จากบทความเรื่อง “มาทำความรู้จักระบบสาธิตการสื่อสารด้วยแสงเลเซอร์โดยดาวเทียมรีเลย์ ” คงทำเข้าใจและเห็นถึงความสำคัญของดาวเทียม STPSat-6 ที่ติดตั้งระบบสาธิตการสื่อสารดผ่านแสงเลเซอร์แบบรีเลย์ หรือ Laser Communication Relay Demonstration (LCRD) จะเป็นจุดของการสื่อสารดาวเทียมในอนาคตที่จะสามารถรองรับการรับส่งขนาดของข้อมูลอันมหาศาลได้เร็วขึ้นกว่าการสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุเดิมหลายเท่าตัว
ก่อนอื่นอาจจะต้องกล่าวว่าการสื่อสารด้วยแสง (Optical Communication) นั้นไม่ใช่เรื่องใหม่ เพราะการหลักการสื่อสารด้วยแสงนั้นได้ถูกนำมาใช้งานนานมาแล้ว เราอาจจะคุ้นเคยการสื่อสารด้วยแสงจากการสื่อสารผ่านไฟเบอร์ออฟติก (Fiber Optic) ที่ผู้ให้บริการอินเตอร์เนตบ้านปัจจุบันนิยมนำมาติดตั้งใช้งานในครัวเรือน โดยตัวกลางที่จะนำส่งแสงจากต้นทางไปยังปลายทางนั้นจะอาศัยการหักเหภายในเส้นใยแก้วนำแสง โดยเมื่อครั้งก่อนนั้นสายไฟเบอร์ออฟติก ได้สร้างการเปลี่ยนเปลงที่สำคัญของส่งข้อมูลโดยสายทองแดง (Coaxial) ต่อมาได้มีการพัฒนาจนเป็นสาย UTP (สาย LAN) และปัจจุบันเป็นสายไฟเบอร์ออฟติก ที่สามารถรองรับการรับ-ส่งข้อมูลได้มากถึง 100 Gbps จนมีการพัฒนาให้สามารถรองรับได้ในระดับ Terabit (1000 Gbps) ในปัจจุบัน
การสื่อสารผ่านไฟเบอร์ออฟติกนั้น จะประกอบด้วย ตัวกำเนิดแสง (Light Source) โดยทั่วไปจะเป็น LED ทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณแสง หรือ Optical Transmitter ต่อมาคือ 2. สายนำสัญญาณไฟเบอร์ออฟติก (Optic Fiber) ทำจากแก้วหรือพลาสติกคุณภาพสูงทำหน้าที่เป็นสื่อกลางในการนำสัญญาณ หรือ Channel และสุดท้ายคือตัวแยกสัญญาณแสง (Light Detector) เป็นอุปกรณ์ปลายทาง ซึ่งจะมีอุปกรณ์ประเภท PIN Diode ทำหน้าที่เป็นตัวแยกสัญญาณหรือถอดรหัส เปลี่ยนสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า หรือ Optical Receiver [1]
กล่าวคือต้นทางและปลายจะต้องการติดตั้งอุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนสัญญาณแสงเป็นข้อมูล หรือจากข้อมูลเป็นแสงได้ และอาศัยตัวกลาง (Channel) ที่จะต้องไม่ลดทอนสัญญาณมากเกิน จนทำให้สัญญาณผิดเพี้ยนไปได้ และเส้นใยแก้วก็ทำหน้าที่ดังกล่าวได้อย่างดีเยี่ยม เพราะแสงนั้นจะหักเหอยู่ในเส้นเคเบิ้ลใยแก้ว ที่มีค่าลดทอนน้อยมาก
ที่นี้มาลองนึกภาพ โดยเปลี่ยนตัวกลางจากสายไฟเบอร์ออฟติกเป็นอวกาศ เราจะเห็นภาพของระบบการสื่อสารผ่านแสงเลเซอร์ของระบบ LCRD นั้นเอง
ระบบ LCRD จะใช้ กล้องโทรทรรศน์ (Telescope) และตัวยิงแสงเลเซอร์ (Laser Pointer) ในการรับและส่งสัญญาณแสงเลเซอร์ตามลำดับ แสงเดินทางผ่านอวกาศ ทะลุชั้นบรรยากาศ ที่เป็นตัวกลางของการรับ-ส่งข้อมูล โดยหากเทียบขนาดของลำคลื่นและลำแสงระหว่างสัญญาณวิทยุและแสงเลเซอร์ สัญญาณวิทยุที่จะมีความถี่ต่ำ จึงทำให้ลำคลื่นมีขนาดกว้างกว่าลำแสงเลเซอร์
ฉะนั้น LCRD จึงต้องอาศัยมุมระหว่างเครื่องส่งและรับสัญญาณ ที่ต้องหันตรงกันอย่างแม่นยำ ด้วยเหตุที่ลำแสงมีขนาดเล็ก ระบบฯ จึงมีความไวต่อการสั่นสะเทือนหรือการเคลื่อนที่ที่ทำให้แนวของการส่งสัญญาณแสงผิดเพี้ยนจนข้อมูลที่ได้รับเกิดการผิดพลาด ทั้งนี้ระบบภาคพื้นของ LCRD จึงได้มีการติดตั้งระบบ Active Tracking ที่มีเซ็นเซอร์ทำหน้าที่คำนวณและสั่งการให้ระบบภาคพื้นปรับแนวมุมระหว่างเครื่องรับและส่งตรงกันอยู่เสมอได้
จากหลักการทำงานของการสื่อสารด้วยแสงที่กล่าวมานั้น จะเห็นได้ว่าสิ่งที่ทำให้ระบบ LCRD สร้างความท้าทายนักพัฒนาก็คือ จะทำอย่างไรให้สัญญาณที่ส่งจากต้นทางไปยังปลายทางเกิดการลดทอนน้อยที่สุด นอกจาก ระบบ Active Tracking แล้ว ยังมีปัจจัยสิ่งรบกวนจากชั้นบรรยากาศที่ส่งผลกระทบอย่างมากต่อการการสื่อสารด้วยแสง ครั้งต่อไปจะมาเล่าถึงปัจจัยในการเลือกสถานที่ตั้งของสถานีภาคพื้น อะไรคือหลักในการตัดสินใจของทีมพัฒนา รวมถึงเรื่องราวของสภานีภาคพื้นของระบบ LCRD จะเป็นอย่างไร อย่าลืมติดตามครับ
ที่มา
[1] การส่งสัญญาณผ่านสายไฟเบอร์ออฟติก (Optical Communication) https://hq.prd.go.th/engineer/download/article/article_20160530173912.pdf
[2] NASA EDGE: Laser Communication Relay Demonstration (LCRD) Show
เรียบเรียงโดย ร.อ.สุทธิพงษ์ โตสงวน
