“มิริอาด” ดาวเทียมขนาดเล็กมิติใหม่ที่ช่วยลดต้นทุนการสำรวจอวกาศ

ศูนย์วิจัยอวกาศแห่งประเทศฝรั่งเศส (CNES) ได้พัฒนาดาวเทียมขนาดเล็กเจเนอเรชั่นใหม่ “มิริอาด” (Myriade) ขึ้น ซึ่งถือเป็นการเปลี่ยนโฉมหน้าวงการดาวเทียม เนื่องจากดาวเทียมรุ่นใหม่นี้ เป็นดาวเทียมขนาด เล็กที่มีน้ำหนักต่ำกว่า 150 กิโลกรัม แต่สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและแม่นยำทัดเทียมดาวเทียม ขนาดปกติทั่วไป

ดาวเทียมขนาดเล็กรุ่น “มิริอาด” นี้ ใช้เวลาในการพัฒนาสั้นและมีค่าใช้จ่ายค่อนข้างต่ำ จึงเป็นเสมือนดาวเทียม ทดลองสำหรับเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่ต้องการนำไปทดสอบในวงโคจร รวมทั้งเป็นบททดสอบเทคโนโลยีการออกแบบใหม่ๆ และการจัดการโครงการอีกด้วย ดาวเทียมขนาดเล็กนี้ถือเป็นนวัตกรรมครั้งสำคัญในวงการดาวเทียม เพราะหมายถึง การก้าวข้ามข้อจำกัดต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นเรื่องน้ำหนัก มวลและพลังการขับเคลื่อน ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นไปได้จากการพัฒนา ล้ำหน้าในด้านวิศวกรรม การควบคุมความเสี่ยง การวางกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับลูกค้าและซัพพลายเออร์ใหม่ รวมทั้ง การวาง กรอบการออกแบบและการผลิตให้เป็นมาตรฐานเดียวกัน นี่เป็นครั้งแรกที่วงการดาวเทียมจะใช้ระบบการผลิต แบบเครือข่าย โดยวางอยู่บนพื้นฐานการออกแบบที่เน้นการนำกลับมาใช้ใหม่ และผลิตภัณฑ์จะต้องมีความเหมาะสมกับ ภารกิจ คณะผู้บริหารศูนย์วิจัยอวกาศแห่งชาติได้ลงมติในปี 2541 ที่จะส่งเสริมตลาดดาวเทียมให้แพร่หลายโดยมีค่าใช้ จ่ายน้อยที่สุด การผลิตดาวเทียมมิริอาดมีเป้าหมายสำคัญในการสนับสนุนโครงการวิจัยด้านวิทยาศาสตร์และการพัฒนา เทคโนโลยี “ประเทศที่กำลังพัฒนาต่างๆ ที่คิดจะมีดาวเทียมของตนจะสามารถเริ่มต้นจากการใช้บริการดาวเทียมขนาดเล็ก นี้ก่อน” มารี-อานน์ แคลร์ เจ้าหน้าที่ศูนย์วิจัยอวกาศแห่งประเทศฝรั่งเศส หรือศูนย์ CNES (สแนส) ผู้รับผิดชอบโครงการ ดาวเทียมขนาดเล็กกล่าว นอกจากนี้ ค่าใช้จ่ายในการส่งดาวเทียมขึ้นวงโคจรก็ไม่สูงมากนัก เพราะจรวดส่งดาวเทียม อารียาน (Ariane) 5 ได้เตรียมพื้นที่สำรองสำหรับบรรทุกสัมภาระขนาดย่อมไว้ ซึ่งจะเสียค่าใช้จ่ายสูงกว่า 1 ล้านดอลลาร์ เล็กน้อยเท่านั้นสำหรับสัมภาระหนัก 100 กิโลกรัม

