ดาวเทียมเล็ก ในโครงการ THEOS-2 ถือเป็นดาวเทียมสำรวจดวงแรกของประเทศไทยในระดับ Industrial Grade ที่วิศวกรดาวเทียมไทยได้มีส่วนสำคัญในออกแบบและพัฒนาร่วมกับองค์กรต่างประเทศที่มีความเชี่ยวชาญ ความชำนาญ และมีชื่อเสียงระดับโลกทางด้านเทคโนโลยีอวกาศ

ในโครงการ THEOS-2 มีส่วนประกอบมากมายทั้งตัวดาวเทียมจนถึงระบบภาคพื้น และหนึ่งในนั้นคือการผลิต ดาวเทียมเล็ก หรือ THEOS-2 SmallSAT ที่เป็นฝีมือการพัฒนาโดยวิศวกรไทยร่วมกับ Surrey Satellite Technology หรือ SSTL ในสหราชอาณาจักร และดาวเทียมเล็กยังเป็นดาวเทียวของไทยดวงแรกที่เป็นระดับ Industrial Grade ที่ผลิตโดยคนไทย

หนึ่งในจุดประสงค์ของการริเริ่มโครงการ THEOS-2 คือการพัฒนาขีดความสามารถของบุคลากรไทยในด้านการพัฒนาเทคโนโลยีดาวเทียม

โดยประเทศไทยได้ส่งวิศวกรชาวไทยจำนวน 22 คน ไปร่วมเก็บเกี่ยวองค์ความรู้และแลกเปลี่ยนประสบการณ์จากผู้เชี่ยวชาญและทีมวิศวกร Co-engineering จากบริษัท AIRBUS และ SSTL มาโดยตลอด

ในตลอดระยะกว่า 2 ปีที่ผ่านมา ทีมบุคลากรชาวไทยได้เข้าร่วมการฝึกอบรม การร่วมออกแบบระบบปฏิบัติการภาคพื้นดิน การเข้าปฏิบัติการในส่วนประกอบและทดสอบดาวเทียม รวมถึงการนำเสนอความก้าวหน้าในส่วนงานที่รับผิดชอบร่วมกับผู้เชี่ยวชาญในแต่ละระบบ เพื่อหวังที่จะสร้างดาวเทียมที่เกิดขึ้นจากฝีมือการผลิตและการออกแบบของคนไทยในทุกกระบวนการ โดยมีเป้าหมายให้ประเทศไทยก้าวสู่อุตสาหกรรมอวกาศโลกได้ในอนาคต

นอกจากการพัฒนาบุคคลากรแล้ว GISTDA ยังเปิดโอกาสให้ผู้ประกอบการไทยได้มีส่วนร่วมกับการผลิตชิ้นส่วนดาวเทียมเล็กด้วย เพื่อสนับสนุนผู้ประกอบการในประเทศ และช่วยส่งเสริมเพิ่มศักยภาพพร้อมทั้งยกระดับขีดความสามารถเพื่อเข้าสู่ Space Value Chain และแข่งขันได้ในระดับสากล

ดังนั้น จะเห็นได้ว่าประโยชน์อย่างชัดเจนที่ทีมวิศวกรดาวเทียมของไทยจะได้รับในครั้งนี้ก็คือ เทคโนโลยีใหม่และองค์ความรู้ทางด้านอวกาศจากองค์กรต่างประเทศที่มีความเชี่ยวชาญ ความชำนาญ และมีชื่อเสียง

กว่าจะมาเป็นดาวเทียมเล็กที่คนไทยได้มีส่วนร่วม

ดาวเทียมเล็กที่พัฒนาขึ้นมามีองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับภารกิจบนอวกาศหลายอย่าง ลิขิต วรานนท์ ผู้จัดการโครงการพัฒนาดาวเทียมเล็ก กล่าวว่า พวกเริ่มมาทำงานที่สหราชอาณาจักร ทั้งในส่วนการออกแบบและการพัฒนาดาวเทียมเล็กมาตั้งแต่ต้นปี 2019 ซึ่งในตอนนั้น ดาวเทียมเล็กได้ผ่านขั้นตอนการออกแบบที่สำคัญมาแล้ว เช่น การออกแบบเบื้องต้น และการออกแบบละเอียด หรือ Critical Design Review (CDR)

โดยทางทีมงานทั้งหมดได้เดินทางไปทำงานในในอาคารประกอบและทดสอบดาวเทียมที่สหราชอาณาจักร (Assembly Integration and Test : AIT)

ลิขิตเล่าถึงปัญหาที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานที่ประเทศอังกฤษว่า ทีมงานไทยทั้งหมดต้องเผชิญกับการระบาดของโรคติดเชื้อโควิด-19 ซึ่งในช่วงปี 2020 ในอังกฤษมีอัตราผู้ติดเชื้อสูงมาก

