ให้ดาวเทียมหลุดวงโคจรออกไปในอวกาศได้
        3. อุปกรณ์สื่อสาร (Electronic Communication Subsystem) มีหน้าที่รับสัญญาณจากสถานีส่งแล้วส่งต่อไปยังสถานีรับโดยมีช่องสัญญาณรับความถี่ขาขึ้น (Transponder) จากนั้นแปลงสัญญาณเป็นสัญญาณความถี่ขาลง (Downlink Frequency) แล้วจึงส่งมายังสถานีรับภาคพื้นดินต่อไป
        4. อุปกรณ์พลังงานไฟฟ้า (Electrical Power Subsystem) มีหน้าที่แปลงพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์สื่อสารและภาคควบคุมต่างๆ บนดาวเทียมนอกจากนี้ยังเก็บพลังงานไฟฟ้าไว้ในตัวเก็บประจุหรือแบตเตอรี่ (Battery) เพื่อสำรองไว้ใช้งาน
        5. อุปกรณ์สายอากาศ (Antenna Subsystem) ทำหน้าที่รับสัญญาณจากภาคพื้นดิน
        6. อุปกรณ์ติดตามและควบคุม (Telemetry Tracking and Command Subsystem: TT&C) มีหน้าที่ติดตามการ ทำงานของดาวเทียมและควบคุมรักษาตำแหน่งของดาวเทียมให้ถูกต้องเสมอโดยอุปกรณ์การสื่อสารโทรคมนาคม

        สำหรับตัวอย่างระบบการสื่อสารผ่านดาวเทียมแบบค้างฟ้า (Geostationary Satellite)นั้น ส่วนประกอบของดาวเทียมต่างๆ จะประกอบกันทำหน้าที่หลักๆ คือ ทำหน้าที่รับสัญญาณจากสถานีภาคพื้นดินและทำการตัดสัญญาณรบกวนที่ปนมากับสัญญาณข้อมูลที่ส่งมา จากนั้นขยายสัญญาณให้มีกำลังสูงขึ้น และทำการแปลงสัญญาณให้มีความถี่ต่ำลง เพื่อป้องกันการรบกวนระหว่างความถี่ขาขึ้น และความถี่ขาลง โดยมีจานดาวเทียมทำหน้าที่รับ และส่งสัญญาณกลับไปยังสถานีภาคพื้นดิน โดยทั่วไปความถี่ขาขึ้น และความถี่ขาลงนั้น ดาวเทียมใช้งานในย่านความถี่ ๖ กิกะเฮิรตซ์ (GHz) (C-band) และ ๔ กิกะเฮิรตซ์ ซึ่งในย่านความถี่ดังกล่าวเมื่อเปรียบเทียบกับย่านความถี่อื่นๆ เกิดสัญญาณรบกวนน้อยที่สุด โดยเฉพาะช่วงที่มีฝนตกจะมีผลกระทบต่อการรับส่งสัญญาณที่น้อย

ลักษณะวงโคจรของดาวเทียม (Satellite Orbit)

    เมื่อแบ่งตามระยะความสูง (Altitude) จากพื้นโลกแบ่งเป็น 3 ระยะคือ

       1.วงโคจรระนาบขั้วโลก(Polar Orbit) จะมีลักษณะของวงโคจรเป็นวงกลมอยู่ในแนวของขั้วโลก ไม่ได้ถูกนำมาใช้ในงานด้านโทรคมนาคม แต่จะใช้ในงานด้าน อุตุนิยมวิทยา และการสำรวจทรัพยากรธรณีดังแสดงในรูป



   2. วงโคจรระนาบเอียง(Inclined Orbit) จะมีวงโคจรอยู่เป็นจำนวนมากแตกต่างกันไปตามความเอียง และความรีของวงโคจร จะถูกนำมาใช้สำหรับให้บริการบริเวณละติจูดสูง หรือต่ำมาก ๆ ที่ซึ่งวงโคจรระนาบศูนย์สูตรไม่สามารถให้บริการครอบคลุมไปถึงได้ดังแสดงในรูป



   3. วงโคจรประจำที่ (Geostationary Earth Orbit "GEO") เป็นดาวเทียมเพื่อการสื่อสารเป็นส่วนใหญ่ อยู่สูงจากพื้นโลกประมาณ 35,780 กม. เส้นทางโคจรอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตร (Equatorial Orbit) ดาวเทียมจะหมุนรอบโลกด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับโลกหมุนรอบตัวเองทำให้ดูเหมือนลอยนิ่งอยู่เหนือ จุดจุดหนึ่งบนโลกตลอดเวลา (เรียกทั่ว ๆ ไปว่า "ดาวเทียมค้างฟ้า")ดังแสดงในรูป

