เทคโนโลยีอวกาศ ความหมายของเทคโนโลยีอวกาศ

เทคโนโลยีอวกาศ คือการสำรวจสิ่งต่างๆที่อยู่นอกโลกของเราและสำรวจโลกของเราเองด้วย   ปัจจุบัน เทคโนโลยีอวกาศได้มีการพัฒนาไปเป็นอย่างมากเมื่อเทียบกับสมัยก่อน ทำให้ได้ความรู้ใหม่ๆมากขึ้น โดยองค์การที่มีส่วนมากในการพัฒนาทางด้านนี้คือองค์การนาซ่าของสหรัฐอเมริกา ได้มีการจัดทำโครงการขึ้นมากมาย ทั้งเพื่อการสำรวจดาวที่ต้องการศึกษาโดยเฉพาะและที่ทำขึ้นเพื่อศึกษาสิ่ง ต่างๆในจักรวาล  การใช้ประโยชน์จาก เทคโนโลยีอวกาศนั้นมีทั้งด้านการสื่อสาร ทำให้การสื่อสารในปัจจุบันทำได้อย่างรวดเร็ว  การสำรวจทรัพยากรโลก ทำให้ทราบว่าปัจจุบันนี้โลกมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรบ้าง     และการพยากรณ์อากาศก็จะทำให้สามารถเตรียมพร้อมที่จะรับกับสถานการณ์ ต่างๆที่อาจจะเกิดขึ้นต่อไปได้

โลก (The Earth)
          โลกของเรามีขนาดเส้นผ่านศูนย์ กลาง 12,756 กิโลเมตร โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ 150 ล้านกิโลเมตร แสงอาทิตย์ต้องใช้เวลาเดินทางนาน 8 นาที กว่าจะถึงโลก
ระบบสุริยะ (Solar System)
          ประกอบด้วยดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ อยู่ตรงศูนย์กลาง มีดาวเคราะห์ 9 ดวง เป็นบริวารโคจรล้อมรอบ ดาวเคราะห์แต่ละดวง อาจมีดวงจันทร์เป็นบริวารโคจรล้อมรอบอีกทีหนึ่ง ดาวพลูโตอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ 6 พันล้านกิโลเมตร แสงอาทิตย์ต้องใช้เวลาเดินทางนานมากกว่า 5 ชั่วโมงกว่าจะถึงดาวพลูโต
ดาวฤกษ์เพื่อนบ้าน (Stars)
          ดาวฤกษ์แต่ละดวงอาจมีระบบดาว เคราะห์เป็นบริวาร เช่นเดียวกับระบบสุริยะของเรา ดาวฤกษ์แต่ละดวงอยู่ห่างกัน เป็นระยะทางหลายล้านล้านกิโลเมตร ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ที่สุดของดวงอาทิตย์ชื่อ "ปร๊อกซิมา เซนทอรี" (Proxima Centauri) อยู่ห่างออกไป 40 ล้านล้านกิโลเมตร หรือ 4.2 ปีแสง ดาวฤกษ์ซึ่งมองเห็นเป็นดวงสว่างบนท้องฟ้า ส่วนมากจะอยู่ห่างไม่เกิน 2,000 ปีแสง
กาแล็กซี (Galaxy)           
          กาแล็กซีคืออาณาจักรของดวงดาว กาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา มีรูปร่างเหมือนกังหัน มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 แสนปีแสง ประกอบด้วยดาวฤกษ์ประมาณ 1 พันล้านดวง ดวงอาทิตย์ของเราอยู่ห่างจากใจกลางของกาแล็กซีเป็นระยะทางประมาณ 3 หมื่นปีแสง หรือ 2 ใน 3 ของรัศมี
กระจุกกาแล็กซี (Cluster of galaxies)           กาแล็กซีมิได้อยู่กระจายตัวด้วยระยะห่างเท่า ๆ กัน หากแต่อยู่รวมกันเป็นกลุ่ม (Group) หรือกระจุก (Cluster) "กลุ่มกาแล็กซีของเรา" (The Local Group) ประกอบด้วยกาแล็กซีมากกว่า 10 กาแล็กซี กาแล็กซีเพื่อนบ้านของเรา มีชื่อว่า "กาแลกซีแอนโดรมีดา" (Andromeda galaxy) อยู่ห่างออกไป 2.3 ล้านปีแสง กลุ่มกาแล็กซีท้องถิ่นมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 ล้านปีแสง
ซูเปอร์คลัสเตอร์ (Supercluster)       
          ซูเปอร์คลัสเตอร์ ประกอบด้วยกระจุกกาแล็กซีหลายกระจุก "ซูเปอร์คลัสเตอร์ของเรา" (The local supercluster) มีกาแล็กซีประมาณ 2 พันกาแล็กซี ตรงใจกลางเป็นที่ตั้งของ "กระจุกเวอร์โก" (Virgo cluster) ซึ่งประกอบด้วยกาแล็กซีประมาณ 50 กาแล็กซี อยู่ห่างออกไป 65 ล้านปีแสง กลุ่มกาแล็กซีท้องถิ่นของเรา กำลังเคลื่อนที่ออกจากกระจุกเวอร์โก ด้วยความเร็ว 400 กิโลเมตร/วินาที
เอกภพ (Universe)
           "เอกภพ" หรือ "จักรวาล" หมายถึง อาณาบริเวณโดยรวม ซึ่งบรรจุทุกสรรพสิ่งทั้งหมด  นักดาราศาสตร์ยังไม่ทราบว่า ขอบของเอกภพสิ้นสุดที่ตรงไหน แต่พวกเขาพบว่ากระจุกกาแล็กซีกำลังเคลื่อนที่ออกจากกัน นั่นแสดงให้เห็นว่าเอกภพกำลังขยายตัว เมื่อคำนวณย้อนกลับนักดาราศาสตร์พบว่า เมื่อก่อนทุกสรรพสิ่งเป็นจุด ๆ เดียว เอกภพถือกำเนิดขึ้นด้วย "การระเบิดใหญ่" (Big Bang) เมื่อประมาณ 13,000 ล้านปีมาแล้ว

จรวดและยานอวกาศ

        อวกาศอยู่สูงเหนือศีรษะขึ้นไปเพียงหนึ่งร้อยกิโลเมตร แต่การที่จะขึ้นไปถึงมิใช่เรื่องง่าย เซอร์ไอแซค นิวตัน นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ ผู้คิดค้นทฤษฎีเรื่องแรงโน้มถ่วงของโลกและการเดินทางสู่อวกาศเมื่อสามร้อยปีมาแล้ว ได้อธิบายไว้ว่า หากเราขึ้นไปอยู่บนที่สูง และปล่อยก้อนหินให้หล่นจากมือ ก้อนหินก็จะตกลงสู่พื้นในแนวดิ่ง เมื่อออกแรงขว้างก้อนหินออกไปให้ขนานกับพื้น (ภาพที่ 3) ก้อนหินจะเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้ง (A) เนื่องจากแรงลัพธ์ซึ่งเกิดจากแรงที่เราขว้างและแรงโน้มถ่วงของโลกรวมกัน หากเราออกแรงมากขึ้น วิถีการเคลื่อนที่ของวัตถุจะโค้งมากขึ้น และก้อนหินจะยิ่งตกไกลขึ้น (B) และหากเราออกแรงมากจนวิถีของวัตถุขนานกับความโค้งของโลก ก้อนหินก็จะไม่ตกสู่พื้นโลกอีก แต่จะโคจรรอบโลกเป็นวงกลม (C) เราเรียกการตกในลักษณะนี้ว่า “การตกอย่างอิสระ” (free fall) และนี่เองคือหลักการส่งยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจรรอบโลก
        หากเราเพิ่มแรงให้กับวัตถุมากขึ้นไปอีก เราจะได้วงโคจรเป็นรูปวงรี (D) และถ้าเราออกแรงขว้างวัตถุไปด้วยความเร็ว 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที วัตถุจะไม่หวนกลับคืนอีกแล้ว แต่จะเดินทางออกสู่ห้วงอวกาศ (E) เราเรียกความเร็วนี้ว่า “ความเร็วหลุดพ้น” (escape speed) และนี่คือหลักการส่งยานอวกาศไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่น

ภาพที่ 1 หลักการส่งยานอวกาศ

หมายเหตุ: ในทางปฏิบัติเราไม่สามารถยิงจรวดขึ้นสู่อวกาศในแนวราบได้ เพราะโลกมีบรรยากาศห่อหุ้มอยู่ ความหนาแน่นของอากาศจะต้านทานให้จรวดเคลื่อนที่ช้าลงและตกลงเสียก่อน ดังนั้นเราจึงส่งจรวดขึ้นสู่ท้องฟ้าในแนวดิ่ง แล้วค่อยปรับวิถีให้โค้งขนานกับผิวโลก เมื่ออยู่เหนือชั้นบรรยากาศในภายหลัง