ในช่วงนั้น เป็นการติดตั้งอุปกรณ์บางส่วนที่มีความสำคัญกับดาวเทียม คือเป็นอุปกรณ์ตัวหนึ่งที่ให้พลังงานกับดาวเทียม ลิขิตเล่าให้เราฟังและเสริมว่า ทีมวิศวกรชาวไทยทั้งหมดได้ทุ่มเทและพยายามติดตั้งอุปกรณ์ชิ้นนี้จนสำเร็จ และสามารถเชื่อมต่อดาวเทียมเข้ากับระบบตรวจสอบสถานะ ซึ่งเปรียบเสมือนระบบควบคุมดาวเทียมภาคพื้นดินได้อย่างสมบูรณ์

นอกจากนี้ ในระหว่างการผลิตและประกอบดาวเทียม ทาง SSTLได้มอบหมายให้ทีมวิศวกรไทยออกแบบและพัฒนาเปย์โหลดที่ 3 (3rd payload) ซึ่ง SSTL ให้เราดำเนินการเองทั้งหมด ตั้งแต่การเขียนแบบร่าง ออกแบบ พัฒนา และทดสอบ รวมถึงประกอบเข้ากับดาวเทียม ซึ่งโดยหลักการ 3rd payload เป็นการเลือกใช้ Commercial off-the-shelf (COTS) เช่น Raspberry PI กล้องสำหรับ Raspberry PI, Magnetometer และ Gyro ที่ใช้ใน UAV รวมถึง GNSS Receiver ราคาถูก ที่ปลดล็อก COCOM แล้ว โดยในครั้งนี้ทีมวิศวกรไทยของเราได้พัฒนา sun sensor เองทั้งหมด ที่ใช้งานกับ 3rd payload ด้วย

วัตถุประสงค์ของ 3rd payload เน้นการเรียนรู้ผ่าน Project-based Learning และจำลอง 3rd payload ให้เหมือนดาวเทียม 1 ดวง ที่สามารถถ่ายภาพได้ มี ADCS unit ซึ่งเมื่อดำเนินการสำเร็จ 3rd payload จะสามารถประยุกต์ใช้เป็น base learning สำหรับนักเรียนและนักศึกษาได้อีกด้วย

ผู้ประกอบการไทยมีส่วนร่วมกับการผลิตชิ้นส่วนดาวเทียมเล็ก

อีกหนึ่งส่วนสำคัญในโครงการ THEOS -2 ทาง GISTDA ได้พยายามผลักดันและส่งเสริมผู้ประกอบการไทยให้สามารถเข้าสู่ Space Value Chain ด้วยการผนวกแผนการพัฒนาผู้ประกอบการผลิตชิ้นส่วนดาวเทียมดาวเทียมเล็ก

โดยกำหนดให้บริษัท AIRBUS ประเทศฝรั่งเศส โดย Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL) ประเทศอังกฤษ ซึ่งเป็นบริษัทผู้ผลิตดาวเทียมเล็ก สั่งซื้อชิ้นส่วนดาวเทียมเล็กจากผู้ประกอบการในประเทศไทยเพื่อให้ผู้ประกอบการในประเทศไทยมีโอกาสได้ร่วมงานกับบริษัทผู้ผลิตดาวเทียมชั้นแนวหน้าของโลก

“ที่ผ่านมา ประเทศไทยมีผู้ประกอบการในธุรกิจการบินอยู่แล้ว การจะผลักดันให้เศรษฐกิจอวกาศภายในประเทศเติบโตได้จำเป็นต้องสร้างโอกาสและส่งเสริมให้ผู้ประกอบการเหล่านั้นสามารถก้าวสู่อุตสาหกรรมอวกาศเพื่อรองรับการเติบโตของเศรษฐกิจอวกาศในอนาคต” ดร.ณัฐวัฒน์ หงส์กาญจนกุล หัวหน้าฝ่ายพัฒนาและเชื่อมโยงธุรกิจนวัตกรรมอวกาศและหัวหน้าห้องปฏิบัติการ GALAXI ของ GISTDA กล่าว

ในช่วง 2 ปี ที่ผ่านมา มีผู้ประกอบการไทย ที่ GISTDA ได้คัดเลือกให้เป็นผู้ผลิตชิ้นส่วนดาวเทียมอยู่หลายบริษัท อย่างบริษัท เลนโซ แอโรสเปซ จำกัด

