ชุดรับสัญญาณทางดาราศาสตร์

ที่มา
กล้องโทรทรรศน์วิทยุโดยทั่วไปแล้วนั้นเป็นที่รู้จักกันดีในการใช้ศึกษาวิจัยทางด้านดาราศาสตร์วิทยุ แต่ในปัจจุบันนอกจากการใช้ศึกษาทางด้านดาราศาสตร์แล้ว กล้องโทรทรรศน์วิทยุยังสามารถนำมาศึกษาทางด้านภูมิศาสตร์ และธรณีวิทยา  โดยวัดตำแหน่งผ่านอุปกรณ์รับสัญญาณย่านความถี่เอสและเอกซ์ (S-/X-band) ช่วงคลื่นความถี่ 2-14 GHz ควบคู่กับการสังเกตการณ์ด้วยเทคนิคแทรกสอดระยะไกล หรือ VLBI (Very Long Baseline Interferometry)  โดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุสองตัวขึ้นไปเก็บข้อมูลในเวลาเดียวกัน ทำให้ได้พิกัดที่แม่นยำถึงระดับ 3-5 มิลลิเมตร ซึ่งสามารถนำไปใช้ตรวจสอบการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกได้ (Tectonic Plate Motion) อีกทั้งยังสามารถประมวลผลลัพธ์ต่อจนได้ตัวแปรต่าง ๆ ที่บ่งบอกการวางตัวของโลกในอวกาศ (Earth Orientation Parametres) ไปจนถึงความเร็วในการหมุนรอบตัวเองของโลก (UT1) 

NARIT มีแผนติดตั้งกล้องโทรทรรศน์วิทยุแบบวีกอส ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางจานรับสัญญาณ 13 เมตร  ในประเทศไทย จำนวน 3 แห่ง ได้แก่

1. บริเวณหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติ ภายในศูนย์ศึกษาการพัฒนาห้วยฮ่องไคร้ อันเนื่องมาจากพระราชดำริ อ. ดอยสะเก็ด จ. เชียงใหม่  ตั้งอยู่บน Eurasian plate  (ก่อสร้างแล้วเสร็จ พร้อมเปิดใช้งานอย่างเป็นทางการ 16 พ..ค. 68)
2. บริเวณมหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์ ต. ท่าศาลา จ. นครศรีธรรมราช  (อยู่ในระหว่างการก่อสร้าง)
3. บริเวณหอดูดาวเฉลิมพระเกียรติ 7 รอบ พระชนมพรรษา สงขลา ต. เขารูปช้าง อ. เมือง จ. สงขลา ตั้งอยู่บน Sunda Plate  (อยู่ในระหว่างการก่อสร้าง) 

ทั้งนี้ สำหรับแห่งที่ 1 และ 2 ได้รับการสนับสนุนจากหอดูดาวเซี่ยงไฮ้ (Shanghai Astronomical Observatory, SHAO) สาธารณรัฐประชาชนจีน ในส่วนโครงสร้างอาคารฐานราก จานรับสัญญานขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 13 เมตร รวมถึงติดตั้งอุปกรณ์รับสัญญาณในช่วงความถี่ระหว่าง 2-14 กิกะเฮริตซ์ ช่วงความถี่ดังกล่าวจะทำให้การเชื่อมต่อเครือข่ายแทรกสอดระยะไกล หรือ Very-long-baseline interferometry (VLBI) สำหรับงานยีออเดซีที่มีประสิทธิภาพสูงสุด และสามารถใช้งานร่วมกับเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุแบบวีกอสทั่วโลกได้  ส่วนแห่งที่ 3 NARIT ดำเนินการสร้างเองทั้งหมด โดนในส่วนโครงสร้างและจานรับสัญญาณนำต้นแบบมาจากหอดูดาวเยเบส ประเทศสเปน รวมถึงมีการออกแบบและพัฒนาอุปกรณ์รับสัญญาณเอง

ในอนาคต หากแล้วเสร็จทั้งสามแห่งจะสามารถศึกษาการเคลื่อนที่ของเปลือกโลกของประเทศไทย เพื่อใช้เป็นข้อมูลพยากรณ์การเคลื่อนตัวของเปลือกโลกได้ นอกจากนี้  ยังนำข้อมูลที่ได้ไปประมวลผลหาค่าตัวแปรหรือปัจจัยต่าง ๆ ที่ส่งผลต่อการวางตัวของโลก รวมถึงความเร็วในการหมุนรอบตัวเองของโลก ซึ่งเป็นข้อมูลสำคัญที่ใช้ประเมินแนวโน้มการเกิดแผ่นดินไหวของนักธรณีวิทยา และเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อวงการวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ ธรณีวิทยา และธรณีฟิสิกส์ประยุกต์

วัตถุประสงค์
เพื่อออกแบบชุดรับสัญญาณวิทยุย่านความถี่เอสและเอกซ์ (S-/X-band) ช่วงคลื่นความถี่ 2-14 GHz ควบคู่กับการสังเกตการณ์ด้วยเทคนิคแทรกสอดระยะไกล (VLBI) และเพื่อนำไปใช้ศึกษาทางด้านภูมิศาสตร์ ด้านดาราศาสตร์ และด้านธรณีวิทยา

ลักษณะเฉพาะของผลงาน
วงจรรับสัญญาณของกล้องโทรทัศน์วิทยุวีกอส สำหรับรับสัญญาณย่านเอสและเอกซ์ (S-/X-band) ช่วงคลื่นความถี่ 2-14 GHz ประกอบด้วย 2 ส่วนหลัก ได้แก่

