สดร. ได้จัดตั้งศูนย์ปฏิบัติการหอดูดาวแห่งชาติและวิศวกรรม ทำหน้าที่พัฒนาและบำรุงรักษากล้องโทรทรรศน์และเครื่องมือวิทยาศาสตร์ การให้บริการกล้องโทรทรรศน์แก่นักวิจัยและหน่วยงานต่าง ๆ บริการเทคนิคดาราศาสตร์ จัดระบบการใช้งานและพัฒนาระบบควบคุมกล้องโทรทรรศน์ รวมทั้งผลิต ออกแบบ พัฒนาเครื่องมือและอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ 

        ภายใต้การดำเนินงานของศูนย์ปฏิบัติการหอดูดาวแห่งชาติและวิศวกรรม ได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีทางวิศวกรรมของกล้องโทรทรรศน์ และสร้างห้องปฏิบัติการทางดาราศาสตร์หลายโครงการ เช่น 

1) การพัฒนาระบบควบคุมกล้องโทรทรรศน์แบบใหม่ 

2) การพัฒนาทางวิศวกรรมของเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ทางไกลอัตโนมัติ 

3) การสร้างและการพัฒนาระบบเคลือบกระจกกล้องโทรทรรศน์ 

4) ห้องปฏิบัติการขึ้นรูปชิ้นงานความละเอียดสูง 

5) การพัฒนาระบบวัดค่าทัศนวิสัยท้องฟ้า ฯลฯ

1. การพัฒนาระบบควบคุมกล้องโทรทรรศน์แบบใหม่ (Development of Next Generation Telescope Control System)

        ปัจจุบันกล้องโทรทรรศน์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางขนาด 2.4 เมตร ของประเทศไทย ให้บริการแก่นักวิจัยทั้งในและต่างประเทศแต่ละปีไม่น้อยกว่า 215 คืน มีอายุการใช้งานมาแล้วเกือบ 4 ปี ส่งผลให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของระบบควบคุมกล้องโทรทรรศน์บางอย่างหมดอายุจนไม่สามารถทำงานอย่างปกติ เช่น บอร์ดควบคุมมอเตอร์ บอร์ดควบคุมการสื่อสารแบบ CAN bus เป็นต้น สดร. ได้แก้ไขปัญหาดังกล่าวโดยการจัดซื้อชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์นำไปทดแทนของเดิม เพื่อให้กล้องโทรทรรศน์สามารถใช้งานได้เป็นปกติ

        แต่เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของระบบควบคุมกล้องโทรทรรศน์ เป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างเฉพาะและมีความซับซ้อน บางอุปกรณ์หาซื้อได้ยากในปัจจุบันเนื่องจากยกเลิกการผลิตไปแล้ว เป็นปัญหาและความเสี่ยงที่ส่งผลกระทบโดยตรงต่ออายุการใช้งานกล้องโทรทรรศน์

        ดังนั้น การพัฒนาและยกระดับระบบควบคุมกล้องโทรทรรศน์แห่งชาติ จึงเป็นโครงการเร่งด่วนและสำคัญของสถาบันฯ ในการยืดอายุการใช้งานกล้องโทรทรรศน์ให้ใช้งานได้มากกว่า 30 ปี เช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ทั่วโลก นอกจากนี้ยังทำให้กล้องโทรทรรศน์มีความทันสมัยยิ่งขึ้นทั้งในด้านฮาร์ดแวร์และซอฟท์แวร์ 

ในโครงการนี้ สดร. ยังมีความร่วมมือกับประเทศอังกฤษภายใต้การสนับสนุนจากกองทุน Newton และสถาบันไทย-เยอรมัน มาร่วมกันศึกษา ออกแบบ และพัฒนาระบบฮาร์ดแวร์และซอฟท์แวร์ของกล้องโทรทรรศน์ กำหนดการแล้วเสร็จประมาณปี 2562

แสดงส่วนประกอบของระบบควบคุมกล้องโทรทรรศน์และโดม ที่ต้องมีการออกแบบและพัฒนาระบบใหม่ตามโครงการ

แผนภาพแสดงโมดูลซอฟท์แวร์ต่างๆ ที่ได้จากการออกแบบเพื่อปรับปรุงระบบวบคุมกล้องโทรทรรศน์

2. การพัฒนาทางวิศวกรรมของเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ทางไกลอัตโนมัติ

        สดร. ดำเนินการโครงการเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ทางไกลอัตโนมัติ ติดตั้งกล้องโทรทรรศน์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.6-0.7 เมตร ณ สถานที่ที่มีสภาพท้องฟ้าเอื้ออำนวย มีสภาพทัศนวิสัยทางดาราศาสตร์ดีเยี่ยม ได้แก่ ชิลี อเมริกา จีน และออสเตรเลีย สามารถควบคุมการทำงานจากระยะไกล (Direct control mode)  ผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ตได้จากทั่วโลก 

        เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ดังกล่าวช่วยให้นักดาราศาสตร์ไทยสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงของวัตถุท้องฟ้าได้ตลอดเวลาทั้งซีกฟ้าเหนือและซีกฟ้าใต้ นอกจากนี้ ยังสนับสนุนงานวิจัยระดับโรงเรียนโดย ครู อาจารย์ และนักเรียน สามารถเข้าใช้งานเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์นี้ในการทำโครงงานวิจัยดาราศาสตร์ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของการสร้างครุวิจัยและยุววิจัยด้านดาราศาสตร์อีกด้วย 

        ในการออกแบบและพัฒนา Thai Robotic Telescope Network ต้องอาศัยความเชี่ยวชาญในเทคโนโลยีด้านวิศวกรรมแมคคาทรอนิกส์และหุ่นยนต์ วิทยาการคอมพิวเตอร์ ดาราศาสตร์และทัศนศาสตร์ มาประยุกต์ร่วมกันอย่างลงตัว และแม้ว่า Thai Robotic Telescope Network จะไม่ได้เป็นระบบที่ถูกพัฒนาขึ้นมาเป็นระบบแรกของโลก แต่ก็ถือเป็นก้าวย่างอันสำคัญที่แสดงให้เห็นการบูรณาการเทคโนโลยีแขนงต่าง ๆ เข้าด้วยกัน และยังช่วยจุดประกายความสนใจในการคิดค้นเทคโนโลยีให้กับคนไทยรุ่นใหม่ให้หันมาสนใจในการเป็นนักประดิษฐ์ มากกว่าเป็นเพียงผู้ใช้งานที่คอยตามเทคโนโลยีแต่เพียงฝ่ายเดียว

3. การสร้างและพัฒนาระบบเคลือบกระจกกล้องโทรทรรศน์

        กล้องโทรทรรศน์ที่ติดตั้ง ณ หอดูดาวเฉลิมพระเกียรติ 7 รอบ พระชนมพรรษา หรือ หอดูดาวแห่งชาติ เป็นกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางกระจก 2.4 เมตร ใหญ่ที่สุดในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ผิวกระจกเคลือบด้วยฟิล์มบางอลูมิเนียม มีคุณสมบัติในการสะท้อนแสงได้ดี สามารถบันทึกภาพวัตถุท้องฟ้าที่อยู่ในระยะไกลมากๆ และมีความสว่างน้อยได้ดี เมื่อใช้งานไประยะหนึ่งฟิล์มบางอลูมิเนียมที่เคลือบอยู่บริเวณผิวกระจกจะค่อยๆ เสื่อมสภาพลง ทำให้ประสิทธิภาพการสะท้อนแสงของกระจกลดลง ส่งผลให้ภาพที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์มีคุณภาพลดลงไปด้วย จำเป็นต้องมีกระบวนการลอกฟิล์มอลูมิเนียมเก่าออกและทำการเคลือบใหม่ (Re-Aluminization) อย่างน้อยทุกๆ 2 ปี เพื่อให้คงประสิทธิภาพในการสะท้อนแสงได้ดี

        แต่เนื่องจากในประเทศไทยไม่มีเครื่องเคลือบกระจกที่จะสามารถรองรับกระจกขนาดใหญ่ถึง 2.4 เมตร ทางสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)  และสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน)  จึงร่วมกันออกแบบและพัฒนาระบบเคลือบกระจกกล้องโทรทรรศน์สำหรับหอดูดาวแห่งชาติขึ้น เพื่อผลิตเครื่องเคลือบกระจกขนาดใหญ่ที่มีเทคโนโลยีการเคลือบกระจกที่ทันสมัยและคุณภาพดีทัดเทียมกับการนำเข้าจากต่างประเทศและจะเป็นเครื่องเคลือบกระจกที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ นอกจะใช้เคลือบกระจกกล้องโทรทรรศน์หอดูดาวแห่งชาติแล้ว ยังสามารถนำมาให้บริการเคลือบกระจกสะท้อนแสงของกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดเล็กกว่า 2.4 เมตร ที่มีอยู่สถาบันการศึกษาและหน่วยงานต่าง ๆ ได้ด้วย