“ที่ผ่านมา บริษัทได้ผลิตชิ้นส่วนให้แอร์บัส ทั้งการตกแต่งภายใน เครื่องยนต์ ส่วนประกอบภายนอก และแผ่นปิดแผงวงจรต่างๆ ในห้องนักบิน” ตติย มีเมศกุล ประธานกรรมการบริหาร บริษัท เลนโซ แอโรสเปซ จำกัด กล่าวและเสริมว่า “ผมถือว่าเป็นสิ่งสำคัญและเป็นโอกาสที่ดีที่เราด้ร่วมมือกับ GISTDA และองค์กรชั้นนำระดับโลก ที่จะช่วยส่งเสริมและสนับสนุนให้ผู้ประกอบการในประเทศได้รับข้อมูลจากผู้เชี่ยวชาญด้านการผลิตดาวเทียมในต่างประเทศ เพื่อนำมาสร้างองค์ความรู้ใหม่ๆ ในบริษัทของเรา”

Dr. Viren Malhotra ประธานกรรมการบริหาร บริษัท ไมโครเมทิกส์ หนึ่งในผู้ประกอบการไทยที่ได้รับการคัดเลือกให้เป็นผู้ผลิตชิ้นส่วนบางประเภทสำหรับประกอบดาวเทียมเล็ก กล่าวว่า โอกาสที่เราได้ร่วมงานกับบริษัทต่างประเทศชั้นนเของโลก ส่งผลให้เกิดการพัฒนาทักษะอาชีพให้กับแรงงานไทย เช่น การซ่อมบำรุงเครื่องบิน เราได้จ้างช่างเทคนิคเข้ามาอบรม ซึ่งเป็นการเพิ่มทักษะด้านการบินและอวกาศให้กับแรงงานไทย นั่นจึงเป็นโอกาสที่ทำให้เราได้ก้าวไปสู่ระดับสากล

“ผมมองว่าการขยายศักยภาพการทำงานของในด้านเทคโนโลยีดาวเทียมเป็นการต่อยอดงานด้านการบินพาณิชย์ที่เราได้ดำเนินการอยู่แล้ว ในการร่วมโครงการผลิตดาเทียมกับ GISTDA ครั้งนี้ บริษัทได้เรียนรู้งานด้านการออกแบบดาวเทียม และได้ที่ปรึกษาชั้นเยี่ยม อย่างแอร์บัส มาช่วยให้เราสามารถทำงานนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้คนไทยมีศักยภาพเพิ่มขึ้นในด้านทักษะการออกแบบดาวเทียม ซึ่งเป็นองค์ความรู้ใหม่ที่ไม่เคยเรียนรู้ที่ไหนมาก่อน” Mr. Ketan Pole ประธานกรรมการบริหาร บริษัท ซี.ซี.เอส. กรุ๊ป จำกัด กล่าว

“ตอนนี้ ชิ้นส่วนทั้งหมดได้ถูกประกอบเข้าดาวเทียมเล็กเป็นที่เรียบร้อยแล้วทั้ง Mechanical Parts และ Electronic Parts ซึ่งดาวเทียมเล็กกำลังจะถูกส่งมาทดสอบต่อที่ประเทศไทยในช่วงต้นปี 2021” ดร.ณัฐวัฒน์ กล่าว

ดาวเทียมต้องผ่านสภาพแวดล้อมอะไร เราก็ทดสอบอย่างนั้น

ในอีกหนึ่งขั้นตอนที่สำคัญของการประกอบดาวเทียมคือ การทดสอบประสิทธิภาพของอุปกรณ์ต่างๆ เนื่องจากในช่วงชีวิตของดาวเทียมก่อนที่จะขึ้นไปโคจรในอวกาศต้องผ่านสภาพแวดล้อมอันตรายหลายอย่าง

สิ่งแรก ที่ดาวเทียมต้องเผชิญคือ แรงสั่นสะเทือนที่รุนแรงจากจรวดลำเลียง (Launch Vehicle) ขณะเคลื่อนตัวผ่านชั้นบรรยากาศ ขึ้นสู่วงโคจร

หลังจากดาวเทียมแยกตัวออกจากจรวดลำเลียง และโคจรรอบโลกเพื่อปฏิบัติภารกิจตามที่ได้ถูกออกแบบไว้ ดาวเทียมจะต้องทำงานภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีความผันผวนสูงกว่าบนโลก และต้องทำงานในสภาวะสุญญากาศ มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เย็นจัดและร้อนจัด รวมถึงปริมาณรังสีคอสมิกเข้มข้นที่ไม่เพียงแค่ส่งผลอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต แต่ยังสามารถทำลายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความซับซ้อนได้อีกด้วย

