ประเภทของดาวเทียม

ประเภทของดาวเทียม แบ่งเป็น 5 ชนิดคือ

1. ดาวเทียมสื่อสาร
2. ดาวเทียมสำรวจ
3. ดาวเทียมพยากรณ์อากาศ
4. ดาวเทียมทางการทหาร
5. ดาวเทียมด้านวิทยาศาสตร์ 

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

1.ดาวเทียมสื่อสาร

          ดาวเทียมสื่อสารเป็นดาวเทียมที่ต้องทำงานอยู่ตลอดเวลา เรียกได้ว่าทำงานตลอด 24 ชม. ไม่มีวันหยุด เพื่อที่จะเชื่อมโยงเครือข่ายการสื่อสารของโลกเข้าไว้ด้วยกัน ดาวเทียมสื่อสารเมื่อถูกส่งเข้าสู่วงโคจร มันก็พร้อมที่จะทำงานได้ทันที มันจุส่งสัญญาณไปยังสถานีภาคพื้นดิน สถานีภาคพื้นดินจะรับสัญญาณโดยใช้อุปกรณ์ ที่เรียกว่า "Transponder" ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่พักสัญญาณ แล้วกระจายสัญญาณไปยังจุดรับสัญญาณต่างๆ บนพื้นโลก ดาวเทียมสื่สารสามารถส่งผ่านสัญญาณโทรศัพท์ ข้อมูลต่างๆ รวมถึงสัญญาณภาพโทรทัศน์ได้ไปยังทุกหนทุกแห่ง

 PALAPA ของอินโดนีเซีย

COMSTAR ของอเมริกา

SAKURA ของญี่ปุ่น

THAICOM ของ ประเทศไทย

2.ดาวเทียมสำรวจทรัพยากร

          การใช้ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรและสภาพแวดล้อมของโลก เป็นการผสมผสานระหว่างเทคโนโลยีการถ่ายภาพ และโทรคมนาคม โดยการทำงานของดาวเทียมสำรวจทรัพยากรจะใช้หลักการ สำรวจข้อมูลจากระยะไกล  หลักการที่สำคัญของดาวเทียมสำรวจทรัพยากร คือ Remote Sensing โดยใช้คลื่นแสงที่เป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า (EME : Electro - Magnetic Energy) ทำหน้าที่เสมือนสื่อกลางส่งผ่านระหว่างวัตถุเป้าหมาย และอุปกรณ์บันทึกข้อมูล อุปกรณ์ถ่ายถาพที่ติดตั้งอยู่บนดาวเทียม มักจะได้รับการออกแบบให้มีความสามารถถ่ายภาพ และมีความหลากหลายในรายละเอียดของภาพได้อย่างเหมาะสม เพื่อประโยชน์ในการจำแนกประเภททรัพยากรที่สำคัญๆ

ดาวเทียม Landsat 1-5 และ7

ดาวเทียม Spot4

3.ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา

         ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาเป็นดาวเทียมที่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับสภาพภูมิอากาศด้วยภาพถ่ายเรดาร์ (Radar) และภาพถ่ายอินฟาเรด(Infared) เนื่องจากดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาเป็นดาวเทียมสำรวจประเภทหนึ่งจึงมีอุปกรณ์บนดาวเทียมคล้ายกับดาวเทียมสำรวจทรัพยากร จะแตกต่างก็เพียงหน้าที่ การใช้งาน ดังนั้นดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาจึงมีหลักการทำงานเช่นเดียวกับดาวเทียมสำรวจทรัพยากร กล่าวคือ อุปกรณ์สำรวจอุตุนิยมวิทยาบนดาวเทียมจะส่ง สัญญาณมายังเครื่องรับที่สถานีภาคพื้นดิน ซึ่งที่สถานีภาคพื้นดินนี้จะมีระบบรับสัญญาณแตกต่างกันไปตามดาวเทียมแต่ละดวง

4.ดาวเทียมทางการทหาร

       ระบบหาตำแหน่งโดยใช้ดาวเทียม (Global Positioning Satellite System - GPS) ถูกพัฒนาโดยทหารสำหรับการใช้งานในกระทรวงกลาโหม ของสหรัฐอเมริกา ซึ่งในปัจจุบันได้มีการนำมาใช้งานในเชิงพาณิชย์ โดยใช้เป็นระบบนำร่องให้กับเครื่องบิน เมื่อดาวเทียมที่ใช้กับระบบ GPS ขยายตัวมากขึ้น จึงมีพื้นที่การครอบคลุมมากขึ้น และได้มีการนำมาประยุกต์ใช้งานอย่างกว้างขวาง เช่น การนำร่องให้เรือเดินสมุทรพาณิชย์ในบริเวณที่ระบบนำร่องภาคพื้นดิน ไม่สามารถใช้ได้