        เครื่องเคลือบกระจกดังกล่าว สามารถควบคุมความหนาของฟิล์มบางได้ในระดับนาโนเมตร-ไมโครเมตร โดยมีความเรียบสม่ำเสมอ เพื่อให้มีสมบัติการสะท้อนแสงที่ดีตามหลักทัศนศาสตร์ (การสะท้อนแสงของฟิล์มบางอลูมิเนียมเท่ากับ 90 เปอร์เซนต์) 

กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางกระจก 2.4 เมตร

ภาพการเคลือบฟิล์มบนผิวกระจกภายในห้องเคลือบผ่านกล้องวงจรปิด

ลักษณะผิวกระจกที่อยู่ระหว่างการเคลือบมองผ่านช่อง View port

ภาพเปรียบเทียบลักษณะกระจกก่อนการล้างและเคลือบฟิล์มอลูมิเนียม (ซ้าย)

และภายหลังการล้างและเคลือบฟิล์มอลูมิเนียม (ขวา)

ลักษณะของเครื่องเคลือบกระจก

        • เป็นเครื่องเคลือบกระจกระบบสูญญากาศที่ใช้เทคนิค Sputtering ซึ่งเป็นเทคโนโลยีในการเคลือบผิววัตถุ สามารถควบคุมความหนาของฟิล์มบางและมีความเรียบสม่ำเสมอ ความหนาของฟิล์มบางสามารถควบคุมได้ในระดับนาโนเมตร ถึงระดับไมโครเมตร มีค่าความเรียบในระดับดีมาก

        • สามารถนำไปประยุกต์ในการเคลือบโลหะอื่นๆ ในงานอุตสาหกรรมได้ เช่น การเคลือบทองคำ ทองแดง สำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ เป็นต้น

        • ความเร็วในการเคลือบครบ 1 กระบวนการ ใช้เวลาเพียง 3 ชั่วโมง ถึงแม้ว่าห้องเคลือบจะมีขนาดใหญ่มากก็ตาม

งบประมาณ 

        ผลิตขึ้นเองด้วยงบประมาณ 14 ล้านบาท หากนำเข้าราคาจะมีราคาสูงถึง 35 ล้านบาท

4. ห้องปฏิบัติการขึ้นรูปชิ้นงานความละเอียดสูง (High Precision Machining Lab)

        ปัจจุบันเครื่องมือทางด้านวิทยาศาสตร์ขั้นสูง เช่น ดาราศาสตร์ การแพทย์ และวิศวกรรม ฯลฯ ถูกพัฒนาให้มีความแม่นยำในระดับสูงมาก ปัจจัยสำคัญประการหนึ่งที่สนับสนุนให้เครื่องมือเหล่านั้นมีความแม่นยำสูง ได้แก่ ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการออกแบบและขึ้นรูปชิ้นงานที่มีความละเอียดสูงในระดับไมครอน ซึ่งนับเป็นเทคโนโลยีสำคัญในการผลักดันประเทศให้มีความสามารถในการแข่งขันทางวิทยาศาสตร์เทคโนโลยี และวิศวกรรม 

        สดร. ได้ให้ความสำคัญอย่างยิ่ง ในการพัฒนาและสร้างเครื่องมือและอุปกรณ์ทางดาราศาสตร์ด้วยตัวเอง เพื่อยกระดับความสามารถด้านงานวิจัยและวิศวกรรม ปรับเปลี่ยนจากการเป็นผู้ซื้อและพึ่งพาเทคโนโลยีจากต่างประเทศ ให้เป็นผู้ออกแบบและสร้างอุปกรณ์ทางดาราศาสตร์ระดับสูง ผลักดันให้งานวิจัยดาราศาสตร์ของ สดร. ได้รับการยอมรับในระดับนานาชาติ

        ห้องปฏิบัติการขึ้นรูปชิ้นงานความละเอียดสูง เป็นแหล่งสร้างนวัตกรรมใหม่ๆ ที่นำมาประดิษฐ์อุปกรณ์ทางดาราศาสตร์ที่มีความซับซ้อนและมีความแม่นยำสูง ทั้งนี้ขีดความสามารถห้องปฏิบัติการดังกล่าวมีดังนี้

        • สามารถขึ้นรูปชิ้นงานโดยมีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 35 ไมครอน (ในอีก 2 ปีข้างหน้าจะสามาถลดความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 30 ไมครอน) 

        • สามารถออกแบบและวิเคราะห์ความแข็งแรงทางวิศวกรรมของชิ้นงาน (Part or Assembly) เพื่อช่วยในการประเมินคุณภาพของชิ้นงาน ช่วยปรับปรุงคุณภาพชิ้นงาน ก่อนการผลิตจริง