อันที่จริงแล้ว ยุทธศาสตร์ของศูนย์ CNES วางอยู่บนพื้นฐานคอนเส็ปต์ที่ว่า “ดีกว่า เร็วกว่า ถูกกว่า” (“Better, Faster, Cheaper”) ที่แพร่หลายในสหรัฐอเมริการะหว่างทศวรรษที่ 90 คอนเซ็ปต์ดังกล่าวเน้นที่การใช้การพัฒนาทาง เทคโนโลยีและปัจจัยในเชิงพาณิชย์ในการสร้างระบบที่มีประสิทธิภาพสูงแต่มีต้นทุนต่ำ โดย CNES ได้ปรับเปลี่ยน คอนเซ็ปต์ดังกล่าวเป็น “เล็กกว่า เร็วกว่า ถูกกว่า” ( “Smaller, Faster, Cheaper” ) แทน

ทั้งนี้ ได้มีการพัฒนาโครงการสำรวจอวกาศด้วยดาวเทียมขนาดเล็กรุ่นมิริอาดออกมาหลายโครงการด้วยกัน กล่าว คือ เมื่อเดือนมีนาคม ปีนี้ ได้มีการส่งดาวเทียมมิริอาดขึ้นสู่วงโคจรเป็นครั้งแรกภายใต้โครงการ DEMETER เพื่อทำการ ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของชั้นบรรยากาศอิออนอสเฟียร์ที่เป็นผลมาจากปรากฎการณ์ทางธรรมชาติ เช่น แผ่นดินไหวหรือ ภูเขาไฟระเบิด และในเดือนตุลาคม ที่จะถึงนี้ ก็จะมีโครงการ PARASOL ที่ทำการวิจัยลักษณะรังสีและไมโครฟิสิกส์ ในปี 2550 จะเป็นโครงการ MICROSCOPE เพื่อวิจัยหลักความสมดุล ส่วนโครงการ PICARD ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษา อิทธิพลของดวงอาทิตย์ต่อสภาพอากาศบนโลกขณะนี้ยังอยู่ในช่วงพักโครงการไว้ นอกจากนี้ โครงการดาวเทียมขนาดเล็ก มิริอาดยังได้นำมาประยุกต์ใช้กับโครงการทดลองของกระทรวงกลาโหม ประเทศฝรั่งเศส ซึ่งก็คือโครงการ ESSAIM อัน ประกอบด้วยดาวเทียมขนาดเล็กจำนวน 4 ดวง ที่จะทำหน้าที่ตรวจสอบและติดตามความเคลื่อนไหวของเรดาร์และคลื่น วิทยุบนพื้นโลก โดยโครงการดังกล่าวมีบริษัท ASTRIUM เป็นผู้ดูแล

เพื่อเป็นการรับประกันความสมเหตุสมผลด้านเงินลงทุนตามหลักการที่เน้นเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพแต่ราคาไม่ สูงนักและมีความเสี่ยงในระดับที่พอรับได้ ศูนย์วิจัยอวกาศ CNES จึงได้ปรับระบบการทำงานใหม่ทั้งหมด อันดับแรก ทางศูนย์ฯ ตัดสินใจรับหน้าที่ผู้ดูแลโครงการหลัก เพื่อที่จะสามารถวางกรอบการทำงาน ควบคุมค่าใช้จ่ายในการลงทุนและ การบริหารจัดการได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากในวงการอากาศยาน “ราคา เวลา และ คุณภาพ” ถือเป็นเงื่อนไขสำคัญ ในการทำงาน ทาง CNES จึงติดต่อกับบริษัทคู่ค้าที่มีประสบการณ์ต่างๆ ก่อนที่จะตัดสินใจเลือกกลุ่มบริษัท Latécoère เข้ามาเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ (บริษัท Latécoère มีบริษัทลูก ได้แก่ Latelec ผู้เชี่ยวชาญด้านระบบสายไฟและ Beat ซึ่ง เป็นศูนย์ออกแบบและที่ปรึกษาทางเทคนิคโครงสร้างทางกลศาสตร์ ) เป้าหมายสำคัญภายใต้กรอบโครงการดาวเทียม มิริอาด คือ การพัฒนากระบวนการผลิตโดยลดความซับซ้อนเพื่อประหยัดเวลาในการดำเนินงาน

