เจาะลึก NISAR ดาวเทียมสำรวจโลกที่ล้ำที่สุดที่อินเดียร่วมสร้างกับสหรัฐฯ

ดาวเทียม “NISAR” หรือ “NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar” เป็นโครงการดาวเทียมสำรวจโลกด้วยความร่วมมือระหว่าง NASA และองค์การสำรวจอวกาศอินเดีย (ISRO) โดย NISAR นั้น มีการประมาณการงบประมาณไว้สูงถึง 1.5 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ซึ่งจะทำให้ NISAR นั้นเป็นหนึ่งในดาวเทียมสำรวจโลกที่แพงมากที่สุดเท่าที่เคยมี

บทความนี้จะเจาะลึกประวัติความเป็นมาของ NISAR และเหตุใดมันจึงเป็นดาวเทียมที่แพงที่สุด และจะถูกนำไปใช้ในด้านใด โดยบทความนี้เราจะอ้างอิงจาก NASA-ISRO SAR (NISAR) Mission Science Users’ Handbook

ก่อนอื่นเราจะต้องเข้าใจก่อนว่าดาวเทียมนั้นมีหลายชนิด แบ่งแยกตามการใช้งานโดยกว้าง อย่างไรก็ตาม การแบ่งชนิดของดาวเทียมนั้นไม่ได้ตรงไปตรงมาและอาจจะมีชนิดย่อยอื่น ๆ อีกเป็นจำนวนมากได้ ในกรณีของ NISAR คือดาวเทียมประเภท “ดาวเทียมสำรวจโลก” หรือ “Earth Observing Satellite”

ภาพจำลองดาวเทียม NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar (NISAR) – ที่มา NASA/JPL-Caltech

ดาวเทียมสำรวจโลกนั้นใช้อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ในการศึกษาโลกหรือวัตถุประสงค์อื่นซึ่งเกี่ยวกับโลก ยกตัวอย่างเช่น ถ่ายรูป ศึกษาชั้นบรรยากาศของโลก หรือศึกษาพื้นผิวของโลก ดังนั้นก็หมายความว่าดาวเทียมสำรวจโลกนั้นสามารถแบ่งแยกชนิดย่อยลงไปได้อีก

ในกรณีของ NISAR นั้น คือดาวเทียมถ่ายรูปด้วยเรดาร์ (Radar imaging) ด้วยเทคนิคที่เรียกว่า “Synthetic Aperture Radar” หรือ “SAR” ซึ่งเป็นเทคนิคในการใช้เรดาร์เพื่อสร้างแผนที่พื้นผิวของโลก

ภาพความละเอียดสูงของภูเขาไฟ Teide ในประเทศสเปน ถ่ายจากเรดาร์ SAR บนกระสวยอวกาศ Endeavour เมื่อปี 1994 – ที่มา NASA/JPL-Caltech

หากเห็นภาพที่ได้จาก SAR ข้างบนนี้แล้ว เราก็อาจจะสงสัยว่าทำไมภาพมันถึงความละเอียดสูงเช่นนี้ และอย่าลืมว่านี่คือภาพจากเทคโนโลยีเมื่อปี 1994 ซึ่งกล้องถ่ายรูปปกติยังไม่ชัดเช่นนี้เลย ภาพนี้เป็นไปได้เพราะเทคโนโลยี Synthetic Aperture Radar หรือ SAR

Synthetic Aperture Radar คืออะไร

“Synthetic Aperture Radar” หรือ “SAR” เป็นเทคนิคในการถ่ายรูปด้วยคลื่นวิทยุหรือเรดาร์แทนที่จะถ่ายรูปจากคลื่นแสงที่มองเห็นได้ (Optical) การถ่ายรูปแบบ Optical นั้นคือการตรวจจับแสงที่ถูกสะท้อนจากพื้นผิวของโลกด้วยกล้องถ่ายรูป คุณภาพของภาพที่ได้จากกล้อง Optical นั้นขึ้นอยู่กับเซนเซอร์ของกล้องรวมถึงขนาดของรูรับแสงหรือ “Aperture” ยิ่งรูรับแสงหรือ Aperture ใหญ่ เซนเซอร์ก็สามารถรับแสงจากวัตถุที่เราต้องการถ่ายรูปได้มากขึ้นเทียบกับสัญญาณรบกวน (Signal to Noise Ratio หรือ SNR)

