กลับมาต่อกับเรื่องราวของสิ่งที่นาซาสามารถก้าวข้ามความท้าทายในการสื่อสารผ่านอวกาศได้ จากที่ได้กล่าวครั้งที่แล้วได้แก่ เรื่องของพื้นฐาน (Basic) เครือข่ายของสถานีภาคพื้น (Ground Networks) และรีเลย์อวกาศ (Space Relays) สำหรับใครที่ผ่านมาที่นี้ครั้งแรก สามารถย้อนกลับไปอ่านได้ในบทความ “นาซากับการก้าวข้ามความท้าทายในการสื่อสารผ่านอวกาศ (Space Communication) ตอนที่ 1” ของเราก่อนได้ครับ
4. แบนด์วิธ (Bandwidth)
แบนด์วิธ หรือหากจะให้มองภาพง่ายๆ ก็คือ ความกว้างของช่วงความถี่ใช้งานนั้นเอง นาซาได้ทำการเข้ารหัสข้อมูล (Encode) บนความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามาหลายช่วงคลื่นความถี่ ซึ่งแบนด์วิธ ช่วงความถี่ มีขีดความสามารถแตกต่างกัน ซึ่งแบนด์วิธที่มากขึ้น จะทำให้การส่งข้อมูลต่อวินาทีได้มากขึ้นด้วย ส่งผลทำให้อวกาศยานหรือดาวเทียมสามารถส่งข้อมูลลงมายังสถานีได้รวดเร็วขึ้นด้วย
ในปัจจุบัน นาซาใช้การสื่อสารผ่านคลื่นวิทยุเป็นหลัก แต่มีองค์กรที่กำลังพัฒนาการสื่อสารผ่านแสงเลเซอร์แบบอินฟราเรด ซึ่งการส่งข้อมูลชนิดนี้เป็นการสื่อสารแบบ Optical Communications ซึ่งจะสามารถรองรับอัตราการส่งข้อมูลได้มากกว่าการสื่อสารแบบเดิมที่เคยใช้มา
ระบบสาธิตการสื่อสารผ่านแสงเลเซอร์แบบรีเลย์ หรือ Laser Communications Relay Demonstration LCRD) ของนาซา จะแสดงให้เห็นถึงข้อดีของการสื่อสารแบบ Optical Communications โดยภารกิจจะเป็นการส่งข้อมูลผ่านรีเลย์ ส่งต่อข้อมูลระหว่างสถานีภาคพื้นในแคลิฟอร์เนีย และ ฮาวาย ผ่านการช่องเชื่อมต่อแบบลำแสง (Optical) ทดสอบขีดความสามารถของระบบ โดยนาซาจะจะทำการติดตั้งระบบสื่อสารดังกล่าวกับสถานีอวกาศ ที่จะสามารถรีเลย์ข้อมูลมายังสถานีภาคพื้นได้
5. อัตราการรับ-ส่งข้อมูล (Data Rates)
แบนด์วิธที่มากขึ้น ส่งผลต่ออัตราการรับ-ส่งข้อมูล (Data Rate) ของภารกิจมากขึ้นด้วยเช่นกัน ในเมื่อก่อนระบบวิทยุของภารกิจอพอลโล (Apollo) ส่งสัญญาณภาพวีดิโอขาวดำแบบมัว ๆ จากดวงจันทร์ลงมา แต่สำหรับการสื่อสารแบบ Optical จากภารกิจ Artemis II จะส่งสัญญาณภาพวีดิโอแบบ 4K ความละเอียดระดับ UHD จากดวงจันทร์
แต่แบนด์วิธเองไม่ใช่เพียงปัจจัยเดียวที่มีผลต่ออัตรารับ-ส่งข้อมูล ยังมีปัจจัยอื่น เช่น ระยะห่างระหว่างภาครับและส่งสัญญาณ ขนาดของสายอากาศ (Antenna) หรือ Optical Terminals ที่ใช้งาน และกำลังส่งสัญญาณของต้นทางและปลายทาง ทั้งนี้ทีมงานวิศวกรนาซาเองจะต้องสมดุลปัจจัยต่าง ๆ ดังกล่าวเพื่อจะส่งสัญญาณที่มีอัตราการรับ-ส่งข้อมูล ให้ได้มากที่สุด