การทดสอบแรงสั่นสะเทือนต่อดาวเทียมดำเนินการโดยติดตั้งดาวเทียมเข้าเครื่องทดสอบในตำแหน่งเดียวกับที่จะติดตั้งบนจรวดลำเลียง เพื่อจำลองให้เหมือนกับแรงสั่นสะเทือนที่ดาวเทียมจะได้รับอย่างสมจริงที่สุด

เซนเซอร์วัดแรงสั่นสะเทือน (Accelerometer sensor) จำนวนมากจะถูกติดตั้งเข้ากับดาวเทียม เพื่อเก็บข้อมูลระหว่างการทดสอบ แล้วนำข้อมูลเหล่านี้ไปวิเคราะห์และประเมินผล เพื่อยืนยันว่าดาวเทียมนั้นไม่เกิดความเสียหายจากแรงสั่นสะเทือนที่ได้รับ และสามารถนำไปทดสอบขั้นต่อไปได้

ปัจจัยต่อมาคือ สภาวะสุญญากาศและความผันผวนของอุณหภูมิในอวกาศ ในส่วนนี้ดาวเทียมจะถูกทดสอบในห้องควบคุมอุณหภูมิสุญญากาศ (Thermal vacuum test) โดยจำลองสภาพให้เหมือนอยู่ในอวกาศจริงๆ

ดาวเทียมจะถูกติดตั้งในห้องที่เป็นสภาวะสุญญากาศ พร้อมกับการควบคุมอุณหภูมิร้อนและเย็นสลับกันไป นอกจากนี้การทดสอบว่าดาวเทียมสามารถทำงานได้จริง ระหว่างที่อยู่ในสภาวะที่ร้อนจัดและเย็นจัด วิศวกรได้ทดลองควบคุม ตรวจสอบสถานะ สั่งงาน ผ่านระบบ Electronic Ground Support Equipment (EGSE) เพื่อให้มั่นใจได้ว่าดาวเทียมสามารถทำงานได้ปกติในทุกช่วงอุณหภูมิ

เนื่องจากส่วนประกอบหลักของดาวเทียมคืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งสามารถปล่อยหรือรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ ซึ่งอาจก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนการทำงานของอุปกรณ์ภายในดาวเทียมด้วยกันเอง หรืออุปกรณ์ภายนอก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการทดสอบความเข้ากันได้ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic compatibility) หรือ EMC โดยการทดสอบจะเป็นการยืนยันว่า

1. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากสภาพแวดล้อมภายนอกไม่ส่งผลต่อดาวเทียม (Radiated susceptibility)
2. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากดาวเทียมไม่ส่งผลต่อการทำงานของจรวดลำเลียง (Radiated emissions)
3. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากดาวเทียมไม่ส่งผลต่อการทำงานของตัวดาวเทียมเอง (Radiated self- susceptibility)

นอกจากนี้ยังทดสอบหาโมเมนต์ความเฉื่อยและมวลที่แน่นอนของดาวเทียม ที่จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าดาวเทียมจะสามารถเข้ากันได้กับจรวดลำเลียงและวิศวกรดาวเทียมจะนำผลการทดสอบที่ได้ไปปรับปรุงระบบควบคุมการเคลื่อนไหวของดาวเทียมให้แม่นยำยิ่งขึ้น

หลังจากผ่านการทดสอบที่กล่าวมาทั้งหมดข้างต้นแล้ว ข้อมูลที่ได้จะถูกนำมาประเมินและส่งให้กับ Launch agency เพื่อเป็นการยืนยันว่าดาวเทียมปลอดภัยพร้อมที่จะส่งขึ้นสู่วงโคจร

ในช่วงกลางปีที่ผ่านมา ดาวเทียมเล็กได้ผ่านการทดสอบต่างๆ จากประเทศอังกฤษมาเป็นที่เรียบร้อย และจะถูกส่งมาทดสอบเพิ่มเติมที่ศูนย์ประกอบทดสอบดาวเทียม หรือ AIT ณ อุทยานรังสรรค์นวัตกรรมอวกาศ อำเภอศรีราชา จังหวัดชลบุรี ในช่วงต้นปี 2022 เพื่อเตรียมความพร้อมของระบบดาวเทียมเล็กก่อนนำส่งขึ้นสู่อวกาศ ซึ่งจะใช้เวลาประมาณ 14 เดือน สุดท้ายหากทุกอย่างเป็นไปตามแผน ดาวเทียมเล็กฝีมือคนไทยจะถูกส่งขึ้นสู่อวกาศในช่วงปลายปี 2022 อย่างแน่นอน และจะมีอายุการใช้งานอย่างน้อย 3 ปี

เรื่อง : ณภัทรดนัย
ภาพถ่าย : สำนักงานพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศ (องค์การมหาชน) หรือ GISTDA

เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : บทสัมภาษณ์เกี่ยวกับโครงการ THEOS-2