 ภาพวาดแสดงดาวเทียม NAVSTAR ของสหรัฐ

 เครื่องรับสัญญาณจีพีเอส KAMAZ NAAV450

เครื่องรับสัญญาณจีพีเอส แมเกลลัน เบลเซอร์

5.ดาวเทียมด้านวิทยาศาสตร์ 

• ดาวเทียมสมุทรศาสตร์

          เราสามารถนำดาวเทียมไปใช้กับงานได้หลากหลายสาขา งานทางด้านสำรวจทางทะเลก็เป็นอีกสาขาหนึ่งที่ดาวเทียมได้เข้าไปมีบทบาทปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ทางทะเล และนักชีววิทยาทางทะเลสามารถตรวจจับความ เคลื่อนไหวของทุกสรรพสิ่งในท้องทะเลได้ ก็ด้วยการใช้งานจากดาวเทียมนั่นเอง โดยนำข้อมูลที่ได้จากดาวเทียมสำรวจทางทะเลมาตรวจวิเคราะห์สภาพแวดล้อม ลักษณะสิ่งมีชีวิต ความแปรปรวนของคลื่นลมและกระแสน้ำ จนกระทั่งได้รายงานสรุปสภาพทางทะเลที่สมบูรณ์

• ดาวเทียมสำรวจอวกาศ

          ดาวเทียมเพื่อการสำรวจอวกาศเป็นเทคโนโลยีที่ยังใหม่มาก โดยดาวเทียมประเภทนี้จะถูกนำขึ้นไปสู่วงโคจรที่สูงกว่าดาวเทียมประเภทอื่น ๆ ลึกเข้าไปในอวกาศ ดังนั้นดาวเทียมสำรวจอวกาศจึงให้ภาพที่ไร้สิ่งกีดขวางใด ๆ ไม่มีชั้นบรรยากาศของโลกมากั้น ดาวเทียมสำรวจอวกาศบางดวงก็จะนำอุปกรณ์ตรวจจับ และบันทึกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า บางดวงก็จะมีหน้าที่ตรวจจับและบันทึกรังสีอัลตร้าไวโอเล็ต

• ดาวเทียมจารกรรม

          ดาวเทียมที่น่าสนใจอีกประเภทหนึ่งก็คือ ดาวเทียมเพื่อการจารกรรมหรือสอดแนม ซึ่งแบ่งออกเป็น 4 ชนิดใหญ่ ๆ ด้วยกัน แต่ที่นิยมมากที่สุดคือประเภทที่ใช้เพื่อการลาด ตระเวน โดยมีการติดกล้องเพื่อใช้ในการถ่ายภาพพิเศษ สามารถสืบหาตำแหน่งและรายละเอียดเฉพาะพื้นที่ที่ต้องการได้ ดาวเทียมจะมีอุปกรณ์ตรวจจับ คลื่นวัตถุด้วยเรด้าร์และ แสงอินฟราเรด ซึ่งสามารถตรวจจับได้ทั้งในที่มืด หรือที่ที่ถูกพรางตาไว้

แหล่งที่มา ; https://www.l3nr.org/posts/300016

ดาวเทียม (SATELLITE)

         ดาวเทียม คือ สิ่งประดิษฐ์ที่มนุษย์คิดค้นขึ้น ที่สามารถโคจรรอบโลก โดยอาศัยแรงดึงดูดของโลก ส่งผลให้สามารถโคจรรอบโลกได้ในลักษณะเดียวกันกับที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก และโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ วัตถุประสงค์ของสิ่งประดิษฐ์นี้เพื่อใช้ ทางการทหาร การสื่อสาร การรายงานสภาพอากาศ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์เช่นการสำรวจทางธรณีวิทยาสังเกตการณ์สภาพของอวกาศ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวอื่นๆ รวมถึงการสังเกตวัตถุ และดวงดาว กาแล็กซี ต่างๆ

ประวัติของดาวเทียม

                   ดาวเทียมได้ถูกส่งขึ้นไปโคจรรอบโลกครั้งแรกเมื่อปี พ.ศ. 2500 ดาวเทียมดังกล่าวมีชื่อว่า "สปุตนิก (Sputnik)" โดยรัสเซียเป็นผู้ส่งขึ้นไปโคจร สปุตนิกทำหน้าที่ตรวจสอบการแผ่รังสีของชั้นบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟีย ในปี พ.ศ. 2501 สหรัฐได้ส่งดาวเทียมขึ้นไปโคจรบ้างมีชื่อว่า "Explorer" ทำให้รัสเซียและสหรัฐเป็น 2 ประเทศผู้นำทางด้านการสำรวจทางอวกาศ และการแข่งขั้นกันระหว่างทั้งคู่ได้เริ่มขึ้นในเวลาต่อมา

   Sputnik พ.ศ.2500  

 Explorer พ.ศ.2501

ภาพถ่ายจากดาวเทียม

ส่วนประกอบดาวเทียม 

           ดาวเทียมเป็นเครื่องมือทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน มีส่วนประกอบหลายๆ อย่างประกอบเข้าด้วยกันและสามารถทำงานได้โดยอัตโนมัติ สามารถโคจรรอบโลกด้วยความเร็วที่สูงพอที่จะหนีจากแรงดึงดูดของโลกได้ การสร้างดาวเทียมนั้นมีความพยายามออกแบบให้ชิ้นส่วนต่างๆ ทำงานได้อย่างประสิทธิภาพมากที่สุด และราคาไม่แพงมาก ดาวเทียมประกอบด้วยส่วนประกอบเป็นจำนวนมาก แต่ละส่วนจะมีระบบควบคุมการทำงานแยกย่อยกันไป และมีอุปกรณ์เพื่อควบคุมให้ระบบต่างๆ ทำงานร่วมกัน โดยองค์ประกอบส่วนใหญ่ของดาวเทียมประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังนี้