ขนาดของ Aperture หรือรูรับแสงในกล้องถ่ายรูปดิจิตอล – ที่มา KoeppiK/WikiCommons

หากใครเคยใช้กล้องถ่ายรูปดิจิตอลจะทราบดีว่า การปรับ Aperture หรือที่เรารู้จักกันในวงการถ่ายรูปว่า “f” ให้กว้างมากขึ้นนั้นจะยิ่งทำให้ภาพสว่างมากขึ้น เนื่องจากนั้นเป็นการขยายขนาดของรูรับแสงให้แสงผ่านได้มากขึ้น ดังนั้นจึงใช้ความไวต่อแสงหรือ ISO น้อยลง ทำให้ภาพนั้นมีสัญญาณรบกวนหรือ SNR น้อยลง และคุณภาพที่สูงขึ้น

ในกรณีของเรดาร์นั้นคำว่า “Aperture” นั้นจะไม่ได้หมายถึงรูรับแสงอีกต่อไปเนื่องจากการตรวจจับด้วยเรดาร์นั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับการตรวจจับสัญญาณแสงแต่เป็นการตรวจจับคลื่นวิทยุที่ตัวส่งคลื่นวิทยุยิงไปยังวัตถุที่เราต้องการสำรวจแล้วสะท้อนกลับมา ดังนั้นคำว่า “Aperture” ในด้านวิทยาศาสตร์เรดาร์หมายถึงขนาดของจานเรดาร์

เรดาร์ ALTAIR (ARPA Long-Range Tracking And Instrumentation Radar) ซึ่งเป็นเรดาร์กองทัพสหรัฐฯ เดิมใช้ในการตรวจจับขีปนาวุธข้ามทวีป (ICBM) ก่อนที่จะถูกนำมาใช้ในการติดตามวัตถุอวกาศอย่างดาวเทียมแทน – ที่มา US Army

อย่างไรก็ตาม หลักการเดิมยังคงเป็นจริง ก็คือยิ่ง “Aperture” มีขนาดใหญ่มากขึ้นเท่าใด อัตราส่วนของสัญญาณที่เราต้องการต่อคลื่นรบกวน (SNR) ก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น นั้นเป็นเพราะว่าระบบเรดาร์ของเราจะมีความไวต่อวัตถุที่เรากำลังสำรวจมากยิ่งขึ้นในทางทฤษฎี

แต่นี่คือการทำงานของเรดาร์ธรรมดาที่หลักการคือการยิงสัญญาณเรดาร์ไปแค่รอบเดียวแล้วตรวจจับการสะท้อนกลับของสัญญาณที่ส่งไป หากเปรียบเทียบให้เข้าใจได้ง่ายยิ่งขึ้น มันก็คือการ “Screenshot” สัญญาณที่สะท้อนกลับมานั่นเอง ซึ่งก็ไม่ต่างอะไรกับการถ่ายรูปด้วยกล้องถ่ายรูปธรรมดา เพียงแต่เปลี่ยนช่วงคลื่นในการสำรวจเท่านั้นเอง (เรดาร์หรือคลื่นวิทยุเป็นคลื่นเหมือนกับแสงที่ก็มีคุณสมบัติของคลื่น เพียงแต่ตาของเราไม่สามารถมองเห็นคลื่นวิทยุได้เท่านั้นเอง)

หมายความว่า ยิ่งเราอยากได้สัญญาณสะท้อนที่มีคุณภาพยิ่งขึ้นและมีสัญญาณรบกวนน้อยลง ขนาดของจานรับสัญญาณ (Aperture) ก็จะยิ่งต้องใหญ่มากกว่าเดิม ซึ่งอาจจะมีน้ำหนักมากขึ้นและต้องใช้พื้นที่มากเกินไป แต่ SAR เกินขึ้นมาเพื่อแก้ปัญหานี้

คำว่า Synthetic Aperture Radar หากแปลให้เข้าได้ง่าย มันก็คือการสังเคราะห์ขนาดจานรับสัญญาณของระบบเรดาร์นั้นเอง โดย SAR จะทำงานได้ก็ต่อเมื่อตัวส่งสัญญาณนั้นเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา เนื่องจากมันอาศัยการเคลื่อนที่ของตัวส่งสัญญาณในการสังเคราะห์ขนาดของจานรับสัญญาณ

