การสำรวจทรัพยากรน้ำในชั้นดินเป็นอีกหนึ่งสิ่งสำคัญในงานด้านการเกษตร โครงการ SNoOPI ซึ่งเป็นดาวเทียม CubeSat ขนาดเท่าก้อนขนมปังได้ใช้คลื่นวิทยุในย่านความถี่ที่เป็นไปไม่ได้ในการสำรวจความชื้นในดินเพื่อทำแผนที่ทั่วทั้งโลก ใช้ในการวางแผนการเกษตรและรับมือกับความเปลี่ยนแปลงจากสภาวะโลกร้อน

ภาพถ่ายดาวเทียม SNoOPI ภายในห้อง Clean Room ถ่ายคู่กับนักวิจัยเจ้าของโครงการ

โดยปกติแล้วรากของต้นไม้จะแผ่ขยายและดูดซึมน้ำในช่วงระดับความลึกไม่เกิน 30 เซนติเมตร การจะทำแผนที่ปริมาณน้ำใต้ดินในช่วงความลึก 30 เซนติเมตรนั้นเป็นสิ่งที่เป็นไปได้โดยการใช้คลื่นวิทยุที่อยู่ในช่วงความถี่ P-Band (225–390 เมกะเฮิรตซ์) แต่การจะใช้คลื่นความถี่นี้ในการศึกษาระดับความชื้นในชั้นดินจะไปซ้อนทับกับช่วงคลื่นความถี่เดียวกับที่ใช้ในงานด้านโทรคมนาคมช่วง VHF และ UHF และคลื่นของสัญญาณสื่อสารทางการทหาร จึงไม่สามารถศึกษาระดับน้ำใต้ดินด้วยคลื่นความถี่ P-Band ได้ ดาวเทียมในโครงการสำรวจและทำแผนที่ระดับความชื้นในดิน เช่น SMAP จึงเลือกใช้คลื่นในช่วง L-Band ซึ่งเป็นช่วงความถี่ที่สูงกว่า P-Band ในการสำรวจระดับความชื้นในดิน ซึ่งคลื่น L-Band นั้นสามารถเดินทางผ่านชั้นความลึกของดินได้น้อยกว่า P-Band ถึง 4 เท่า ทำให้ข้อมูลความชื้นในพื้นที่ที่ซับซ้อนอย่างในป่าหรือภูเขานั้นประสบปัญหาในการวิเคราะห์ข้อมูลและไม่สามารถบอกสภาพของระดับน้ำใต้ดินได้อย่างถูกต้อง

แผนภาพสดงการทำงานของ SNoOPI

Signals of Opportunity P-Band Investigation (SNoOPI) เป็นโครงการดาวเทียม CubeSat เพื่อใช้ในการสำรวจทรัพยากรน้ำใต้ดินผ่านการใช้งานคลื่นความถี่ P-Band โดยดาวเทียมดวงนี้ไม่ได้เลือกใช้วิธีในการปล่อยสัญญาณ P-Band เหมือนกับวิธีการสำรวจทั่วไป แต่เลือกใช้วิธีในการให้ดาวเทียมสื่อสารปล่อยคลื่นในช่วง P-Band ตามปกติแล้วตัวดาวเทียม SNoOPI ทำหน้าที่ดักสัญญาณที่ถูกปล่อยจากดาวเทียมสื่อสารมาทำการเทียบกับสัญญาณจากดาวเทียมนั้น ๆ ที่ถูกสะท้อนกลับจากพื้นผิวของโลก

วิธีการนี้เป็นไปได้โดยการตรวจสอบความแตกต่างระหว่างสัญญาณที่ถูกปล่อยจากดาวเทียมเทียบกับลักษณะสัญญาณที่สะท้อนกลับมาจากพื้นผิวของโลก ซึ่งสัญญาณที่เดินทางสะท้อนกลับมาจากพื้นโลกนั้น ตัวสัญญาณจะเดินทางสะท้อนกลับมาจากการเดินทางเข้าไปในชั้นดินลึกประมาณ 30 เซนติเมตรพอดี ซึ่งเป็นน้ำที่อยู่ในดินนั้นจะดูดซับคลื่นบางส่วนไม่ให้ถูกสะท้อนกลับขึ้นไปยังอวกาศ จึงสามารถประเมินลักษณะของสัญญาณเพื่อทำการวิเคราะห์ปริมาณของระดับความชื้นในดินได้