การลดต้นทุนการผลิตเริ่มจากการติดต่อสั่งซื้อสินค้าจากซัพพลายเออร์รายใหม่ๆ ที่ไม่อยู่ในบัญชีรายชื่อที่ทาง ศูนย์วิจัยอวกาศยุโรป หรือ ESA มีอยู่ เนื่องจากทุกวันนี้เทคโนโลยีโทรศัพท์มือถือและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พัฒนาไปมาก ทำให้ซัพพลายเออร์ทั่วไปสามารถจัดหาสินค้าตามเงื่อนไขทางเทคนิคของอากาศยานได้ ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของขนาด ความแข็งแกร่ง การป้องกันความร้อนและแรงกระแทก เป็นต้น ซึ่งผู้ผลิตไม่เพียงแต่สามารถจัดหาชิพ ตามขนาดที่กำหนด เพื่อนำมาติดตั้ ในพื้นที่ขนาดเล็กได้เท่านั้น แต่ยังสามารถเพิ่มเติมหน้าที่ต่าง ๆ ลงไปในอุปกรณ์ชิ้นเดียวกันได้อีกด้วย

“ สมัยก่อน ในการพัฒนาดาวเทียม เราจำเป็นจะต้องใช้เฉพาะอุปกรณ์ที่ผ่านการรับรองจากศูนย์วิจัยอวกาศ ยุโรป หรือ ESA เท่านั้น เนื่องจากต้องปฏิบัติตามข้อบังคับด้านเทคโนโลยีอวกาศในขณะนั้น ทั้งๆ ที่อุปกรณ์เหล่านั้น มีราคาสูงเพราะต้องผ่านกระบวนการทดสอบคุณภาพหลายขั้นตอนเพื่อประกันคุณภาพในระบบการผลิต ปัจจุบัน การหัน มาใช้อุปกรณ์ที่มีขายอยู่ในท้องตลาด ซึ่งอาจมีคุณภาพด้อยกว่า แต่ก็ทำให้มีตัวเลือกมาขึ้น และได้ชิ้นส่วนที่มีประสิทธิภาพ สูงขึ้นมาก ราคาและคุณภาพมีความสมเหตุสมผล (อัตราเฉลี่ย 1 ถึง 100) ขนาดเล็กและน้ำหนักเบา ทั้งยังช่วยลดการใช้ น้ำมันเชื้อเพลิงได้เป็นอย่างดี นอกจากนี้ คอมพิวเตอร์ที่ติดตั้งบนดาวเทียมยังสามารถปรับเปลี่ยนได้ตามหน้าที่และ ความต้องการใช้ของลูกค้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ” เรอเน่ ปีเร็ตติ ผู้อำนวยการฝ่ายการพาณิชย์ บริษัท Steel Electronique กล่าว บริษัท Steel Electronique ตั้งอยู่ที่เมือง Mazeres du Salat (เขต Haute-Garonne) เชี่ยวชาญด้านอุปกรณ์บน ดาวเทียม บริษัทรับหน้าที่ออกแบบและผลิตหน่วยประมวลผลของคอมพิวเตอร์สองเครื่องที่ติดตั้งอยู่บนดาวเทียมชุด มิริอาดทั้งหมด รวมไปถึงดาวเทียมในโครงการ Essaim ด้วยเช่นกัน เนื่องจากการลดน้ำหนักของดาวเทียมเป็นเป้าหมาย สำคัญของโครงการดาวเทียมขนาดเล็ก ในโครงการดาวเทียมมิริอาด จึงได้พัฒนาเทคโนโลยีสามมิติ (3D) ที่ช่วยให้ สามารถซ้อนชิพหลายๆ ตัวไว้ในช่องเดียวกัน การวางชิพในแนวตั้งทำให้สามารถประหยัดเนื้อที่ในการติดตั้งและลดขั้นตอน การผลิตลงได้หลายขั้นตอน เทคโนโลยีชิพแนวตั้งดังกล่าว มีชื่อว่า 3D Plus พัฒนาโดยบริษัท Buc ซึ่งเป็นบริษัทเอสเอ็มอี (บุคลากร 50 คน) บริษัทนี้เคยเป็นส่วนหนึ่งของอดีตกลุ่มบริษัท Thomson CSF บริษัท Buc ได้ทำการขึ้นทะเบียน สิทธิบัตรเทคโนโลยี 3 D ไว้ประมาณ 15 รายการ บริษัทเป็นที่รู้จักเป็นอย่างดีในวงการทหาร การบินและอวกาศในฐานะ ผู้เชี่ยวชาญด้านการสร้างโมดุล 3 มิติตามแบบที่ลูกค้าต้องการ “ประโยชน์ของเทคโนโลยีเรา คือทำให้หน่วยความจำ มีขนาดใหญ่ขึ้นกว่าอุปกรณ์รุ่นล่าสุดที่มีอยู่บนท้องตลาดถึง 10 เท่า ในขณะที่ใช้เนื้อที่บนแผงวงจรเท่า ๆ กัน ช่วยลดการใช้ พลังงานและเวลาในการเข้าถึงข้อมูลได้ราว 25% และลดน้ำหนักได้ 15%” แบร์นาร์ด แบร์น ผู้อำนวยการฝ่ายการตลาด และการพาณิชย์ 3D Plus และผู้ริเริ่มเทคโนโลยี 3 มิต ิกล่าวอธิบาย