6. เวลาแฝง (Latency) [ศัพท์บัญญัติราชบัณฑิตยสถาน คอมพิวเตอร์ 19 มิ.ย. 2544]
Latency หรือ เวลาแฝง การสื่อสารผ่านอวกาศไม่สามารถรับ-ส่งแบบทันที (Instantaneous) อาจเพราะข้อจำกัดของความเร็วของจักรวาล โดยความเร็วเสียงที่ 186,000 mi/s หรือ 3×108 m/s สำหรับ อวกาศยานหรือดาวเทียม ที่โคจรใกล้โลก การหน่วงเวลาหรือเวลาแฝงของการสื่อสารอาจละทิ้งได้ แต่อย่างไรก็ตามสำหรับภารกิจที่ไกลออกไป เวลาแฝงกลายมาเป็นสิ่งที่ท้าทาย ระยะที่ดาวอังคารใกล้โลกที่สุดหรือประมาณ 35 ล้านไมล์ไกลออกไป จะมีการหน่วงเวลาประมาณ 4 นาที และที่ระยไกลที่สุด ประมาณ 250,000 ล้านไมล์ จะมีเวลาหน่วงถึง 24 นาที สำหรับข้อความจะเดินทางถึงส่วนควบคุมภารกิจเพื่อที่จะทำการตอบกลับไป
ในขณะที่นาซาเตรียมส่งมนุษย์สำหรับสำรวจดาวอังคาร วิศวกรสื่สารของนาซากำลังพัฒนาหนทางให้นักบินอวกาศสามารถสื่อสารกับสถานีภาคพื้นบนโลกในขณะที่การหน่วงเวลาไม่เป็นอุปสรรค
7. Interference หรือ คลื่นรบกวน
การรบกวน สิ่งสุดท้ายที่นาซาจะต้องก้าวข้ามไปให้ได้ เนื่องจากการส่งสัญญาณต้องผ่านตัวกลางด้วยระยะทางที่ไกลและต้องผ่านชั้นบรรยากาศต่าง ๆ คุณภาพสัญญาณถูกลดทอน ส่งผลให้ข้อความอาจถูกบิดเบือน การแผ่รังสีจากภารกิจอื่น ๆ พระอาทิตย์ หรือ วัตถุท้องฟ้าอื่น ๆ ก็สามารถรบกวนสัญญาณส่งผลต่อคุณภาพสัญญาณได้
เพื่อมั่นใจว่าการภารกิจสามารถดำเนินการได้ข้อมูลอย่างถูกต้อง นาซาใช้วิธีการตรวจจับข้อผิดพลาด และการแก้ไข (Error Detection and Correction) ซึ่งขั้นตอนของการแก้ไขข้อผิดพลาดนั้น ใช้อัลกอริทึมของคอมพิวเตอร์ในการแปลงสัญญาณที่มีคลื่นรบกวนให้เป็นข้อมูลได้
การวาดฝันของผู้คนสามารถดูภาพยนตร์ทุกที่ในจักรวาล ทีมงานวิศวกรของนาซาเองก็ต่างพยายามอย่างเต็มความสามารถในการเปลี่ยนจากฝันนั้นให้กลายเป็นจริง นาซายังคงพัฒนาเทคโนโลยีและขีดความสามารถต่าง ๆ เพื่อจะจัดการกับความท้าทายของการสื่อสารผ่านอวกาสนั้นให้ได้ ซึ่งจะเป็นการสนับสนุนการสื่อสารอย่างสมบูรณ์แบบให้ภารกิจด้านวิทยาศาสตร์และการสำรวจต่อไป
ที่มา : https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/space-communications-7-things-you-need-to-know
ผู้เรียบเรียง : ร.อ.สุทธิพงษ์ โตสงวน
