การติดต่อสื่อสารสะท้อนพื้นผิวดวงจันทร์

การติดต่อสื่อสารสะท้อนพื้นผิวดวงจันทร์ () มักเรียกกันสั้น ๆ ว่า EME หมายถึงการติดต่อสื่อสารโดยการส่งสัญญาณวิทยุจากโลกไปสะท้อนพื้นผิวของดวงจันทร์กลับมายังโลก ซึ่งพื้นผิวของดวงจันทร์จะสะท้อน คลื่นวิทยุคล้ายกับการติดต่อสื่อสารย่าน HF ที่ใช้ชั้นบรรยากาศสะท้อนคลื่นวิทยุเพื่อช่วยในการติดต่อสื่อสารให้สามารถเกิดขึ้นได้ แต่การใช้ดวงจันทร์สะท้อนคลื่นวิทยุนั้นมีความยากกว่ามาก เนื่องจากดวงจันทร์อยู่ห่างจากโลกมาก ทั้งยังมีการลดทอนสัญญาณที่ผ่านชั้นบรรยากาศ และปัจจัยอื่น ๆ อีกหลายอย่าง ดังนั้นการติดต่อ EME นับได้ว่าเป็นความท้าทายอย่างมากของ นักวิทยุสมัครเล่นที่จะทดลอง

เกี่ยวกับดวงจันทร์ 
 เป็นดาวบริวารของโลก ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 384,400 กิโลเมตร
 มีรัศมีความกว้างประมาณ 3,476 กิโลเมตร
 จะมีขนาดใหญ่ที่สุดในช่วงที่ขึ้นและตก
 โคจรรอบโลกใช้เวลาประมาณ 27 วัน
 การครบรอบของจันทร์เต็มดวงจะใช้เวลาประมาณ 29 วันหรือราว 1 เดือน

เกี่ยวกับสภาพอากาศ 
 ถ้าหันสายอากาศทิศทางที่มี Beam width 15 องศา/-3 dB ไปที่ดวงจันทร์ และส่งสัญญาณขึ้นไป ประมาณ 0.1% ของสัญญาณจะกระทบผิวดวงจันทร์ และอีก 99.9% จะหลุดหายไปในอวกาศ (ไม่ถูกดวงจันทร์)
 ดวงจันทร์จะสะท้อนสัญญาณกลับประมาณ 7% ของสัญญาณที่กระทบผิวดวงจันทร์
 อัตราการสูญเสียระหว่างทาง (Path Loss) จากโลกไปดวงจันทร์และกลับมายังโลกอีกครั้ง (Earth-Moon-Earth) มีค่าประมาณ 252.5 dB ที่ความถี่ 144 MHz (อัตราการสูญเสีย 3dB หมายถึงสูญเสียไปประมาณ 50% หรือส่งไป 10 วัตต์จะเหลือประมาณ 5 วัตต์เท่านั้น) ซึ่งอัตราการสูญเสียนี่จะเปลี่ยนไปในแต่ละเดือน เพิ่มขึ้นหรือลดลง 1 dB
 การเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศของคลื่นวิทยุจะมีการเปลี่ยน Polarization ซึ่งคาดเดาไม่ได้ ทำให้มีการสูญเสียอีกประมาณ 20-30 dB
 Cosmic noise หรือ Sky noise ที่ความถี่ต่ำว่า 1000 MHz จะมีค่าอยู่ระหว่าง 150 – 7000 แคลวิน ซึ่งการที่จะติดต่อ EME ได้สำเร็จในย่าน 144 MHz Sky noise จะต้องต่ำกว่า 500 แคลวิน
 การเดินทางของคลื่นวิทยุจากโลกไปยังดวงจันทร์และกลับมายังโลกอีกครั้งใช้เวลาประมาณ 2.5 วินาที
 Phase หรือเห็นดวงจันทร์ไม่เต็มดวง ไม่มีผลใด ๆ สำหรับการติดต่อ EME

ข้อมูลเกี่ยวกับดวงจันทร์ต่าง ๆ เหล่านี้ นับว่าสำคัญมากสำหรับการติดต่อสื่อสาร EME ให้ประสบความสำเร็จ นอกเหนือจากอุปกรณ์ที่จะต้องมีความพร้อมอย่างมากแล้ว

อุปกรณ์ที่จำเป็น 

อุปกรณ์แต่ละชนิดที่นำมาใช้จะต้องมีการคัดเลือกและดูแลเป็นอย่างดี เพื่อเพิ่มโอกาสการประสบความสำเร็จของการติดต่อ EME

