หลักการทำงานที่สำคัญของดาวเทียมสำรวจโลก

ดาวเทียมสำรวจโลก (Earth Observation Satellite หรือ EO satellite) คือ ดาวเทียมที่ออกแบบมาหรือใช้งานเพื่อสำรวจและเก็บข้อมูลเกี่ยวกับโลก ทั้งภาพและวัดค่าต่างๆ จากวงโคจรเหนือพื้นผิวโลก เพื่อให้ได้ข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะทางภูมิศาสตร์ ภูมิประเทศ สิ่งแวดล้อม สภาพอากาศและการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ที่เกิดขึ้นบนโลก โดยข้อมูลเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อกิจกรรมพลเรือน เช่น การติดตามสิ่งแวดล้อม อุตุนิยมวิทยา การทำแผนที่ การเกษตร การจัดการภัยพิบัติ การสำรวจทรัพยากรธรรมชาติและการศึกษาภูมิอากาศในระยะยาวด้วย

หลักการทำงานของดาวเทียมสำรวจโลก

การรับพลังงาน (Energy Source) : ดาวเทียมฯ จะใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electro-Magnetic Energy: EME) เป็นสื่อกลางในการส่งผ่านข้อมูลระหว่างวัตถุเป้าหมายและอุปกรณ์บันทึกข้อมูลบนดาวเทียม แบ่งออกเป็น 2 รูปแบบหลัก คือ
- เซนเซอร์แบบพาสซีฟ (Passive Sensors) : อาศัยพลังงานจากภายนอก เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ ที่ส่องกระทบพื้นผิวโลกและสะท้อนกลับมายังเซนเซอร์ของดาวเทียมหรือการตรวจจับพลังงานที่โลกแผ่ออกมาเอง เช่น ความร้อน
- เซนเซอร์แบบแอคทีฟ (Active Sensors) : มีแหล่งกำเนิดพลังงานของตัวเอง เช่น เรดาร์ โดยจะส่งคลื่นพลังงานไปยังเป้าหมายบนโลก จากนั้นตรวจจับและบันทึกคลื่นที่สะท้อนกลับมา ซึ่งทำให้สามารถทำงานได้ตลอดเวลาไม่ว่าจะมีแสงอาทิตย์หรือไม่ เช่น กล้องเรดาร์ SAR ที่ใช้ในดาวเทียม ALOS-4
การเก็บและบันทึกข้อมูล : ดาวเทียมสำรวจโลกจะติดตั้งอุปกรณ์ถ่ายภาพและเซนเซอร์ต่างๆ เพื่อตรวจจับและบันทึกพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน (ตั้งแต่ช่วงที่มองเห็นได้ ไปจนถึงอินฟราเรดและไมโครเวฟ) ข้อมูลที่บันทึกได้จะถูกแปลงเป็นข้อมูลดิจิตอล โดยมีอุปกรณ์สำคัญดังนี้
- อุปกรณ์บันทึกภาพ (Cameras) : สำหรับถ่ายภาพพื้นผิวโลกในลักษณะเดียวกับกล้องถ่ายรูปทั่วไป
- อุปกรณ์ตรวจวัด (Sensors) : สามารถตรวจวัดคุณสมบัติอื่นๆ เช่น อุณหภูมิ ความชื้น ความเร็วลมหรือองค์ประกอบทางเคมีของชั้นบรรยากาศหรือพื้นผิวโลก
วงโคจรและการครอบคลุมพื้นที่ : ดาวเทียมสำรวจโลกส่วนใหญ่มักโคจรในวงโคจรต่ำของโลก (Low Earth Orbit - LEO) ที่ระดับความสูงไม่เกิน 2,000 กม. โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวงโคจรแบบสัมพันธ์กับดวงอาทิตย์ (Sun-Synchronous Orbit) ซึ่งเป็นวงโคจรในแนวเหนือ-ใต้ (จากขั้วโลกเหนือไปขั้วโลกใต้) และจะผ่านแนวละติจูดหนึ่งๆ ในเวลาท้องถิ่นเดียวกันเสมอ ทำให้การถ่ายภาพซ้ำในพื้นที่เดิมมีสภาพแสงและเงาใกล้เคียงกัน ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากในการเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงของพื้นที่ในช่วงเวลาต่างๆ
การส่งข้อมูลลงสู่พื้นดิน : ข้อมูลดิจิตอลที่รวบรวมได้จะถูกส่งกลับมายัง สถานีภาคพื้นดิน (Ground Stations) ผ่านระบบโทรคมนาคม โดยใช้คลื่นวิทยุ หลังจากนั้นข้อมูลจะถูกประมวลผล วิเคราะห์และนำไปใช้งานในด้านต่างๆ ต่อไป

