ไขข้อสงสัย..!! ดาวเทียมที่ลอยอยู่บนอวกาศใช้พลังงานจากไหน ?

หลายคนอาจจะทราบกันดีว่าดาวเทียมสามารถโคจรรอบโลกได้โดยอาศัยแรงธรรมชาติต่างๆ เช่น แรงโน้มถ่วงเข้าหาจุดศูนย์กลางของโลก นอกจากนี้แล้วดาวเทียมก็ยังต้องการพลังงานเพื่อใช้ในการปฏิบัติงานตามภารกิจต่าง ๆ โดยอาศัยอุปกรณ์ที่อยู่ในตัวดาวเทียมเอง ซึ่งอุปกรณ์ที่อยู่บนดาวเทียมส่วนใหญ่จะเป็นประเภทอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการพลังงานไฟฟ้าในการทำงาน  ยกตัวอย่างเช่น ระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมดาวเทียม (on-board computer) และ เซ็นเซอร์ตรวจวัดค่าต่างๆ ระบบควบคุมอุณหภูมิในดาวเทียม ระบบสื่อสารกับภาคพื้นดิน รวมถึงอุปกรณ์ที่ใช้ปฏิบัติภารกิจหลักของดาวเทียม (payload) อีกด้วย ดาวเทียมแต่ละดวงจึงมีระบบพลังงานที่แตกต่างกันไปเพื่อให้เหมาะสมกับภารกิจหลักของดาวเทียมและอุปกรณ์ที่ใช้ในการทำภารกิจนั้น ๆ
.
ตัวอย่าง ดาวเทียมดวงแรกของโลกที่ชื่อว่า “ดาวเทียมสปุตนิก 1” มีภารกิจคือ การทดสอบการโคจรรอบโลกของดาวเทียม ซึ่งจะทำการตรวจวัดความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศโลกจากการคำนวณการเปลี่ยนแปลงวงโคจร โดยทำการทดสอบการส่งข้อมูลข่าวสารเป็นสัญญาณวิทยุผ่านชั้นบรรยากาศโลก และทดสอบหลักการของความดันในอวกาศว่าเป็นไปตามที่ได้คาดการณ์เอาไว้หรือไม่ อุปกรณ์หลักที่ใช้สำหรับภารกิจคือ เครื่องส่งสัญญาณวิทยุ 2 เครื่อง และเสาอากาศ 4 ต้น เพื่อส่งสัญญาณวิทยุในคลื่นความถี่ 20 เมกะเฮิรตซ์ และ 40 เมกะเฮิรตซ์ กลับลงสู่พื้นโลก โดยอาศัยพลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่แบบ silver-zinc จำนวนเพียงแค่ 3 ก้อน ซึ่งระยะเวลาของภารกิจทั้งนี้อยู่ที่ประมาณ 21 วัน
.
จะเห็นได้ว่าดาวเทียมที่มีภารกิจระยะสั้นอย่างเช่นการทดสอบส่งสัญญาณกลับสู่พื้นโลกนั้น ไม่จำเป็นจะต้องมีระบบพลังงานที่ซับซ้อน สามารถใช้แค่แบตเตอรี่ที่เก็บพลังงานไฟฟ้าเพื่อให้ดาวเทียมทำภารกิจลุล่วงในระยะเวลาสั้นๆได้ แต่สำหรับดาวเทียมที่ใช้ในภารกิจระยะยาวเช่น THEOS-2 SmallSAT จะมีการออกแบบระบบพลังงานที่มีความแตกต่างกันออกไป โดยดาวเทียมจะมีแผงโซล่าเซลล์เพื่อแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้าหลักสำหรับใช้ในการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆของดาวเทียมนั่นเองครับ
.
ด้วยลักษณะของวงโคจรเพื่อภารกิจที่กำหนดขึ้น (ดาวเทียมสำรวจทรัพยากร) ทำให้ดาวเทียมของเราต้องโคจรเข้าไปในเงามืดของโลก (Earth Eclipse) วันละหลาย ๆ ครั้ง ในระหว่างนั้นแผงโซล่าเซลล์จะไม่สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ จึงมีความจำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่ที่สามารถอัดประจุและคายประจุได้หลายครั้ง เพื่อให้ดาวเทียมมีพลังงานไฟฟ้าใช้งานได้ครอบคลุมตลอดเวลาปฏิบัติงานของดาวเทียม นอกจากแบตเตอรี่แล้ว ดาวเทียมยังต้องมีหน่วยสำหรับการชาร์จพลังงานไฟฟ้า (Battery Charge Unit) จำกัดกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงโซล่าเซลล์ ให้ส่งเข้าแบตเตอรี่อย่างมีประสิทธิภาพ และป้องกันการเสื่อมของแบตเตอรี่ (Degradation) เพื่อการยืดอายุการใช้งาน (Lifetime) ของแบตเตอรี่ ให้สามารถใช้งานได้ครบระยะเวลาตามภารกิจของดาวเทียมที่ได้กำหนดไว้อีกด้วย
.
อีกหนึ่งส่วนที่สำคัญไม่แพ้กันคือ หน่วยกระจายพลังงานไฟฟ้า (Power Distribution Unit) หรือโมดูลที่ใช้จัดสรรพลังงานจากโซล่าเซลล์หรือแบตเตอรี่ไปให้อุปกรณ์ต่างๆบนดาวเทียมได้อย่างเหมาะสมและปลอดภัย รวมไปถึงสามารถควบคุมการตัดกระแสไฟฟ้าในกรณีฉุกเฉินต่าง ๆ อีกด้วยครับ อุปกรณ์ทั้งหมดที่กล่าวมานั้นเป็นอุปกรณ์พื้นฐานที่สามารถพบเห็นได้ในการออกแบบระบบพลังงานสำหรับดาวเทียมในยุคปัจจุบันที่ต้องการอายุการใช้งานที่ยาวนาน และช่วยลดโอกาสในการเกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในของดาวเทียมด้วย ทั้งนี้รายละเอียดการออกแบบให้เหมาะสมกับแต่ละภารกิจก็จะมีความแตกต่างกันออกไป ส่วนประกอบของดาวเทียมและองค์ความรู้ที่น่าสนใจยังมีอีกมากมาย ในบทความต่อๆไปจะเป็นการเจาะลึกในแต่ละอุปกรณ์สำหรับใช้ในระบบพลังงานดาวเทียม THEOS-2 SmallSAT กันครับ 

.

เรียบเรียงโดย
นายธีระภัทร เจริญปรุ
Power Engineer โครงการTHEOS-2 SmallSAT
#จิสด้า #จิสด้าก้าวสู่ปีที่20 #space #Thailand #อวกาศ #mhesi #อว #THEOS2