มองจากดาดฟ้าโรงเรียนขึ้นไปตรง ๆ จุดกึ่งกลางคือเหนือหัวพอดี ขอบวงนอกสุดคือเส้นขอบฟ้า
แต่ละจุดคือหนึ่งข้อความที่รับได้ จุดใหญ่และสว่างแปลว่าสัญญาณแรง
สถานีนี้คืออะไร
อุปกรณ์ราคาไม่กี่พันบาทบนดาดฟ้าตึก ทำหน้าที่เดียวคือ “ฟัง” ดาวเทียมที่บินผ่าน
ดาวเทียมวงโคจรต่ำจำนวนมากส่งสัญญาณวิทยุกำลังต่ำลงมาเป็นระยะ เพื่อรายงานสถานะของตัวเอง
สัญญาณเหล่านี้ใช้เทคนิค LoRa ซึ่งเป็นคลื่นวิทยุแบบเดียวกับที่ใช้ในเซ็นเซอร์ IoT ตามฟาร์มและโรงงาน
เพียงแต่ส่งมาจากความสูงราว 900 กิโลเมตร
สถานีของเราเป็นส่วนหนึ่งของ TinyGS เครือข่ายสถานีภาคพื้นแบบอาสาสมัครที่กระจายอยู่ทั่วโลก
ทุกครั้งที่สถานีรับข้อความได้ ข้อความนั้นจะถูกส่งขึ้นเซิร์ฟเวอร์กลางให้ทุกคนใช้งานร่วมกัน
เราจึงไม่ได้เป็นแค่ผู้ใช้ข้อมูล แต่เป็นผู้ผลิตข้อมูลให้โลกด้วย
01
ดาวเทียมส่ง
ส่งข้อความสั้น ๆ ที่ย่าน 400 เมกะเฮิรตซ์ ด้วยกำลังส่งระดับเดียวกับหลอดไฟฉาย
02
สายอากาศรับ
สายอากาศบนดาดฟ้ารับคลื่นที่อ่อนลงจนเหลือกำลังราวหนึ่งในล้านล้านของหลอดไฟฉาย
03
บอร์ดถอดรหัส
บอร์ด ESP32 พร้อมโมดูลวิทยุ แปลงคลื่นเป็นข้อมูลดิจิทัลและตรวจสอบความถูกต้อง
04
ส่งขึ้นเครือข่าย
ข้อมูลวิ่งผ่านอินเทอร์เน็ตของโรงเรียนไปรวมกับสถานีอื่นทั่วโลกที่ tinygs.com
ดาวเทียมผ่านฟ้าเมื่อไรบ้าง
แต่ละแท่งคือช่วงที่ดาวเทียมดวงนั้นอยู่ในระยะได้ยิน ส่วนใหญ่นานเพียง 4–8 นาทีต่อรอบ
ได้ยินใครบ้าง
เก้าดวงแรกคือกลุ่มดาวเทียม Tianqi ของจีน ที่ทำหน้าที่รับส่งข้อมูล IoT
ส่วน FossaSat-2E25 เป็นดาวเทียมจิ๋วขนาดไม่กี่เซนติเมตรจากโครงการโอเพนซอร์สในสเปน
อีก ข้อความรับได้ชัดเจนแต่ยังระบุไม่ได้ว่ามาจากดวงไหนในกลุ่ม Tianqi
ทำไมบางดวงชัด บางดวงแผ่ว
คำตอบอยู่ที่เรขาคณิตล้วน ๆ ดาวเทียมที่ผ่านใกล้กลางหัวอยู่ห่างเราน้อยกว่าดวงที่เฉียดขอบฟ้าถึงสามเท่า
ดาวเทียมโคจรที่ความสูงเท่ากันราว 900 กิโลเมตร แต่ถ้ามันอยู่เฉียดขอบฟ้า
คลื่นต้องเดินทางเฉียงไกลถึง 3,263 กิโลเมตร และลอดผ่านชั้นบรรยากาศหนากว่ามาก สัญญาณจึงอ่อนกว่าเห็นได้ชัด
จุดหนึ่งจุดคือหนึ่งข้อความ ยิ่งไปทางขวา (ไกลขึ้น) จุดยิ่งไหลลงล่าง (สัญญาณอ่อนลง)
นี่คือกฎกำลังสองผกผันที่นักเรียนเรียนในวิชาฟิสิกส์ ปรากฏจริงในข้อมูลของเราเอง