ส่วนประกอบดาวเทียม

โดยองค์ประกอบส่วนใหญ่ของดาวเทียมประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังนี้

1. โครงสร้างดาวเทียม เป็นส่วนประกอบที่สำคัญมาก โครงจะมีน้ำหนักประมาณ 15 - 25% ของน้ำหนักรวม ดังนั้น จึงจำเป็นต้องเลือกวัสดุที่มีน้ำหนักเบา และต้องไม่เกิดการสั่นมากเกินที่กำหนด หากได้รับสัญญาณที่มีความถี่ หรือความสูงของคลื่นมากๆ (amptitude)
2. ระบบเครื่องยนต์ ซึ่งเรียกว่า "aerospike" อาศัยหลักการทำงานคล้ายกับเครื่องอัดอากาศ และปล่อยออกทางปลายท่อ ซึ่งระบบดังกล่าวจะทำงานได้ดีในสภาพสุญญากาศ ซึ่งต้องพิจารณาถึงน้ำหนักบรรทุกของดาวเทียมด้วย
3. ระบบพลังงาน ทำหน้าที่ผลิตพลังงาน และกักเก็บไว้เพื่อแจกจ่ายไปยังระบบไฟฟ้าของดาวเทียม โดยมีแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Cell) ไว้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า ให้ดาวเทียม แต่ในบางกรณีอาจใช้พลังงานนิวเคลียร์แทน
4. ระบบควบคุมและบังคับ ประกอบด้วย คอมพิวเตอร์ที่เก็บรวมรวมข้อมูล และประมวลผลคำสั่งต่างๆ ที่ได้รับจากส่วนควบคุมบนโลก โดยมีอุปกรณ์รับส่งสัญญาณ (Radar System) เพื่อใช้ในการติดต่อสื่อสาร
5. ระบบสื่อสารและนำทาง มีอุปกรณ์ตรวจจับความร้อน ซึ่งจะทำงาน โดยแผงวงจรควบคุมอัตโนมัติ
6. อุปกรณ์ควบคุมระดับความสูง เพื่อรักษาระดับความสูงให้สัมพันธ์กันระหว่างพื้นโลก และดวงอาทิตย์ หรือเพื่อรักษาระดับให้ดาวเทียมสามารถโคจรอยู่ได้
7. เครื่องมือบอกตำแหน่ง เพื่อกำหนดการเคลื่อนที่ นอกจากนี้ยังมีส่วนย่อยๆ อีกบางส่วนที่จะทำงานหลังจาก ได้รับการกระตุ้นบางอย่าง เช่น ทำงานเมื่อได้รับสัญญาณ สะท้อนจากวัตถุบางชนิด หรือทำงานเมื่อได้รับลำแสงรังสี ฯลฯ

ข้อดีของการสื่อสารดาวเทียม

- ดาวเทียมสื่อสาร เป็นดาวเทียมที่ทำหน้าที่เป็นสถานีรับคลื่นวิทยุเพื่อการสื่อสารและโทรคมนาคม

- กิจการโทรศัพท์ โทรเลข โทรสารรวมทั้งการถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์และสัญญาณวิทยุ

- ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาเป็นดาวเทียมที่ทำหน้าที่ส่งสัญญาณภาพถ่ายทางอากาศ ทำให้รู้สภาพอากาศ

- ประกอบด้วยข้อมูลทางอุตุนิยมวิทยา เช่น จำนวนและชนิดของเมฆ ความแปรปรวนของอากาศ ความเร็วลม ความชื้น อุณหภูมิ เป็นต้น

- ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรธรรมชาติเป็นดาวเทียมที่ถูกใช้สำรวจดูพื้นผิวโลกและการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ ที่เกิดขึ้น

- ทำให้ทราบข้อมูลทั้งทางด้านธรณีวิทยา ซึ่งเป็นประโยชน์ด้านการเกษตรและการอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติ

 ข้อเสียของการสื่อสารดาวเทียม

    -  สัญญาณข้อมูลสามารถถูกรบกวนจากสัญญาณภาคพื้นอื่นๆ

    - มีเวลาประวิง (Delay Time) ในการส่งสัญญาณเนื่องจากระยะทางขึ้น-ลงของสัญญาณ และที่สำคัญคือ มีราคาสูงในการลงทุนทำให้ค่าบริการสูงตามขึ้นมาเช่นกัน

อ้างอิง : https://wiki.stjohn.ac.th/groups/poly_electronics/wiki/ea8e4/
http://thaitelecomkm.org/TTE/topic/attach/Principle_of_Satellite_Communications/index.php