nictHorizontal Logo KMITL_Eng Orange

 

 

สถาบันเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารแห่งชาติ ประเทศญี่ปุ่น

สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง ประเทศไทย


 

เปิดใช้งานแล้ว! สถานีเรดาร์เพื่อการตรวจจับพลาสมาบับเบิลที่รบกวนสัญญาณวิทยุสื่อสารและนำทาง

– เพื่อตรวจจับพลาสมาบับเบิลด้วยความแม่นยำสูงตั้งแต่เริ่มก่อตัว ด้วยการติดตั้งเรดาร์ที่สถานีเส้นศูนย์แม่เหล็กโลก –


 

[บทย่อ]

สถาบันเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารแห่งชาติ (NICT) ประเทศญี่ปุ่น โดยมี ดร. Hideyuki Tokuda เป็นประธาน ร่วมมือกับสถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (สจล.) ประเทศไทย โดยมี ศ.ดร. สุชัชวีร์ สุวรรณสวัสดิ์ เป็นอธิการบดี ร่วมเปิดใช้งานสถานีเรดาร์ที่ตั้งอยู่ที่ สจล. วิทยาเขตชุมพรเขตรอุดมศักดิ์ เพื่อตรวจจับพลาสมาบับเบิล*1 ที่รบกวนการแพร่กระจายคลื่นวิทยุ โดยที่ตั้งของวิทยาเขตนั้นอยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กโลก*2 ซึ่งเป็นตำแหน่งที่มีการคาดการณ์ทางทฤษฎีว่าพลาสมาบับเบิลจะก่อตัวขึ้น ทำให้พื้นที่นี้เป็นตำแหน่งที่ดีที่สุดสำหรับการตรวจจับพลาสมาบับเบิลที่จะรบกวนการแพร่กระจายคลื่นวิทยุในบริเวณใกล้เคียง ซึ่งทำให้การนำทางและการสื่อสารผ่านดาวเทียมแย่ลง ด้วยเหตุนี้ การตรวจจับและพยากรณ์พลาสมาบับเบิลอย่างต่อเนื่อง จึงมีความต้องการเพิ่มขึ้นเป็นอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยคาดว่าการตรวจจับพลาสมาบับเบิลอย่างสม่ำเสมอด้วยสถานีเรดาร์แห่งนี้ จะนำมาสู่ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการเพิ่มศักยภาพการใช้งานระบบนำทางด้วยดาวเทียมที่แม่นยำ ทั้งในด้านการเกษตร การก่อสร้าง และอื่นๆ อีกมากมาย

[ที่มาและความสำคัญ]

fig1
รูปที่ 1 สถานีเรดาร์พระจอมเกล้าชุมพร เพื่อการตรวจจับพลาสมาบับเบิล

เพื่อเป็นการยกตัวอย่างเรื่องที่ใกล้ตัว หนึ่งในผลกระทบต่อสังคมที่สำคัญต่อการดำเนินชีวิต อันเนื่องมาจากสภาพอวกาศที่ได้กล่าวไปข้างต้นนั้น ได้แก่ ปัญหาการลดทอนคุณภาพของสัญญาณนำทางด้วยดาวเทียมจีพีเอส อันเนื่องมาจากความผันผวนในชั้นบรรกาศไอโอโนสเฟียร์ หนึ่งในความผันผวนของชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ที่รุนแรงคือ รูปที่ 1 สถานีเรดาร์พระจอมเกล้าชุมพร เพื่อการตรวจจับพลาสมาบับเบิ”พลาสมาบับเบิล” ซึ่งจะเกิดขึ้นบริเวณเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กโลก โดยบริเวณที่ใกล้เคียงกับพลาสมาบับเบิลนี้ สัญญาณวิทยุจะถูกลดทอนความแม่นยำในการนำทางจากดาวเทียมจีพีเอสนี้ หรืออาจใช้งานไม่ได้เลยในกรณีที่เลวร้ายที่สุด.NICT และ สจล. มุ่งเน้นงานวิจัยและพัฒนาเกี่ยวกับการเฝ้าระวังและพยากรณ์สภาพอวกาศ*3 อันประกอบด้วยชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์และการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในดวงอาทิตย์ มีจุดประสงค์หลักเพื่อให้ข้อมูลการพยากรณ์และแจ้งเตือนสถานภาพการใช้งานสัญญาณวิทยุ โดยนับตั้งแต่ปี ค.ศ. 1988 เป็นต้นมา NICT ได้มีการพยากรณ์ “สภาพอวกาศ” เป็นประจำทุกวัน โดยในปีที่ผ่านมานี้ พบว่าความต้องการข้อมูลเกี่ยวกับสภาพอวกาศในด้านต่างๆ นั้น เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมการบิน องค์การการบินพลเรือนระหว่างประเทศ (ICAO) โดยศูนย์สภาพอวกาศนานาชาติได้เริ่มให้บริการข้อมูลสภาพอวกาศตั้งแต่วันที่ 7 พฤศจิกายน ค.ศ. 2019 เป็นต้นมา โดย NICT เป็นผู้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับการสื่อสารและการนำทางด้วยดาวเทียม และปริมาณรังสีที่ได้รับ ในฐานะสมาชิกของศูนย์อีกด้วย

