• ภาษาไทย
  • English

โจทย์ของการออกแบบดาวเทียม กับศาสตร์ที่ใช้ในการหาคำตอบ

โจทย์ของการออกแบบดาวเทียม กับศาสตร์ที่ใช้ในการหาคำตอบ

 

system-01_2.jpg

 

โจทย์ของการออกแบบดาวเทียม กับศาสตร์ที่ใช้ในการหาคำตอบ

ในการออกแบบดาวเทียมนั้น จะต้องใช้องค์ความรู้ความรู้ที่หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นทางด้านวิศวกรรมศาสตร์ และศิลป์ควบคู่กัน เพื่อให้ออกมาเป็นผลงานที่ตอบโจทย์ทุกความต้องการและสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้จริง ซึ่งโจทย์ที่ยากล้วนเป็นโจทย์ที่ท้าทายเสมอ และท้าทายอย่างมากสำหรับวิศวกรอย่างผมที่ไม่เคยสัมผัสงานด้านอวกาศและดาวเทียมมาก่อน แต่สิ่งที่ได้เรียนรู้ จากโอกาสที่ได้รับ ความรู้และประสบการณ์ในโครงการTHEOS-2 SmallSAT ในระหว่างการปฏิบัติงานร่วมกับทีมวิศวกรผลิตดาวเทียมระดับโลกที่ Surrey Satellite Technology Ltd. หรือ SSTL นั้นทำให้ผมแก้โจทย์ต่างๆ ที่เข้ามาได้อย่าง ไม่ยากมากนัก

มาเริ่มกันที่โจทย์แรกกันเลยครับ กับโจทย์ที่ว่า “เรากำลังทำอะไร? เพื่ออะไร?”
เป็นโจทย์ตรงไปตรงมามากๆ ว่าเรากำลังทำอะไร เพื่ออะไร โดยก่อนที่จะออกแบบดาวเทียมนั้นเราต้องทราบถึงวัตถุประสงค์หลักที่ชัดเจนของภารกิจที่เราต้องการใช้งานดาวเทียมดวงนี้ก่อน (High Level Mission Objectives) ว่าใช้ในภารกิจอะไร เช่น ภารกิจของดาวเทียมดวงนี้คือการถ่ายภาพและสำรวจภูมิประเทศ (Earth Observation)
จากนั้นลงมาสู่รายละเอียดปลีกย่อยทางเทคนิคที่สำคัญ (Technical Requirements)
เช่น ต้องเป็นดาวเทียมขนาด 100 กิโลกรัม ที่ระดับวงโคจรต่ำ (Low Earth Orbit: LEO),
สามารถถ่ายภาพนิ่งที่มีค่าความละเอียดของจุดภาพต่อพื้นที่(GSD: Ground Sampling Distance)น้อยกว่า 2 เมตร ฯลฯ

ข้อมูลเหล่านี้จะกลายมาเป็นข้อมูลสำคัญที่จะนำมาใช้ประกอบการตัดสินใจการคัดเลือกโครงร่างพื้นฐานของดาวเทียมที่เคยประสบความสำเร็จในภารกิจต่างๆ ที่มีความต้องการใกล้เคียงกันมาแล้ว (Heritage Based Model Selection) และนำมาปรับปรุงเพิ่มเติมในบางส่วน เพื่อให้ตอบสนองความต้องการหลักในภารกิจและข้อกำหนดทางเทคนิคขั้นต้นทั้งหมด จุดนี้จึงถือเป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญของคำถามที่ว่า เรากำลังจะออกแบบดาวเทียมเพื่อไปใช้ในการทำภารกิจอะไร ดาวเทียมที่ออกแบบมานี้ตรงกับความต้องการใช้งานที่ร้องขอมาหรือไม่ (พื้นฐานของการออกแบบดาวเทียมสำหรับภารกิจต่างๆ ในขั้นต้น จำเป็นต้องใช้รูปแบบของการนำ Heritage Based Model มาประยุกต์ใช้ เนื่องจากกการออกแบบใหม่ทั้งหมดมีความเสี่ยงสูงต่อการเกิดข้อผิดพลาดนำมาซึ่งความเสี่ยงต่อการสูญเสียงบประมาณ ดังนั้นการออกแบบดาวเทียมใหม่ตั้งแต่เริ่มต้น จะเป็นภารกิจเฉพาะที่ต้องสามารถรับความเสี่ยงที่สูงขึ้นได้)

มาสู่โจทย์ที่สอง “เราจะพิสูจน์สิ่งที่เราคิดหรือออกแบบได้อย่างไรว่าจะสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ?”

