21กล้อง40m fig1 กล้องYebes

        กล้องโทรทรรศน์วิทยุเป็นเครื่องมือสำหรับสังเกตการณ์กรากฎการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในอวกาศ ในช่วงคลื่นที่ตามนุษย์มองไม่เห็น และนอกเหนือจากการใช้งานเพื่อดาราศาสตร์แล้ว การจัดสร้างกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดใหญ่ ยังทำให้เกิดความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ ซึ่งเป็นสิ่งขับเคลื่อนความก้าวหน้าของเทคโนโลยีในประเทศไทย เช่น โทรคมนาคม การจัดการหรือประมวลผล ข้อมูลปริมาณมาก วิศวกรรมโครงสร้างซับซ้อน และวิศวรรมอวกาศ เป็นต้น

        ปัจจัยหลักที่มีผลต่อการทำงานของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ที่ทำให้กลายมาเป็นความท้าทายในการสร้างและพัฒนาเครื่องมือนี้ก็คือ ความไวในการรับสัญญาณของกล้องฯ เนื่องจากสัญญาณจากวัตถุทางดาราศาสตร์นั้นอ่อนมาก มีขนาดความเข้มเพียง 10-28 W/m3/Hz เท่านั้น ทำให้มีการพัฒนาไปสู่สุดขีดความสามารถทางวิศวกรรมในการสร้างกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ดังเช่น กล้องโทรทรรศน์วิทยุเอฟเฟลสเบิร์กเส้นผ่านศูนย์กลางจาน 100 เมตร (Effelsberg Telescope)  และกล้องโทรทรรศน์วิทยุกรีนแบงก์เส้นผ่านศูนย์กลางจาน 110 เมตร (Green Bank Telescope) ไม่เพียงเท่านั้นนักดาราศาสตร์ได้มีการค้นคว้าวิจัย และประยุกต์ใช้เทคนิคต่าง ๆ เพื่อเพิ่มศักยภาพให้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ เช่น การใช้อาเรย์เสาอากาศ (Antenna Array) ในการรับสัญญาณ, การจำลองระบบความถี่และการใช้ความถี่ช่วงกว้าง (Ultra-wideband  and Simultaneous Frequency System), รวมไปถึงการประมวลผลแบบดิจิตอลด้วย FRGA-GPU-Based

        กล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 เมตร เป็นการสร้างและพัฒนาโดยความร่วมมือระหว่าง สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) (สดร.) และอีกหลายหน่วยงานจากนานาประเทศ เช่น หอดูดาวเยเบส (Yebes Observatory) ภายใต้การดูแลของ สถาบันภูมิศาสตร์ประจำประเทศสเปน (Spanish National Geographic Institute, IGN) และ สถาบันดาราศาสตร์วิทยุมักซ์พลังค์ (Max Planck Institute for Radio Astronomy, MPIfR) ประเทศเยอรมนี โดยกล้องฯ ตัวที่จะสร้างนี้ จะใช้ระบบ Cassegrain-Nasmyth Optics ซึ่งเหมือนกับกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ที่หอดูดาวเยเบสของสเปน (รูปภาพด้านบน) แต่จะมีความแตกต่างคือ กล้องโทรทรรศน์วิทยุของไทยมีการดัดแปลง เพิ่มเครื่องรับสัญญาณไว้ที่จุดโฟกัสหลัก ทำให้สามารถรับสัญญาณที่ช่วงความถี่อื่นได้ พร้อมการออกแบบ Nasmyth ให้มีข้อได้เปรียบเรื่องความยืดหยุ่นในการติดตั้งเครื่องรับสัญญาณในอนาคต จุดมุ่งหมายของกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติคือ พื้นผิวจานต้องมีความถูกต้องถึงระดับ 150 ไมครอน (um) (RMS) ความเร็วในการหมุนจาน 3 เมตรต่อวินาที (m/s) สำหรับมุมกวาด (Azimuth)  และ 1 เมตรต่อวินาทีสำหรับมุมเงย (Altitude) ความแม่นยำในการวัดตำแหน่งไม่คลาดเคลื่อนไปกว่า 2 ฟิลิปดา ในกรณีไม่มีลม และ 6 ฟิลิปดา ในกรณีมีลม แผนเวลาสำหรับกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติถูกแสดงไว้ในตารางด้านล่างนี้