คร่าว ๆ ก็คือ แทนที่จะยิงสัญญาณเรดาร์แค่รอบเดียวนั้น SAR จะยิงสัญญาณเรดาร์อย่างต่อเนื่องไปที่ตำแหน่งที่เราต้องการถ่ายรูป แต่เพราะว่าตัวส่งสัญญาณนั้นเคลื่อนที่อยู่ (เช่น ดาวเทียม) ก็หมายความว่ามุมของการยิงสัญญาณและรับสัญญาณจะเปลี่ยนอยู่ตลอดเวลา สัญญาณที่ได้ก็จะมาจากหลายมุมมอง ก่อนที่จะนำสัญญาณสะท้อนที่บันทึกได้ทั้งหมดมารวมกัน ตรงนี้เองที่ทำให้ SAR สามารถเห็นรายละเอียดของวัตถุหรือพื้นผิวได้ดีเป็นพิเศษ คล้ายกับการถ่ายรูปสามมิติที่เห็นรายละเอียดของวัตถุทุกมุมมอง ตั้งแต่หัวจดปลาย

หลักการทำงานของ SAR ซึ่งอาศัยการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุ (แนวแกน x) สัมพัทธ์กับตำแหน่งของวัตถุที่ต้องการสำรวจ (จุด P บนแกน y) โดยที่ระยะระหว่างจุด x1 และ x2 คือขนาดเทียบเท่าของจานรับสัญญาณ (Synthetic Aperture) – ที่มา NASA-ISRO SAR (NISAR) Mission Science Users’ Handbook/NASA

โดยสรุปก็คือ SAR นั้นอาศัยการเคลื่อนที่ของตัวส่งสัญญาณในการสังเคราะห์ขนาดความสามารถในการรับสัญญาณ แทนที่จะใช้จานรับสัญญาณขนาดใหญ่นั่นเอง

แล้ว NISAR ใช้เทคโนโลยี SAR ทำอะไร

ดาวเทียม NISAR จะใช้เทคโนโลยี SAR ในการสำรวจแผ่นดินและแผ่นน้ำแข็งบนโลก รวมถึงการเฝ้าระวังการถล่มของแผ่นน้ำแข็ง แผ่นดินไว สึนามิ ความเคลื่อนไหวของภูเขาไฟ และดินถล่ม อย่างไรก็ตาม NISAR นั้นต่างจากดาวเทียม SAR ดวงอื่นตรงที่ NISAR จะใช้ 2 ช่วงคลื่นวิทยุสำหรับการสำรวจโดย SAR ซึ่งก็คือ S-band และ L-band

ก่อนอื่นเราจะต้องเข้าใจก่อนว่าคลื่นวิทยุนั้นมีหลายช่วงคลื่นย่อย ซึ่งมนุษย์เราก็ได้ตั้งชื่อให้แต่ละช่วงคลื่นย่อยนี้ไว้ ยกตัวอย่างเช่น ช่วงคลื่น L-band ซึ่งมีความถี่อยู่ที่ 1-2 Ghz และมีความยาวคลื่นที่ 30-15 เซนติเมตร และถือเป็นช่วงคลื่นใน UHF Band (Ultra High Frequency)

แต่ละช่วงคลื่นที่ถูกใช้ใน SAR – ที่มา NASA-ISRO SAR (NISAR) Mission Science Users’ Handbook/NASA

แต่ละช่วงคลื่นนั้นมีความสามารถในการทะลุทะลวงและการตรวจจับที่แตกต่างกัน ยกตัวอย่างเช่น X-band (ความถี่ 8-12 Ghz ความยาวคลื่น 3.8-2.4 เซนติเมตร) ซึ่งไม่สามารถทะลุผ่านผืนป่า (Vegetation) ได้ ดังนั้นรายละเอียดที่ได้ก็จะเป็นภาพเหนือผืนป่าเท่านั้น ในขณะที่ช่วงคลื่น L-band (ความถี่ 1-2 Ghz ความยาวคลื่น 30-15 เซนติเมตร) สามารถทะลุผ่านผืนป่าได้ ก็จะทำให้เราสามารถเห็นรายละเอียดของพื้นดินได้มากขึ้น แต่ขณะเดียวกัน L-band ซึ่งมีขนาดของช่วงคลื่นที่ยาวกว่า X-band ก็จะให้ความละเอียดของภาพโดยรวมที่ลดลง ดังนั้นแต่ละช่วงคลื่นจึงมีการใช้งานที่แตกต่างกันนั่นเอง

