สัญญาณวิทยุจะไปไกลจากโลกแค่ไหนขึ้นอยู่กับอะไรครับ?

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นหนึ่งในแรงทั้ง 4 แรงธรรมชาติครับ

โดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หรือ สัญญาณวิทยุ นี้  จะไปได้ไกลไม่มีขีดจำกัดครับ
สัญญาณวิทยุเคลื่อนที่ไปได้ในอวกาศโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง และไม่มีขีดจำกัด
ดังนั้น การติดต่อสื่อสารระหว่างโลกกับยานอวกาศ จะจำกัดแค่อุปกรณ์รับส่งเท่านั้นครับ

1. สัญญาณวิทยุจะไปไกลจากโลกแค่ไหนขึ้นอยู่กับอะไรครับ?
- ขึ้นอยู่กับ Power เครื่องส่ง และ จานสายอากาศครับ
  หากส่งด้วยกำลังส่งที่สูงมาก ๆ สัญญาณก็จะไปได้ไกล
  ดังนั้น ชุดเครื่องส่งบนพื้นโลกจะต้องออกแบบอย่างดีที่สุด
  เพื่อให้สามารถส่งสัญญาณไปได้ไกล และ แม่นยำครับ
  เพราะข้อจำกัดเรื่องพลังงานนั้นไม่มี จะลงทุนเท่าใดก็ได้ให้ดีที่สุด

2. และสัญญาณวิทยุที่รับส่งไปกลับระหว่างโลกกับยานอวกาศ จะสามารถรับส่งข้อมูลได้ไกลแค่ไหนขึ้นอยู่กับอะไรบ้างครับ
- ก็ตามข้อ 1. เป็นหลักเลยครับ
  เพราะระบบสื่อสารบนยานอวกาศ หรือ Probe ใด ๆ นั้นจะมีข้อจำกัดเรื่องพลังงานมาก
  ส่งได้เพียงไม่กี่วัตต์เท่านั้น  ดังนั้นสถานีบนโลกจะต้องมีเครื่องมืออย่างดีที่สุด
  เพื่อสื่อสารกับ Probe เหล่านี้ได้ดีครับ

ผมขอเพิ่มข้อมูลเรื่อง Deep Space Network ให้นะครับ  อาจจะยาวหน่อยนะครับ ถือว่าแถมแล้วกัน


  DSN คือระบบสื่อสารด้วยจานสายอากาศขนาดยักษ์ที่มีตำแหน่งจานรับสัญญาณ 3 จุดบนโลก
ออกแบบมาเพื่อสื่อสารกับ Probe อวกาศที่เราส่งไปทั้งหมด ตั้งแต่ Pioneer , Voyager ---- ไปจนถึง
Probe ใหม่ ๆ ที่ส่งไปใม่นานมานี้ เช่น Cassini , New Horizon , Juno  ฯลฯ
ตามภาพนี้คือตำแหน่งของสถานี DSN  3 จุด  ที่ California ,USA  -  Madrid ,Spain  -  Canberra ,Australia


ในแต่ละสถานีจะครอบคลุมมุมต่าง ๆ ในอวกาศจนหมด ตามภาพนี้ครับ
  

จาน Parabola ที่รับสัญญาณจาก space probe แสนไกลเหล่านี้จะมีขนาดใหญ่มากครับ
เส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ถึง 70 - 90 เมตร ซึ่งจานใหญ่ระดับนี้จะมีเกณฑ์ขยายสัญญาณสูงมาก (ท้งรับ - ส่ง)
จึงสามารถรับสัญญาณอ่อน ๆ จาก space probe พวกนี้ได้ครับ  เพราะ probe หลายตัว
ก็อยู่ห่างออกไปในหน่วย "พันล้าน" กิโลเมตรจากเราครับ
และกำลังส่งของสถานี DSN ทั้ง 3 ที่ก็จะสูงมากเฉลี่ย 20,000 - 50,000 วัตต์
เพื่อให้แน่ใจว่าจะยังคงประสิทธิภาพสูงอยู่ แม้ระยะทางจะไกลนับพันล้านกิโลเมตร

ภาพจานรับสัญญาณขนาด 70 เมตร ที่  Goldstone Deep Space Communications Complex


  Space probe ที่เรารู้จักกันดีอย่าง Voyager 1 , 2  และ Cassini
จะส่งสัญญาณกลับโลกด้วยกำลังเพียง 20 - 30 วัตต์เท่านั้น แต่ส่งด้วยจาน parabola
ที่มีเกณฑ์ขยายสูง 30 - 40 dbi  ซึ่งด้วยกำลังขยายขนาดนี้ทำให้กำลังส่ง 20 วัตต์
สามารถไปได้ไกลเพียงพอครับ   เพราะว่าจาน parabola ที่มีกำลังขยายระดับ 30 - 40 db นี้
จะหมายถึง factor ตัวคูณมากถึง 40,000 - 50,000 เท่าทีเดียวครับ
นั่นคือตัวส่งสามารถส่งแค่ 20 วัตต์  แต่พอส่งกำลังไปที่จาน parabola
แล้ว กำลังส่งแบบ effective power จะสูงขึ้นเป็น "ล้านวัตต์" ได้เลย
โดยมีการ beam จี้ทิศทางไปที่โลกเท่านั้น และรับสัญญาณด้วย DSN ตามที่อธิบายไป


สาเหตุที่ Probe เหล่านี้ส่งด้วยกำลังแค่ 20 วัตต์ เพราะว่าภาคจ่ายไฟของ Probe
สามารถจ่ายไฟได้จำกัดมาก โดยจะใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าความร้อนจากนิวเคลียร์
สามารถจ่ายไฟได้เพียงไม่กี่ร้อยวัตต์  และการส่งสัญญาณระยะไกลแบบนี้ จะส่งด้วย Bit rate ต่ำมากครับ
อย่าง Voyager นั้นส่งด้วย bit rate เพียง 1400 bps (บิทต่อวินาที) เท่านั้น
หรืออย่าง Cassini ก็ดีขึ้นมาหน่อยที่ 166Kbps (กิโลบิต ต่อ วินาที)
เทียบกับที่เราเล่น Net กันที่ 10 Mbps แล้วน้อยกว่าเป็นพัน ๆ เท่า

ตัวอย่างภาพดาวเสาร์ และ จุดน้ำเงินเล็ก ๆ ของโลก (ตามศรชี้) จาก Probe Cassini
ภาพนี้ส่งด้วย data rate 166Kbps จากดาวเสาร์ในระยะไกลจากโลกถึง 1,500 ล้าน กิโลเมตร