เราไม่ได้ฟังอยู่คนเดียว
ข้อความเดียวกันมักถูกหลายสถานีทั่วโลกรับได้พร้อมกัน
ข้อความหนึ่งชิ้นที่เรารับได้ มีสถานีอื่นรับได้พร้อมกันสูงสุดถึง 33 แห่ง
หลายข้อความมีเพียงไม่กี่สถานีที่ได้ยิน ซึ่งหมายความว่าถ้าสะเดาไม่ฟัง ข้อมูลชิ้นนั้นอาจหายไปเลย
ศัพท์ที่ควรรู้
- Packet
- ข้อความหนึ่งชิ้นที่ดาวเทียมส่งลงมา ยาวไม่กี่สิบไบต์ เทียบได้กับ SMS หนึ่งข้อความ
- RSSI (dBm)
- ความแรงสัญญาณที่รับได้ เป็นเลขติดลบ ยิ่งใกล้ศูนย์ยิ่งแรง −110 ถือว่าดีมาก ส่วน −140 คือแผ่วจนเกือบไม่ได้ยิน
- SNR (dB)
- สัญญาณเทียบกับเสียงรบกวน ค่าติดลบแปลว่าสัญญาณจมอยู่ใต้เสียงรบกวน แต่ LoRa ยังขุดขึ้นมาอ่านได้
- Elevation
- มุมเงย 0 องศาคือขอบฟ้า 90 องศาคือเหนือหัวพอดี
- Azimuth
- ทิศทางที่ต้องหันไป 0 องศาคือทิศเหนือ 90 คือตะวันออก 180 คือใต้
- LoRa
- เทคนิคส่งวิทยุที่ยอมส่งช้าเพื่อแลกกับระยะทางไกลและใช้พลังงานต่ำ จึงเหมาะกับดาวเทียมดวงเล็ก
- CRC
- รหัสตรวจสอบว่าข้อความที่รับมาครบถ้วนไม่ผิดเพี้ยน วันนี้ผ่าน 159 จาก 160 ข้อความ
- NORAD ID
- หมายเลขประจำตัววัตถุในอวกาศที่ใช้อ้างอิงกันทั้งโลก
ต่อยอดในห้องเรียนได้อย่างไร
- วิทยาการคำนวณ ให้นักเรียนดาวน์โหลดไฟล์ CSV ชุดนี้ไปเปิดใน Google Sheets หรือ Python
แล้วตอบคำถามด้วยข้อมูลจริง เช่น ดาวเทียมดวงไหนส่งข้อความมากที่สุด ช่วงเวลาใดฟ้าว่างที่สุด
- ฟิสิกส์ พล็อตกราฟระยะทางกับความแรงสัญญาณ แล้วเทียบกับกฎกำลังสองผกผัน
ใช้ข้อมูลของโรงเรียนเองแทนโจทย์ในหนังสือ
- ภูมิศาสตร์และภูมิสารสนเทศ นำพิกัดใต้ดาวเทียมไปวางบนแผนที่ใน QGIS หรือ Google Earth
เพื่อดูว่าตอนที่เราได้ยิน ดาวเทียมลอยอยู่เหนือประเทศใด
- คณิตศาสตร์ คำนวณระยะเฉียงจากมุมเงยและความสูงวงโคจร ด้วยกฎของโคไซน์
แล้วตรวจคำตอบกับค่าที่สถานีบันทึกไว้จริง
- ชุมนุมและโครงงาน ตั้งเป้าหมายเป็นตัวเลข เช่น รับให้ครบ 1,000 ข้อความในหนึ่งเดือน
หรือปรับสายอากาศให้รับดาวเทียมที่มุมเงยต่ำกว่า 10 องศาได้ดีขึ้น
- ประชาสัมพันธ์โรงเรียน สถานีนี้มีชื่อปรากฏบนแผนที่โลกของ TinyGS ร่วมกับสถานีจากทุกทวีป
เป็นหลักฐานที่จับต้องได้ว่านักเรียนสะเดามีส่วนร่วมในเครือข่ายวิทยาศาสตร์ระดับโลก