เป็นเรื่องปกติที่เมื่อมีกระบวนการคิดและออกแบบมาแล้ว ต่อมาก็ต้องพิสูจน์กันหน่อยว่า ดาวเทียมที่ออกแบบมานั้น สามารถทำงานในสภาวะแวดล้อมในอวกาศ (Space Environment) และสามารถปฏิบัติงานตามข้อกำหนดทางเทคนิคในเชิงการปฏิบัติการต่างๆ ได้จริง ซึ่งขั้นตอนนี้ถือเป็นขั้นตอนที่สำคัญมากเช่นกัน โดยการดำเนินงานในขั้นตอนนี้ จะมีการใช้งานซอฟต์แวร์ที่สำคัญเพื่อดำเนินการจำลองและวิเคราะห์ค่าการออกแบบที่สำคัญต่างๆ เช่น การวิเคราะห์ Mission Analysis ด้วยซอฟต์แวร์ STK (Systems Tool Kit) เพื่อวิเคราะห์และตรวจสอบค่าเชิงการปฏิบัติการทั้งหมด (Orbital Parameters) ในห้วงเวลาการปฏิบัติภารกิจ (Mission Lifetime), การวิเคราะห์ Thermal and Radiation Analysis เพื่อวิเคราะห์และตรวจสอบค่าสภาพแวดล้อมในอวกาศที่สำคัญทั้งด้านอุณหภูมิและผลกระทบจากรังสีต่างๆ, การวิเคราะห์ Power Analysis เพื่อวิเคราะห์และตรวจสอบค่าการใช้พลังงานของดาวเทียมที่ออกแบบ และความสามารถในการสร้างพลังงานจากแสงอาทิตย์, การวิเคราะห์ Data Budget and Link Budget Calculations เพื่อวิเคราะห์และตรวจสอบความสามารถในการจัดเก็บข้อมูลต่างๆ บนดาวเทียมและความสามารถในการติดต่อสื่อสาร การถ่ายโอนข้อมูลกับสถานีภาคพื้นดิน เพื่อนำข้อมูลมาใช้ประโยชน์ต่อไป เป็นต้น

และโจทย์สุดท้าย “Test As You Fly, Fly As You Test” (คุณต้องทดสอบในแบบที่คุณคิดว่าจะต้องส่งสิ่งสิ่งนั้นขึ้นไปบนอวกาศ และส่งสิ่งสิ่งนั้นขึ้นไปในแบบที่ได้ทดสอบอย่างรอบคอบทั้งหมดแล้ว) ซึ่งถือเป็นคติประจำใจของวิศวกร SSTL เลยทีเดียว

เพราะแนวทางนี้จะทำให้ความเสี่ยงในภารกิจมีน้อยที่สุด และมีโอกาสประสบความสำเร็จสูงที่สุด ดังนั้นการคิดให้ครบกระบวนการจนถึงแนวทางการทดสอบดาวเทียมตามห้วงเวลาที่สำคัญต่างๆ ในโครงการ (Verification Points for major milestones) จะทำให้ขั้นตอนการออกแบบดาวเทียมมีความน่าเชื่อถือและมีประสิทธิผลสูงสุด

จะเห็นได้ว่ากระบวนการออกแบบดาวเทียมดวงหนึ่งๆ นั้นมีขั้นตอนที่ละเอียด, เข้มงวดและซับซ้อนมาก เป็นการดำเนินการที่ต้องคำนึงถึงปัจจัยรอบด้าน และต้องมีการประเมินและบริหารความเสี่ยง อยู่ตลอดเวลา เพื่อที่จะทำให้ผลลัพธ์ของการออกแบบดาวเทียมตามภารกิจที่ต้องการนั้น จะสามารถนำไปเข้าสู่ขั้นตอนการผลิต, ประกอบ, ทดสอบ และนำขึ้นสู่อวกาศ เพื่อปฏิบัติภารกิจได้อย่างมีประสิทธิภาพต่อไปได้

#เกร็ดความรู้จากวิศวกรดาวเทียม ….THEOS-2 SmallSAT
#spacetechnology
#จิสด้าก้าวสู่ปีที่20
#จิสด้า
#gistda
เรียบเรียงโดย
นาวาตรี ภัธ โชติกะพุกกะนะ
System Engineer โครงการTHEOS-2 SmallSAT