ดาวเทียมธีออสเป็นดาวเทียมสำรวจทรัพยากรธรรมชาติดวงแรกของประเทศไทยใช้สำหรับปฏิบัติภารกิจในการถ่ายภาพ โดยใช้วิทยาการของการสำรวจจากระยะไกลหรือรีโมทเซนซิ่ง (Remote Sensing: RS) ซึ่งอาศัยการรับคลื่นแสงสะท้อนของดวงอาทิตย์จากผิวโลก ดาวเทียมธีออสประกอบด้วยกล้องถ่ายภาพขาวดำ และกล้องถ่ายภาพสี ซึ่งอยู่ในส่วนของอุปกรณ์ถ่ายภาพ หรือเพย์โหลดและส่วนควบคุมสนับสนุน ดาวเทียมธีออสใช้ระบบการรับส่งสัญญาณข้อมูลย่านความถี่เอสที่อยู่ในช่วง ๒ ถึง ๔ กิกะเฮิรตซ์ และย่านความถี่เอ็กซ์ ในช่วง ๘ ถึง ๑๒ กิกะเฮิรตซ์ อุปกรณ์ต่างๆ ถูกพัฒนาจากบริษัทในประเทศฝรั่งเศส ซึ่งเทคโนโลยีที่นำมาประยุกต์ใช้ทั้งหมดนั้นมีใช้งานอยู่ในดาวเทียมอื่นๆ ด้วย อาทิ ดาวเทียมในตระกูล สปอท (SPOT) ดาวเทียมเปลอยาด (PLEIADES Satellite) เป็นต้น

         THEOS satellite is first optical remote sensing satellite for Thailand which is fully operated by the Geo-Informatics and Space Technology Development Agency (GISTDA), Ministry of Science and Technology. It was developed on LEOSTAR 500 XO platform where concerned technologies have been used in former French observation programs. Those are SPOT (Le Systeme Probatoire d’ Observation de la Terre 5: SPOT5) and PLEIADES. Technically, its communication system bases on both frequency range of S-band (2-4 GHz) and X-band (8-12 GHz). With the assigned function, that s-band frequency is used for ground communication purpose. Meanwhile for payload data management, X-band frequency channel is selected.  

         ดาวเทียมธีออสประกอบด้วยส่วนการทำงานที่สอดรับกันสองส่วนได้แก่ ส่วนอุปกรณ์ถ่ายภาพ หรือเพย์โหลด (Payload) และส่วนควบคุมสนับสนุน หรือบัส (Bus) โดยส่วนเพย์โหลดทำหน้าที่ในการถ่ายภาพประกอบด้วยอุปกรณ์กล้องถ่ายภาพและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้อง ในขณะที่ส่วนบัสทำหน้าที่สนับสนุนการทำงานในทุก ๆ ด้านเพื่อการปฏิบัติภารกิจการถ่ายภาพตามที่กำหนด ดังแสดงในรูปที่ ๓.๑

          ๓.๑ ส่วนเพย์โหลดประกอบด้วย

         ก) กล้องถ่ายภาพขาวดำ (Panchromatic telescope) หนึ่งกล้องซึ่งให้ความละเอียดของจุดภาพที่ ๒ เมตร(m) และความกว้างของแนวถ่ายภาพที่ ๒๒ กิโลเมตร(Km)
          ข) กล้องถ่ายภาพสี (Multispectral camera) หนึ่งกล้องซึ่งให้ความกว้างของแนวถ่ายภาพสูงที่ ๙๐ กิโลเมตร และ ความละเอียดของจุดภาพที่ ๑๕ เมตร
          ค) อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้อง หรือหน่วยประมวลผลจากการถ่ายภาพพร้อมอุปกรณ์สำรอง ซึ่งทำหน้าที่จัดการสัญญาณภาพ โดยการแปลงสัญญาณ การบีบอัด และแปลงรูปแบบการจัดเก็บและส่งข้อมูลภาพ

       สำหรับกล้องถ่ายภาพสีนั้นเลือกใช้เลนส์หักเหแสง (Refractive lens) ในลักษณะเดียวกับที่ใช้ในกล้องถ่ายภาพสเตอริโอรายละเอียดสูง (High Resolution Stereo: HRS) ของดาวเทียมสปอท ๕ (Le Systeme Probatoire d’ Observation de la Terre 5: SPOT5) ในขณะที่กล้องถ่ายภาพขาวดำนั้น ได้ใช้เทคโนโลยีจากที่ได้ใช้งานกับดาวเทียมสำรวจทรัพยากรธรรมชาติ และดาวเทียมสำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ดวงอื่น ๆ สำหรับอุปกรณ์ชุดอิเล็กทรอนิกส์ย่อยที่ติดตั้งอุปกรณ์แปลงสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า (CCD detectors) ไว้ภายในที่ระยะโฟกัส (Focus) ก็เป็นชุดอิเล็คทรอนิกส์ย่อยเดียวกันกับที่ใช้ในดาวเทียม SPOT 5