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

ชิ้นส่วนต่างๆ ของดาวเทียมได้ถูกทดสอบอย่างละเอียด ส่วนประกอบต่างๆ ถูกออกแบบสร้าง และทดสอบใช้งานอย่างอิสระ ส่วนต่างๆ ได้ถูกนำมาประกอบเข้าด้วยกัน และทดสอบอย่างละเอียดครั้งภายใต้สภาวะที่เสมือนอยู่ในอวกาศก่อนที่มัน จะถูกปล่อยขึ้นไปในวงโคจร ดาวเทียมจำนวนไม่น้อยที่ต้องนำมาปรับปรุงอีกเล็กน้อย ก่อนที่พวกมันจะสามารถทำงานได้ เพราะว่าหากปล่อยดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรแล้ว เราจะไม่สามารถปรับปรุงอะไรได้ และดาวเทียมต้องทำงานอีกเป็นระยะเวลานาน ดาวเทียมส่วนมากจะถูกนำขึ้นไปพร้อมกันกับจรวด ซึ่งตัวจรวดจะตกลงสู่มหาสมุทรหลังจากที่เชื้อเพลิงหมด

ดาวเทียมทำงานอย่างไร 

          ดาวเทียมจะถูกส่งขึ้นไปลอยอยู่ในตำแหน่ง  วงโคจรค้างฟ้า ซึ่งมีระยะห่างจากพื้นโลกประมาณ   36000 - 38000  กิโลเมตร  และโคจรตามการหมุนของโลก  เมื่อเมื่อเปรียบเทียบกับพื้นโลกจะเสมือนว่าดาวเทียมลอยนิ่งอยู่บนท้องฟ้า  และดาวเทียมจะมีระบบเชื้อเพลิงเพื่อควบคุมตำแหน่งให้อยู่ในตำแหน่งองศาที่ได้สัปทานเอาไว้   กับหน่วยงานที่ดูแลเรื่องตำแหน่งวงโคจรของดาวเทียมคือ 

IFRB ( International Frequency Registration Board ) 

           ดาวเทียมที่ลอยอยู่บนท้องฟ้า  จะทำหน้าที่เหมือนสถานีทวนสัญญาณ  คือจะรับสัญญาณที่ยิงขึ้นมาจากสถานีภาคพื้นดิน  เรียกสัญญาณนี้ว่าสัญญาณขาขึ้นหรือ ( Uplink ) รับและขยายสัญญาณพร้อมทั้งแปลงสัญญาณให้มีความถี่ต่ำลงเพื่อป้องกันการรบกวนกันระหว่างสัญญาณขาขึ้นและส่งลงมา  โดยมีจานสายอากาศทำหน้าที่รับและส่งสัญญาณ  ส่วนสัญญาณในขาลงเรียกว่า ( Downlink )

วงโคจรดาวเทียม (Satellite Orbit) 

เมื่อแบ่งตามระยะความสูง (Altitude) จากพื้นโลกแบ่งเป็น 3 ระยะคือ

1.วงโคจรระยะต่ำ (Low Earth Orbit "LEO")

2.วงโคจรระยะปานกลาง (Medium Earth Orbit "MEO")

3.วงโคจรประจำที่ (Geostationary Earth Orbit "GEO")

1. วงโคจรระยะต่ำ (Low Earth Orbit "LEO")

          อยู่สูงจากพื้นโลกไม่เกิน 1,000 กม. ใช้ในการสังเกตการณ์ สำรวจสภาวะแวดล้อม, ถ่ายภาพ ไม่สามารถใช้งานครอบคลุมบริเวณใดบริเวณหนึ่งได้ตลอดเวลา เพราะมีความเร็วในการเคลื่อนที่สูง แต่จะสามารถบันทึกภาพคลุมพื้นที่ตามเส้นทางวงโคจรที่ผ่านไป ตามที่สถานีภาคพื้นดินจะกำหนดเส้นทางโคจรอยู่ในแนวขั้วโลก (Polar Orbit) ดาวเทียมวงโคจรระยะต่ำขนาดใหญ่บางดวงสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าในเวลาค่ำ หรือก่อนสว่าง เพราะดาวเทียมจะสว่างเป็นจุดเล็ก ๆ เคลื่อนที่ผ่านในแนวนอนอย่างรวดเร็ว

    2.  วงโคจรระยะปานกลาง (Medium Earth Orbit "MEO")

         อยู่ที่ระยะความสูงตั้งแต่ 1,000 กม. ขึ้นไป ส่วนใหญ่ใช้ในด้านอุตุนิยมวิทยา และสามารถใช้ในการติดต่อสื่อสารเฉพาะพื้นที่ได้ แต่หากจะติดต่อให้ครอบคลุมทั่วโลกจะต้องใช้ดาวเทียมหลายดวงในการส่งผ่าน

    3.  วงโคจรประจำที่ (Geostationary Earth Orbit "GEO")

