การติดต่อสื่อสารสะท้อนพื้นผิวดวงจันทร์

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ดวงจันทร์

การติดต่อสื่อสารสะท้อนพื้นผิวดวงจันทร์ (อังกฤษ: Earth-Moon-Earth หรือ Moon bounce) มักเรียกกันสั้นๆ ว่า EME หมายถึงการติดต่อสื่อสารโดยการส่งสัญญาณวิทยุจากโลกไปสะท้อนพื้นผิวของดวงจันทร์กลับมายังโลก ซึ่งพื้นผิวของดวงจันทร์จะสะท้อน คลื่นวิทยุคล้ายกับการติดต่อสื่อสารย่าน HF ที่ใช้ชั้นบรรยากาศสะท้อนคลื่นวิทยุเพื่อช่วยในการติดต่อสื่อสารให้สามารถเกิดขึ้นได้ แต่การใช้ดวงจันทร์สะท้อนคลื่นวิทยุนั้นมีความยากกว่ามาก เนื่องจากดวงจันทร์อยู่ห่างจากโลกมาก ทั้งยังมีการลดทอนสัญญาณที่ผ่านชั้นบรรยากาศ และปัจจัยอื่นๆ อีกหลายอย่าง ดังนั้นการติดต่อ EME นับได้ว่าเป็นความท้าทายอย่างมากของ นักวิทยุสมัครเล่นที่จะทดลอง

เกี่ยวกับดวงจันทร์[แก้]

  • เป็นดาวบริวารของโลก ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 384,400 กิโลเมตร
  • มีรัศมีความกว้างประมาณ 3,476 กิโลเมตร
  • จะมีขนาดใหญ่ที่สุดในช่วงที่ขึ้นและตก
  • โคจรรอบโลกใช้เวลาประมาณ 27 วัน
  • การครบรอบของจันทร์เต็มดวงจะใช้เวลาประมาณ 29 วันหรือราว 1 เดือน

เกี่ยวกับสภาพอากาศ[แก้]

  • ถ้าหันสายอากาศทิศทางที่มี Beam width 15 องศา/-3 dB ไปที่ดวงจันทร์ และส่งสัญญาณขึ้นไป ประมาณ 0.1% ของสัญญาณจะกระทบผิวดวงจันทร์ และอีก 99.9% จะหลุดหายไปในอวกาศ (ไม่ถูกดวงจันทร์)
  • ดวงจันทร์จะสะท้อนสัญญาณกลับประมาณ 7% ของสัญญาณที่กระทบผิวดวงจันทร์
  • อัตราการสูญเสียระหว่างทาง (Path Loss) จากโลกไปดวงจันทร์และกลับมายังโลกอีกครั้ง (Earth-Moon-Earth) มีค่าประมาณ 252.5 dB ที่ความถี่ 144 MHz (อัตราการสูญเสีย 3dB หมายถึงสูญเสียไปประมาณ 50% หรือส่งไป 10 วัตต์จะเหลือประมาณ 5 วัตต์เท่านั้น) ซึ่งอัตราการสูญเสียนี่จะเปลี่ยนไปในแต่ละเดือน เพิ่มขึ้นหรือลดลง 1 dB
  • การเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศของคลื่นวิทยุจะมีการเปลี่ยน Polarization ซึ่งคาดเดาไม่ได้ ทำให้มีการสูญเสียอีกประมาณ 20-30 dB
  • Cosmic noise หรือ Sky noise ที่ความถี่ต่ำว่า 1000 MHz จะมีค่าอยู่ระหว่าง 150 – 7000 แคลวิน ซึ่งการที่จะติดต่อ EME ได้สำเร็จในย่าน 144 MHz Sky noise จะต้องต่ำกว่า 500 แคลวิน
  • การเดินทางของคลื่นวิทยุจากโลกไปยังดวงจันทร์และกลับมายังโลกอีกครั้งใช้เวลาประมาณ 2.5 วินาที
  • Phase หรือเห็นดวงจันทร์ไม่เต็มดวง ไม่มีผลใดๆ สำหรับการติดต่อ EME

ข้อมูลเกี่ยวกับดวงจันทร์ต่างๆ เหล่านี้ นับว่าสำคัญมากสำหรับการติดต่อสื่อสาร EME ให้ประสบความสำเร็จ นอกเหนือจากอุปกรณ์ที่จะต้องมีความพร้อมอย่างมากแล้ว

อุปกรณ์ที่จำเป็น[แก้]

อุปกรณ์แต่ละชนิดที่นำมาใช้จะต้องมีการคัดเลือกและดูแลเป็นอย่างดี เพื่อเพิ่มโอกาสการประสบความสำเร็จของการติดต่อ EME

สายอากาศและสายนำสัญญาณ[แก้]