          ๓.๒ ส่วนบัส

          ซึ่งทำหน้าที่สนับสนุนงานในส่วน เพย์โหลดนั้นทำหน้าที่ดังต่อไปนี้

        ก) ส่วนจัดการข้อมูลภาพ (Payload Data Management) ทำหน้าที่จัดเก็บภาพถ่ายดาวเทียมชั่วคราว แปลงสัญญาณดิจิทัลโดยกระบวนการปรับเฟส ปรับความถี่เพื่อส่งสัญญาณและส่งข้อมูลภาพถ่ายกลับสู่สถานีภาพพื้นดินผ่านสายอากาศย่านความถี่เอ็กซ์หรือเอ็กซ์แบนด์ (X-band) ซึ่งใช้งานอยู่ในช่วง ๘ ถึง ๑๒ กิกะเฮิรตซ์ (GHz) (ช่วงความถี่กลางที่ ๘.๑๔๐ กิกะเฮรตซ์)
        ข) ระบบการสื่อสารภาคพื้นดิน (Ground Communication) ติดต่อกับสถานีควบคุมดาวเทียมผ่านทางสายอากาศย่านความถี่เอส หรือเอสแบนด์ (S-band) ซึ่งใช้งานอยู่ในช่วง ๒ ถึง ๔ กิกะเฮิรตซ์ (ช่วงความถี่กลางสำหรับส่งและรับสัญญาณที่ ๒.๒๑๑ และ ๒.๐๓๖ กิกะเฮิรตซ์) ที่มีชุดสำรองติดตั้งในด้านตรงข้ามของดาวเทียม ทั้งนี้เพื่อรับคำสั่งและส่งข้อมูล ซึ่งเป็นข้อมูลรายงานสถานะของระบบและอุปกรณ์ ต่าง ๆ บนดาวเทียม
        ค) ส่วนจัดการข้อมูลบนดาวเทียม (Data Handling) จัดการข้อมูลต่าง ๆ ของดาวเทียม โดยอาศัยระบบบัสภายใน และระบบคอมพิวเตอร์ (On Board Computer)
        ง) แหล่งกำเนิดพลังงานไฟฟ้า (Power Generation) กำเนิดพลังงานไฟฟ้าโดยแผงพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดหลักและแบตเตอรี่เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้ารอง ทั้งนี้มีการปรับระดับกำลังไฟฟ้าให้เพียงพอต่อการใช้งานภายในระบบดาวเทียม รวมถึงเปิดปิดการจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ดาวเทียมต่าง ๆ โดยอุปกรณ์ควบคุมการส่งถ่ายกำลังไฟฟ้า หรือดีอาร์ยู (Distribution Regulation Unit : DRU)
        จ) ระบบควบคุมอุณหภูมิ (Thermal Control) ควบคุมอุณหภูมิของอุปกรณ์ต่าง ๆ ให้อยู่ในระดับที่ทำงานอย่างสมบูรณ์ได้
       ฉ) ระบบควบคุมการเอียงตัวและปรับวงโคจรดาวเทียม (Attitude and Orbit Control) ควบคุมการเอียงตัวของดาวเทียมตามภารกิจการถ่ายภาพที่กำหนดและตามคุณลักษณะของการวางตัวของดาวเทียมตามโหมดการทำงานต่างๆของดาวเทียม โดยอาศัยอุปกรณ์ตรวจวัดการเปลี่ยนแปลง ของมุมการเอียงตัวอาทิ อุปกรณ์วัดอัตราการเปลี่ยนแปลงเชิงมุมของดาวเทียม(Initial Reference Unit) และอุปกรณ์วัดมุมการเอียงตัวของดาวเทียม (Star Tracker) อุปกรณ์ตรวจวัดแสงอาทิตย์ (Bi-Axis Sun Sensors) อุปกรณ์ตรวจวัดสนามแม่เหล็กโลก(Magnetometer) และอุปกรณ์ขับเคลื่อนเพื่อการเอียงตัว อาทิ อุปกรณ์สร้างแรงขับโดยอาศัยสนามแม่เหล็กโลก (Magnetic torquers) อุปกรณ์สร้างแรงขับโดยอาศัยการควบคุมการเปลี่ยนแปลงทางโมเมนตัมเชิงมุม (Wheels or Reaction wheels) และระบบสร้างแรงขับเพื่อการปรับแต่งวงโคจรโดยการปล่อยแรงดันจากถังเชื้อเพลิง (Propulsion system)
 