         เป็นดาวเทียมเพื่อการสื่อสารเป็นส่วนใหญ่ อยู่สูงจากพื้นโลกประมาณ 35,780 กม. เส้นทางโคจรอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตร (Equatorial Orbit) ดาวเทียมจะหมุนรอบโลกด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับโลกหมุนรอบตัวเองทำให้ดู เหมือนลอยนิ่งอยู่เหนือ จุดจุดหนึ่งบนโลกตลอดเวลา (เรียกทั่ว ๆ ไปว่า "ดาวเทียมค้างฟ้า") ดาวเทียมจะอยู่กับที่เมื่อเทียบกับโลกมีวงโคจรอยู่ในระนาบเดียวกันกับ เส้นศูนย์สูตร อยู่สูงจากพื้นโลกประมาณ 35,786 กม. วงโคจรพิเศษนี้เรียกว่า “วงโคจรค้างฟ้า” หรือ “วงโคจรคลาร์ก” (Clarke Belt) เพื่อเป็นเกียรติแก่นาย อาร์เทอร์ ซี. คลาร์ก ผู้นำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับวงโคจรนี้ เมื่อ เดือนตุลาคม ค.ศ. 1945 วงโคจรคลาร์ก เป็นวงโคจรในระนาบเส้นศูนย์สูตร (EQUATOR) ที่มีความสูงเป็นระยะที่ทำให้ดาวเทียมที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเชิงมุม เท่ากันกับการหมุนของ โลกแล้วทำให้เกิดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางมีค่าพอดีกับค่าแรงดึงดูดของโลกพอดี เป็นผลให้ดาวเทียมดูเหมือนคงอยู่กับที่ ณ ระดับความสูงนี้ ดาวเทียมค้างฟ้า ส่วนใหญ่ใช้ในการสื่อสารระหว่างประเทศและภายในประเทศ เช่น ดาวเทียมอนุกรม อินเทลแซต ฯลฯ

การโคจรและการตกของดาวเทียมหมดอายุ

แหล่งที่มา : http://www.atom.rmutphysics.com/charud/oldnews/0/286/12/3/sattlelite/index.html

ยานสำรวจ (Platform)

 เพื่อให้เครื่องมือวัดอยู่ห่างจากสิ่งที่ต้องการสำรวจ จึงมักติดตั้งเครื่องมือวัดไว้ในที่สูง ซึ่งอาจเป็นการติดตั้งเครื่องมือไว้บนเสาสูง ยอดตึก หรือบนภูเขา ซึ่งการติดตั้งในลักษณะนี้จะมีข้อดีคือสามารถตรวจวัดเฝ้าระวังสิ่งที่สนใจได้อย่างต่อเนื่อง แต่มีข้อจำกัดที่การตรวจวัดจะมีขอบเขตพื้นที่คงที่ตามตำแหน่งที่ติดตั้งเครื่องมือวัดเท่านั้น การติดตั้งเครื่องมือสำรวจด้วยเทคโนโลยีรีโมทเซนซิงมักติดตั้งบนพาหนะที่ลอยได้ ซึ่งอาจเป็นบอลลูน เครื่องบินบังคับ เครื่องบินขนาดเล็ก เครื่องบินที่มีพิสัยการบินสูง ยานอวกาศ หรือดาวเทียม
นอกจากดาวเทียมแล้ว ยานสำรวจที่เหลือจะเป็นการบินสำรวจตามภารกิจที่ต้องมีการกำหนดเส้นทางบิน และระดับความสูงการบินเฉพาะ ช่วงเวลาในการสำรวจจะจำกัดตามความจุเชื้อเพลิงของยานพาหนะที่เลือกใช้ ดังนั้นช่วงเวลา และพื้นที่สำรวจมักครอบคลุมบริเวณใดบริเวณหนึ่งตามที่กำหนดโดยภารกิจการสำรวจเท่านั้น
ส่วนการใช้ดาวเทียมเป็นยานสำรวจ จะมีข้อดีคือดาวเทียมอาศัยหลักการสมดุลระหว่างแรงหนีศูนย์กลางและแรงดึงดูดของโลกมาเป็นตัวรักษาวงโคจรของดาวเทียม (แทนที่จะใช้เชื้อเพลิงมาขับเคลื่อนไม่ให้ยานตกลงสู่พื้นโลก) ดาวเทียมจึงไม่มีข้อจำกัดในด้านความจุเชื้อเพลิงเพื่อใช้ในการเคลื่อนที่ของดาวเทียม และทำให้ดาวเทียมสามารถโคจรรอบโลกอยู่ได้นานทำให้การสำรวจสามารถครอบคลุมเวลาได้นานเป็นปีๆ และสามารถเลือกพื้นที่ที่จะให้ดาวเทียมบินสำรวจได้ครอบคลุมพื้นที่กว้าง โดยขึ้นอยู่กับวงโคจรที่จะให้ดาวเทียมเคลื่อนที่ 
จากภาพเป็นการแสดงลักษณะของยานสำรวจชนิดต่าง ๆ ที่ใช้ในการติดตั้งเครื่องมือตรวจวัด ซึ่งมีหลายประเภท นับตั้งแต่ การใช้รถกระเช้าเพื่อถ่ายภาพในที่สูง การใช้บัลลูนเพื่อติดตั้งเครื่องมือตรวจวัดอากาศ การใช้เครื่องบินในระดับความสูงต่าง ๆ ทำการถ่ายภาพ จนถึงการใช้ดาวเทียมเพื่อทำการสำรวจทรัพยากรในด้านต่าง ๆ ซึ่งยานสำรวจในลักษณะต่างกัน ย่อมมีขีดความสามารถในการสำรวจที่แตกต่างกัน เช่น ประเภทของข้อมูลที่ทำการตรวจวัด ขอบเขตของพื้นที่ที่สามารถทำการตรวจวัด ตลอดจนลายละเอียดของสิ่งที่ตรวจวัด เป็นต้น การสำรวจด้วยรีโมทเซนชิงมีการใช้วงโคจรของดาวเทียม 2 ลักษณะสำคัญคือ