ในส่วนของอุปกรณ์รับและส่งสัญญาณก็มีการพัฒนาทางเทคโนโลยีเช่นเดียวกัน โดยจะมีการใช้คอมพิวเตอร์ที่มี ขนาดเล็กลง (คอมพิวเตอร์เครื่องเดียวแต่หลายหน้าที่) แข็งแรง ทำงานได้อัตโนมัติเต็มระบบ (ไม่ต้องใช้คน บังคับได้จาก ศูนย์ควบคุมดาวเทียม) ตรวจสอบความบกพร่องอุปกรณ์ย่อยอัตโนมัติด้วยเครื่องพีซีทั่วไป รองรับความถี่ที่หลากหลายและ ปฏิบัติการณ์ได้หลายรูปแบบ ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์รับส่งสัญญาณรีโมทคอนโทรลหรืออุปกรณ์รับ สัญญาณข้อมูลการ ตรวจวัดด้วยคลื่นความถี่ S หรือภาพด้วยคลื่นความถี่ X บริษัท ELTA ก็ใช้คอนเซ็ปต์“ดีกว่า เร็วกว่า ถูกกว่า” จากอเมริกา เช่นกัน โดยพยายามสร้างอุปกรณ์ให้เป็นมาตรฐานเดียวกันและใช้ผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่บนท้องตลาดให้มากที่สุด การสร้าง ระบบย่อยให้เป็นมาตรฐานเดียวกันทำให้บริษัทสามารถผลิตอุปกรณ์รับส่งสัญญาณได้โดยใช้เวลาต่ำกว่า 1 ปี และมีค่า ใช้จ่ายต่ำสุด การประกอบและติดตั้งอุปกรณ์ก็ใช้เวลาไม่ถึง 1 สัปดาห์ “อุปกรณ์ของเราออกแบบมาเพื่อให้ลดต้นทุน ใช้ง่าย ปรับเปลี่ยนได้ตามความต้องการใช้ ซ่อมบำรุงและอัพเดทได้ง่าย” กล่าวโดยปิแอร์ แวร์ซาต์ ประธานบริษัท ELTA ที่รู้จักกันดี ในฐานะบริษัทผู้เชี่ยวชาญด้านอวกาศสาขาเทคโนโลยีสำหรับการใช้งานในสภาวะรุนแรง การพัฒนาได้เน้นไปที่ เทคโนโลยีดิจิตอล และการถอดรหัสลูกโซ่เพื่อช่วยลดเนื้อที่การใช้งาน ลดการใช้พลังงานและลดขนาดเสารับส่งสัญญาณ (3.10 เมตร)