        สำหรับส่วนบัสที่ใช้สำหรับดาวเทียมธีออสคือบัสรุ่นแอดโทแซท ๕๐๐ (Indian Astronomy Satellite Missio: AstroSAT 500) ซึ่งเป็นบัสที่ใช้ในดาวเทียมในระดับวงโคจรต่ำ [๑]

        ๓.๓ คุณลักษณะและประสิทธิภาพของดาวเทียมธีออส

        ดาวเทียมธีออสมีคุณลักษณะและประสิทธิภาพในส่วนต่าง ๆ ดังนี้

        ก) ส่วนระบบกล้องถ่ายภาพ (Instrument) กล้องถ่ายภาพขาวดำที่ผลิตจากซิลิกอนคาร์ไบด์ (Silicon Carbide: SiC) และกล้องถ่ายภาพสีที่พัฒนาจากกล้องเอชอาร์เอส(High Resolution Sensor: HRS)ของดาวเทียม SPOT 5 รวมทั้งหน่วยประมวลผลจากการถ่ายภาพพร้อมทั้งอุปกรณ์สำรอง สามารถรับภาพขาวดำที่มีขนาดความกว้างแนวถ่ายภาพ ๒๒ กิโลเมตร ความละเอียดจุดภาพ ๒ เมตรในแนวดิ่ง และภาพสีที่มีขนาดความกว้างแนวถ่ายภาพ ๙๐ กิโลเมตร ความละเอียดจุดภาพ ๑๕ เมตรในแนวดิ่ง
 
        ข) ส่วนจัดการข้อมูลภาพ (Payload Data Management) ความเร็วสำหรับการส่งข้อมูลภาพ ๑๒๐ เมกะบิตต่อวินาที ระบบส่งข้อมูลภาพย่านความถี่เอ็กซ์ หรือเอ็กซ์แบนด์ (X-band) และหน่วยความจำสำหรับบันทึกข้อมูลภาพ ๕๑ กิกะบิต (ประมาณ ๑๒๐ ภาพถ่าย)

        ค) ส่วนจัดการข้อมูลบนดาวเทียม (On-Board Data Handling) มีหน่วยจัดการและประมวลผล (On Board Management Unit) และระบบติดต่อสื่อสารกับสถานีควบคุมภาคพื้นดินย่านความถี่เอส หรือเอสแบนด์ (S-band)

        ง) ระบบควบคุมการเอียงตัวและปรับวงโคจรดาวเทียม (Attitude and Orbit Control) มีอุปกรณ์วัดการเปลี่ยนแปลงมุมการเอียงตัว (Gyrocompass Stellar or Gyro-Stellar) อุปกรณ์วัดตำแหน่งและความเร็ว (Global Positioning System receiver or GPS receiver) และอุปกรณ์ขับเคลื่อนเพื่อการเอียงตัวทั้งสามแกน รวมทั้งถังบรรจุเชื้อเพลิงไฮดราชิน (Hydrazine tank)

        จ) ระบบพลังงานไฟฟ้า(Electrical Power) แผงพลังงานแสงอาทิตย์แกลเลียมอาร์เซไนต์ (Gallium (III) Arsenide: GaAs) กำลังไฟฟ้า ๘๐๐ วัตต์ (Watt) ที่มีอายุการใช้งานดาวเทียม และมีความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมอิออน (Li-ion Battery) ๗๔ แอมแปร์ต่อชั่วโมง (Ampere-hour: Ah)

        ฉ) โครงสร้างดาวเทียม (Structure) เป็นโครงสร้างอลูมิเนียม (Aluminium) และแผงวางส่วนเพย์โหลด (Payload Interface plate)

        ช) ระบบควบคุมอุณหภูมิ (Thermal Control) มีส่วนบัสทำหน้าที่ควบคุมอุณหภูมิให้อยู่ในช่วงการทำงานและส่วนเพย์โหลดทำหน้าที่ควบคุมอุณหภูมิเพื่อความถูกต้องของแนวถ่ายภาพ