ช่วงคลื่นความถี่ (Ghz)ความยาวคลื่น (เซนติเมตร)การใช้งาน
Ka27-401.1-0.8ไม่ค่อยมีการใช้งานใน SAR ใช้สำหรับการสำรวจทางอากาศ
K18-271.7-1.1ไม่ค่อยมีการใช้งานใน SAR
Ku12-182.4ไม่ค่อยมีการใช้งานใน SAR
X8-123.8-2.4ใช้สำหรับการถ่ายภาพ SAR ความละเอียดสูง การสำรวจหิมะและน้ำแข็ง ไม่ทะลุผืนป่า
C4-87.5-3.8ใช้ในการถ่ายรูป SAR ส่วนใหญ่และการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงบนพื้นผิวโลก เช่น การเคลื่อนที่ของน้ำแข็ง
S2-415-7.5ใช้สำหรับการถ่ายภาพ SAR ในด้านของการเกษตรกรรม
L1-230-15ใช้สำหรับการถ่ายภาพ SAR ความละเอียดปานกลาง สามารถทะลุทะลวงผืนป่าได้ และใช้ในการสำรวจ InSAR (อ่านบทความเกี่ยวกับ InSAR ได้ที่นี่ เจาะลึก InSAR เทคโนโลยีการเตือนแผ่นดินไหวจากอวกาศ)
P0.3-1100-30ใช้ในการสำรวจ Biomass และการสำรวจผืนป่า
หากเราต้องการสำรวจแค่ผืนป่า X-band ก็จะเป็นทางเลือกที่เหมาะสมเนื่องจากมันไม่ทะลุทะลวงผืนป่า ในขณะที่หากเราต้องการสำรวจแค่พื้นผิวของโลกนั้น L-band และ P-band ก็จะเป็นทางเลือกที่เหมาะสมเนื่องจากสองช่วงคลื่นนี้ไม่ถูกรบกวนโดยผืนป่า ในขณะที่ C-band นั้นสามารถใช้ในการสำรวจความหนาแน่นภายในผืนป่าได้ – ที่มา ที่มา NASA-ISRO SAR (NISAR) Mission Science Users’ Handbook

การทำงานของ NISAR

NISAR จะใช้คลื่นวิทยุ S-band และ L-band ในการสำรวจด้วยเทคโนโลยี SAR โดยวิทยุช่วงคลื่น S-band มีความสามารถในการทะลุทะลวงชั้นของผืนป่าได้ในระดับหนึ่ง ทำให้ S-band นั้นสามารถใช้ในการศึกาษความหนาแน่นของผืนป่าได้ ส่วน L-band นั้นมีความสามารถในการทะลุทะลวงสูง และไม่ถูกรบกวนโดยผืนป่า ทำให้ L-band นั้นสามารถนำมาใช้ในการศึกษาภูมิประเทศได้ นอกจากนี้ L-band จะยังถูกนำมาใช้ในการทำ InSAR ด้วย

InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) เป็นเทคนิคในการนำข้อมูลที่ได้จากการสำรวจพื้นที่หนึ่งด้วย SAR สองครั้งในเวลาที่ต่างกันมาเปรียบเทียบกับเพื่อหาความแตกต่างระหว่างการสำรวจทั้งสองในช่วงระยะเวลาหนึ่ง เนื่องจากการสำรวจด้วย SAR นั้นมีความละเอียดสูงมากกว่าภาพถ่ายทางอากาศ และละเอียดได้สูงสุดถึงในระดับ 10 เมตร (ซึ่งมองเห็นได้ยากจากถ่ายถ่ายทางดาวเทียมทั่วไป) ภาพที่ได้จาก InSAR นั้นสามารถใช้ในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาบนโลกได้ เช่น การแปรธรณีสันฐาน (การเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก) หรือการเคลื่อนตัวของแผ่นน้ำแข็ง เป็นต้น

