เทคโนโลยีไร้สายกับดาวเทียม และอวกาศ

ดาวเทียมที่โคจรอยู่รอบโลกนับร้อยๆดวงนั้นมีการยิงสัญญาณข้อมูลต่าง ๆ มาที่พื้นโลก และยิงสัญญาณจากพื้นโลกไปยังดาวเทียม โดยมี วัตถุประสงค์หลายอย่าง รวมทั้งการตรวจสอบสภาพอากาศ การส่งสัญญาณโทรศัพท์ ทีวี และสัญญาณวิทยุมีการใช้งานในการระบุตำแหน่ง และส่งไปให้ผู้ที่ต้องการใช้และอื่น ๆ

บางเรื่องจากที่กล่าวมาข้างต้นนั้น จะมีการส่งข้อมูลจากนอกโลกหรือในอวกาศ เช่น จากดาวอังคารหรืออาจจะส่งมาจากระบบสุริยะจักรวาล ของเราก็ได้ และในการสื่อสารเช่นนี้ได้นั้นก็จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีไร้สายในการทำงานทั้งสิ้น สิ่งที่น่าสนใจและน่าแปลกใจในการสื่อสาร ผ่านดาวเทียมก็คือการใช้เครื่องมือสื่อสารพื้นฐานที่ใช้อยู่บนโลกในการสื่อสารผ่านดาวเทียม เช่น อุปกรณ์ส่งสัญญาณ จานรับสัญญาณ อุปกรณ์รับสัญญาณ และอื่น ๆ ซึ่งในความคิดของคนทั่วไปนั้นอาจคิดว่าการสื่อสารอย่างนี้จะต้องใช้อุปกรณ์ราคาสูง และเทคโนโลยีขั้นสูงมาก

ดาวเทียมหลาย ๆ ชนิดนั้นเกี่ยวข้องกัน ทำงานร่วมกันในด้านการสื่อสาร ดาวเทียมชนิดแรกคือ Geostationary ซึ่งโคจรรอบโลกที่ความสูง จากพื้นโลก 35,784 กิโลเมตร โดยที่ความสูงขนาดนั้นจะมีรอบของการโคจรอยู่ที่ 24 ชั่วโมง หรือพูดอีกอย่างก็คือดาวเทียมโคจรที่ความเร็วเท่ากับ ความเร็วของโลกที่โคจรครบ 1 รอบนั่นเอง ดังนั้นดาวเทียมจึงอยู่กับที่เมื่อเทียบกับตำแหน่งบนพื้นโลก ณ จุด ๆ หนึ่ง เนื่องจากสาเหตุนี้เองจาน ดาวเทียมบนโลกจึงทำการชี้ตรงไปที่ดาวเทียม โดยที่ไม่จำเป็นต้องมีการเคลื่อนย้ายเนื่องจากตำแหน่งสัมพันธ์ระหว่างดาวเทียมและจานดาวเทียมนั้นจะคงที่เสมอ

ดาวเทียมชนิดที่สองคือดาวเทียม Middle Earth Orbit (MEO) ซึ่งโคจรอยู่ที่ความสูงระหว่าง 5,000 ถึง 15,000 กิโลเมตร เหนือพื้นโลก ดาวเทียม ที่อยู่ในช่วงความสูงระยะนี้เป็นดาวเทียมสำหรับการระบุตำแหน่งบนพื้นโลก(Global Positioning System หรือ GPS) อย่างที่คุณจะได้เห็นในการทำงานของ GPS ในตัวอย่างต่อไป คือการที่ GPS สามารถที่จะระบุตำแหน่งและบอกว่าคุณอยู่ที่ลองติจูดและละติจูดที่เท่าไรบนพื้นโลก ณ ในขณะนั้น และเมื่อนำมารวมกับเทคโนโลยีด้านคอมพิวเตอร์และฐานข้อมูลของแผนที่ ก็จะทำให้สามารถสร้างระบบการนำทางได้ และนอกจากนี้ยังสามารถที่จะบอกเวลาที่ถูกต้องแม่นยำได้อีกด้วย

