การพัฒนา High-Altitude Balloon Platform สำหรับการศึกษา ทดลอง และวิจัยทางด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและวิศวกรรมศาสตร์

ภีมวิชญ์ สุทธิกาญจน์; ศรวัฒน์ ชิวปรีชา; ฐิตพันธุ์ จองสถาพร; อัครพล ตรีรัตน์

ผู้แต่ง

ภีมวิชญ์ สุทธิกาญจน์ Department of Telecommunications Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Thailand
ศรวัฒน์ ชิวปรีชา Department of Telecommunications Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Thailand
ฐิตพันธุ์ จองสถาพร Industrial Physics and Medical Instrumentation, Faculty of Applied Science, King Mongkut’s University of Technology North Bangkok, Thailand
อัครพล ตรีรัตน์ Department of Telecommunications Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Thailand

คำสำคัญ:

แพลตฟอร์มบอลลูนระดับสูง, ระบบติดตามตำแหน่งพิกัด, การวางแผนภารกิจ, ร่มชูชีพ, ดาวเทียมคิวบ์แซท

บทคัดย่อ

บทความนี้เป็นการศึกษาและนำเสนอแนวทางการพัฒนาแพลตฟอร์มบอลลูนระดับสูง (High-altitude balloon platform) เพื่อการศึกษาทดลองวิจัยทางด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีรวมทั้งทางด้านวิศวกรรมศาสตร์ที่มีความจำเป็นต้องทำการทดลองในชั้นบรรยากาศที่สูงขึ้นไประดับสตราโทสเฟียร์หรือสภาพการจำลองระยะทางที่สูงใกล้เคียงอวกาศ ทั้งการทดลองหรือตรวจวัดปริมาณทางกายภาพต่าง ๆ ในด้านฟิสิกส์บนชั้นบรรยากาศระดับที่สูง ซึ่งรวมถึงงานทางด้านตรวจวัดสำหรับอุตุนิยมวิทยา โดยโครงสร้างของแพลตฟอร์มที่สำคัญจะประกอบด้วย 2 ส่วนหลัก คือ 1) การคำนวณที่เกี่ยวข้องกับบอลลูนสำหรับวางแผนภารกิจ เพื่อการแบกรับเพย์โหลดสำหรับการทดลองขึ้นไปทำการทำทดสอบ ทั้งเรื่องของแรกยกตัว (lifting force) ระยะเวลาที่ใช้ในการลอยตัวสำหรับปฏิบัติภารกิจ ความเร็วในการลอยขึ้น (Ascent rate) เป็นต้น รวมไปถึงการออกแบบร่มชูชีพสำหรับการนำเพย์โหลดทั้งหมดกลับลงสู่พื้นโลกหลังเสร็จสิ้นภารกิจ ในกรณีที่ไม่ได้ปล่อยทิ้ง 2) ระบบติดตามตำแหน่งพิกัดของบอลลูนและระบบการสื่อสาร ที่ทำหน้าที่ส่งค่าพิกัดเพื่อการติดตามและข้อมูลตรวจวัดที่จำเป็นอื่น ๆ ทั้งนี้เพื่อติดตามตำแหน่งการเดินทางของบอลลูนในขณะปฏิบัติภารกิจ รวมไปถึงการเคลื่อนที่ขึ้นในแนวดึ่งและการเคลื่อนตัวของระยะกระจัดตามแนวราบอันเกิดจากทิศทางและกระแสลม ทั้งนี้เพื่อภารกิจการตามเก็บกู้ โดยองค์ความรู้ที่สำคัญและเกี่ยวข้องกับการกำหนดภารกิจและทดสอบด้วยแพลตฟอร์มบอลลูนระดับสูง จะได้ถูกอธิบายในบทความนี้พร้อมทั้งการดำเนินการทดลองบางส่วนจากผู้ศึกษากับการใช้แพลตฟอร์มบอลลูนระดับสูง เพื่อการทดสอบต้นแบบจำลองทางวิศวกรรมของดาวเทียมคิวบ์แซทขนาด 1U (KMITL-CubeSat) ให้ได้เห็นภาพของการนำไปประยุกต์ใช้งานกับการทดลองและทดสอบอื่นๆ ในงานและภารกิจทางด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและวิศวกรรมศาสตร์ในด้านอื่น ๆ ต่อไป