หลักการทำงานของ InSAR บน NISAR ซึ่งใช้การเปรียบเทียบการสำรวจจุด ๆ หนึ่งโดย SAR สองรอบ จากนั้นจึงนำข้อมูลจากทั้งสองมาเปรียบเทียบกัน (Phase Differentiation) เพื่อเปรียบเทียบความแตกต่าง – ที่มา NISAR Science User Handbook

ในภาพข้างล่างนี้คือการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของผืนป่าจากการเกิดไฟไหม้ผ่านที่ San Bernardino National Forest ในรัฐแคลิฟอร์เนียเมื่อปี 2015 โดยอ้างอิงจากข้อมูลการศึกษาด้วย SAR ก่อนการเกิดไฟไหม้ป่า 14 ภาพ และ 1 ภาพซึ่งถ่ายหลังจากการเกิดไฟไหม้ป่าเพื่อมาทำการเปรียบเทียบกันหรือ InSAR ในบริเวณที่มีสีแดงคือบริเวณที่ InSAR ตรวจพบการเปลี่ยนแปลงในผืนป่าซึ่งเราสามารถสันนิษฐานได้คือความเสียหายต่อผืนป่าจากการเกิดไฟไหม้ (ซ้าย)

ส่วนภาพขวานั้นคือดัชนีข้อมูลความเสียหายต่อผื่นป่าที่วัดได้จากดาวเทียม Landsat จะเห็นได้ว่าข้อมูลของ InSAR (ซ้าย) และข้อมูลของดาวเทียม Landsat นั้นตรงกัน

ข้อมูลการศึกษาผลกระทบของไฟป่าเมื่อปี 2015 ใน San Bernardino National Forest โดยภาพซ้ายคือข้อมูลจากการศึกษาด้วย InSAR และภาพขวาคือการศึกษาด้วยข้อมูลจากดาวเทียม Landsat – ที่มา NISAR Science User Handbook

นอกจากนี้ InSAR ยังสามารถนำมาใช้ในการตรวจจับการทรุดตัว (Subsidence) ของพื้นดินได้อีกด้วย ซึ่งอาจเกิดจากการสูบน้ำใต้ดินออกจนพื้นดินข้างบนนั้นอ่อนตัวและทรุดตัวลงมา โดยการทรุดตัวของพื้นดินนั้นอาจส่งผลกระทบต่อรากฐานของโครงสร้างของสิ่งก่อสร้างใด ๆ ก็ตามที่อยู่บนดินเหล่านี้ได้

การศึกษาการทรุดตัวของแผ่นดินด้วย InSAR ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงบนแผนที่ในรูปของสีที่แตกต่างกัน – ที่มา NISAR Science User Handbook

วงโคจรของ NISAR ถูกออกแบบมาให้โคจรผ่านจุดเดิมบนโลกทุก ๆ 12 วัน ดังนั้น NISAR จะสามารถเก็บข้อมูลซ้ำในจุดที่ต้องการได้ทุก ๆ 12 วัน และใน 12 วันนี้ NISAR จะโคจรผ่านเกือบทุกจุดบนโลกด้วยรอบการโคจรต่อ 12 วันที่ 173 รอบ

ภาพจำลองวงโคจรของ NISAR ทุก ๆ 12 วัน ทั้งหมด 173 รอบ ซึ่งครอบคลุมเกือบทั้งโลก – ที่มา NISAR Science User Handbook

แน่นอนว่าการโคจรให้ตรงจุดเดิมซ้ำทุก ๆ 12 รอบ โดยไม่คลาดเคลื่อนเลยนั้นเป็นไปได้ยาก ด้วยปัจจัยต่าง ๆ ที่อาจส่งผลกระทบต่อวงโคจรของ NISAR เอง เช่น แรงจากการชนกับชั้นบรรยากาศของโลกที่แม้จะบางเบาแต่ก็สามารถส่งผลกระทบต่อวงโคจรของ NISAR ได้ เหตุนี้เอง JPL ได้ออกแบบให้ NISAR ทนทานต่อการคลาดเคลื่อนของวงโคจร กล่าวคือ NISAR สามารถยอมรับการคลาดเคลื่อนของวงโคจรได้ในระดับหนึ่ง ก่อนที่มันจะปรับวงโคจรด้วยระบบปรับวงโคจร (Attitude Control System) บนตัวมันเองเพื่อกลับมายังวงโคจรอ้างอิง