จรวด (Rocket)
เมื่อพูดถึงจรวด เราหมายถึงอุปกรณ์สำหรับสร้างแรงขับดันเท่านั้น หน้าที่ของจรวดคือ การนำยานอวกาศ ดาวเทียม หรืออุปกรณ์ประเภทอื่นขึ้นสู่อวกาศ แรงโน้มถ่วง (Gravity) ของโลก ณ พื้นผิวโลกมีความเร่งเท่ากับ 9.8 เมตร/วินาที 2 ดังนั้นจรวดจะต้องมีแรงขับเคลื่อนสูงมาก เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก
จรวดทำงานตามกฎของนิวตัน ข้อที่ 3 “แรงกริยา = แรงปฏิกิริยา” จรวดปล่อยก๊าซร้อนออกทางท่อท้าย (แรงกริยา) ทำให้จรวดเคลื่อนที่ไปข้างหน้า (แรงปฏิกิริยา)

ภาพที่ 2 จรวดอารีอาน นำดาวเทียมไทยคมขึ้นสู่วงโคจร

เราแบ่งประเภทของจรวดตามชนิดของเชื้อเพลิงออกเป็น 2 ประเภท คือ
จรวดเชื้อเพลิงแข็ง มีโครงสร้างไม่สลับซับซ้อน แต่เมื่อการเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้นแล้ว ไม่สามารถหยุดได้
จรวดเชื้อเพลิงเหลว มีโครงสร้างสลับซับซ้อน เพราะต้องมีถังเก็บเชื้อเพลิงเหลว และออกซิเจนเหลว (เพื่อช่วยให้เกิดการสันดาป) ซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง และยังต้องมีท่อและปั๊มเพื่อลำเลียงเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเครื่องยนต์เพื่อทำการเผาไหม้ จรวดเชื้อเพลิงเหลวมีข้อดีคือ สามารถควบคุมปริมาณการเผาไหม้ และปรับทิศทางของกระแสก๊าซได้

ภาพที่ 3 จรวดเชื้อเพลิงเหลว และจรวดเชื้อเพลิงแข็ง

จรวดหลายตอน
          การนำจรวดขึ้นสู่อวกาศนั้นจะต้องทำการเผาไหม้เชื้อเพลิงจำนวนมาก เพื่อให้เกิดความเร่งมากกว่า 9.8 เมตร/วินาที2 หลายเท่า ดังนั้นจึงมีการออกแบบถังเชื้อเพลิงเป็นตอนๆ เราเรียกจรวดประเภทนี้ว่า “จรวดหลายตอน” (Multistage rocket) เมื่อเชื้อเพลิงตอนใดหมด ก็จะปลดตอนนั้นทิ้ง เพื่อเพิ่มแรงขับดัน (Force) โดยการลดมวล (mass) เพื่อให้จรวดมีความเร่งมากขึ้น (กฎของนิวตัน ข้อที่ 2: ความเร่ง = แรง / มวล)

ความแตกต่างระหว่างเครื่องบินไอพ่น และจรวด
         เครื่องยนต์ของเครื่องบินไอพ่นดูดอากาศภายนอกเข้ามาอัดแน่น และทำการสันดาป (เผาไหม้) ทำให้เกิดแรงดันไปข้างหน้า จนปีกสามารถสร้างแรงยก (ความดันอากาศบนปีกน้อยกว่าความดันอากาศใต้ปีก) ทำให้เครื่องลอยขึ้นได้ ส่วนจรวดบรรจุเชื้อเพลิงและออกซิเจนไว้ภายใน เมื่อทำการสันดาปจะปล่อยก๊าซร้อนพุ่งออกมา ดันให้จรวดพุ่งไปในทิศตรงกันข้าม   จรวดไม่ต้องอาศัยอากาศภายนอก มันจึงเดินทางในอวกาศได้ ส่วนเครื่องบินต้องอาศัยอากาศทั้งในการสร้างแรงยก และการเผาไหม้

, ,

ภาพที่ 4 SR-71, X-15 และ Space Shuttle

          อากาศยานบางชนิดมีคุณสมบัติทั้งความเป็นจรวดและเครื่องบินในตัวเอง อย่างเช่น X-15, SR-71 และ กระสวยอวกาศ (Space Shuttle) หากดูอย่างผิวเผินเราแทบจะแยกแยะไม่ออกเลยว่า อากาศยานเหล่านี้คือ จรวด หรือเครื่องบินกันแน่
ยกตัวอย่าง เช่น
SR-71 มีรูปร่างคล้ายจรวด แต่เป็นเครื่องบินไอพ่นที่บินได้เร็วที่สุดในโลก มีความเร็วเหนือเสียง 3 เท่า
X-15 เป็นเครื่องบินที่ใช้เครื่องยนต์จรวดที่บินได้เร็วที่สุดในโลก มีความเร็วเหนือเสียง 6.7 เท่า
กระสวยอวกาศ มีรูปร่างคล้ายเครื่องบินปีกสามเหลี่ยมโดยทั่วไป ทว่าเป็นยานอวกาศที่ติดตั้งเครื่องยนต์จรวดไว้ภายใน กระสวยอวกาศไม่ใช้ปีกเมื่ออยู่ในอวกาศ แต่ขับเคลื่อนและเปลี่ยนทิศทางด้วยเครื่องยนต์ขนาดเล็ก ซึ่งอยู่รอบตัว (ภาพที่ 5) ปีกของกระสวยอวกาศทำหน้าที่สร้างแรงต้านและแรงยก ในขณะที่ร่อนกลับสู่พื้นโลก

ภาพที่ 5 การปรับทิศทางของกระสวยอวกาศ

อุปกรณ์ที่จรวดนำขึ้นไป (Payload)

          ดังที่กล่าวไปแล้ว จรวดเป็นเพียงตัวขับเคลื่อนขึ้นสู่อวกาศ สิ่งที่จรวดนำขึ้นไปมีมากมายหลายชนิด ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์หรือภารกิจ ซึ่งอาจจะมีทั้งการทหาร สื่อสารโทรคมนาคม หรืองานวิจัยทางวิทยาศาสตร์
           ขีปนาวุธ (Missile) เป็นคำที่เรียกรวมของจรวดและหัวรบ เนื่องจากจรวดมีราคาสูง และมีพิกัดบรรทุกไม่มาก หัวรบที่บรรทุกขึ้นไปจึงมีขนาดเล็ก แต่มีอำนาจการทำลายสูงมาก เช่น หัวรบนิวเคลียร์
           ดาวเทียม (Satellite) หมายถึง อุปกรณ์ที่ส่งขึ้นไปโคจรรอบโลก เพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ เช่น ถ่ายภาพ โทรคมนาคม ตรวจสภาพอากาศ หรืองานวิจัยทางวิทยาศาสตร์
           ยานอวกาศ (Spacecraft) หมายถึง ยานพาหนะที่โคจรรอบโลก หรือเดินทางไปยังดาวดวงอื่น อาจจะมีหรือไม่มีมนุษย์เดินทางไปด้วยก็ได้ เช่น ยานอะพอลโล่ ซึ่งนำมนุษย์เดินทางไปดวงจันทร์
           สถานีอวกาศ (Space Station) หมายถึง ห้องปฏิบัติการในอวกาศ ซึ่งมีปัจจัยสนับสนุนให้มนุษย์สามารถอาศัยอยู่ในอวกาศได้นานนับเดือน หรือเป็นปี สถานีอวกาศส่วนมากถูกใช้เป็นห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ เพื่อประโยชน์ในการวิจัย ทดลอง และประดิษฐ์คิดค้นในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง สถานีอวกาศที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน ได้แก่ สถานีอวกาศนานาชาติ ISS (International Space Station)

ภาพที่ 6 สถานีอวกาศนานาชาติ (ISS)