วงโคจรแบบค้างฟ้า (geostationary orbit)
ดาวเทียมจะปรากฏเหมือนอยู่นิ่งเมื่อสัมพัทธ์กับตำแหน่งบนพื้นโลก ดาวเทียมโคจรในทิศเดียวกับการหมุนรอบตัวเองของโลก มีระนาบการโคจรอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตร และมีความสูงประมาณ 36,000 กิโลเมตร 
ตำแหน่งของดาวเทียมสัมพัทธ์กับตำแหน่งบนพื้นโลกจะเสมือนว่าดาวเทียมอยู่นิ่งค้างอยู่บนฟ้าตลอดเวลา จึงเรียกดาวเทียมที่มีลักษณะวงโคจรเช่นนี้ว่า ดาวเทียมค้างฟ้า (Geostationary satellite)
ดาวเทียมด้านอุตุนิยมวิทยาที่ใช้ศึกษา และสังเกตการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศโดยดูจากรูปทรงและการเคลื่อนตัวของเมฆ จะใช้วงโคจรลักษณะนี้ ตัวอย่างเช่น ดาวเทียม GMS ของประเทศญี่ปุ่น นอกจากนั้นดาวเทียมสื่อสารจำนวนมาก เช่น ดาวเทียมปาลาป้า ดาวเทียมของ StarTV รวมทั้ง ดาวเทียมไทยคม ของบริษัทชินวัตร ก็ใช้วงโคจรแบบ geostationary เช่นกัน




วงโคจรแบบใกล้แกนหมุนของโลก (Near polar orbit)

ระนาบของวงโคจรของดาวเทียมจะอยู่ในทิศใกล้เคียงกับแนวแกนหมุนของโลก โดยดาวเทียมอาจอยู่ที่ระดับความสูงใดก็ได้ที่ความเสียดทานของบรรยากาศมีน้อยจนไม่สามารถทำให้ความเร็วของดาวเทียมลดลง
ดาวเทียมสำรวจส่วนมากจะมีวงโคจรในลักษณะนี้ โดยจะมีการกำหนดระดับความสูง และมุมของระนาบวงโคจรเทียบกับแนวเส้นศูนย์สูตร ที่เหมาะสม (โดยมากจะมีความสูงประมาณ 700-1000 กิโลเมตร และมีมุมเอียงประมาณ 95 - 100 องศา จากระนาบศูนย์สูตร) ตัวอย่างเช่น ดาวเทียม Landsat (สหรัฐอเมริกา) SPOT (ฝรั่งเศส) ADEOS (ญี่ปุ่น) INSAT (อินเดีย) RADARSAT (แคนาดา)
ดาวเทียมเพื่อการสื่อสาร เช่น ดาวเทียมอีริเดียม ใช้วงโคจรในลักษณะนี้ แต่จะมีระนาบวงโคจรที่เอียงออก                                                                                            จากแนวแกนหมุนของโลกมากกว่านี้


แหล่งที่มา : http://www.gisthai.org/about-gis/platform.html

เครื่องมือตรวจวัด (Sensor)

เครื่องมือวัดในเทคโนโลยีรีโมทเซนชิง คือเครื่องมือที่วัดพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องมือซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีคือกล้องถ่ายรูป กล้องถ่ายวีดีโอ และเรดาร์ โดยเครื่องมือวัดจะประกอบด้วยส่วนสำคัญสามส่วนคือ 

ส่วนรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (receiver) เป็นส่วนที่ทำหน้าที่รับ และขยายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าให้มีความเข้มเพียงพอที่จะทำให้อุปกรณ์วัดสามารถรับรู้ได้ ตัวอย่างของส่วนเครื่องมือนี้คือ เลนส์ของกล้อง และส่วนรับคลื่นวิทยุ (antenna) ซึ่งอาจเป็นเส้นเหมือนเสาวิทยุ หรือเป็นจานกลม (แบบจานรับสัญญาณดาวเทียม) ทั้งนี้รูปแบบ ขนาด และวัสดุที่ใช้ของอุปกรณ์ส่วนนี้จะขึ้นอยู่กับช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ต้องการตรวจวัด และรายละเอียดของข้อมูลของสิ่งที่ต้องการสำรวจ เช่นในช่วงคลื่นแสง ส่วนที่รับมักจะเป็นเลนส์ที่ทำจากผลึก quartz โดยมีขนาดและรูปทรงขึ้นอยู่กับว่าต้องการกำลังขยายภาพเท่าใด ในช่วงคลื่นวิทยุ ส่วนที่รับมักจะเป็นจานวิทยุ หรือเสาวิทยุ โดยมีขนาดใหญ่หรือเล็กขึ้นอยู่กับว่าสิ่งที่เล็กที่สุดที่ต้องการให้มองเห็นมีขนาดเท่าใด 

ส่วนที่ทำการวัดพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Detector)
 เป็นส่วนที่แปลงพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ต้องการวัด ให้อยู่ในรูปแบบที่เครื่องมือวัดจะเปรียบเทียบค่าได้ ซึ่งการวัดพลังงานอาจใช้