เมื่อไม่นานมานี้ เทคโนโลยีระดับสูงเพื่อการนำทางด้วยสัญญาณดาวเทียมได้เริ่มมีการนำมาใช้งานในด้านต่างๆ เช่น กับยานพาหนะอัตโนมัติไร้คนขับเพื่อการเกษตรและการก่อสร้าง ซึ่งเทคโนโลยีในระดับสูงนี้จะกลายเป็นโครงสร้างพื้นฐานที่ขาดไม่ได้ในสังคมเรา แต่เนื่องมาจากพลาสมาบับเบิลส่งผลให้การนำทางด้วยดาวเทียมแย่ลง ซึ่งไม่ได้มีผลแค่ในย่านละติจูดต่ำใกล้เส้นศุนย์สูตรแม่เหล็กโลก เช่น ประเทศไทย แต่ยังส่งผลไปจนถึงย่านละติจูดกลาง เช่น ประเทศญี่ปุ่น อีกด้วย ดังนั้นการเฝ้าระวังและพยากรณ์การเกิดพลาสมาบับเบิลอย่างต่อเนื่อง จึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งในปีที่ผ่านมานี้

[ข้อมูลทางเทคนิค]

Chumphon_Map
รูปที่ 2 จังหวัดชุมพรในประเทศไทย

NICT และ สจล. ได้มีการร่วมมือติดตั้งระบบเรดาร์ที่ สจล. วิทยาเขตชุมพรเขตรอุดมศักดิ์ สำหรับการตรวจจับพลาสมาบับเบิล และเปิดใช้งานในวันที่ 17 มกราคม ค.ศ. 2020 (รูปที่ 1) พื้นที่จังหวัดชุมพรอยู่ใกล้กับเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็ก โลก ซึ่งเป็นตำแหน่งที่มีการคาดการณ์ทางทฤษฎีว่าพลาสมาบับเบิลจะก่อตัวขึ้น และเป็นตำแหน่งที่ดีที่สุดเพื่อตรวจจับพลาสมาบับเบิลได้ทันทีหลังการก่อตัว (รูปที่ 2)

ระบบเรดาร์ประกอบด้วยสายอากาศ 18 ชุด ถูกติดตั้งในระดับความสูงที่เท่ากันด้วยระยะห่างประมาณ 5 เมตร ในแนวทิศตะวันออกและตะวันตก ใช้งานในย่านความถี่สูงมาก (VHF) ที่ความถี่ 39.65 เมกะเฮิรตซ์ หากมีพลาสมาบับเบิลก่อตัวขึ้นในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ คลื่นวิทยุที่ถูกส่งออกจากเรดาร์จะสะท้อนกลับมายังเครื่องรับ ทำให้ทราบทั้งตำแหน่งและความเร็วของพลาสมาบับเบิลได้ (รูปที่ 3)

โดยทั่วไป พลาสมาบับเบิลจะเคลื่อนตัวไปยังทิศตะวันออกจากจุดที่ก่อตัว ในบางครั้งจะมีการขยายตัวไปถึงเขตละติจูดกลาง จึงเป็นที่มาของการรบกวนการแพร่กระจายคลื่นวิทยุทางตอนใต้ของประเทศญี่ปุ่น เรดาร์ที่ติดตั้งนี้จะทำให้สามารถตรวจจับพลาสมาบับเบิลได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะนำมาสู่ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการเพิ่มศักยภาพการใช้งานระบบนำทางด้วยดาวเทียมที่แม่นยำสูง ทั้งในด้านการเกษตร การก่อสร้าง และอื่นๆ อีกมากมายทั้งในประเทศญี่ปุ่น และทวีปเอเชียตะวันออกเฉียงใต้

[แผนงานในอนาคต]

ในอนาคต การใช้งานเครือข่ายเครื่องรับสัญญาณจีพีเอส ทั้งในประเทศญี่ปุ่นและประเทศไทย ร่วมกับระบบเรดาร์ที่ติดตั้งนี้ จะสามารถสำรวจผลกระทบจากพลาสมาบับเบิลต่อการการนำด้วยทางวิธีต่างๆ ด้วยสัญญาณดาวเทียม เพื่อการวิจัยในเชิงลดผลกระทบ และนำเอาผลลัพธ์มาเป็นข้อมูลสำคัญในการพยากรณ์สภาพอวกาศ

VHF_Radar_Cartoon

รูปที่ 3 แผนภาพแสดงวิธีการตรวจจับพลาสมาบับเบิลด้วยระบบเรดาร์ที่ย่านความถี่สูงมาก (VHF Radar)

 