เอกสารอ้างอิง

Chaisita, T., Nakorn, T. N., Prathetrat, C., Sutthikarn, P., Chivapreecha, S., & Trirat, A. (2020). Development of High-Altitude Balloon Tracking by APRS System. ECTI CARD 2020,Nakornsawan, Thailand. (in Thai)

Cross, R. (2007). Aerodynamics of a Party Balloon. The Physics Teacher, 45(6), 334-336. https://doi.org/10.1119/1.2768686

Gallice, A., Wienhold, F. G., Hoyle, C. R., Immler, F., & Peter, T. (2011). Modeling the ascent of sounding balloons: derivation of the vertical air motion. Atmos. Meas. Tech., 4(10), 2235-2253. https://doi.org/10.5194/amt-4-2235-2011

Kerry, T. N., Kim, M. A., Matthew, K. H., & Alexey, A. P. (2007). Aerodynamic and Mission Performance of a Winged Balloon Guidance System. Journal of Aircraft, 44(6), 1923-1 9 3 8 . https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/1.31922

Kusonthammarat, T., Thepsittha, T., & Sutthikarn, P. (2016). Design and Implementation of CubeSat Engineering Model and Channel Coding Department of Telecommunications Engineering.Faculty of Engineer, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabnag. (in Thai)

McKaig, J., Caro, T., Hyer, A., Talburt, E. D., Verma, S., Cui, K., Boguraev, A.-S., Heit, M., Johnson, A., Johnson, E., Jong, A., Shepard, B., Stankiewiz, J., Tran, N., & Rask, J. (2019). A High-Altitude Balloon Platform for Space Life Sciences Education. Gravitational and Space Research, 7(1), 62-6 9 . https://doi.org/10.2478/gsr-2019-0007

Roeksukrungrueang, C. (2016). The CubeSat Engineering Model and Improvement of Power Consumption using Adjustable Code Rate Convolution Code Department of Telecommunications Engineering.Faculty of Engineer, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabnag. (in Thai)

Safonova, M., Nayak, A., Sreejith, A. G., Mathew, J., Sarpotdar, M., Ambily, S., Nirmal, K., Talnikar, S., Hadigal, S., & Prakash, A. (2015). An overview of high-altitude balloon experiments at the Indian Institute of Astrophysics. Astronomical and Astrophysical Transactions, 29(3), 397-426. https://doi.org/10.48550/arXiv.1506.01538

Shane, L. L., John, C. A., & William, A. H. (2009). The first frontier: High altitude ballooning as a platform for student research experiences in science and engineering. American Journal of Physics, 77(6), 489-497. https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.3097775

Sitha, W., Sutthikarn, P., & Chivapreecha, S. (2020). Simulation Software Development for Mission Planning of Science/Engineering Testing Using with High-Altitude Balloon. ARUCON2020, Ayutthaya, Thailand.

Smith, T. P. (2 0 1 2 ) . Balloon Calculations.https://northstar-www.dartmouth.edu/~klynch/pmwikigc/uploads/BalloonCalulations.pdf

Sutthikarn, P., Chivapreecha, S., Sitha, W., Jongsataporn, T., & Trirat, A. (2020). Automatic Position Reporting System for Miniaturized Satellite Experiment Using High-Altitude Balloon. 2020International STEM Education Conference (iSTEM-Ed 2020), Huahin, Thailand.

Techavijit, P. (2020). Practical Ground-Space Communication Network for Miniaturized Satellites Department of Electrical Engineering.Faculty of Engineer, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabnag. (in Thai)

Techavijit, P., Chivapreecha, S., Sukchalerm, P., & Wongphuangfuthaworn, N. (2016). Suitable altitude for long-operated communication high altitude balloon with experimental flights. 2016-8th International Conference on Knowledge and Smart Technology (KST), Chiangmai, Thailand.

Techavijit, P., Chivapreecha, S., Sukchalerm, P., & Plodpai, A. (2016). CubeSat image transmission in JPEG compression: An experiment on high altitude platform[Paper presentation]. the 2016-8th International Conference on Knowledge and Smart Technology (KST).

Techavijit, P., Sukchalerm, P., Wongphuangfuthaworn, N., Plodpai, A., Manuthasna, S., & Chivapreecha, S. (2018). Internet Network in Space for Small Satellites: Concept and Experiments. Sensors and Materials, 30(10), 2295-2311. https://doi.org/10.18494/SAM.2018.1854

Thaheer, A. S. M., & Ismail, N. A. (2017). Mission design and analysis of USM high-altitude balloon. Journal of Mechanical Engineering (JMechE), 14(2), 62-92.