สภาพแวดล้อมในอวกาศ
          อวกาศเป็นสภาวะไร้อากาศและแรงโน้มถ่วง ดังนั้นการเคลื่อนที่จึงไร้แรงเสียดทานและความเร่ง ยานอวกาศหรือนักบินอวกาศเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ด้วยการจุดจรวดขนาดเล็ก และจุดจรวดด้านตรงข้ามด้วยแรงที่เท่ากันเมื่อต้องการจะหยุด (ภาพที่ 5)
บนอวกาศเต็มไปด้วยรังสีคลื่นสั้นซึ่งมีพลังงานสูง ดาวเทียมและยานอวกาศอาศัยพลังงานเหล่านี้ด้วยการใช้เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม รังสีคลื่นสั้นเหล่านี้มีอานุภาพในการกัดกร่อนสสาร ดังจะเห็นว่ายานอวกาศและดาวเทียมส่วนมากถูกห่อหุ้มด้วยโลหะพิเศษ สีเงิน หรือสีทอง อุปกรณ์ทุกอย่างที่ใช้ในอวกาศถูกสร้างขึ้นด้วยวัสดุชนิดพิเศษ จึงมีราคาแพงมาก

ภาพที่ 7 มนุษย์อวกาศสวมอุปกรณ์สำหรับเคลื่อนที่ในอวกาศ

          บน พื้นผิวโลกมีบรรยากาศคอยทำหน้าที่กรองรังสีคลื่นสั้นที่เป็นอันตรายต่อสิ่ง มีชีวิต แต่ในอวกาศไม่มีเกราะกำบัง ในขณะที่นักบินอวกาศออกไปทำงานข้างนอกยาน พวกเขาจะต้องสวมใส่ชุดอวกาศ ซึ่งออกแบบมาเพื่อจำลองสภาพแวดล้อมที่อยู่บนโลก กล่าวคือ ปรับอุณหภูมิให้พอเหมาะ มีออกซิเจนให้หายใจ มีแรงดันอากาศเพื่อป้องกันมิให้เลือดซึมออกตามผิวหนัง และรังสีจากดวงอาทิตย์ (ภาพที่ 7)

คำจำกัดความของคำว่า "ดาวเทียม" "ยานอวกาศ" และ "อวกาศ"

       ดาวเทียม (Satellite) คือ สิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้น และส่งไปโคจรอยู่รอบโลก เพื่อประโยชน์ในการสื่อสารและเก็บรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับอวกาศ รวมทั้งการถ่ายภาพพื้นผิวโลก และสิ่งต่าง ๆ ในเทห์ฟากฟ้าอื่น แล้วถ่ายทอดข้อมูลเหล่านั้นกลับมายังโลก

       ยานอวกาศ (Spacecraft) คือสิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้นเพื่อใช้ปฏิบัติงานในห้วงอวกาศ มีทั้งแบบควบคุมด้วยมนุษย์ (Manned  spacecraft) และไม่ต้องอาศัยมนุษย์ควบคุม (Unmanned Spacecraft) เช่น กระสวยอวกาศ (Space shuttle) เป็นยานอวกาศแบบมีมนุษย์ควบคุมซึ่งถูกสร้างมาเพื่อใช้เดินทางระหว่างโลกไปยังอวกาศเมื่อเสร็จสิ้นภารกิจก็เดินทางกลับมายังโลก ดาวเทียมก็จัดเป็นยานอวกาศชนิดหนึ่งที่โคจรอยู่รอบโลก

       อวกาศ (Space) มีหลายนิยาม นิยามหนึ่งคือบริเวณที่อยู่สูงเกินกว่าที่เครื่องบินจะบินได้โดยแรงพยุงของปีกเครื่องบิน อีกนิยามหนึ่ง ของNASA กำหนดว่าอวกาศคือความสูงตั้งแต่ 50 Nautical miles (92.6 กิโลเมตร) ขึ้นไปซึ่งมนุษย์จะต้องใช้ชุดอวกาศและอีกนิยามหนึ่งบอกว่าอวกาศคือความสูงตั้งแต่ 80 Nautical miles (130 กิโลเมตร) ขึ้นไป โดยพิจารณาจากที่ความสูงดังกล่าวยานอวกาศสามารถโคจรรอบโลกได้ 1-2 วันโดยที่ไม่ตกลงมายัง โลก

ส่วนประกอบหลักของดาวเทียม มี 2 ส่วน คือ Bus และ Payload ซึ่งมีรายละเอียด ดังนี้

                1 BUS หมายถึง ส่วนประกอบที่จำเป็นของดาวเทียมที่จะต้องมีเพื่อให้ดาวเทียมทำงานได้ในอวกาศจะประกอบด้วยระบบต่าง ๆรวม 6 ระบบ ได้แก่

              1.1 ระบบโครงสร้าง หรือ ตัวถังของดาวเทียม (Structure)

                       - วัสดุทำด้วยสารประกอบของอลูมิเนียมและแมกนีเซียม รวมทั้ง Carbon Fibers สามารถป้องกัน การกระจายของรังสีและการถ่ายเทประจุทางไฟฟ้าในอวกาศที่เรียกว่า พลาสมา (Plasma) ไม่ให้เข้า ไปทำ ความเสียหายกับระบบภายในดาวเทียม ตัวถังของดาวเทียมยังมีระบบกันความร้อนเพื่อไม่ให้อุณหภูมิภายในดาวเทียมสูง หรือต่ำจนเกินกว่าจะทำงานได้

                       - แหล่งพลังงานความร้อนสูงสุดที่ส่งมายังดาวเทียมคือจากดวงอาทิตย์โดยตรง มีพลังงานสูงถึง1358 วัตต์ต่อตารางเมตร และจากแสงอาทิตย์ที่สะท้อนพื้นโลกไปยังดาวเทียมมีพลังงานรองลงมา ประมาณ 30 เปอร์เซนต์ของพลังงานที่ส่งมาจากดวงอาทิตย์โดยตรง

                       - ตัวถังมีน้ำหนักประมาณร้อยละ 6 ของน้ำหนักดาวเทียมทั้งหมด

             1.2 ระบบพลังงาน (Power)

                      - แผงเซลแสงอาทิตย์หรือโซลาเซล (Solar cell) เป็นแหล่งพลังงานหลัก (Primary Source) ติดตั้งบริเวณผิวด้านนอกของตัวดาวเทียม หรือเป็นแผงยื่นออกมาจากตัวดาวเทียม (ขึ้นอยู่กับการออกแบบดาวเทียม) แผงเซลแสงอาทิตย์มีหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า เพื่อใช้ขับเคลื่อนระบบภายในดาวเทียม เซลแสงอาทิตย์เดิมนิยมทำจากผลึก Silicon แต่ในปัจจุบันเริ่มเปลี่ยนมาใช้เซลแสงอาทิตย์ที่ทำจากผลึกแกเลี่ยมอะเซไน (GaAs) ที่ให้ประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็น พลังงานไฟฟ้า ได้สูงขึ้นมากจากเดิมประมาณ 16 เปอร์เซนต์เป็น 24 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งจะทำให้ขนาดแผงโซลาเซลลดลงโดย ให้พลังงานไฟฟ้าเท่าเดิม

                      - Battery : เป็นแหล่งเก็บพลังงานสำรอง (Secondary Source) ใช้ในกรณี Solar cell ไม่ทำงานเนื่องจากโลกหรือดวงจันทร์บังแสงอาทิตย์ หรือที่เรียกว่า การเกิดคราส (Eclipse) การเกิดคราส มีสาเหตุจากโลกบังแสงอาทิตย์ ดาวเทียมที่อยู่ในวงโคจรค้างฟ้าจะพบการเกิดคราสชนิดนี้ปีละ 2 ช่วง คือช่วง ประมาณวันที่ 21 มีนาคม ที่เรียกว่า Spring Equinox หรือ Vernal Equinox และ 23 กันยายน ที่ เรียกว่าAutumn Equinox ของทุกปี โดยจะเกิดประมาณ 22 วันก่อนและหลังวันดังกล่าว หรือประมาณ ปีละ 90 วัน และการเกิดแต่ละครั้งเป็นเวลาสูงสุดประมาณ 72 นาที ดาวเทียมที่อยู่ในวงโคจรต่ำ (LEO)จะพบการเกิดคราสแบบนี้วันละประมาณ 14-15 ครั้งและเวลาสูงสุดที่เกิดคราสนี้ขึ้นกับความสูงของวงโคจรดาวเทียม เช่นที่ความสูง 550 กิโลเมตรจะมีเวลาคราสสูงสุด 36 นาที การเกิดคราสเนื่องจากดวงจันทร์ โดยเฉลี่ยดาวเทียมในวงโคจรค้างฟ้าจะเข้าสู่บริเวณเงามืดจากดวงจันทร์สูงสุด ไม่เกิน 4 ครั้ง ในบางปีอาจไม่เกิดขึ้นเลยก็ได้ และแต่ละครั้งอาจเป็นเวลานานถึง 2 ชั่วโมง แต่บางดวงอาจ เข้าสู่บริเวณคราสสูงกว่า 20 ครั้งต่อปีก็ได้ ดาวเทียมในวงโคจรต่ำได้รับผลของการเกิดคราสจากดวงจันทร์   น้อยเนื่องจากมีการโคจรรอบโลกที่บ่อยครั้งกว่า         ดังนั้นจึงต้องมีแบตเตอรี่จ่ายไฟสำรองขณะเกิดคราส ดาวเทียมค้างฟ้าส่วนใหญ่ใช้แบตเตอรี่ NiH (Nikel Hydrogen 1.15 v/cell) และดาวเทียมวงโคจรต่ำมักใช้แบตเตอรี่ NiCd (Nikel Cadmium) สำหรับกระสวยอวกาศจะใช้แบตเตอรีแบบ Fuel Cell ที่ใช้ก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจนมาทำปฏิกิริยากันนอก จากให้พลังงานไฟฟ้าแล้วยังให้น้ำที่ดื่มได้ออกมาด้วย