        • มีเครื่อง CMM (Coordinate Measuring Machine) สำหรับใช้วัดชิ้นงานและตรวจสอบคุณภาพของชิ้นงาน

        • มีระบบการจัดการเอกสารของชิ้นงาน เช่น part number, drawing number 

        • สามารถทำการ finishing ชิ้นงานได้หลายเทคนิค เช่น aluminum anodizing, power coating เป็นต้น

เครื่องกลึงและเครื่องมิลลิ่ง CNC ความละเอียดสูง

ออกแบบและวิเคราะห์ความแข็งแรงทางวิศวกรรมของชิ้นงาน (Part or Assembly)

เพื่อช่วยในการประเมินคุณภาพของชิ้นงาน ช่วยปรับปรุงคุณภาพชิ้นงาน ก่อนการผลิตจริง

เครื่องวัด CMM (Coordinate Measuring Machine) สำหรับใช้วัดชิ้นงานและตรวจสอบคุณภาพของชิ้นงาน 

ความละเอียดในการวัด 0.5 ไมครอน

Laser marking ใช้สำหรับพิมพ์ serial tracking number บนชิ้นงานโลหะทุกชนิด 

เป็นระบบการจัดการเอกสารของชิ้นงาน

เครื่องเชื่อมอลูมิเนียมสำหรับงานเชื่อมคุณภาพสูง

5. การพัฒนาระบบวัดค่าทัศนวิสัยท้องฟ้า

        สดร. ได้พัฒนาอุปกรณ์และติดตั้งระบบวัดค่าทัศนวิสัยท้องฟ้า สำหรับสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ ณ หอดูดาวเฉลิมพระเกียรติ 7 รอบ พระชนมพรรษา หรือหอดูดาวแห่งชาติ บนดอยอินทนนท์ จังหวัดเชียงใหม่  โดยใช้วิธี Differential Image Motion Monitor (DIMM)

ค่าทัศนวิสัยท้องฟ้า (seeing) เป็นค่าที่บอกสภาพของท้องฟ้า ได้จากการวัดค่าความแปรปรวนของมวลอากาศในชั้นบรรยากาศ มีหน่วยเป็น อาร์ควินาที (arc second, “ ) สภาพท้องฟ้าที่ดีต้องมีค่าทัศนวิสัยท้องฟ้าต่ำ เช่น ค่าทัศนวิสัยท้องฟ้า 0.5 อาร์ควินาที จะมีสภาพท้องฟ้าดีกว่า 1.0 อาร์ควินาที เป็นต้น

        Differential Image Motion Monitor  หรือ DIMM เป็นวิธีการวัดค่าทัศนวิสัยท้องฟ้าที่มีความแม่นยำสูง ใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กสังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้าที่มีค่าความสว่างปรากฏ (แมกนิจูด) ประมาณ 1- 3 บริเวณกลางฟ้า หากมองผ่านกล้องโทรทรรศน์จะเห็นเพียงดวงเดียว จากนั้นใช้กาก Hartmann mask ที่มีสองรูครอบหน้ากล้องโทรทรรศน์ ค่าแสงดาวที่ปรากฏบนอุปกรณ์รับภาพจะแยกออกเป็นสองดวง ซอฟต์แวร์จะนำมาคำนวณค่าทัศนวิสัยท้องฟ้า

        สำหรับอุปกรณ์และระบบที่ สดร. พัฒนาขึ้นนั้น ใช้วิธีการ DIMM ในการวัดค่าทัศนวิสัยท้องฟ้าบริเวณกลางฟ้า (สูงจากขอบฟ้าประมาณ 60-90 องศา) ด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 นิ้ว ใช้วิธีการปรับอุปกรณ์รับภาพให้อยู่นอกระยะโฟกัสเล็กน้อย (defocus) เพื่อแยกดาวออกเป็นสองดวง เมื่อเปิดระบบ ซอฟต์แวร์จะควบคุมการทำงานของกล้องโทรทรรศน์ตลอดทั้งคืน 

กราฟเปรียบเทียบผลระหว่าง Seeing monitor analyzer กับ STV โดยทำการวัดด้วยกล้องโทรทรรศน์เดียวกัน สลับเวลากันอย่างต่อเนื่อง

กราฟเปรียบเทียบผลระหว่าง Seeing monitor analyzer กับ วิธีการวัดจากดาวเหนือของ SBIG ณ ช่วงเวลาเดียวกันแต่มุมเงยต่างกัน