• ปฏิกิริยาเคมี โดยการเคลือบสารที่ทำปฏิกิริยากับแสง (เช่น silver nitrate) ลงบนแผ่นฟิล์ม ซึ่งขนาดของปฏิกิริยาเคมีที่เกิดกับสารที่เคลือบจะแปรผันตามความเข้มของแสงที่ตกกระทบ
• การเปลี่ยนพลังงานเป็นสัญญาณไฟฟ้า โดยใช้อุปกรณ์ประเภทสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) ซึ่งจะให้ความเข้มของสัญญาณไฟฟ้าแปรผันตามความเข้มแสงที่ตกกระทบ
• นอกจากนั้นส่วน detector อาจเป็นแผ่นมีมิติกว้าง-ยาว เช่นแผ่นฟิล์ม ซึ่งสามารถบันทึกภาพได้ทั้งภาพในครั้งเดียว หรืออาจเป็น scanner ซึ่งมักจะประกอบขึ้นจากแถวของอุปกรณ์รับแสง ที่จะบันทึกภาพด้วยการกวาดอุปกรณ์รับแสงนี้ไปที่ละส่วนของภาพ (คล้ายกับการทำงานของเครื่องถ่ายเอกสาร ที่จะค่อยๆ กวาดภาพจากหัวกระดาษไปยังท้ายกระดาษจึงจะได้ภาพทั้งภาพ)

ส่วนที่ทำการบันทึกค่าพลังงานที่วัดได้ (Recorder)
 อาจเป็นตัวแผ่นฟิล์มเองในกรณีการใช้แผ่นฟิล์มเป็นส่วนทำการวัดพลังงาน แต่ถ้าเป็นการวัดโดยแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าส่วนนี้อาจจะเป็นแถบแม่เหล็ก (เช่นเดียวกับที่ใช้ในกล้องถ่ายวีดีโอ) หรืออาจใช้หน่วยเก็บความจำอื่น เช่นฮาร์ดดิสก์ หรือ RAM เช่นเดียวกับที่ใช้ในเครื่องคอมพิวเตอร์
 ในส่วนของเครื่องมือวัดยังมีส่วนที่จะต้องพิจารณาอีกส่วนหนึ่งคือแหล่งกำเนิดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในการสำรวจ โดยจำแนกได้เป็นสองกลุ่มคือ

• Active sensor เป็นระบบที่เครื่องมือวัดเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเองด้วย ในระบบรีโมทเซนซิงที่วัดจากระยะไกลมาก คลื่นกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้จะจำกัดอยู่ในช่วงคลื่นวิทยุเท่านั้น เนื่องจากปัญหาของแหล่งพลังงาน
• Passive sensor เป็นระบบที่อาศัยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดอื่น เช่นใช้แสงจากดวงอาทิตย์ หรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สิ่งที่ต้องการสำรวจแผ่รังสีออกมาเอง (มักจะเป็นช่วงอินฟราเรดความร้อน) ในกรณีที่ใช้แสงจากดวงอาทิตย์ เครื่องมือวัดจะทำงานได้เฉพาะในเวลากลางวันเท่านั้น นอกจากการศึกษารูปแบบของเมฆในทางอุตุนิยมวิทยา การตรวจวัดยังต้องการท้องฟ้าที่ปลอดโปร่ง ไม่มีเมฆ หรือฝนในช่วงที่ทำการตรวจวัดด้วย

แหล่งที่มา : http://www.gisthai.org/about-gis/sensor.html

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Radiation)

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นรูปแบบหนึ่งการถ่ายเทพลังงาน จากแหล่งที่มีพลังงานสูงแผ่รังสีออกไปรอบๆ โดยมีคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือ ความยาวคลื่น (l) โดยอาจวัดเป็น nanometer (nm) หรือ micrometer (mm) และ ความถี่คลื่น (f) ซึ่งจะวัดเป็น hertz (Hz) โดยคุณสมบัติทั้งสองมีความสัมพันธ์ผ่านค่าความเร็วแสง ในรูป c = fl 






 พลังงานของคลื่น พิจารณาเป็นความเข้มของกำลังงาน หรือฟลักซ์ของการแผ่รังสี (มีหน่วยเป็น พลังงานต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยพื้นที่ = Joule s-1 m-2 = watt m-2) ซึ่งอาจวัดจากความเข้มที่เปล่งออกมา (radiance) หรือความเข้มที่ตกกระทบ (irradiance)




 จากภาพเป็นการแสดงช่วงความยาวคลื่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเครื่องมือวัด (Sensor) ของดาวเทียมหรืออุปกรณ์ตรวจวัดจะออกแบบมาให้เหมาะสมกับช่วงความยาวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงคลื่นต่างกัน เช่น