              1.3 ระบบควบคุมอุณหภูมิ (Temparature Control)

                      - ขณะดาวเทียมทำงานจะเกิดความร้อนในระบบ รวมทั้งได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์ จึงต้องมี ระบบควบคุมอุณหภูมิเพื่อกระจายความร้อน (ควบคุมให้อยู่ในเกณฑ์ 10 ถึง 45 องศาเซลเซียส ขณะทำงาน;    - 30 ถึง + 55 องศาเซลเซียส ขณะเตรียมการ - อุ่นเครื่อง)

              1.4 ระบบอุปกรณ์ขับเคลื่อนดาวเทียมในวงโคจร (In-Orbit Propulsion Equipment)

                      - ใช้ขับดันเปลี่ยนแปลงวงโคจร และรักษาตำแหน่งของดาวเทียม

                      - พลังขับดันมีแหล่งกำเนิดจาก 3 หลักการ แบบแรกคือ ใช้ก๊าซเช่นไนโตรเจนอัดบรรจุถังไว้ซึ่งก๊าซ   เมื่อเป็นของเหลวจะมีอุณหภูมิต่ำจึงเรียกว่าเป็นแบบ Cold gas หรือเรียกอีกแบบว่าเป็นตัวขับเคลื่อนเชื้อเพลิง เดียว(Mono-Propellant Thrusters) เมื่อต้องการใช้งานก็จะเปิดวาล์วทำให้ก๊าซพุ่งออกมาเป็นแรงขับดันแบบที่สองเรียกว่า Bi-Propellant Thrusters ใช้หลักการทางเคมี ซึ่งอาศัยการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงหลายชนิดรวมกัน และแบบที่สามใช้หลักการการใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นตัวเร่งขับดันประจุไฟฟ้า ให้เกิดแรงขับดัน

                      - การรักษาตำแหน่งของดาวเทียม จะใช้อุปกรณ์ขับดันระดับต่ำ (Low Power Thruster )(2 - 3 มิลลินิวตันถึง 2 - 3 นิวตัน)

                      - การเปลี่ยนแปลงหรือย้ายวงโคจรจะใช้อุปกรณ์ขับดันระดับกลาง และระดับสูง (Medium and High Power Thruster) (100 - 10,000 นิวตัน) โดยอาศัยอุปกรณ์ที่เรียกทั่วไปว่า Kick Motor เป็นตัวผลักดัน

                      - ปริมาณเชื้อเพลิงหรือก๊าซที่บรรจุในดาวเทียม คือ ตัวกำหนดอายุการใช้งานของาวเทียม (ปกติดาวเทียมมีอายุใช้งานประมาณ 10 - 15 ปี)

               1.5 ระบบรักษาสมดุลดาวเทียม (Stabilization and Altitude Control)

                         ดาวเทียมโดยทั่วไปจะมีการทรงตัวให้อยู่ในสภาพสมดุล โดยอาศัยระบบการรักษาสมดุลอยู่ 2 ลักษณะ คือ

                      - ระบบรักษาสมดุลโดยการหมุน (Spin Stabilization)ดาวเทียมประเภทนี้ถูกออกแบบเป็นรูปทรงกระบอก หมุนรอบแกนของตัวดาวเทียมด้วยอัตราเร็วคงที่ ขณะเดียวกัน มอเตอร์จะหมุนชุดฐานสายอากาศในตัวดาวเทียมไปในทิศทางตรงข้ามกับการหมุนของ ตัว ดาวเทียมในความเร็วที่เท่ากัน ส่งผลให้ดาวเทียมสมดุลและโคจรรอบโลก โดยสามารถรักษาตำแหน่งดาวเทียม       ให้อยู่ในตำแหน่งที่ต้องการด้วย ตัวอย่างดาวเทียมระบบ Spin Stabilization ได้แก่ Thaicom - 1A, Thaicom - 2 และ Palapa - B4 เป็นต้น

                      - ระบบรักษาสมดุลโดยใช้ระบบสามแกน (Three Axis Stabilization หรือ Body Stabilization) นอกจากมีการใช้อุปกรณ์ขับดันเพื่อรักษาสมดุลของดาว เทียมแล้วยังมีการใช้อุปกรณ์ที่ สร้างแรงเพื่อทำให้ดาวเทียมสมดุลไว้ได้คือ "วงล้อโมเมนตัม" (Momentum Wheels) ซึ่งภายในี่ประกอบ ด้วยมอเตอร์ 3 ตัวหมุนตั้งฉากกัน การที่จะให้มอเตอร์ตัวใดหมุนเพื่อรักษาสมดุลในแนวแกนใดจะอาศัยการ        ตรวจสอบทิศทางที่ดาวเทียมวางตัวอยู่เสียก่อน อุปกรณ์ตรวจสอบการวางตัวนี้เรียกว่าเซนเซอร์ (Sensor) ได้แก่ตัววัดทิศทางและความแรงสนามแม่เหล็กโลก ตัววัดแสงอินฟาเรดที่ตรวจจับแสงอินฟาเรดที่สะท้อนจากโลก เนื่องจากดาวเทียมที่ใช้การรักษาสมดุลแบบนี้ไม่ต้องอาศัยการหมุนทั้งตัวดาว เทียม จึงทำให้สามารถติดตั้ง แผงรับแสงอาทิตย์ยื่นออกมาเช่น Thaicom-3 ซึ่งสามารถเพิ่มพื้นที่รับแสงอาทิตย์ได้มากขึ้น

                 1.6 ระบบติดตามและควบคุม (Tracking Telemetry and Command TT&C)

       ระบบดังกล่าวทำหน้าที่รับสัญญาณควบคุมจากสถานีภาคพื้นดิน เพื่อเปลี่ยนแปลงการทำงานของอุปกรณ์(Mode of Operation) รวมทั้งส่งผลข้อมูลข่าวสารเกี่ยวกับการทำงานของดาว เทียม และการทำงานของอุปกรณ์กลับไปยังสถานีภาคพื้น ตลอดจนวัดระยะทางระหว่างภาคพื้นกับตัวดาวเทียม และความเร็ว เพื่อกำหนดตำแหน่งที่อยู่ของดาวเทียมด้วย

แนวโคจรของดาวเทียม

       ระนาบการโคจรของดาวเทียม คือเส้นทางที่ดาวเทียมโคจรไปรอบโลก โดยระนาบนี้จะทำมุมกับระนาบของเส้นศูนย์สูตรระหว่าง 0 ถึง 180 องศา มุมนี้เรียกว่า มุมเอียง (Inclination) หรืออีกนัยหนึ่งคือแนวโคจรของดาวเทียมเป็นวงโคจรเอียง (Incline Orbit) ในการวัดมุมนี้จะวัดขณะที่ดาวเทียมโคจรจากซีกโลกทางด้านใต้ผ่านเส้นศูนย์สูตรไปยังซีกโลกด้านเหนือ (Ascending) วงโคจรเอียง ที่มีลักษณะพิเศษและมีชื่อเรียกเฉพาะมีดังนี้

          1 วงโคจรตามแนวเส้นศูนย์สูตร (Equatorial Orbit)

                - เป็นแนวโคจรของดาวเทียมที่มีมุมเอียง 0 องศา หรือเหนือเส้นศูนย์สูตร (ตามนิยามของInternational Telecommunication Union หรือ ITU ยอมรับให้มุมเอียงอยู่ระหว่าง 0 ถึง 5 องศา)