สายอากาศที่ใช้ต้องเป็นสายอากาศชนิดทิศทางที่มีอัตราขยายสูง และถ้าเป็นสายอากาศที่ได้ออกแบบมาให้ใช้สำหรับ EME โดยเฉพาะจะยิ่งมีประสิทธิภาพมาก โดยเฉลี่ยของสถานี EME จะใช้สายอากาศที่มีอัตราขยายไม่ต่ำกว่า 18 dBd ซึ่งต้องใช้การ Array กันของสายอากาศทิศทางหลายๆ ต้น เช่น Yagi 17 elements จำนวน 4 ต้น แต่ในบางครั้งก็สามารถใช้สายอากาศทิศทางเพียงต้นเดียวก็สามารถติดต่อได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับคู่สถานีที่ติดต่อด้วย

สายนำสัญญาณก็มีความสำคัญไม่น้อยไปกว่าสายอากาศ เนื่องจากสัญญาณที่สะท้อนกลับมาจากดวงจันทร์ที่อาจรับได้นั้นมีความอ่อนมาก เพราะมีการสูญเสียไประหว่างทางมาก เราควรเลือกใช้สายนำสัญญาณที่มีอัตราการสูญเสียต่ำที่สุดเท่าที่จะทำได้ ควรเป็นสายแบบ Hard Line อาจเป็นขนาด 1/2 นิ้ว หรือ 7/8 นิ้ว ควรหลีกเลี่ยงสาย RG-58, RG-8 เพราะมีอัตราการสูญเสียที่สูงมาก และควรให้มีขนาดสั้นที่สุด เพราะถ้ายาวมากจะสูญเสียมากเช่นกัน การเลือกใช้หัวต่อต่างๆ ควรคัดที่มีคุณภาพและสูญเสียน้อยด้วย ไม่ควรใช้สายที่มีการต่อกันหลายๆ เส้น

เครื่องรับ[แก้]

การติดต่อ EME นั้นจะเล่นกันใน Mode CW และ SSB เท่านั้น ที่ใช้กันมากที่สุดคือ CW มีบางโอกาสเท่านั้นจึงสามารถใช้ SSB ได้ ส่วน Mode FM ไม่สามารถติดต่อได้ในปัจจุบัน ดังนั้นเครื่องรับ จึงต้องสามารถใช้ Mode CW/SSB ได้ด้วย เช่น IC-275, FT-736 และจะต้องให้มีความไวของภาครับ (Sensitivity) ต่ำ และ Noise Figure ต่ำเช่นกัน ซึ่งเครื่องที่มีขายอยู่ทั่วไปในบางครั้ง ค่า Noise Figure ไม่ต่ำพอ ดังนั้นจึงต้องใช้ อุปกรณ์ช่วยขยายสัญญาณภาครับหรือ Preamplifier

เครื่องส่ง กำลังส่งและเครื่องขยายกำลังส่ง[แก้]

เครื่องส่งที่ใช้จะต้องสามารถใช้งาน Mode CW/SSB ได้ และจากข้อมูลเกี่ยวกับดวงจันทร์จะพบว่ามีการสูญเสียระหว่างทางมาก ดังนั้นเครื่องส่งที่ใช้จำเป็นที่จะต้องมีกำลังส่งที่สูงมาก กำลังส่งที่ใช้อยู่ระหว่าง 200 – 1500 วัตต์ ยิ่งใช้กำลังส่งมากสัญญาณจะมีโอกาสสะท้อนกลับมามากเช่นกัน ซึ่งการใช้กำลังสูงมากเช่นนี้ต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มกำลังส่งหรือ Power Amplifier มาช่วย สำหรับการติดต่อให้ได้ผลนั้นต้องใช้กำลังส่งไม่ต่ำกว่า 500 วัตต์

วิธีการติดต่อ (Operating Procedure)[แก้]

Mode ในการติดต่อ[แก้]

การติดต่อ EME ในปัจจุบันสามารถใช้งานได้หลายชนิดด้วยกันได้แก่

ความถี่และ Band Plan[แก้]

การติดต่อ EME มักใช้ความถี่ย่าน VHF/UHF และสูงขึ้นไป ตั้งแต่ 50MHz, 144MHz, 430MHz ไปจนถึง 10GHz และสูงขึ้นไป ไม่สามารถใช้งานย่านต่ำหรือ HF ได้เนื่องจากคลื่นวิทยุจะไม่สามารถทะลุชั้นบรรยากาศออกไปได้นั่นเอง สำหรับประเทศไทยตาม Band Plan สามารถใช้งานได้ในความถี่ 144 MHz ระหว่าง 144.000 – 144.075 MHz

ปรากฏการณ์ Dropper[แก้]

เนื่องจากโลกและดวงจันทร์มีการเคลื่อนที่ จึงมีการเปลี่ยนแปลงของความถี่ที่เราเรียกว่า Dropper Shift เข้ามาเกี่ยวข้อง เช่น ความถี่ที่ใช้ติดต่อคือ 144.040 MHz ในช่วงดวงจันทร์ขึ้น เราจะรับสัญญาณที่สะท้อนกลับมามีค่ามากขึ้นไปอยู่ที่ประมาณ 144.043 MHz และในช่วงที่ดวงจันทร์ตก จะรับสัญญาณที่สะท้อนกลับที่ 144.037 MHz โดยประมาณ