สายอากาศและสายนำสัญญาณ 
สายอากาศที่ใช้ต้องเป็นสายอากาศชนิดทิศทางที่มีอัตราขยายสูง และถ้าเป็นสายอากาศที่ได้ออกแบบมาให้ใช้สำหรับ EME โดยเฉพาะจะยิ่งมีประสิทธิภาพมาก โดยเฉลี่ยของสถานี EME จะใช้สายอากาศที่มีอัตราขยายไม่ต่ำกว่า 18 dBd ซึ่งต้องใช้การ Array กันของสายอากาศทิศทางหลาย ๆ ต้น เช่น Yagi 17 elements จำนวน 4 ต้น แต่ในบางครั้งก็สามารถใช้สายอากาศทิศทางเพียงต้นเดียวก็สามารถติดต่อได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับคู่สถานีที่ติดต่อด้วย

สายนำสัญญาณก็มีความสำคัญไม่น้อยไปกว่าสายอากาศ เนื่องจากสัญญาณที่สะท้อนกลับมาจากดวงจันทร์ที่อาจรับได้นั้นมีความอ่อนมาก เพราะมีการสูญเสียไประหว่างทางมาก เราควรเลือกใช้สายนำสัญญาณที่มีอัตราการสูญเสียต่ำที่สุดเท่าที่จะทำได้ ควรเป็นสายแบบ Hard Line อาจเป็นขนาด 1/2 นิ้ว หรือ 7/8 นิ้ว ควรหลีกเลี่ยงสาย RG-58, RG-8 เพราะมีอัตราการสูญเสียที่สูงมาก และควรให้มีขนาดสั้นที่สุด เพราะถ้ายาวมากจะสูญเสียมากเช่นกัน การเลือกใช้หัวต่อต่าง ๆ ควรคัดที่มีคุณภาพและสูญเสียน้อยด้วย ไม่ควรใช้สายที่มีการต่อกันหลาย ๆ เส้น

เครื่องรับ 
การติดต่อ EME นั้นจะเล่นกันใน Mode CW และ SSB เท่านั้น ที่ใช้กันมากที่สุดคือ CW มีบางโอกาสเท่านั้นจึงสามารถใช้ SSB ได้ ส่วน Mode FM ไม่สามารถติดต่อได้ในปัจจุบัน ดังนั้นเครื่องรับ จึงต้องสามารถใช้ Mode CW/SSB ได้ด้วย เช่น IC-275, FT-736 และจะต้องให้มีความไวของภาครับ (Sensitivity) ต่ำ และ Noise Figure ต่ำเช่นกัน ซึ่งเครื่องที่มีขายอยู่ทั่วไปในบางครั้ง ค่า Noise Figure ไม่ต่ำพอ ดังนั้นจึงต้องใช้ อุปกรณ์ช่วยขยายสัญญาณภาครับหรือ Preamplifier

เครื่องส่ง กำลังส่งและเครื่องขยายกำลังส่ง 
เครื่องส่งที่ใช้จะต้องสามารถใช้งาน Mode CW/SSB ได้ และจากข้อมูลเกี่ยวกับดวงจันทร์จะพบว่ามีการสูญเสียระหว่างทางมาก ดังนั้นเครื่องส่งที่ใช้จำเป็นที่จะต้องมีกำลังส่งที่สูงมาก กำลังส่งที่ใช้อยู่ระหว่าง 200 – 1500 วัตต์ ยิ่งใช้กำลังส่งมากสัญญาณจะมีโอกาสสะท้อนกลับมามากเช่นกัน ซึ่งการใช้กำลังสูงมากเช่นนี้ต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มกำลังส่งหรือ Power Amplifier มาช่วย สำหรับการติดต่อให้ได้ผลนั้นต้องใช้กำลังส่งไม่ต่ำกว่า 500 วัตต์

วิธีการติดต่อ (Operating Procedure)

Mode ในการติดต่อ 
การติดต่อ EME ในปัจจุบันสามารถใช้งานได้หลายชนิดด้วยกันได้แก่
 CW
 SSB
 WSJT