ดาวเทียมสำรวจโลกทำงานโดยการเชื่อมโยง 3 ส่วนหลักดังนี้

แพลตฟอร์ม (Platform) : โครงสร้างดาวเทียมที่บรรจุพาวเวอร์ ระบบควบคุมการชี้ (attitude control) ระบบสื่อสารและอุปกรณ์ย่อยอื่นๆ
เซนเซอร์ (Sensors/Instruments) : คืออุปกรณ์ที่วัดหรือเก็บข้อมูลจากโลก เช่น กล้องถ่ายภาพแบบออปติคัล (multispectral/hyperspectral), กล้องถ่ายภาพความร้อน (thermal), เรดาร์แบบส่งพลังงานกลับ (SAR) และอุปกรณ์วัดระดับความสูงด้วยเลเซอร์ (lidar/altimeter) เซนเซอร์แบ่งเป็น Passive (รับพลังงานจากแสงอาทิตย์หรือการแผ่รังสีจากพื้นผิว) กับ Active (ส่งพัลส์พลังงานออกไปแล้ววัดการสะท้อนกลับ เช่น SAR และ LiDAR) โดยข้อแตกต่างนี้เป็นหัวใจของการใช้งานในสภาพอากาศที่แตกต่างกัน (เช่น SAR ทำงานได้ทั้งวันและกลางคืนและทะลุเมฆได้)

เซนเซอร์ยอดนิยมของดาวเทียมสำรวจโลกสามารถทำอะไรได้บ้าง

Optical / Multispectral (เช่น Sentinel-2, Landsat) : เหมาะสำหรับการมอนิเตอร์พืชผล ป่าไม้ การใช้ที่ดินและการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงสีพื้นผิว
Thermal infrared : วัดอุณหภูมิพื้นผิว เช่น ตรวจจับจุดความร้อนจากไฟป่าหรือวัดอุณหภูมิผิวน้ำ
SAR (Synthetic Aperture Radar) : ส่งและรับคลื่นไมโครเวฟ ทำงานได้ทั้งกลางคืนและทะลุเมฆ เหมาะกับการติดตามการเคลื่อนไหวของพื้นดิน (deformation), การตรวจจับน้ำท่วม, การสังเกตทะเลน้ำแข็ง เช่น ภารกิจ Sentinel-1 และภารกิจร่วมอย่าง NISAR ใช้ SAR ระดับสูง
LiDAR (จากดาวเทียมหรือการบิน) : ใช้เลเซอร์วัดระยะทางได้ละเอียด เหมาะกับการสร้างรูปแบบระดับความสูง (DEM) และงานสำรวจเชิงภูมิศาสตร์
ระบบส่งข้อมูลและประมวลผล (Downlink & Processing) : ข้อมูลดิบถูกส่งลงมายังสถานีภาคพื้นดิน ถูกปรับแก้ (calibration/orthorectification) แปลงเป็นภาพเชิงพื้นที่/ชั้นข้อมูล (raster/vector) และนำไปวิเคราะห์ด้วยเทคนิคต่าง ๆ เช่น การจำแนกประเภทพื้นที่, การวัด NDVI เพื่อประเมินความเขียวของพืช

ประเภทของวงโคจรที่สำคัญของดาวเทียมสำรวจโลก

วงโคจรซัน-ซิงโครนัส (Sun-synchronous, polar) : จะโคจรรอบขั้วโลกที่ผ่านจุดเดิมบนพื้นโลกในช่วงเวลาของวันเดียวกัน ช่วยสร้างข้อมูลที่มีแสงและเงาที่สอดคล้องกัน เหมาะกับการจับภาพพื้นผิว เช่น Sentinel-2, Landsat
วงโคจรคงที่สัมพันธ์กับโลก (Geostationary) : ติดอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรและหมุนเคียงกับโลก เหมาะกับการสังเกตสภาพอากาศแบบต่อเนื่องในพื้นที่กว้าง ตัวอย่างเช่น ดาวเทียมสภาพอากาศอย่าง GOES ในสหรัฐฯ