                - ถ้าดาวเทียมโคจรอยู่สูงจากพื้นโลกประมาณ 35,780 กม. แล้วดาวเทียมจะใช้เวลา 24 ชั่วโมง ในการโคจรรอบโลก เท่ากับเวลาที่โลกหมุนรอบตัวเอง ดังนั้นจะมองเห็นเสมือนอยู่กับที่

               - ส่วนใหญ่ใช้ด้านการสื่อสาร และอุตุนิยมวิทยา  2 วงโคจรตามแนวขั้วโลก (เหนือ - ใต้) (Polar Orbit)

               - วงโคจรทำมุมเอียง 90 องศา ทำให้ดาวเทียมโคจรผ่านขั้วโลกเหนือมาขั้วโลกใต้แล้ววน กลับไปขั้วโลกในขณะเดียวกับที่โลกหมุนรอบตัวเอง ทำให้ดาวเทียมโคจรผ่านทุกพื้นที่ในโลกได้

               - ส่วนใหญ่ใช้ในด้านการสำรวจทรัพยากร, สังเกตการณ์, ถ่ายภาพ, อุตุนิยม รวมทั้งการติดต่อ สื่อสารที่จำกัดเฉพาะพื้นที่

          3 วงโคจรหมุนตามโลก (Direct หรือ Posigrade Orbit)

               - โคจรเป็นมุมเอียงระหว่าง 00 - 90 0 จากเส้นศูนย์สูตร

               - ส่วนใหญ่ใช้งานนำร่อง, กำหนดพิกัดอ้างอิง (Navigation / GPS)

          4 วงโคจรหมุนทวนโลก (Indirect หรือ Retograde Orbit)

               - โคจรเป็นมุมเอียงระหว่าง 900 - 180 0 จากเส้นศูนย์สูตร

               - ใช้งานคล้ายกับดาวเทียมที่โคจรหมุนตามโลก รวมทั้งใช้กับดาวเทียมสำรวจระยะไกล(Remote Sensing)

               - ถ้ามีมุมเอียงและความสูงจากพื้นโลกเหมาะสมสัมพันธ์กัน ดาวเทียมจะโคจรผ่านพื้นที่ที่กำหนดเป็นเวลาเดียวกันทุกครั้งี่ทำให้มุมที่ แสงอาทิตย์ทำกับพื้นที่คงเดิม จึงเรียกว่า วงโคจรสัมพันธ์กับ ดวงอาทิตย์ (Sun-synchronous Orbit) ใช้ประโยชน์มากในดาวเทียมสำรวจระยะไกล

          5 โมนิลยา (Molniya)

               - เป็นวงโคจรพิเศษสำหรับดาวเทียมเพื่อการสื่อสารและการทหารของรัสเซียที่ สามารถให้บริการเหมือนดาวเทียมค้างฟ้าแก่พื้นที่ทางด้านซีกโลกเหนือรวมถึง ขั้วโลกที่ดาวเทียมสื่อสารในวงโคจรเส้นศูนย์สูตรไม่สามารถให้บริการได้ วงโคจรมีมุมเอียง 63.4 องศา และระยะใกล้โลกที่สุด 1000 กิโลเมตร และไกล ที่สุด 39,420 กิโลเมตร

วงโคจรดาวเทียม Satellite Orbit เมื่อแบ่งตามระยะความสูง (Altitude) จากพื้นโลกแบ่งเป็น 3 ระยะคือ

                 1 วงโคจรระยะต่ำ (Low Earth Orbit "LEO")

                      - สูงจากพื้นโลกไม่เกิน 1,000 กม.

                      - ใช้ในการสังเกตการณ์ สำรวจสภาวะแวดล้อม, ถ่ายภาพ

                      - ไม่สามารถใช้งานครอบคลุมบริเวณใดบริเวณหนึ่งได้ตลอดเวลา เพราะมีความเร็วในการเคลื่อนที่สูงแต่จะสามารถบันทึกภาพคลุมพื้นที่ตามเส้น ทางวงโคจรที่ผ่านไป ตามที่สถานีภาคพื้นดินจะกำหนด

                      - เส้นทางโคจรอยู่ในแนวขั้วโลก (Polar Orbit)

                      - ดาวเทียมวงโคจรระยะต่ำขนาดใหญ่บางดวงสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าในเวลาค่ำ หรือก่อนสว่างเพราะดาวเทียมจะสว่างเป็นจุดเล็ก ๆ เคลื่อนที่ผ่านในแนวนอนอย่างรวดเร็ว

                 2 วงโคจรระยะปานกลาง (Medium Earth Orbit "MEO")

                      - ระยะความสูงตั้งแต่ 1,000 กม.ขึ้นไป

                      - ส่วนใหญ่ใช้ในด้านอุตุนิยมวิทยา และสามารถใช้ในการติดต่อสื่อสารเฉพาะพื้นที่ได้ แต่หากจะติดต่อให้ครอบคลุมทั่วโลกจะต้องใช้ดาวเทียมหลายดวงในการส่งผ่าน

                 3 วงโคจรประจำที่ (Geostationary Earth Orbit "GEO")

                      - เป็นดาวเทียมเพื่อการสื่อสารเป็นส่วนใหญ่

                      - สูงจากพื้นโลกประมาณ 35,780 กม.

                      - เส้นทางโคจรอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตร (Equatorial Orbit)

                      - ดาวเทียมจะหมุนรอบโลกด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับโลกหมุนรอบตัวเองทำให้ดู เหมือนลอยนิ่งอยู่เหนือจุดจุดหนึ่งบนโลกตลอดเวลา

(เรียกทั่ว ๆ ไปว่า "ดาวเทียมค้างฟ้า")

กล้องโทรทรรศน์

         ในการสังเกตการณ์ดาราศาสตร์นั้น กล้องโทรทรรศน์เป็นสิ่งที่จำเป็นต้องใช้แทบจะขาดมิได้ เนื่องจากวัตถุท้องฟ้า ไม่ว่าจะเป็นดวงดาว กาแล็กซี หรือเนบิวลาต่าง ๆ ล้วนอยู่ห่างจากโลกเราหลายปีแสง และมักมีความสว่างน้อยนิด จึงจำเป็นต้องใช้กล้องโทรทรรศน์เพื่อดึงภาพของวัตถุเหล่านั้นให้เหมือนกับ ว่ามาอยู่ใกล้ ๆ เพื่อศึกษารายละเอียดได้สะดวก และรวมแสงให้สว่างพอให้ตามองเห็น นอกจากการดึงภาพให้เข้ามาใกล้แล้ว กล้องโทรทรรศน์ยังมีประโยชน์อื่น ๆ อีก เช่น ช่วยให้เราได้สามารถศึกษาวัตถุท้องฟ้าในย่านสเปกตรัมอื่น ๆ ที่ตาเรามองไม่เห็นอีก ทั้งนี้เนื่องจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มาจากดวงดาวและวัตถุท้องฟ้าต่าง ๆ นั้นมีย่านความถี่ที่กว้างมาก ตั้งแต่ความถี่วิทยุ ไมโครเวฟ รังสีอินฟราเรด แสงขาว (สีแดงถึงสีม่วง) รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ จนถึงรังสีแกมมา ตาของมนุษย์นั้นสามารถมองเห็นได้เฉพาะแสงขาวเท่านั้น การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ในย่านแสงขาวเพียงย่านเดียว จึงดูเป็นการสังเกตการณ์ในขอบเขตที่แคบมาก ๆ สัญญาณบางอย่างที่ปลดปล่อยมาจากดวงดาวและวัตถุท้องฟ้า มักจะอยู่ในย่านความถี่ที่ตามองไม่เห็นเสียมาก เช่น หากสังเกตมองควอซาร์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ธรรมดาที่ทำงานในยานแสงขาว จะมองเห็นไม่ต่างกับดาวฤกษ์ธรรมดาดวงหนึ่งเลย และเมื่อถ่ายภาพควอซาร์ในย่านอินฟราเรดแล้ว จะพบว่ามันมีลักษณะแตกต่างจากดาวฤกษ์โดยสิ้นเชิง นอกจากนี้ กล้องโทรทรรศน์ยังมีประโยชน์ในการถ่ายและบันทึกภาพของดวงดาวได้อีกด้วย

         กล้องโทรทรรศน์โดยทั่วไปแบ่งออกเป็นชนิดใหญ่ ๆ ตามย่านความถี่ที่ทำงาน เช่นกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด (Infrared telescope) กล้องโทรทรรศน์วิทยุ (Radio Telescope) เป็นต้น กล้องโทรทรรศน์ที่พบเห็นและรู้จักกันมากที่สุดก็คือ กล้องโทรทรรศน์ที่ทำงานในย่านความถี่ที่ตามองเห็นหรือ Optical telescope ในที่นี้จะกล่าวถึงกล้องโทรทรรศน์แบบหลังนี้เท่านั้น