• ช่วงรังสีแกมมา (gamma ray : l < 0.1 nm) และช่วงรังสีเอ็กซ์ (x-ray : 0.1 nm < l < 300 nm) เป็นช่วงที่มีพลังงานสูง แผ่รังสีจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ หรือจากสารกัมมันตรังสี
• ช่วงอัลตราไวโอเลต เป็นช่วงที่มีพลังงานสูง เป็นอันตรายต่อเซลสิ่งมีชีวิต
• ช่วงคลื่นแสง เป็นช่วงคลื่นที่ตามนุษย์รับรู้ได้ ประกอบด้วยแสงสีม่วง ไล่ลงมาจนถึงแสงสีแดง
• ช่วงอินฟราเรด เป็นช่วงคลื่นที่มีพลังงานต่ำ ตามนุษย์มองไม่เห็น จำแนกออกเป็น อินฟราเรดคลื่นสั้น และอินฟราเรดคลื่นความร้อน
  • Near Infrared (NIR) ความยาวคลื่นจะอยู่ในช่วงระหว่าง 0.7 ถึง 1.5 µm.
  • Short Wavelength Infrared (SWIR) ความยาวคลื่นจะอยู่ในช่วงระหว่าง 1.5 ถึง 3 µm.
  • Mid Wavelength Infrared (MWIR) ความยาวคลื่นจะอยู่ในช่วงระหว่าง 3 ถึง 8 µm.
  • Long Wavelength Infrared (LWIR) ความยาวคลื่นจะอยู่ในช่วงระหว่าง 8 ถึง 15 µm.
  • Far Infrared (FIR) ความยาวคลื่นจะมากกว่า 15 µm.
• ช่วงคลื่นวิทยุ (radio wave) เป็นช่วงคลื่นที่เกิดจากการสั่นของผลึกเนื่องจากได้รับสนามไฟฟ้า หรือเกิดจากการสลับขั้วไฟฟ้า สำหรับในช่วงไมโครเวฟ มีการให้ชื่อเฉพาะ เช่น
  • P band ความถี่อยู่ในช่วง 0.3 - 1 GHz (30 - 100 cm)
  • L band ความถี่อยู่ในช่วง 1 - 2 GHz (15 - 30 cm)
  • S band ความถี่อยู่ในช่วง 2 - 4 GHz (7.5 - 15 cm)
  • C band ความถี่อยู่ในช่วง 4 - 8 GHz (3.8 - 7.5 cm)
  • X band ความถี่อยู่ในช่วง 8 - 12.5 GHz (2.4 - 3.8 cm)
  • Ku band ความถี่อยู่ในช่วง 12.5 - 18 GHz (1.7 - 2.4 cm)
  • K band ความถี่อยู่ในช่วง 18 - 26.5 GHz (1.1 - 1.7 cm)
  • Ka band ความถี่อยู่ในช่วง 26.5 - 40 GHz (0.75 - 1.1 cm

ความยาวช่วงคลื่นและความเข้มของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของแหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น ดวงอาทิตย์ มีอุณหภูมิ 6,000 K จะแผ่พลังงานในช่วงคลื่นแสงมากที่สุด วัตถุต่างๆ บนพื้นโลกส่วนมากจะมีอุณหภูมิประมาณ 300 K จะแผ่พลังงานในช่วงอินฟราเรดความร้อนมากที่สุด คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศ จะถูกโมเลกุลอากาศ และฝุ่นละอองในอากาศดูดกลืน และขวางไว้ทำให้คลื่นกระเจิงคลื่นออกไป คลื่นส่วนที่กระทบถูกวัตถุจะสะท้อนกลับ และเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศมาตกสู่อุปกรณ์วัดคลื่น

เนื่องจากวัตถุต่างๆ มีคุณสมบัติการสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ช่วงคลื่นต่างๆ ไม่เหมือนกัน ดังนั้นเราจึงสามารถใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในการสำรวจจากระยะไกลได้ รูปต่อไปนี้แสดงลักษณะการสะท้อนแสงเปรียบเทียบระหว่างวัตถุต่างชนิดกันที่ช่วงคลื่นต่างๆ กัน ความสามารถในการสะท้อนแสงของวัตถุต่างๆ บนพื้นโลกสามารถสรุปได้ดังนี้

• น้ำสะท้อนแสงในช่วงแสงสีน้ำเงินได้ดี และดูดกลืนคลื่นในช่วงอื่นๆ และให้สังเกตว่าน้ำจะดูดกลืนคลื่น IR ช่วง 0.91 mm ในช่วงนี้ได้ดีมาก
• ดินสะท้อนแสงในช่วงคลื่นแสงได้ดีทุกสี
• พืชสะท้อนแสงช่วงสีเขียวได้ดี และสะท้อนช่วงอินฟราเรดได้ดีกว่าน้ำและดินมาก

แหล่งที่มา : http://www.gisthai.org/about-gis/electromagnetic.html

การสำรวจระยะไกล (Remote sensing)

            รีโมตเซนซิง (Remote Sensing) หรือการสำรวจข้อมูลระยะไกล (การรับรู้ระยะไกล) เป็นศัพท์เทคนิคที่ใช้เป็นครั้งแรกในประเทศสหรัฐอเมริกาใน พ.ศ.2503 หมายถึง วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแขนงหนึ่ง ที่บันทึกคุณลักษณะของวัตถุ (Object) หรือปรากฎการณ์ (Phenomena) ต่างๆ จากการสะท้อนแสง/หรือ การแผ่รังสีพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Energy) โดยเครื่องวัด/อุปกรณ์บันทึกที่ติดอยู่กับยานสำรวจ  การใช้รีโมตเซนซิงเริ่มแพร่หลายนับตั้งแต่สหรัฐอเมริกาได้ส่งดาวเทียมสำรวจทรัพยากรดวงแรก LANDSAT-1 ขึ้นใน พ.ศ.2515 