พารามิเตอร์สำคัญของข้อมูลจากดาวเทียมสำรวจโลก

ความละเอียดเชิงพื้นที่ (Spatial resolution) : ขนาดพื้นที่บนพื้นโลกที่แทนด้วยพิกเซลเดียว (เช่น 10 m, 30 m, 250 m)
ความละเอียดเชิงสเปกตรัม (Spectral resolution) : จำนวนและช่วงความยาวคลื่นที่เซนเซอร์วัด (multispectral มีไม่กี่แบนด์ — hyperspectral มีหลายร้อยแบนด์)
ความละเอียดเชิงเวลา (Temporal resolution / Revisit time) : ความถี่ที่ดาวเทียมถ่ายภาพพื้นที่เดิมได้ เช่น Landsat ~16 วัน ต่อดาวเทียม แต่มีหลายดาวเทียมทำให้ความถี่สูงขึ้น, Copernicus Sentinel มีความถี่ที่ดีสำหรับการติดตามสั้นๆ
ความละเอียดเชิงรังสี (Radiometric resolution) : ความสามารถในการแยกความแตกต่างของค่ารังสี เช่น จำนวนบิตของการวัด

ตัวอย่างประเภทและการประยุกต์ใช้ดาวเทียมสำรวจโลก

ดาวเทียมสำรวจทรัพยากร : ใช้ในการจัดทำแผนที่, สำรวจพื้นที่ป่าไม้, การเกษตร, การใช้ที่ดินและหาแหล่งน้ำ เช่น ดาวเทียม (NASA/USGS) — โครงการระยะยาวตั้งแต่ 1972 เก็บภาพพื้นผิวโลกอย่างสม่ำเสมอ เป็นแหล่งข้อมูลอ้างอิงด้านการใช้ที่ดินและการเปลี่ยนแปลงทรัพยากรพื้นดิน
ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา : ติดตั้งอุปกรณ์ถ่ายภาพบรรยากาศโลกจากมุมสูงเพื่อพยากรณ์อากาศและติดตามสภาพอากาศ (เช่น ดาวเทียม NOAA, GOES)
Copernicus Sentinel (ESA / EU) : ครอบคลุมหลายภารกิจ (Sentinel-1 SAR, Sentinel-2 multispectral, Sentinel-3 สำหรับทะเล/บรรยากาศ) เพื่อรองรับข้อมูลด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัย
โครงการใหม่ๆ เช่น NISAR (NASA–ISRO) : ใช้ SAR ความถี่คู่เพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงพื้นผิวในระดับเซนติเมตร สำหรับการเฝ้าระวังธารน้ำแข็ง แผ่นดินไหว และการเปลี่ยนแปลงทางสิ่งแวดล้อม

ดาวเทียมสำรวจโลกเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่ช่วยให้มนุษย์สามารถมองเห็น และทำความเข้าใจการเปลี่ยนแปลงของโลกจากมุมมองในอวกาศได้อย่างละเอียด ไม่ว่าจะเป็นการติดตามการเปลี่ยนแปลงของภูมิประเทศ การใช้ที่ดิน การตรวจสอบป่าไม้ มหาสมุทรและชั้นบรรยากาศ ดาวเทียมเหล่านี้ทำงานด้วยหลักการเก็บข้อมูลจากเซนเซอร์หลากหลายประเภท เช่น กล้องถ่ายภาพออปติคัล เรดาร์หรืออินฟราเรด เพื่อแปลงเป็นข้อมูลเชิงพื้นที่ที่นำมาวิเคราะห์ต่อยอดในงานด้านสิ่งแวดล้อม เกษตรกรรม การจัดการภัยพิบัติและการวางแผนนโยบายพัฒนาอย่างยั่งยืน

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

สำหรับองค์กรหรือธุรกิจที่ต้องการนำข้อมูลจากดาวเทียมสำรวจโลก มาใช้ในการติดตาม คำนวณและบริหารจัดการคาร์บอนฟุตพริ้นต์ สามารถใช้บริการของ CarbonWatch แพลตฟอร์มด้านสิ่งแวดล้อมที่ให้บริการตรวจวัด วิเคราะห์และรายงานข้อมูลการปล่อยก๊าซเรือนกระจกแบบครบวงจร ด้วยเทคโนโลยีตรวจจับจากอวกาศและเครื่องมือวิเคราะห์ขั้นสูง ช่วยให้ภาคธุรกิจสามารถวางกลยุทธ์ลดการปล่อยคาร์บอนได้อย่างแม่นยำ โปร่งใสและสอดคล้องกับมาตรฐานสากล พร้อมขับเคลื่อนไปสู่เป้าหมาย Net Zero อย่างยั่งยืน

ติดต่อ THAICOM PUBLIC COMPANY LIMITED พร้อมให้คำปรึกษา