        ซ) ประสิทธิภาพ (Performance) น้ำหนัก ดาวเทียมมีขนาด ๗๕๐ กิโลกรัม (รวมน้ำหนักเชื้อเพลิงง ๘๒ กิโลกรัม) ความสามรถในการเอียงตัวถ่ายภาพคือบวกลบ ๕๐ องศา (+/- 50) โดยองศาสำหรับที่ประกันคุณภาพคือบวกลบ ๓๐ องศา (+/-30) และความคลาดเคลื่อนของแนวถ่ายภาพอันเนื่องจากอุปกรณ์ตรวจวัดภายในอยู่ที่ ๓๕๐ เมตร
 
        ๓.๔ หลักการและรูปแบบหรือโหมด (Mode) การทำงานของดาวเทียมธีออส
 
        หลักการและรูปแบบการทำงานของดาวเทียม ธีออสถูกออกแบบให้จำกัดอยู่ในสองโหมดคือ โหมดเอเอสเอช (Acquisition and Safe Hold mode: ASH mode) และโหมดเอ็นเอ็ม หรือโหมดปกติ (Normal mode: NM) โดยที่โหมด ASH ทำหน้าที่ในช่วงเริ่มต้นภายหลังจากทันทีที่ปลดดาวเทียมแยกออกจากจรวดนำส่ง และหลังจากแผงพลังงานแสงอาทิตย์ของดาวเทียมกางออก เพื่อปรับสภาวะการทำงานของดาวเทียม ให้พร้อมใช้งาน ติดต่อส่งสัญญาณระหว่างดาวเทียมกับสถานีภาคพื้นดิน และสำหรับโหมด NM นั้นทำหน้าที่ในกรณีที่เกิดความผิดปกติขึ้นในระบบดาวเทียมให้กลับเข้าสู่ภาวะปกติและพร้อมสำหรับการปฏิบัติภารกิจการถ่ายภาพต่อไป ซึ่งโหมดการทำงานต่างๆ สามารถแสดงได้ดังรูปที่ ๓.๒

        จากรูปที่ ๓.๒ ทันทีที่มีการปลดดาวเทียมแยกออกจากจรวดนำส่งนั้น แผงพลังงานแสงอาทิตย์เริ่มกางออกโดยอัตโนมัติ และระบบตรวจวัดระดับความเข้มของสนามแม่เหล็กโลกเริ่มทำงาน ทั้งนี้เพื่อปรับทิศทางการวางตัวของดาวเทียม โดยอัตโนมัติตามการออกแบบในโหมดการทำงานแบบ ASH สำหรับในโหมด ASH นั้นซึ่งเป็นโหมดตั้งต้นเริ่มทำงานภายหลังจากการปลดแยกจากจรวดนำส่งรวมถึงกรณีที่อุปกรณ์ดาวเทียมเกิดความผิดปกติเอง โดยโหมดดังกล่าวอาศัยอุปกรณ์ในการทำงาน อาทิ อุปกรณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า อุปกรณ์ตรวจวัดตำแหน่งของดวงอาทิตย์ และอุปกรณ์สร้างแรงขับโดยอาศัยการควบคุมการเปลี่ยนแปลงทางโมเมนตัมเชิงมุม ทั้งนี้เพื่อความปลอดภัยของระบบโดยรวมและความอัตโนมัติในตัวดาวเทียมที่พึ่งพิงพลังงานไฟฟ้าต่ำ ในโหมด ASH นี้ดาวเทียมสามารถปรับการวางตัวของตัวเองจากมุมตั้งต้นใดๆก็ตามให้เข้าสู่ทิศทางที่แน่นอนตามการออกแบบโดยแกนพิช (Pitch) (แกนพิชคือ หนึ่งในสามของแกนอ้างอิงของดาวเทียมตามกฎมือชวา ถ้ากางนิ้วออกทั้งสามนิ้วให้ตั้งฉากกันและให้นิ้วหัวแม่มือชึ้ขึ้น ซึ่งเรียกว่าแกนโรล (Roll) ส่วนนิ้วชี้ก็คือทิศทางของแกนพิช โดยนิ้วกลางคือทิศทางของหน้ากล้องถ่ายภาพ ซึ่งเรียกว่า แกนเยล (Yaw)) ของดาวเทียมตั้งฉากกับ วงโคจร ซึ่งดาวเทียมหมุนรอบแกนดังกล่าวครบหนึ่งรอบระหว่างโคจรเข้าสู่ซีกโลกหนึ่งที่เป็นเวลากลางคืน และแผงพลังงานแสงอาทิตย์ตั้งฉากกับทิศทางของแสงอาทิตย์เมื่อเข้าสู่ด้านหน้าของโลกที่เป็นเวลากลางวัน ทั้งนี้โดยการออกแบบดาวเทียม สามารถปรับการวางตัวเพื่อหาทิศทางของแสงอาทิตย์ได้ภายใน สองวงโคจรภายหลังจากการปลดแยก
 