21กล้อง40m tab2 แผนเวลา

โครงสร้างขนาดใหญ่ ความแม่นยำสูง

        จานสะท้อนสัญญาณมีความสำคัญเป็นอย่างมากกับค่าที่เครื่องรับสัญญาณวัดได้ กล้องโทรทรรศน์แห่งชาติใช้ระบบ Prime-focus-cassegrain-nasmyth โดยที่ Primary and Secondary Focus สามารถใช้วัดสัญญาณในช่วง 300 MHz ถึง 115 GHz ได้ จานพาราโบล่าเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 เมตรนั้นมีน้ำหนัก 250 ตัน ถูกออกแบบมาให้โครงสร้างเรียบสม่ำเสมอ ผิดพลาดได้ไม่เกิน 200 ไมครอน ในสภาพแวดล้อมปกติ ด้านหลังของกล้องฯ จะต้องมีพัดลมระบายอากาศ และมีการหุ้มหรือเคลือบเพื่อทำให้อุณหภูมิสม่ำเสมอทั่วทั้งจาน ใช้เทคนิคไมโครเวฟโฮโลกราฟี (Microwave Holographic Technique) ที่ใช้ดาวเทียมค้างฟ้า (Geostationary Orbit Satellites) ในการตรวจสอบความเรียบผิวจาน ที่ให้ความละเอียดสูงได้ตามจุดมุ่งหมาย นอกจากนี้กล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติยังมีความแม่นยำในการวัดตำแหน่งท้องฟ้า  ด้วยค่าความคลาดเคลื่อนเพียง 6 ฟิลิปดา ทั้งหมดนี้นำไปสู่ antenna aperture efficiency 60 เปอร์เซ็นต์

21กล้อง40m fig2 โครงกล้องสีฟ้า

State-of-the-art Rx Technology

        ความไวของเครื่องรับสัญญาณมักจะขึ้นอยู่กับความสามารถของ เครื่่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ หรือ เครื่อง LNA (Low Noise Amplifier) ซึ่งเกี่ยวโยงกับ Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) High electron Mobility Transistor (HEMT) Superconductor-insulator-superconductor (SIS) mixer ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 25 เคลวิน (K) ส่วนเครื่องรับสัญญาณไคโอเจนิกในช่วงคลื่นย่านแอลและย่านแค (L- & K-band Cryogenics receiver) ถูกพัฒนาโดย สดร. และความร่วมมือจากอีกหลายสถาบันทั้งในและต่างประเทศ เพื่อจะสร้างห้องควบคุมสภาพแวดล้อมของเครื่องรับสัญญาณ Digitised Baseband Data ซึ่งจากภาครับสัญญาณส่วนหน้า (หน้าจานรับสัญญาณและเครื่องรับสัญญาณ หรือ Front-end) นี้ สัญญาณจากการสังเกตการณ์จะถูกส่งไปยังส่วนหลังของกระบวนการรับสัญญาณ (Back-end) ซึ่งก็คือ ห้องเซิร์ฟเวอร์ที่มีการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อทำการจัดการกับข้อมูลต่อไป สัญญาณเวลาและความถี่อ้างอิงนั้นถูกสร้างจากนาฬิกาไฮโดรเจนเมเซอร์ (Low-phased-noise Hydrogen Maser) และระบบรับสัญญาณดาวเทียม GNSS (Global Navigation System Receiver) นอกจากนี้ยังต้องมีการป้องกันคลื่นวิทยุที่เป็นสัญญาณรบกวน (Radio Frequency Interference, RFI) ซึ่งต้องมีค่าความเข้มต่ำ น้อยกว่า -150 dBW/m2/Hz สำหรับช่องกระจายสัญญาณรอง และเครือข่ายการติดต่ออื่น ๆ เพื่อที่จะรับประกันประสิทธิภาพของกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ

21กล้อง40m tab3 คุณสมบัติเครื่องรับ