ภาพจำลองดาวเทียม SNoOPI

ตัวดาวเทียม SNoOPI ที่ทำหน้าที่คอยรับสัญญาณจากดาวเทียมสื่อสารและพื้นโลกจึงไม่มีความจำเป็นที่จะต้องมีขนาดใหญ่ มันขนาดเล็กเท่ากับ CubeSat ขนาดเพียง 6U (30 x 20 x 10 เซนติเมตร) หรือราว ๆ ขนาดพอ ๆ กับขนมปังแถวสองแถวเท่านั้นเท่านั้น

การวิเคราะห์ระดับความชื้นในดินในชั้นรากไม้นั้นมีความสำคัญกับการทำการเกษตรมาก มันช่วยให้เราสามารถจัดสรรพื้นที่เพื่อใช้ในการเกษตร เพิ่มความมั่นคงทางอาหาร และช่วยในการบริหารทรัพยากรผืนดินให้เหมาะสม ลดการใช้น้ำอย่างสิ้นเปลืองในภาคการเกษตร และการวางแผนการจัดการน้ำในอนาคต นอกจากนี้ด้วยคลื่น P-Band สามารถทะลุทะลวงชั้นดินได้สูงในชั้นดินปกติแล้ว มันยังสามารถทะลุทะลวงลงไปในพื้นที่ที่ซับซ้อนอย่างพื้นที่ป่า ทำให้สามารถสำรวจปริมาณความชื้นภายในพื้นที่ป่าต่าง ๆ และการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำใต้ดินได้

แผนภาพสดงการทำงานของ SNoOPI

นอกจากนี้ตัว SNoOPI ยังสามารถตรวจวัดระดับความหนาของชั้นหิมะที่สะสมบนภูเขาสูงได้อีกด้วย เนื่องจาก P-Band มีคุณสมบัติในการทะลุทะลวงชั้นหิมะได้ดี ซึ่งหิมะเป็นต้นกำเนิดของแม่น้ำหลักหลายสายของโลก เช่น แม่น้ำสาละวิน แม่น้ำสินธุ แม่น้ำคงคา แม่น้ำโขง แม่น้ำแยงซี และแม่น้ำเหลือง ทั้งหมดนั้นล้วนมีต้นกำเนิดมาจากการละลายของน้ำแข็งจากเทือกเขาหิมาลัย การที่เราสามารถสำรวจปริมาณหิมะบนพื้นโลกได้จึงเป็นข้อมูลชั้นดีในการประเมินและคาดการณ์ปริมาณน้ำสำรองเพื่อใช้ในการอุปโภคและบริโภค

NASA SNoOPI from StateofIsrael

ดาวเทียมขนาดเล็กและดาวเทียมในกลุ่ม CubeSat กำลังมีบทบาทมากขึ้นในงานด้านอวกาศ ทั้งงานด้านวิทยาศาสตร์และการพาณิชย์ เนื่องจากดาวเทียมขนาดเล็กนั้นมีต้นทุนที่ต่ำ ทำให้สามารถโฟกัสเงินทุนด้านการวิจัยไปกับเทคโนโลยีใหม่ ๆ ได้มากขึ้น เช่น การทดลองสาธิตเทคโนโลยีการสื่อสารผ่านทางเลเซอร์ หรือแม้แต่การทดลองกล้องโทรทรรศน์เพื่อการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ดาวเทียม CubeSat จึงเป็นดาวเทียมอีกกลุ่มที่น่าจับตามองที่สุดวงการหนึ่งในตลาดดาวเทียมทั่วโลก และมันสามารถสร้างสรรค์ผลงานใหม่ ๆ ให้เห็นได้เสมอ

เรียบเรียงโดย : จิรสิน อัศวกุล
ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์ พิสูจน์อักษร

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล : NASA, NASA, youtube

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

SNoOPI โครงการดาวเทียม CubeSat สำรวจความชื้นในดิน