         ชนิดของกล้องโทรทรรศน์

กล้องโทรทรรศน์อาจแบ่งได้ตามหลักการสร้างภาพได้เป็น 2 ชนิดใหญ่ ๆ ได้ดังนี้

         กล้องแบบหักเหแสง

กล้องแบบ หักเหแสงใช้เลนส์นูนอย่างน้อยสองชิ้นประกอบด้วยกัน ชิ้นหนึ่งเรียกว่า เลนส์วัตถุ อยู่ทางด้านหน้าของตัวกล้อง อีกชิ้นหนึ่งเรียกว่า เลนส์ตา อยู่ตำแหน่งใกล้ตา อัตราขยายของกล้องชนิดนี้สามารถหาได้จาก

กำลังขยาย = ความยาวโฟกัสของเสนส์วัตถุ / ความยาวโฟกัสของเลนส์ตา

กล้องแบบสะท้อนแสง

กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงประกอบด้วยกระจกเว้าโค้งแบบพาราโบลาเรียกว่า กระจกหลัก (primary mirror) กับเลนส์ตาอีกอันหนึ่ง กำลังขยายของกล้องแบบสะท้อนแสงหาได้จาก กำลังขยาย = ความยาวโฟกัสของกระจกหลัก / ความยาวโฟกัสของเลนส์ตา

หอสังเกตการณ์เยอร์คิส์ (Yerkes Observatory) ที่ตั้งของกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงที่ใหญ่ที่สุดในโลก

         เมื่อเปรียบเทียบกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงกับกล้องโทรทรรศน์หักเห แสงแล้ว กล้องแบบสะท้อนแสงเหมาะกับกล้องขนาดใหญ่มากกว่ากล้องแบบหักเหแสง เนื่องจากกระจกสะท้อนแสงสามารถสร้างให้มีขนาดใหญ่ และมีโครงสร้างเสริมหนุนอยู่ด้านหลังกระจกเพื่อรักษาความโค้งเอาไว้ได้ ในขณะที่กล้องหักเหแสงสามารถยึดติดกับสิ่งอื่นได้เฉพาะที่ขอบเลนส์เท่านั้น จึงมีขีดจำกัดอยู่ที่เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 เมตรเท่านั้น หากสร้างกระจกใหญ่กว่านี้ น้ำหนักของเลนส์จะถ่วงให้กระจกมีรูปร่างบิดเบี้ยวจนภาพที่ได้มีความเพี้ยน มากเกินไป ปัจจุบันกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงที่ใหญ่ที่สุดตั้งอยู่ที่หอสังเกตการณ์ เยอร์คิส์ มีเส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์ 1 เมตร กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงยังมีชนิดย่อย ๆ อีกหลายชนิด เช่น

กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแบบนิวตัน (Newtonian Reflecter)

มีกระจก เว้าอยู่ท้ายกระบอก ที่ด้านหน้าใกล้กับปากกระบอกกล้องมีกระจกเฉียง 45 องศาเพื่อสะท้อนแสงออกไปทางด้านข้างลำตัวกล้องซึ่งมีเลนส์ตาติดอยู่ เวลาส่องดูจึงต้องส่องดูข้าง ๆ ลำตัวกล้อง ชื่อของกล้องชนิดนี้ตั้งขึ้นเพื่อเป็นเกียรติแก่นิวตัน ผู้ออกแบบกล้องชนิดนี้

กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแบบแคสสิเกรน (Cassigrain Reflecter)

         มีกระจกนูนชิ้นเล็ก ๆ เรียกว่ากระจกรอง (secondary mirror) อยู่ที่ด้านหน้าของตัวกล้อง กระจกชิ้นนี้สะท้อนแสงจากกระจกหลักผ่านรูที่อยู่ตรงกลางของกระจกหลัก ซึ่งเลนส์ตาจะติดอยู่ที่ด้านหลังของกระจกหลัก เนื่องจากกระจกรองช่วยย่นความยาวของกระบอกกล้อง กล้องชนิดนี้จึงมักมีรูปร่างสั้นป้อม

กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแบบชมิดท์แคสสิเก

                                                             กล้องโทรทรรศน์แบบมักซูตอฟนี้ คล้ายกับแบบชมิดท์แคสสิเกรน แต่ความโค้งกระจกด้านหน้าต่างกัน กระจกปรับความโค้งของกล้องชนิดนี้ดูคล้ายกับเป็นเลนส์เว้า เลนส์ซูเปอร์เทโลโฟโต้ชนิดรีเฟล็กซ์สำหรับถ่ายภาพทั่วไปมักใช้โครงสร้างของ เลนส์เป็นแบบมักซูตอฟนี้

กล้องโทรทรรศน์แบบชมิดท์ แคสสิเกรน คล้ายกับกล้องแบบแคสสิเกรน แต่มีกระจกปรับความโค้ง (correcter plate) ปิดอยู่ด้านหน้าของตัวกล้อง ส่วนกระจกหลักโค้งแบบทรงกลม กล้องชนิดนี้มักจะสั้นป้อมกว่าแบบแคสสิเกรนเล็กน้อย เป็นชนิดที่นักดูดาวใช้กันมาก

เอฟเรโช (f ratio)

                                                             ดังได้กล่าวมาแล้วว่า กล้องโทรทรรศน์นอกจากมีหน้าที่ขยายภาพให้ใหญ่ขึ้นหรือให้เหมือนกับวัตถุอยู่ ใกล้เข้ามา นอกจากนี้ยังมีอีกหน้าที่หนึ่งก็คือ ขยายแสงหรือการรวมแสงให้สว่างมากขึ้นนั่นเอง บางครั้งวัตถุท้องฟ้าที่เราต้องการส่องนั้นมีขนาดไม่เล็กเลย แต่ว่าจางมากจนมองไม่เห็น ดังนั้นการขยายทางแสงจึงเป็นปัจจัยที่สำคัญไม่น้อยไปกว่าการขยายขนาดภาพเลย ในขณะที่กำลังขยายภาพของกล้องโทรทรรศน์ถูกกำหนดด้วยความยาวโฟกัสของเลนส์ หรือกระจก กำลังขยายทางแสงจะขึ้นกับขนาดความกว้างของกระจกและเลนส์เป็นสำคัญ ซึ่งบอกด้วยตัวเลขที่เรียกว่า เอฟเรโช

เอฟเรโช เป็นค่าที่บอกความสามารถในการรวมแสงของเลนส์วัตถุ มีความหมายเดียวกันกับเอฟเรโชของเลนส์กล้องถ่ายรูป (หรือกระจก ในกรณีของกล้องสะท้อนแสง) ค่าเอฟเรโชหาได้จาก ความยาวโฟกัสของเลนส์หารด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์ เช่นกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงเส้นผ่านศูนย์กลางเลนส์วัตถุ 110 มม. ความยาวโฟกัส 1100 มม. ก็จะมีค่าเอฟเรโชเป็น 1100/110 = 10 หรือเขียนว่า f/10 ค่าเอฟเรโชยิ่งต่ำจะยิ่งมีกำลังรวมแสงมาก

ฐานตั้งกล้อง

                                                             ฐานตั้งกล้องมีหน้าที่ยึดจับและรับน้ำหนักของกล้องโทรทรรศน์ ฐานตั้งกล้องสำหรับกล้องโทรทรรศน์มีความจำเป็นมาก เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์นั้นมักมีกำลังขยายสูงและมีขนาดใหญ่ และหนัก ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้กล้องโทรทรรศน์โดยปราศจากฐานตั้งกล้อง นอกจากนี้ในฐานตั้งกล้องบางระบบยังมีหน้าที่หันทิศทางกล้องเพื่อติดตามจับ ภาพดวงดาวให้คงที่อีกด้วย เนื่องจากดวงดาวนั้นมีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาอันเกิดจากการหมุนรอบตัวเอง ของโลก หากเราซื้อกล้องโทรทรรศน์มาชุดหนึ่ง มักพบว่าราคาในส่วนของฐานตั้งกล้องนั้นจะสูงกว่าส่วนตัวกล้องเสียอีก มีนักดูดาวบางคนถึงกับกล่าวว่า "ใช้กล้องคุณภาพธรรมดากับฐานตั้งกล้องดี ๆ ยังดีกว่าใช้กล้องคุณภาพดีแต่ฐานตั้งกล้องไม่มีคุณภาพ"