คำนวณวัน-เวลา[แก้]

เพื่อให้รู้เวลาขึ้น-ลง ของดวงจันทร์ และเวลานัดหมาย เพราะคู่สถานีจะต้องมองเป็นดวงจันทร์ในเวลาเดียวกัน จำเป็นต้องใช้โปรแกรมช่วยในการคำนวณ เพื่อหาเวลา และมุมยก ที่แน่นอนของดวงจันทร์ในขณะติดต่อ

หน้าจอโปรแกรมคำนวณวัน-เวลา

การส่ง-การรับและช่วงเวลา[แก้]

การติดต่อ EME มักนิยมเล่นกันในช่วงสุดสัปดาห์หรือเสาร์-อาทิตย์ และจะดีที่สุดในช่วงดวงจันทร์เพิ่งขึ้นและใกล้ตก ซึ่งดวงจันทร์จะอยู่สูงจากขอบโลกไม่ควรเกิน 12 องศา เพราะจะได้ Ground Gain ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการติดต่อ คู่สถานีจะต้องมองเห็นดวงจันทร์พร้อมกันด้วย และจะจับคู่สถานีระหว่างทวีป อเมริกา ยุโรป และเอเชีย ซึ่งโดยส่วนมากถ้าเป็นสถานีที่ไม่ใหญ่มาก มีกำลังส่งไม่สูง มักมีการนัดหมายกันล่วงหน้าก่อน โดยใช้วิธีการผลัดกันรับ-ส่ง ฝ่ายละ 2 นาที โดยให้สถานีที่อยู่ทางตะวันออกเป็นผู้เริ่มส่งก่อน จากเวลาที่นัดหมายกัน การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างการติดต่อจะใช้ระบบ TMO แต่ในบางครั้งก็ใช้ระบบ RST

ระบบ TMO
  • T หมายถึง สามารถรับได้แต่ไม่สามารถเข้าใจความหมายใดๆ ได้เลย
  • M หมายถึง บางส่วนของสัญญาณเรียกขานสามารถรับได้ แต่ไม่ครบสมบูรณ์
  • O หมายถึง สามารถรับสัญญาณเรียกได้ครบถ้วนสมบูรณ์

ปัจจุบัน T และ M ไม่นิยมใช้กันแล้ว จะเหลือแต่ O เท่านั้น ซึ่งการติดต่อที่สมบูรณ์นั้นคู่สถานีจะต้องสามารถรับ สัญญาณเรียกขาน รายงานสัญญาณ O รายงานการรับ RO และสัญญาณ R ตัวอย่างการติดต่อของสถานี HS2JFW และ W5UN โดยนัดหมายกันเวลา 0000Z ใช้เวลา 1 ชั่วโมง สถานี HS2JFW เป็นสถานีอยู่ทางตะวันออกจะต้องเป็นผู้เริ่มส่งก่อนเมื่อเวลานัดหมายมาถึง เป็นเวลา 2 นาที โดยดูได้จากตารางตัวอย่างการติดต่อที่สมบูรณ์

เวลา 1.5 นาทีแรก 0.5 นาทีหลัง รายละเอียด
0000 – 0002 W5UN de HS2JFW W5UN de HS2JFW เริ่มการติดต่อ
0002 – 0004 HS2JFW de W5UN HS2JFW de W5UN W5UN ยังรับสัญญาณอะไรไม่ได้
0004 – 0006 W5UN de HS2JFW O O O O O O O O HS2JFW รับสัญญาณเรียกขาน W5UN ได้
0006 – 0008 HS2JFW de W5UN HS2JFW de W5UN W5UN ยังรับสัญญาณเรียกขานไม่ได้
0008 – 0010 W5UN de HS2JFW O O O O O O O O HS2JFW ต้องการรับ RO
0010 – 0012 HS2JFW de W5UN HS2JFW de W5UN รับ O ได้แล้วแต่รับสัญญาณเรียกขานไม่ได้
0012 – 0014 W5UN de HS2JFW O O O O O O O O HS2JFW ยังรอรับ RO อยู่
0014 – 0016 RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO รับ O และสัญญาณเรียกขานได้แล้ว
0016 – 0018 W5UN de HS2JFW O O O O O O O O HS2JFW ยังรับ RO ไม่ได้
0018 – 0020 RO RO RO RO RO RO RO RO RO RO W5UN รอรับ R
0020 – 0022 R R R R R R R R R R R R R R R R R R HS2JFW รับ RO ได้
0022 – 0024 R R R R R R R R R 73 73 73 73 73 73 การ QSO ครบสมบูรณ์

Random QSO[แก้]

สถานีที่มีสายอากาศอัตราขยายมาก และกำลังส่งสูงพอที่จะติดต่อโดยไม่ต้องมีการนัดหมายล่วงหน้าสามารถใช้วิธีการติดต่อโดยไม่ต้องนัดหมายได้ ถ้าสัญญาณสามารถรับได้ดี