ดาวเทียมชนิดที่สาม คือดาวเทียม Low Earth Orbit (LEO) คือดาวเทียมที่โคจรอยู่ที่ความสูงตั้งแต่ 100 ถึง 1,000 กิโลเมตร การสื่อสารผ่านดาวเทียมแรกๆนั้น สื่อสารโดยการใช้ดาวเทียมสะท้อนสัญญาณ (Echo Satellite) ซึ่งเป็นแบบ LEO โดยเริ่มใช้เมื่อ ค.ศ. 1960 บริษัท Iridium ได้ทำการปล่อยดาวเทียมชนิด LEO ถึง 12 ดวงเพื่อใช้สำหรับบริการให้คนที่ใช้โทรศัพท์สามารถที่จะติดต่อกันได้ทุกๆที่บนโลก โดยการยิงสัญญาณและรับสัญญาณกับดาวเทียม แต่ด้วยเหตุผลด้านการเงินและด้านเทคนิค ดาวเทียมเหล่านี้มีการใช้งานน้อยลงเรื่อยๆ จนกระทั่งปี ค.ศ. 1990 และสุดท้ายการดำเนินธุรกิจก็ล้มละลาย แต่อย่างไรก็ตามธุรกิจก็กลับฟื้นฟูขึ้นมาใหม่ เนื่องจากมีหลายบริษัทอย่างเช่น Globalstar นั้นมีแผนการที่จะขายบริการด้านโทรศัพท์ผ่านดาวเทียมโดยการใช้ดาวเทียมของบริษัทนี้

ดาวเทียมชนิดอื่น ๆ ที่ใช้ระบบการสื่อสารไร้สายถูกใช้สำหรับด้านการสำรวจอวกาศ เมื่อคุณมองดูที่รูปภาพที่ถ่ายจากดาวอังคารหรือดาวพฤหัสบดี ภาพเหล่านั้นถูกส่งมาที่โลกโดยใช้เทคโนโลยีไร้สาย คุณจะได้เห็นจากตัวอย่างภายในบทความนี้ ว่าจริง ๆ แล้วอุปกรณ์ส่งสัญญาณที่ทำงานในงานด้านนี้นั้นไม่ได้ใช้ความเข้มของสัญญาณมาก ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 8 เท่า ของสัญญาณโทรศัพท์ที่เราใช้อยู่ เทคโนโลยีหลาย ๆ ด้านนำมาใช้เพื่อให้เกิดสิ่งเหล่านั้น เพื่อทำให้ดาวเทียมสามารถที่จะส่งข้อมูลมาที่โลก หรือแม้กระทั่งส่งมาจากขอบของระบบสุริยะจักรวาลของเราก็ตามก็สามารถทำได้

GPS ทำงานอย่างไร

1. เพื่อที่จะเข้าใจในการทำงานของ GPS คุณจะต้องทำความเข้าใจกับหลักการของ Triangulation ซึ่งจะทำให้คุณรู้ตำแหน่งที่แน่นอน ของคุณเอง ถ้าคุณรู้ว่าคุณอยู่ห่างจากจุด 3 จุด เป็นระยะทางหนึ่ง เช่น คุณรู้ว่าคุณอยู่ห่างจากบอสตันเป็นระยะทาง 75 ไมล์ คุณอาจจะอยู่ ที่ไหนก็ได้ในเส้นรอบวงที่มีบอสตันเป็นศูนย์กลาง

2. ตอนนี้สมมติว่าคุณอยู่ห่างจากนิวยอร์กเป็นระยะทาง 170 ไมล์ วาดรูปวงกลมที่สองโดยที่ให้นิวยอร์กเป็นศูนย์กลาง ตอนนี้คุณอาจ จะอยู่ตรงตำแหน่ง A หรือไม่ก็ตำแหน่ง B ที่เส้นวงกลมทั้งสองลากตัดกันอยู่