ฐานตั้งกล้องพอจะแบ่งได้เป็น 2 ชนิดใหญ่ ๆ ตามลักษณะของแกนหมุนคือ

แบบอัลตาซิมุท (Altazimuth)

                                                             ฐานตั้งกล้องระบบนี้เป็นระบบที่เรียบง่ายที่สุด มีแกนหมุนสองแนวคือแนวราบ (azimuth) และแนวตั้ง (altitude) ฐานตั้งกล้องถ่ายรูปทั่ว ๆ ไปก็เป็นฐานตั้งกล้องแบบอัลตาซิมุทนี้นั่นเอง ฐานตั้งกล้องแบบนี้มีราคาถูก สร้างง่าย แต่ไม่เหมาะกับงานทางดาราศาสตร์นัก เนื่องจากทิศทางการหมุนของแกนนั้นไม่สอดคล้องกับทิศทางการเคลื่อนที่ของดวง ดาว แต่จะเหมาะการถ่ายภาพดาราศาสตร์บางอย่าง โดยเฉพาะภาพที่อิงขอบฟ้าโลก เช่นภาพปรากฏการณ์คอนจังก์ชันที่ขอบฟ้า ภาพดาวเคลื่อนที่เป็นเส้นยาว หรือภาพซึ่งใช้เวลาการเปิดหน้ากล้องค่อนข้างสั้น เช่น ภาพดวงอาทิตย์ ภาพดวงจันทร์ ภาพสุริยุปราคา หรือภาพจันทรุปราคา เป็นต้

แบบอิเควตอเรียล

                                                             ฐานตั้งกล้องแบบอิเควตอเรียลจะมีแกนหมุนสองแกน แกนหนึ่งชี้ไปที่ขั้วท้องฟ้า (บริเวณใกล้ดาวเหนือ) เรียกว่าแกนขั้วฟ้า (Polar axis) แกนนี้จึงหมุนตามการเคลื่อนที่ของดวงดาว อีกแกนหนึ่งซึ่งตั้งฉากกับแกนขั้วฟ้า คือ แกนเดคลิเนชัน (Declination axis) แกนนี้จะหันกล้องไปในทางเดคลิ เนชันหรือตามแนวขั้วฟ้าเหนือ-ใต้นั่นเอง ในขณะที่ตั้งกล้องสังเกตวัตถุท้องฟ้านั้น วัตถุจะเคลื่อนที่ตามแนวเดคลิเนชันไปทางตะวันตกช้า ๆ ผู้สังเกตการณ์จึงต้องปรับที่แกนเดคลิเนชันตามตลอดเวลาเพื่อไม่ให้วัตถุตก ขอบจอภาพไป ถ้าเป็นฐานตั้งกล้องที่มีราคาจะมีมอเตอร์ไฟฟ้าหมุนแกนเดคลิเนชันด้วยความ เร็ว 1 รอบต่อ 1 วันตามความเร็วในการหมุนรอบตัวเองของโลก ทำให้ผู้สังเกตการณ์สามารถสังเกตการณ์ได้นานต่อเนื่องกันโดยไม่ต้องคอยปรับ ตำแหน่งกล้องเรื่อย ๆ ฐานตั้งกล้องคุณภาพสูงมักเป็นแบบอีเควตอเรียลทั้งสิ้น

                                                             ฐานตั้งกล้องแบบอิเควทอเรียลยังแบ่งย่อยไปได้อีกหลายชนิดตามโครง สร้างของกลไก ดังรูปทางด้านซ้าย ซึ่งแสดงฐานตั้งกล้องอิเควตอเรียลแบบต่าง ๆ กล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กที่สามารถขนย้ายได้มักจะใช้ฐานตั้งกล้องแบบเยอรมัน หรือแบบง่าม แบบเยอรมันจะเหมาะกับการสังเกตการณ์ในประเทศใกล้ศูนย์สูตรเช่นประเทศไทย ฐานตั้งกล้องแบบง่ามจะเหมาะกับประเทศในแถบละติจูดสูง ๆ นักดูดาวในประเทศสหรัฐอเมริกานิยมใช้ฐานตั้งกล้องแบบนี้มาก แต่สำหรับประเทศไทยไม่เหมาะกับฐานตั้งกล้องแบบนี้

                                                             ฐานตั้งกล้องแบบอังกฤษ แบบโย้ก และแบบเกือกม้านั้นเหมาะกับกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ตามหอดูดาวต่าง ๆ มากกว่ากล้องขนาดเล็ก มีจุดยืดบนพื้นสองจุดจึงมีความมั่นคงมาก ฐานตั้งกล้องแบบอังกฤษและแบบโย้กหาดูได้ยากและไม่เป็นที่นิยมแล้ว หอดูดาวสมัยใหม่นิยมใช้ฐานตั้งกล้องแบบเกือกม้า ซึ่งเป็นแบบที่พัฒนามาจากแบบโย้ก สามารถรับน้ำหนักกล้องได้มาก และสามารถหันกล้องส่องที่ขั้วเหนือได้ด้วย

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

การควบคุมการทำงานของกล้องอวกาศฮับเบิล

         หน่วยงานที่รับผิดชอบภาระกิจการควบคุมกล้องฮับเบิล คือ ศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ด (Goddard Space Flight Center) ขององค์การนาซาในรัฐมารี่แลน (Maryland) ประเทศสหรัฐอเมริกา สัญญาณทุกชนิดที่ส่งไปกลับจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลจะต้องผ่านศูนย์นี้ ทั้งหมด วิศวกรประจำศูนย์นี้จะเป็นผู้ประสานงานระหว่างกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล กับนักดาราศาสตร์ที่ปฏิบัติงานอยู่ที่สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ (Space Telescope Science Institute) ที่เมืองบัลติมอร์ (Baltimal) ในการควบคุมโปรแกรมการสังเกตการณ์ของกล้องโทรทรรศน์

         ในการทำงานของกล้องฮับเบิลอาศัยพลังงานไฟฟ้าเพื่อควบคุมอุปกรณ์และ ระบบคอมพิวเตอร์จากแผงสุริยะที่ติดอยู่ นอกจากนี้ยังมีระบบที่ควบคุมการชี้ของกล้องไปยังวัตถุท้องฟ้าที่ต้องการ ที่เรียกว่า Reaction Wheels ภาพที่ถ่ายได้โดยผ่านดาวเทียมขนาดเล็กที่เรียกว่า “ Tracking and Data Relay Satellite ( TDRS) “ ที่รับสัญญาณได้ทั้งจากพื้นดินและกล้องโทรทรรศน์อวกาศอับเบิลได้ในเวลาเดียวกันข้อมูลของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

 Source: https://www.thaigoodview.com/library/sema/sukhothai/jantip_k/sec06p01.htm

https://www.tps.ac.th/~lop/astro/index_files/page0008.htm

พื้นผิวของดาวพฤหัสบดีซึ่งถูกดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 9 ชน

- ถูกปล่อยสู่วงโคจรนอกบรรยากาศของโลก เมื่อวันที่ 24 เมษายน ค.ศ. 1990
- กระจกหลักมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 . 4 เมตร
- กระจกทุติยภูมิ (Secondary Mirror) มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0 .34 เมตร
- ความยาวของกล้อง 13 . 1 เมตร
- เส้นผ่านศูนย์กลางของกล้อง 4 . 3 เมตร
- แผงเซลล์สุริยะ มีขนาด 12 . 1 เมตร X 2 . 4 เมตร