Reference trajectory หรือวงโคจรอ้างอิงของ NISAR และ Actual trajectory หรือวงโคจรจริงของ NISAR ส่วนสี่เหลี่ยมรูปเพชรนั้นคือ Margin of Error ที่รับได้ของ NISAR โดยที่ไม่ส่งผลกระทบต่อข้อมูลวิทยาศาสตร์ ส่วน RGT (Reference Ground Track) นั้นคือจุดอ้างอิงบนโลก ดังนั้น NISAR สามารถทำงานได้อย่างปกติตราบใดที่วงโคจรของมันไม่คลาดเคลื่อนออกนอก Margin of Error (สีเหลี่ยมรูปเพชร) – ที่มา NASA-ISRO SAR (NISAR) Mission Science Users’ Handbook

L-band กับ S-band ต่างกันยังไงใน NISAR

อย่างที่ได้กล่าวไปว่า NISAR นั้นจะศึกษาโลกด้วยเทคโนโลยี SAR ในสองช่วงคลื่นวิทยุพร้อม ๆ กัน ก็คือ L-band และ S-band ก่อนอื่นเราจะต้องเข้าใจก่อนว่า L-band นั้นเป็นช่วงคลื่นที่ใช้กันแพร่หลายมากทั้งในการใช้งานทั่วไปและการใช้งานได้ในด้านการสำรวจอวกาศ เช่น ใช้ในระบบการสื่อสารดาวเทียม ระบบ GNSS (Global Navigation Satellite System) ต่าง ๆ เช่น ระบบ GPS (Global Positioning System) เนื่องจาก L-band นั้นสามารถทะลุทะลวงเมฆฝนได้ นอกจากนี้ L-band ยังถูกใช้ในระบบโทรคมนาคมต่าง ๆ เช่นโทรศัพท์ดาวเทียมหรือระบบ Transponder บนเครื่องบิน (ADS-B: Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) ที่ใช้ในการบอกตำแหน่งของเครื่องบิน

และนอกจากการใช้งานบนโลกนี้เอง L-band ก็ยังแพร่หลายในการใช้งานกับเทคโนโลยี SAR อีกด้วย ต่างกับ S-band ที่ไม่ค่อยมีการใช้กับเทคโนโลยี SAR มากเท่าไหร่ เนื่องจากมันสามารถทะลุทะลวงชั้นผืนป่าได้น้อยกว่า L-band อย่างไรก็ตาม S-band ยังคงเป็นหนึ่งในช่วงคลื่นวิทยุที่แพร่หลายในการใช้งานบนโลกเช่นกัน S-band นั้นถูกใช้งานในระบบเครือข่าย WiFi และระบบให้บริการมือถือต่าง ๆ นอกจากนี้ยังถูกใช้งานในการสื่อสารอวกาศอีกด้วย

เนื่องจากการใช้งาน L-band ใน SAR ที่ถูกพิสูจน์มาแล้วว่าใช้งานได้จริงและสร้างคุณค่าทางวิทยาศาสตร์มหาศาลทั้งในอดีตและปัจจุบัน L-band จะถูกใช้เป็นเครื่องมือหลักในการศึกษาโลกด้วย SAR บน NISAR ส่วน S-band นั้นไม่เคยมีการใช้งานใน SAR มาก่อน และถือเป็นการทดลองใช้งาน SAR ในช่วงคลื่น S-band ครั้งแรกก็ว่าได้ และเพราะเหตุนี้เอง NASA ไม่ได้ตั้งความคาดหวังอย่างตรง ๆ ไว้กับ S-band ซึ่งดูเหมือนจะเป็นการสาธิตเทคโนโลยีมากกว่า และหากจำได้ NISAR นั้นเป็นความร่วมมือระหว่าง NASA ซึ่งเป็นองค์การอวกาศที่เป็น (หรือมี) ผู้เชี่ยวชาญในการสร้างอุปกรณ์อวกาศ กับ ISRO ซึ่งเป็นองค์การอวกาศของอินเดียที่มีความเชี่ยวชาญน้อยกว่า NASA (หรือ JPL) ให้ทายว่าใครเป็นคนรับผิดชอบอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์สำหรับ L-band และใครรับผิดชอบ S-band