ความถี่และ Band Plan 
การติดต่อ EME มักใช้ความถี่ย่าน VHF/UHF และสูงขึ้นไป ตั้งแต่ 50MHz, 144MHz, 430MHz ไปจนถึง 10GHz และสูงขึ้นไป ไม่สามารถใช้งานย่านต่ำหรือ HF ได้เนื่องจากคลื่นวิทยุจะไม่สามารถทะลุชั้นบรรยากาศออกไปได้นั่นเอง สำหรับประเทศไทยตาม Band Plan สามารถใช้งานได้ในความถี่ 144 MHz ระหว่าง 144.000 – 144.075 MHz

ปรากฏการณ์ Dropper 
เนื่องจากโลกและดวงจันทร์มีการเคลื่อนที่ จึงมีการเปลี่ยนแปลงของความถี่ที่เราเรียกว่า Dropper Shift เข้ามาเกี่ยวข้อง เช่น ความถี่ที่ใช้ติดต่อคือ 144.040 MHz ในช่วงดวงจันทร์ขึ้น เราจะรับสัญญาณที่สะท้อนกลับมามีค่ามากขึ้นไปอยู่ที่ประมาณ 144.043 MHz และในช่วงที่ดวงจันทร์ตก จะรับสัญญาณที่สะท้อนกลับที่ 144.037 MHz โดยประมาณ

คำนวณวัน-เวลา 
เพื่อให้รู้เวลาขึ้น-ลง ของดวงจันทร์ และเวลานัดหมาย เพราะคู่สถานีจะต้องมองเป็นดวงจันทร์ในเวลาเดียวกัน จำเป็นต้องใช้โปรแกรมช่วยในการคำนวณ เพื่อหาเวลา และมุมยก ที่แน่นอนของดวงจันทร์ในขณะติดต่อ

การส่ง-การรับและช่วงเวลา 
การติดต่อ EME มักนิยมเล่นกันในช่วงสุดสัปดาห์หรือเสาร์-อาทิตย์ และจะดีที่สุดในช่วงดวงจันทร์เพิ่งขึ้นและใกล้ตก ซึ่งดวงจันทร์จะอยู่สูงจากขอบโลกไม่ควรเกิน 12 องศา เพราะจะได้ Ground Gain ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการติดต่อ คู่สถานีจะต้องมองเห็นดวงจันทร์พร้อมกันด้วย และจะจับคู่สถานีระหว่างทวีป อเมริกา ยุโรป และเอเชีย ซึ่งโดยส่วนมากถ้าเป็นสถานีที่ไม่ใหญ่มาก มีกำลังส่งไม่สูง มักมีการนัดหมายกันล่วงหน้าก่อน โดยใช้วิธีการผลัดกันรับ-ส่ง ฝ่ายละ 2 นาที โดยให้สถานีที่อยู่ทางตะวันออกเป็นผู้เริ่มส่งก่อน จากเวลาที่นัดหมายกัน การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างการติดต่อจะใช้ระบบ TMO แต่ในบางครั้งก็ใช้ระบบ RST

ระบบ TMO
 T หมายถึง สามารถรับได้แต่ไม่สามารถเข้าใจความหมายใด ๆ ได้เลย
 M หมายถึง บางส่วนของสัญญาณเรียกขานสามารถรับได้ แต่ไม่ครบสมบูรณ์
 O หมายถึง สามารถรับสัญญาณเรียกได้ครบถ้วนสมบูรณ์

ปัจจุบัน T และ M ไม่นิยมใช้กันแล้ว จะเหลือแต่ O เท่านั้น ซึ่งการติดต่อที่สมบูรณ์นั้นคู่สถานีจะต้องสามารถรับ สัญญาณเรียกขาน รายงานสัญญาณ O รายงานการรับ RO และสัญญาณ R ตัวอย่างการติดต่อของสถานี HS2JFW และ W5UN โดยนัดหมายกันเวลา 0000Z ใช้เวลา 1 ชั่วโมง สถานี HS2JFW เป็นสถานีอยู่ทางตะวันออกจะต้องเป็นผู้เริ่มส่งก่อนเมื่อเวลานัดหมายมาถึง เป็นเวลา 2 นาที โดยดูได้จากตารางตัวอย่างการติดต่อที่สมบูรณ์

Random QSO 
สถานีที่มีสายอากาศอัตราขยายมาก และกำลังส่งสูงพอที่จะติดต่อโดยไม่ต้องมีการนัดหมายล่วงหน้าสามารถใช้วิธีการติดต่อโดยไม่ต้องนัดหมายได้ ถ้าสัญญาณสามารถรับได้ดี

ดวงจันทร์
งานอดิเรก
วิทยุสมัครเล่น
การสื่อสารไร้สาย