ภาพถ่ายก่อนและหลังจากปรับปรุงระบบทรรศนศาสตร์

ภาพจาก https://hubblesite.org

- มวลของกล้อง 11 . 6 ตัน
- อยู่สูงจากผิวโลกในวงโคจรรอบบรรยากาศของโลก 610 กิโลเมตร
- คาบการโคจรรอบโลก 95 นาที
- อัตราเร็วการโคจร 27,700 กิโลเมตร/ชั่วโมง
- อายุการใช้งานประมาณ 15 ปี
- ราคา 1.5 ล้านเหรียญสหรัฐ
- ปี ค.ศ. 1997 มีการเดินทางในอวกาศเพื่อบำรุงรักษากล้องโทรทรรศน์อวกาศเป็นครั้งที่ 2 โดยนักดาราศาสตร์และวิศวกรที่เดินทางไปกับกระสวยอวกาศดิสคัฟเวอรี่ (Space Shuttle Discovery) มีการติดตั้งกล้องถ่ายภาพอินฟาเรดเพิ่ม หลังจากนั้นได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศตรวจสอบตำแหน่งร่อนลงบนพื้นผิวดาว อังคารของยานพาร์ท ไฟน์เดอร์ (Mars Pathfinder) และเฝ้าติดตามการเกิดพายุฝุ่นบนดาวอังคาร
- ปี ค.ศ. 1999 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลสามารถบันทึกการระเบิดรังสีแกมมาพลังงานสูง (Energatic Gamma-Ray Burster ) ในกาแล็กซี่ได้
- ปี ค.ศ. 2002 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลช่วยให้เข้าใจการกำเนิดดาวเริ่มแรก ข้อมูลที่ได้ทำให้เชื่อว่าดาวยุคแรกเกิดหลังจากการระเบิดใหญ่ของเอกภพเพียง สองสามล้านปีเท่านั้น ช่วงเวลาที่ใช้นับว่าสั้นมากถ้าเทียบกับการกำเนิดดาวในกาแล็กซีทางช้างเผือก ในปัจจุบันนี้
- ปี ค.ศ. 1999 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลสามารถบันทึกการระเบิดรังสีแกมมาพลังงานสูง (Energatic Gamma-Ray Burster ) ในกาแล็กซี่ได้
- ปี ค.ศ. 2002 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลช่วยให้เข้าใจการกำเนิดดาวเริ่มแรก ข้อมูลที่ได้ทำให้เชื่อว่าดาวยุคแรกเกิดหลังจากการระเบิดใหญ่ของเอกภพเพียง สองสามล้านปีเท่านั้น ช่วงเวลาที่ใช้นับว่าสั้นมากถ้าเทียบกับการกำเนิดดาวในกาแล็กซีทางช้างเผือก ในปัจจุบันนี้
- ปี ค.ศ. 1995 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ถ่ายภาพดาวฤกษ์ที่เกิดใหม่ในเนบิวลานกอินทรี (Eagle Nebula) และสามารถมองเห็นกาแล็กซี่ที่อยู่ไกลถึงหมื่นล้านปีแสง ซึ่งเป็นภาพกาแล็กซี่ที่ไกลที่สุดเท่าที่มนุษย์เคยเห็นมา
- ปี ค.ศ. 1999 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลสามารถบันทึกการระเบิดรังสีแกมมาพลังงานสูง (Energatic Gamma-Ray Burster ) ในกาแล็กซี่ได้
- ปี ค.ศ. 2002 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลช่วยให้เข้าใจการกำเนิดดาวเริ่มแรก ข้อมูลที่ได้ทำให้เชื่อว่าดาวยุคแรกเกิดหลังจากการระเบิดใหญ่ของเอกภพเพียง สองสามล้านปีเท่านั้น ช่วงเวลาที่ใช้นับว่าสั้นมากถ้าเทียบกับการกำเนิดดาวในกาแล็กซีทางช้างเผือก ในปัจจุบันนี้
- ปี ค.ศ. 1994 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล บันทึกภาพดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 9 (Shoemaker – Levy 9 ) พุ่งเข้าชนดาวพฤหัสบดี
- ปี ค.ศ. 1999 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลสามารถบันทึกการระเบิดรังสีแกมมาพลังงานสูง (Energatic Gamma-Ray Burster ) ในกาแล็กซี่ได้
- ปี ค.ศ. 2002 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลช่วยให้เข้าใจการกำเนิดดาวเริ่มแรก ข้อมูลที่ได้ทำให้เชื่อว่าดาวยุคแรกเกิดหลังจากการระเบิดใหญ่ของเอกภพเพียง สองสามล้านปีเท่านั้น ช่วงเวลาที่ใช้นับว่าสั้นมากถ้าเทียบกับการกำเนิดดาวในกาแล็กซีทางช้างเผือก ในปัจจุบันนี้
- ปี ค.ศ. 1993 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ได้รับการบำรุงรักษาเป็นครั้งแรกในอวกาศโดยนักดาราศาสตร์และวิศวกรที่เดิน ทางไปกับกระสวยอวกาศ และมีการเดินในอวกาศ (Space Walk) เป็นครั้งแรก เพื่อปรับปรุงระบบทรรศนศาสตร์ของกล้องที่บกพร่องอยู่เดิม ให้สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด โดยติดตั้งระบบเลนส์ที่เรียกว่า
“ โคสตาร์ (COSTAR) “ เพื่อปรับโฟกัสที่มีความผิดพลาดอยู่เดิมอันเป็นผลเนื่องมาจากกระจกหลักของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ
- ปี ค.ศ. 1999 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลสามารถบันทึกการระเบิดรังสีแกมมาพลังงานสูง (Energatic Gamma-Ray Burster ) ในกาแล็กซี่ได้
- ปี ค.ศ. 2002 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลช่วยให้เข้าใจการกำเนิดดาวเริ่มแรก ข้อมูลที่ได้ทำให้เชื่อว่าดาวยุคแรกเกิดหลังจากการระเบิดใหญ่ของเอกภพเพียง สองสามล้านปีเท่านั้น ช่วงเวลาที่ใช้นับว่าสั้นมากถ้าเทียบกับการกำเนิดดาวในกาแล็กซีทางช้างเผือก ในปัจจุบันนี้
- ปี ค.ศ. 1990 กระสวยอวกาศ ( Space Shuttle Encleaver) บรรทุกกล้องโทรทรรศ์อวกาศฮับเบิลไปปล่อยในวงโคจรนอกบรรยากาศของโลก หลังจากทดสอบการทำงานของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล
- นักดาราศาสตร์ พบว่า ภาพวัตถุท้องฟ้าที่ถ่ายได้มีความคลาดโค้ง ( Sphereical Aberration) เนื่องจากกระจกหลัก (Main Mirror) ของกล้องโทรทรรศ์อวกาศมีความ บกพร่องเล็กน้อย ภาพที่ถ่ายได้จึงไม่มีความคมชัด นักดาราศาสตร์สามารถใช้คอมพิวเตอร์แก้ไขภาพให้มีความชัดเจนขึ้นได้ระดับ หนึ่งแต่ยังไม่เป็นที่น่าพอใจ
- ปี ค.ศ. 1992 กล้องโทรทรรศ์อวกาศฮับเบิล พบหลักฐานว่ามีหลุมดำมวลมาก (Massive Blackhole) ในกาแลคซี่ M87
ความเป็นมาและการค้นพบที่สำคัญของกล้องโทรทรรศน์
- ปี ค.ศ. 1946 นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน ชื่อ ไลแมน สปิทเซอร์ ( Lyman Spitzer ) เสนอแนวคิดเกี่ยวกับหอดูดาวที่อยู่นอกโลก
- ปี ค.ศ. 1977 องค์การนาซา (NASA) เริ่มสร้างกล้องโทรทรรศ์อวกาศฮับเบิล

บรรยากาศ ของโลกมีผลอย่างมากต่อการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ด้วยกล้องโทรทรรศ์หรือ กล้องดูดาว แม้ในคืนที่ฟ้าปลอดโปร่งและมืดสนิท แสงดาวจะลดลงอย่างมากเนื่องจากผลของบรรยากาศของโลก โดยแสงดาวจะลดลงมากที่สุด ณ บริเวณขอบฟ้า (Horizon) และจะลดลงน้อยที่สุดบริเวณกลางศีรษะ (Zenith)

เพื่อขจัด ผลการลดของแสงดาวเนื่องจากบรรยากาศของโลก นักดาราศาสตร์จึงคิดสร้างกล้องโทรทรรศน์ที่สามารถลอยอยู่เหนือบรรยากาศของ โลกได้ โดยในปี ค.ศ. 1990 ได้มีการส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศ ชื่อ “ฮับเบิล” ขึ้นไปโคจรรอบโลก ณ ระดับความสูงเหนือชั้นเมฆ และชั้นบรรยากาศโลก ทำให้กล้องโทรทรรศน์
อวกาศฮับเบิลเป็นกล้องโทรทรรศ์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดเท่าที่มนุษยชาติ เคยมีมา ปัจจุบันมีนักดาราศาสตร์จากนานาประเทศทั่วโลกใช้กล้องโทรทรรศ์ฮับเบิล โดยใช้การควบคุมระยะไกลจากภาคพื้นดิน เครื่องบันทึกสัญญาณที่ติดกับกล้องโทรทรรศ์ฮับเบิลมีหลายชนิด เช่น กล้องถ่ายภาพซีซีดี (CCD Camera) กล้องถ่ายภาพในช่วงใกล้แถบอินฟราเรด ( Near – Infrared Camera ) แยกแสง หรือสเปกโตรมิเตอร์ (Spectrometer) เป็นต้น