หนึ่งในผลิตภัณฑ์จากบริษัทที่สำคัญคือ TET-X โดย TET-X เป็นอุปกรณ์รับส่งสัญญาณคลื่นความถี่ X สำหรับ ทำหน้าที่รับข้อมูลการวัดระยะต่าง ๆ TET-X ประกอบด้วย ตัวรับสัญญาณสำหรับแยกสัญญาณลูกโซ่ และระบบบันทึก ข้อมูลบนฮาร์ดดิสก์ด้วยความเร็วสูงเป็นเวลา 2 ชั่วโมง

จะเห็นได้ว่า ดาวเทียมรุ่ มิริอาด เป็นดาวเทียมที่มีประสิทธิภาพ ไม่ว่าจะเป็นด้านการลดมวล ลดการใช้พลังงาน ความแม่นยำในการทำงาน การตรวจวัดระยะไกลและการประมวลผล ระบบชี้ตำแหน่งแบบ 3 แกน ช่วยให้สามารถทำงาน ได้ดีสำหรับการสำรวจโลกหรือสำรวจอวกาศ ก่อให้เกิดการประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ ได้อย่างกว้างขวาง ดาวเทียมขนาดเล็ก เหล่านี้จะมีประสิทธิภาพมาขึ้นไปอีกเมื่อติดตั้งอุปกรณ์ตรวจวัดต่าง ๆ ที่จะบันทึกข้อมูลที่เป็นประโยชน์ อนาคตจะต้องมี การลดมวลและปริมาณการใช้พลังงานลงไปให้ถึงจุดต่ำสุด และต้องพัฒนาอุปกรณ์ต่างๆ ให้มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะทำได้

สิ่งที่น่าติดตามดูต่อไปก็คือ ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีระบบกลไกไมโครอิเลคทรอนิคส์ ( Micro Electro Mechanical Systems หรือ MEMS) รวมทั้งระบบอัจฉริยะขนาดเล็กต่าง ๆ ที่คาดกันว่าจะสามารถนำไปพัฒนาต่อยอด เพื่อสร้างดาวเทียมนาโนหรือดาวเทียมขนาดจิ๋วต่อไปในอนาคต ซึ่งจะเป็นอีกก้าวสำคัญในการพัฒนาของวงการ ดาวเทียมของโลก

คำบรรยายประกอบภาพ
1 ดาวเทียมมิริอาดในโครงการ Demeter ของศูนย์วิจัยอวกาศแห่งประเทศประเทศฝรั่งเศส (CNES)
2 แพลทฟอร์ม ECU ของดาวเทียมขนาดเล็ก ของบริษัท Steel Electronique
3 โมดุลสามมิติ ของบริษัท 3D Plus
4 อุปกรณ์รับส่งสัญญาณข้อมูลการวัดและการควบคุมแบบรีโมทคอนโทรลภาคพื้นดิน (Ground Station) บริษัท ELTA

แปลจากบทความเรื่อง A new generation of small satellites to make space more affordable ของ Adeline DESCAMPS โดยสำนักงานข่าวเทคโนโลยีฝรั่งเศส

สอบถามเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้ได้ที่

CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) – National Centre for Space Studies
18 avenue Edouard Belin
31401 Toulouse
tel : 05 61 27 31 31
fax : 05 61 27 31 79
www.cnes.fr