3. สุดท้าย คุณรู้ว่าคุณอยู่ห่างจากฮาร์ดฟอร์ดเป็นระยะทาง 20 ไมล์ คุณวาดรูปวงกลมรูปที่สามที่มีฮาร์ตฟอร์ตอยู่เป็นจุดศูนย์กลาง และในที่สุดคุณจะรู้ตำแหน่งที่แน่นอนของคุณด้วยระบบ GPS นั้นคุณจะรู้ตำแหน่งของคุณโดยใช้ดาวเทียมในการทำรัศมีวงกลมดังที่ อธิบายข้างต้นไม่ได้ใช้ระยะทางบนโลกในการบอกตำแหน่ง ดังนั้นเมื่อคุณรู้ระยะทางจากดาวเทียมดวงหนึ่ง คุณสามารถที่จะอยู่ที่ ตำแหน่งใดก็ได้โดยไม่จำเป็นจะต้องอยู่ที่เส้นรอบวงรอบ ๆ ดาวเทียม แต่เป็นรูปทรงกลม รูปทรงกลมทั้งสามจะตัดกันที่จุดสองจุด ดังนั้นในทางทฤษฎีจะมีสองจุดที่เป็นไปได้ที่คุณจะอยู่ในตำแหน่งหนึ่ง อย่างไรก็ตามหนึ่งในสองจุดนั้นจะอยู่ในอวกาศ ดังนั้นคุณ สามารถที่จะใช้ระยะทางที่วัดจากดาวเทียมทั้งสามในการกำหนดว่าคุณอยู่ที่ตำแหน่งใดอย่างไรก็ตาม สำหรับเพื่อให้ได้ความถูกต้องที่สุด และเพื่อที่จะให้ได้ข้อมูลอย่างเช่นตำแหน่งของคุณที่ถูกต้องก็จำเป็นจะต้องวัดระยะทางจากดาวเทียมถึงสี่ดวงเพื่อใช้ในการระบุตำแหน่ง

4. เพื่อที่จะหาตำแหน่งของคุณ คุณจำเป็นต้องใช้เครื่องมือ GPS โดยเครื่องมือ GPS จะคำนวณระยะทางของคุณจากดาวเทียมสี่ดวง และสามารถกำหนดตำแหน่งของคุณบนโลกได้ที่ความผิดพลาดไม่เกิน 2-3 ฟุต

5. ดาวเทียม GPS 24 ดวงโคจรอยู่รอบโลกโดยมีการกระจายของตำแหน่งตามเงื่อนไขที่ว่า ณ เวลาหนึ่ง ๆ ดาวเทียมอย่างน้อย 4 ดวง จะต้องถูกมองเห็นพร้อมกันจากจุดบนพื้นโลก ดาวเทียมจึงสมารถที่จะส่งสัญญาณความถี่ได้อย่างต่อเนื่อง โดยใช้ความถี่อยู่ที่ 2 ความถี่ คือ 1576.42 MHz และ 1227.60 MHz

6. ภายในอุปกรณ์รับสัญญาณของ GPS จะมีปฏิทินดาราศาสตร์ที่บอกตำแหน่งปัจจุบันของดาวเทียมเองและมันจะส่งสัญญาณ เพื่อหาระยะทางของดาวเทียมอีกดวงโดยจับเวลาส่งสัญญาณไปถึงอุปกรณ์รับสัญญาณของดาวเทียมอีกดวงหนึ่ง เนื่องจากเรารู้ว่า ความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือ 186,000 ไมล์ต่อชั่วโมง ดังนั้นเมื่อรู้เวลาและความเร็วก็จะสามารถคำนวณหาระยะทางจากดาวเทียม ดวงนั้นได้

7. อุปกรณ์รับสัญญาณของดาวเทียมอีก 3 ดวงจะทำอย่างเดียวกัน และสุดท้ายก็จะบอกคุณได้ว่าคุณอยู่ตำแหน่งลองติจูดและละติจูดที่เท่าไร

8. อุปกรณ์รับสัญญาณ GPS นั้นยังสามารถที่จะแสดงแผนที่ด้วยทำให้คุณสามารถที่จะรู้ว่าคุณอยู่ที่ไหน และจะมีการตรวจจับ ตำแหน่งเป็นระยะ ๆ ทำให้คุณรู้ว่าคุณอยู่ที่ไหน ณ ขณะนั้น ๆ ที่คุณกำลังขับรถอยู่โดยที่ GPS นั้นจะทำงานร่วมกับแผนที่และฐาน ข้อมูลของถนนและเส้นทางการเดินทาง รวมทั้งการเปลี่ยนแปลงเส้นทางต่าง ๆ ของคนขับรถด้วย

ที่มา : หนังสือเทคโนโลยีไร้สายทำงานอย่างไร How Wireless Works โดย Preston Gralla เรียบเรียงโดย สุขสันต์ เรือนแก้ว