        หลังจากดาวเทียมเข้าสู่โหมด ASH แล้วนั้น ดาวเทียมเคลื่อนตำแหน่งเข้าสู่สภาวะการติดต่อรับส่งสัญญาณระหว่างดาวเทียมกับสถานีภาคพื้นดิน จากนั้นดาวเทียมก็เคลื่อนตำแหน่งเข้าสู่โหมดการทำงาน NM ต่อไป สำหรับโหมดการทำงาน NM นั้น การวางตัวของดาวเทียมคล้ายคลึงกับ ASH mode เมื่ออยู่ด้านหน้าของโลก กล่าวคือแผงพลังงานแสงอาทิตย์ชี้ในทิศทางของดวงอาทิตย์(Sun Pointing) เมื่อไม่มีภารกิจถ่ายภาพระหว่างนั้น ทั้งนี้เพื่อการประจุแบตเตอรี่อย่างสมบูรณ์ก่อนเข้าสู่อีกด้านหนึ่งของโลกซึ่งปราศจากพลังงานจากแสงอาทิตย์ หากมีภาระกิจการถ่ายภาพ ดาวเทียมดำเนินการปรับการเอียงตัว เพื่อถ่ายภาพในตำแหน่งที่กำหนดและกลับเข้าสู่ทิศทางของดวงอาทิตย์ทันทีภายหลังจากเสร็จสิ้นภารกิจ สำหรับลักษณะการวางตัวของดาวเทียมเมื่อเข้าสู่ซีกโลกที่เป็นเวลากลางคืนนั้น เป็นไปในลักษณะ ที่หน้ากล้องถ่ายภาพชี้เข้าหาโลก (Earth pointing) ทั้งนี้เพื่อวัตถุประสงค์การส่งข้อมูลภาพกลับสู่สถานีภาคพื้นดิน โดยระบบส่งสัญญาณย่านความถี่เอ็กซ์ต่อไป สำหรับความอัตโนมัติของการวางตัวของดาวเทียมที่เกิดขึ้นนั้น เป็นไปตามข้อมูลในเชิงตำแหน่งและความเร็วที่วัดได้จากอุปกรณ์กำหนดตำแหน่งบนพื้นโลกหรือจีพีเอส (Global Positioning System: GPS) และข้อมูลในเชิงการเปลี่ยนแปลงมุมการวางตัวจากอุปกรณ์วัดมุมการเอียงตัวของดาวเทียม

          ระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลก หรือจีพีเอส (Global Positioning System: GPS) เป็นระบบที่ให้ข้อมูลทางด้านตำแหน่ง ความเร็ว รวมถึง ทิศทางการเคลื่อนที่ ซึ่งระบบดังกล่าวอาศัยดาวเทียมอย่างน้อย ๒๔ ดวงโคจรรอบโลกในลักษณะเครือข่าย เพื่อให้ครอบคลุมการเข้าถึงสัญญาณของดาวเทียมโดยเครื่องรับสัญญาณทั่วทุกมุมโลก ทั้งนี้เครื่องรับสัญญาณทำหน้าที่ประมวลผลจากสัญญาณดาวเทียมที่ ได้รับเพื่อใช้ในการสังเคราะห์ข้อมูลพิกัด ความเร็ว ทิศทาง และ เวลา อนึ่งดาวเทียมธีออสได้ใช้ระบบดังกล่าวโดยการติดตั้งเครื่องรับสัญญาณ GPS นี้เพื่อการระบุตำแหน่งและความเร็วของดาวเทียมธีออสในวงโคจรซึ่งใช้ในการคาดหมายช่วงเวลาในการติดต่อกับสถานีควบคุมดาวเทียมธีออส สถานีรับสัญญาณภาพถ่ายดาวเทียมจากทั่วโลก รวมถึงเพื่อใช้ในการตรวจตราการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรวงโคจรของดาวเทียมธีออสให้อยู่ในกรอบที่ยอมรับได้
 

                     ตารางที่ ๕.๑ เหตุการณ์สำคัญของวิทยาการดาวเทียมที่ใกล้เคียงกับดาวเทียมธีออส

[๑] C. Bousquet D.Trillard and D.Radola. THEOS system Justification Report. Astrium, 2004.