1. ระบบรับสัญญาณส่วนหน้า (Front-end) ทำหน้าที่รับและประมวลผลสัญญาณวิทยุ ประกอบด้วยระบบย่อย ได้แก่

• • ระบบรับสัญญาณภายใต้ระบบความเย็นยิ่งยวด (Dewar) เป็นระบบที่มี noise temperature ต่ำ ทำให้อุปกรณ์รับสัญญาณวิทยุส่วนแรกที่ติดตั้งอยู่ภายในมีความ sensitive สูง สำหรับนำไปรับสัญญาณจากวัตถุท้องฟ้าที่มีกำลังอ่อนมาก และเกิดการสูญหายของสัญญาณระหว่างเดินทางจากแหล่งกำเนิดในอวกาศมายังตัวรับสัญญาณบนพื้นโลก
  • Pre-Amplifier Module ใช้ขยายสัญญาณที่อุณหภูมิห้องหลังจากผ่านโมดูลรับสัญญาณในระบบทำความเย็นยิ่งยวด เป็นระบบที่มีวงจรกรองสัญญาณเพื่อแบ่งความถี่ออกเป็นย่าน Low band ที่ความถี่ 2 – 5 GHz และ High band ที่ความถี่ 4 – 14 GHz ในแต่ละ polarization เนื่องจากเป็นการป้องกันให้กำลังของสัญญาณในแต่ละย่านความถี่มีค่าไม่สูงเกินไปจนลดประสิทธิภาพของระบบรับสัญญาณ
  • โมดูล RF over Fiber สำหรับส่งสัญญาณจากระบบ Front-end ที่ติดตั้งอยู่ ณ ห้อง receiver room ลงไปยังห้องประมวลผลของระบบ Back-end room เป็นระบบที่ส่งสัญญาณได้ในระยะไกลโดยมีการสูญหายของสัญญาณต่ำ
  • Post-Amplifier Module ติดตั้งอยู่ ณ ห้อง Back-end เพื่อขยายสัญญาณที่ได้รับจาก โมดูล RF over Fiber ก่อนนำไปประมวลผล รวมถึงทำหน้าที่ในการแบ่งสัญญาณออกเป็นช่วงความถี่ที่เหมาะสมตามที่ระบบประมวลผล Back-end ต้องการ
  • ระบบ Noise-Cal และระบบ Phase-Cal ทำหน้าที่คาลิเบรทการเลื่อนเฟสของสัญญาณวิทยุเมื่อเคลื่อนที่ผ่านอุปกรณ์ต่างๆ ในระบบรับสัญญาณ เพื่อให้สามารถนำข้อมูลไปวิเคราะห์โดยใช้เทคนิค VLBI ได้อย่างแม่นยำ

Sig gen	Pre-Amp	RFoF	Post-Amp	Spectrum Analyzer

     2. ระบบประมวลผลส่วนหลัง (Back-end) ทำหน้าที่แปลงสัญญาณวิทยุแบบ Analog ให้เป็นสัญญาณ Digital ซึ่งกล้องโทรทรรศน์วิทยุวีกอส ประมวลผลสัญญาณดิจิทัลโดยใช้ DBBC3 จากนั้นทำการบันทึกข้อมูลลงบน Mark6 เพื่อส่งข้อมูลไปทำการวิเคราะห์และศึกษาโดยใช้เทคนิค VLBI ต่อไป

DBBC 3	Mark 6

บริบทในท้องตลาด 
ปัจจุบันระบบรับสัญญาณด้านดาราศาสตร์วิทยุมีจุดประสงค์ในการพัฒนาเพื่อศึกษาวิจัยดาราศาสตร์
ในหลายพื้นที่ทั่วโลก ภายในระบบรับสัญญาณประกอบด้วยสองส่วนหลังได้แก่ Front-end และ Back-end ซึ่งไม่มีจำหน่ายในท้องตลาด แต่พัฒนาขึ้นโดยความร่วมมือของหน่วยงานวิจัยต่างๆ

มูลค่าปัจจุบันในท้องตลาด
ประมาณ 10,000,000 บาท

ราคาต้นทุน
ประมาณ 5,000,000 บาท

การต่อยอดนวัตกรรม/ขยายผลเชิงพาณิชย์ และภาคอุตสาหกรรม
การต่อยอดความรู้จากกล้องโทรทัศน์วิทยุวีกอสจากการใช้เทคนิค VLBI ทำให้สามารถศึกษาการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกที่มีความแม่นยำสูงในระดับมิลลิเมตร การวางตัวของโลกในอวกาศ ไปจนถึงความเร็วในการหมุนรอบตัวเองของโลก ซึ่งสามารถนำข้อมูลไปต่อยอดได้ในหลากหลายด้านทั้งด้านการศึกษาวิจัย การเก็บข้อมูลทางด้านธรณีวิทยา การพัฒนาเทคโนโลยีจากการอ้างอิงพิกัดที่มีความเเม่นยำสูง เป็นต้น

ทีมพัฒนาผลงาน
ทีมวิศวกร ศูนย์วิศวกรรมเทคโนโลยีดาราศาสตร์วิทยุ 
 
ติดต่อสอบถามข้อมูลเพิ่มเติม
ศูนย์วิศวกรรมเทคโนโลยีดาราศาสตร์วิทยุ 
สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) 
โทร. 053 121 268 ต่อ 804