สอบถามข้อมูลเพิ่มเติมทางเทคนิค >

ดร. กรยณัฐน์ โฮะซึมิSpace Environment Laboratory
Applied Electromagnetic Research InstituteNICT, Japan

โทรศัพท์: +81-42-327-5005

อีเมล์: kukkai@nict.go.jp

 

ศ.ดร. พรชัย ทรัพย์นิธิ

สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง

อีเมล์: pornchai.su@kmitl.ac.th

รศ.ดร. ปุณยวีร์ จามจรีกุลกาญจน์

สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง
วิทยาเขตชุมพรเขตรอุดมศักดิ์

อีเมล์: punyawi.ja@kmitl.ac.th

อภิธานศัพท์

*1 พลาสมาบับเบิล

พลาสมาบับเบิลเป็นปรากฏการณ์ที่ความหนาแน่นของพลาสมาในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ลดลงเฉพาะแห่ง ลักษณะคล้ายกับ “ฟอง” ที่อยุ่ในพลาสมาในชั้นบรรยากาศไอโอโนเฟียร์ โดยทั่วไปพลาสมาบับเบิลจะก่อตัวหลังจากพระอาทิตย์ตก เคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันออกโดยทอดตัวไปตามแนวทิศเหนือและใต้ตามเส้นแม่เหล็กโลก โดยทั้งภายในและบริเวณรอบๆ พลาสมาบับเบิลนั้น มีความผันผวนความหนาแน่นพลาสมาที่สูงมาก ทำให้ประสิทธิภาพของระบบสื่อสารและนำทางด้วยดาวเทียมที่แพร่การจายผ่านบริเวณนั้นแย่ลง

HIRB_Electron_Density
พลาสมาบับเบิลจากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ [อ้างอิง:Yokoyama et al., J. Geophys., Res., 2014

EPB2
การเคลื่อนตัวของพลาสมาบับเบิลจากจุดที่ก่อตัว วีดีโอ: https://www.youtube.com/watch?v=FDhZF9-ixv8

 *2 เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กโลก

ขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ของสนามแม่เหล็กโลกถูกเรียกว่า “ขั้วแม่เหล็กโลก” ซึ่งมีการเอียงตัวจากขั้วโลกเหนือและใต้อันเนื่องมาจากการหมุนของโลกประมาณ 10 องศา ดังนั้นเส้นศูนย์สูตรจากขั้วแม่เหล็กโลก (เรียกว่าเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กโลก) จะเบี่ยงเบนจากเส้นศูนย์สูตรทางภูมิศาสตร์ตามไปด้วย ทำให้เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กโลกจะอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรทางภูมิศาสตร์ในโซนแอฟริกา เอเชีย และแปซิฟิกตะวันตก แต่ในทางกลับกันจะอยู่ใต้เส้นศูนย์สูตรทางภูมิศาสตร์ในโซนแปซิฟิกตะวันออก และบริเวณใกล้ประเทศสหรัฐอเมริกา อย่างไรก็ตาม สนามแม่เหล็กโลกที่แท้จริงนั้นมีการกระจายตัวที่ค่อนข้างซับซ้อนกว่าแท่งแม่เหล็กทั่วไป ดังนั้นเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กโลกที่แท้จริง จึงเป็นเส้นที่แสดงตำแหน่งเชื่อมต่อระหว่างจุดที่สนามแม่เหล็กโลกอยู่ในแนวขนานกับพื้นโลก

ตำแหน่งของเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กโลกจากแบบจำลอง IGRF-12

GeoMag_Equator_Explanation
ความสัมพันธ์ระหว่างเส้นศูนย์แม่เหล็กโลก (geomagnetic equator) กับเส้นศูนย์สูตรทางภูมิศาสตร์ (equator)

การเคลื่อนตัวของพลาสมาบับเบิลจากจุดที่ก่อตัว วีดีโอ: https://www.youtube.com/watch?v=FDhZF9-ixv8

*3 สภาพอวกาศ

สภาพอวกาศเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกิดขื้นรอบๆ โลก โดยรวมไปถึงชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์และแมกนีโตสเฟียร์ ซึ่งมีสาเหตุหลักมาจากปรากฏการณ์ต่างๆ บนดวงอาทิตย์ สภาพอวกาศมีผลกระทบต่อระบบสื่อสารและระบบออกอากาศผ่านคลื่นวิทยุตั้งแต่ย่านความถี่สูง (HF) ไปจนถึงย่านความถี่ที่ใช้ในดาวเทียม ตัวอย่างเช่น การนำทางผ่านดาวเทียม การปฏิบัติการต่างๆ ของดาวเทียม และสถานีอวกาศนานาชาติ เป็นตัน

Space_Weather_Phenomena_Impacts

ระบบเรดาร์ในย่านความถี่สูงมาก (VHF) เพื่อการตรวจจับพลาสมาบับเบิล

 fig2

ORIGINAL SOURCE


https://www.nict.go.jp/en/press/2020/01/16-1.html