           เราสามารถหาคุณลักษณะของวัตถุได้จากลักษณะการสะท้อนหรือการแผ่พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากวัตถุนั้น ๆ คือ "วัตถุแต่ละชนิด จะมีลักษณะการสะท้อนแสงหรือการแผ่รังสีที่เฉพาะตัวและแตกต่างกันไป ถ้าวัตถุหรือสภาพแวดล้อมเป็นคนละประเภทกัน" คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสื่อในการได้มาของข้อมูลใน 3 ลักษณะ คือ ช่วงคลื่น(Spectral) รูปทรงสัณฐานของวัตถุบนพื้นโลก (Spatial) และการเปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลา (Temporal) รีโมตเซนซิงจึงเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในการจำแนก และเข้าใจวัตถุหรือสภาพแวดล้อมต่าง ๆ จากลักษณะเฉพาะตัวในการสะท้อนแสงหรือแผ่รังสี 

           ข้อมูลที่ได้จากการสำรวจระยะไกล ในที่นี้จะหมายถึง ข้อมูลที่ได้จากการถ่ายภาพทางเครื่องบินในระดับต่ำ ที่เรียกว่า รูปถ่ายทางอากาศ (Aerial Photo) และข้อมูลที่ได้จากการบันทึกภาพจากดาวเทียมในระดับสูงกว่า เรียกว่า ภาพถ่ายจากดาวเทียม (Satellite Image) 

           องค์ประกอบที่สำคัญของการสำรวจข้อมูลระยะไกล คือ คลื่นแสง ซึ่งเป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติไม่ว่าเป็นพลังงานที่ได้จากดวงอาทิตย์ หรือเป็นพลังงานจาก ตัวเอง ซึ่งระบบการสำรวจข้อมูลระยะไกลโดยอาศัยพลังงานแสงธรรมชาติ เรียกว่า Passive Remote Sensing ส่วนระบบบันทึกที่มีแหล่งพลังงานที่สร้างขึ้นและส่งไปยัง วัตถุเป้าหมาย เรียกว่า Active Remote Sensing เช่น ระบบเรดาร์ เป็นต้น

หลักการของรีโมตเซนซิง 

          หลักการของรีโมตเซนซิงประกอบด้วยกระบวนการ 2 กระบวนการ ดังต่อไปนี้คือ 

         1. การได้รับข้อมูล (Data Acquisition) เริ่มตั้งแต่พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดพลังงาน เช่น ดวงอาทิตย์ เคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศ, เกิดปฏิสัมพันธ์กับวัตถุบนพื้นผิวโลก และเดินทางเข้าสู่เครื่องวัด/อุปกรณ์บันทึกที่ติดอยู่กับยานสำรวจ (Platform) ซึ่งโคจรผ่าน ข้อมูลวัตถุหรือปรากฏการณ์บนพื้นผิวโลกที่ถูกบันทึกถูกแปลงเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ส่งลงสู่สถานีรับภาคพื้นดิน (Receiving Station) และผลิตออกมาเป็นข้อมูลในรูปแบบของข้อมูลเชิงอนุมาน (Analog Data) และข้อมูลเชิงตัวเลข(Digital Data) เพื่อนำไปนำวิเคราะห์ข้อมูลต่อไป

         2. การวิเคราะห์ข้อมูล (Data Analysis) วิธีการวิเคราะห์มีอยู่ 2 วิธี คือ

                  - การวิเคราะห์ด้วยสายตา (Visual Analysis) ที่ให้ผลข้อมูลออกมาในเชิงคุณภาพ (Quantitative) ไม่สามารถ วัดออกมาเป็นค่าตัวเลขได้แน่นอน 

                  - การวิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์ (Digital Analysis) ที่ให้ผลข้อมูลในเชิงปริมาณ (Quantitative) ที่สามารถแสดงผลการวิเคราะห์ออกมาเป็นค่าตัวเลขได้ 

การวิเคราะห์หรือการจำแนกประเภทข้อมูลต้องคำนึงถึงหลักการดังต่อไปนี้ 

                 1. Multispectral Approach คือ ข้อมูลพื้นที่และเวลาเดียวกันที่ถูกบันทึกในหลายช่วงคลื่น ซึ่งในแต่ละช่วงความยาวคลื่น (Band) ที่แตกต่างกันจะให้ค่าการสะท้อนพลังงานของวัตถุหรือพื้นผิวโลกที่แตกต่างกัน

                 2. Multitemporal Approach คือ การวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา จำเป็นต้องใช้ข้อมูลหลายช่วงเวลา เพื่อนำมาเปรียบเทียบหาความแตกต่าง

                 3. Multilevel Approach คือ ระดับความละเอียดของข้อมูลในการจำแนกหรือวิเคราะห์ข้อมูล ซึ่งขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้งาน เช่น การวิเคราะห์ในระดับภูมิภาคก็อาจใช้ข้อมูลจากดาวเทียม LANDSAT ที่มีรายละเอียดภาพปานกลาง (Medium Resolution)   แต่ถ้าต้องการศึกษาวิเคราะห์ในระดับจุลภาค เช่น ผังเมือง ก็ต้องใช้ข้อมูลดาวเทียมที่ให้รายละเอียดภาพสูง (High Resolution) เช่น ข้อมูลจากดาวเทียม SPOT, IKONOS, หรือรูปถ่ายทางอากาศเป็นต้น

แหล่งที่มา : http://www.rmutphysics.com/charud/oldnews/201/sattlelite/6.htm