แน่นอนว่า NASA นั้นรับผิดชอบ L-band ซึ่งเป็นพระเอกของ NISAR และจะมาเจ๊งทีหลังไม่ได้ ส่วน ISRO นั้นก็รับ S-band ที่ไม่เคยมีใครใช้หรือทำมาก่อนไปทำ (ซึ่งถ้าสำเร็จก็ได้เครดิตไปเต็ม ๆ) และผู้ที่น่าจะได้ประโยชน์จากการใช้ S-band ก่อนเพื่อน (ถ้าสำเร็จ) ก็ไม่ใช่ใครที่ไหนแต่เป็นอินเดียเองที่จะใช้ S-band ในการศึกษาทางด้านเกษตรกรรมด้วย SAR S-band ในประเทศตัวเองซึ่งเห็นได้จากแผนที่การทำงานของ NISAR ข้างล่างนี้

โหมดการทำงานในขาโคจรขึ้น (Ascending) ของ NISAR (ภาพบน) และโหมดการทำงานในขาโคจรลง (Descending) ของ NISAR (ภาพล่าง) – ที่มา NASA-ISRO SAR (NISAR) Mission Science Users’ Handbook

ระบบต่าง ๆ ของ NISAR

NISAR มีหน้าตาเหมือนดาวเทียมทั่วไป แค่มีจานสะท้อนสัญญาณดาวเทียมขนาดใหญ่ติดตั้งอยู่ข้างบนเท่านั้นเอง มาพร้อมกับ Satellite Bus ที่ชื่อว่า I3K ซึ่งจะเป็นส่วนการทำงานหลักของตัวดาวเทียมเอง รับผิดชอบโดย ISRO บนตัวดาวเทียมนั้นมีอุปกรณ์สำหรับการส่งและรับสัญญาณวิทยุในช่วงคลื่น L-band และ S-band แยกกัน และมี Star Tracker หรือกล้องติดตามดาวในการควบคุมทิศทางของดาวเทียมสัมพัทธ์กับโลก

ส่วนประกอบของ NISAR – ที่มา NASA-ISRO SAR (NISAR) Mission Science Users’ Handbook

NASA นั้นเป็นผู้รับผิดชอบในการออกแบบระบบการสื่อสารและการเก็บข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ของ NISAR โดย NISAR นั้นมี เส้นทางการ Uplink ทั้งหมด 1 เส้นทาง และเส้นทางการ Downlink ทั้งหมด 3 เส้นทาง คือ

  • สถานี Uplink หลักที่สถานีควบคุมภารกิจของ ISRO (ISRO S-band Stations: ISTRAC)
  • สถานี Downlink ทั้งหมด 3 สถานีที่
    • ISRO ISTRAC
    • ISRO Ka-band Station (NRSC)
    • NASA Ka-band Station (Goddard New-Earth Network)
ระบบการสื่อสารของ NISAR ร่วมกับ NASA และ ISRO – ที่มา NASA-ISRO SAR (NISAR) Mission Science Users’ Handbook

แต่ความรับผิดชอบหลักในการสื่อสารและสั่งงาน NISAR จะอยู่กับทีมควบคุมภารกิจที่ ISRO ซึ่งมี Uplink Path ในการสั่งงาน ส่วน NASA นั้นมี Downlink Path สำหรับการรับข้อมูล (ที่เร็วมาก) เท่านั้น นอกจากนี้ ทั้ง NASA และ ISRO ยังมีสถานีภาคพื้นสถานีอื่น ๆ อีก ทั้งสำหรับกรณีฉุกเฉินและสำหรับการใช้งานตามต้องการ รวม ๆ แล้ว ทั้ง NASA และ ISRO จะมีโอกาสในการสื่อสารกับ NISAR เพื่อดาวน์โหลดข้อมูลประมาณ 15-20 ครั้ง ต่อวัน โดยแต่ละครั้งนั้นจะยาวไม่เกิน 10 นาที ซึ่งเพียงพอต่อปริมาณข้อมูลที่ NISAR จะสร้างต่อวัน

ข้อมูลจาก NISAR

ข้อมูลจาก NISAR นั้นจะถูกเผยแพร่ต่อสาธารณชนภายใน 1-2 วัน หลังจากการสำรวจหรือภายในไม่กี่ชั่วโมงในกรณีฉุกเฉิน โดยข้อมูลของ NISAR นั้นจะแบ่งได้เป็น 5 ระดับ ซึ่งแต่ละระดับจะมีขั้นตอนในการ Process แตกต่างกันไป ดังนี้

  • Level 0 (L0): ข้อมูลดิบ (Raw Data) ซึ่งได้รับมาจากอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์บน NISAR ได้ตรง แบ่งแยกย่อยได้เป็นสองระดับย่อย คือ
    • L0A: ข้อมูลดิบซึ่งมี Metadata สำหรับการจัดเก็บด้วย โดยข้อมูลชุดนี้จะเปิดให้สาธารณชนสามารถดาวน์โหลดได้โดยตรง แม้ข้อมูลนี้จะไม่สามารถนำไปใช้ในการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ได้โดยตรงก็ตาม โดย L0A ก็คือข้อมูล Telemetry ที่ได้รับจาก NISAR โดยตรงนั้นเอง
    • L0B: ข้อมูลดิบที่ถูกทำความสะอาด (Data Cleansing) แล้ว ด้วยการลบสัญญาณรบกวนต่าง ๆ ออกจากข้อมูลและการแก้ไขความคลาดเคลื่อนในข้อมูลแล้ว โดยข้อมูล L0B นั้นจะเป็นข้อมูล Input หลักสำหรับการ Process ด้วยเทคโนโลยี SAR
  • Level 1 (L1): ข้อมูลที่ได้หลังจากการ Process ด้วย SAR แล้ว โดยข้อมูลใน L1 จะเป็นข้อมูลที่มีความละเอียดสูงที่สุดเนื่องจากไม่ได้ผ่านการบีบอัดใด ๆ ทั้งสิ้น
  • Level 2 (L2): ข้อมูล L1 ที่ถูก “Geocoded” หรือการอ้างอิงรหัสทางภูมิศาสตร์เพื่อใช้ในการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ต่อ นี่เป็นชุดข้อมูลชุดสุดท้ายที่จะถูกเผยแพร่โดยตรงโดยทีม NISAR
  • Level 3 (L3) และ Level 4 (L4): ชุดข้อมูล L2 ที่ผ่านการยืนยัน (Validate) ด้วยการศึกษาและวิจัยย้อนหลังแล้ว โดยชุดข้อมูลเหล่านี้จะถูกใช้ในการอ้างอิงสำหรับการ Calibration ต่อไป
แผนผังการ Process ข้อมูลจาก NISAR – ที่มา NASA-ISRO SAR (NISAR) Mission Science Users’ Handbook

ปัจจุบัน NISAR อยู่ระหว่างการทดสอบสุดท้ายก่อนการปล่อยที่อินเดีย และจะถูกปล่อยจากสถานีอวกาศ Satish Dhawn ในอินเดีย ในช่วงเดือน มีนาคม 2024 โดย ISRO นั้นจะเป็นผู้รับผิดชอบในการปล่อยดาวเทียม NISAR บนจรวด GSLV Mark II ของ ISRO เอง อายุภารกิจของ NISAR อยู่ที่ 3 ปี แต่อาจถูกต่ออายุภารกิจเพิ่มภายหลังได้

NISAR ระหว่างการทดสอบในห้องป้องกันเสียงหรือสัญญาณสะท้อน (Anechoic Chamber) – ที่มา ISRO

รายงานล่าสุดเมื่อปี 2017 ระบุว่า NASA นั้นได้ลงทุนไปใน NISAR เป็นจำนวนเงิน 808 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ แล้ว ในขณะที่ ISRO นั้นลงทุนไปแล้ว 99 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ

เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co

Chief Science | A 20-year-old biologist with a passion for space exploration, science communication, and interdisciplinarity. Dedicated to demystifying science for all - Since 2018.