สงสัยไหมว่า “ระบบเรดาร์” สำหรับการควบคุม “การจราจรทางอากาศ” ทำงานอย่างไร เจ้าหน้าที่รู้ได้อย่างไรว่าเครื่องบินอยู่ตรงไหนบนท้องฟ้า

ในปัจจุบันเมื่อการบินด้วยอากาศยานเป็นเรื่องปกติ และมีอากาศยานพาณิชย์หลายพันลำอยู่บนท้องฟ้าตลอดเวลา เจ้าหน้าที่ควบคุมการจราจรทางอากาศซึ่งมีหน้าที่ในการนำทางนักบินหรือเครื่องบิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งระหว่างการขึ้นบินและการลงจอด รู้ได้อย่างไรว่าเครื่องบินลำใดเป็นลำใด และรู้ได้อย่างไรว่าเครื่องบินลำนั้น ๆ อยู่ตรงไหนในน่านฟ้า ที่ความสูงเท่าไหร่ รหัสเครื่องบินอะไร ซึ่งข้อมูลเหล่านี้จำเป็นต่อการระบุตัวตนของอากาศยานในท้องฟ้า

คำตอบของคำถามดังกล่าวคือระบบเรดาร์ ATCRBS หรือ “Air Traffic Control Radar Beacon System” นั่นเอง ซึ่งเป็นระบบที่ประกอบไปด้วยระบบย่อย ๆ อีกจำนวนมาก มีไว้สำหรับการหาตำแหน่งและระบุตัวตนเครื่องบิน

ข้อมูลเรดาร์สภาพอากาศซึ่งเป็นเรดาร์ปฐมภูมิที่ทำงานด้วยการฟังสัญญาณวิทยุที่สะท้อนกลับมาหลังจากการส่งสัญญาณไปในครั้งแรก

ส่วนแรกของระบบคือ “Primary Surveillance Radar” หรือ “เรดาร์ปฐมภูมิ” ซึ่งทำงานโดยการมีเสาสัญญาณเรดาร์ภาคพื้น ส่งคลื่นวิทยุออกไปที่น่านฟ้าในด้านหนึ่ง จากนั้นรอตรวจจับการสะท้อนสัญญาณเรดาร์ดังกล่าวกลับมาที่จานรับสัญญาณ

เนื่องจากเครื่องบินนั้นเป็นวัตถุขนาดใหญ่ที่สามารถสะท้อนสัญญาณวิทยุได้ดี เรดาร์ปฐมภูมิก็จะสามารถให้สัญญาณเป็นจุดบนจอเรดาร์ได้ นอกจากนี้ระบบเรดาร์ปฐมภูมิยังสามารถคำนวณระยะทางจากตัวเรดาร์ไปยังเครื่องบินได้จากการคำนวณระยะเวลาระหว่างการส่งสัญญาณและการรับสัญญาณ ส่วนขนาดของเครื่องบินได้จากปริมาณของสัญญาณที่ถูกสะท้อนกลับมา

อย่างไรก็ตาม เรดาร์ปฐมภูมินั้นไม่สามารถให้ข้อมูลสำคัญอื่น ๆ ได้ เช่น ความสูงของเครื่องบิน รหัสระบุตัวตน และอื่น ๆ ที่จำเป็นต่อการสื่อสารกับเครื่องบิน จึงมีระบบเรดาร์ระบบที่สองขึ้นมาชื่อ “Secondary Surveillance Radar” หรือ “เรดาร์ทุติยภูมิ”

ระบบเรดาร์ปฐมภูมิและเรดาร์ทุติยภูมิ 2 ระบบ ในท่าอากาศยาน

เรดาร์ทุติยภูมิเรียกได้ว่าเป็นหัวใจหลักของระบบเรดาร์ในอากาศยานพาณิชย์ มันจำเป็นต้องใช้ส่วนประกอบสองส่วน ได้แก่ จานส่งและรับสัญญาณภาคพื้น และเครื่องรับส่งเรดาร์ (Transponder) ซึ่งจะถูกติดตั้งไว้บนอากาศยานในแต่ละลำ

หลักการทำงานของระบบเรดาร์ทุติยภูมินั้นคือการที่จานรับส่งสัญญาณภาคพื้นส่งสัญญาณที่เรียกว่า “สัญญาณเรียกถาม” หรือ “Interrogation” ไปยังพื้นที่หนึ่ง ๆ ของน่านฟ้า เครื่องรับส่งเรดาร์บนอากาศยานเมื่อได้รับสัญญาณเรียกถาม ก็จะตอบกลับด้วยการส่งสัญญาณเรดาร์กลับไปหาจานรับสัญญาณภาคพื้นพร้อมกับข้อมูลของอากาศยานต่าง ๆ เช่น ความสูง รหัสระบุตัวตน (Squawk Code) ซึ่งทำหน้าที่เหมือนป้ายทะเบียนบนเครื่องบินและรหัสเครื่องบิน

เมื่อนำระบบนี้ไปรวมกับระบบเรดาร์ปฐมภูมิก็จะทำให้เราได้ข้อมูลที่จำเป็นทั้งหมดสำหรับการนำทางเครื่องบินในน่านฟ้า ระบบเรดาร์ทั้งปฐมภูมิและทุติยภูมินั้นมักจะติดอยู่ด้วยกัน ในภาพนี้ระบบเรดาร์ปฐมภูมินั้นคือจานเรดาร์โค้งที่อยู่ข้างล่าง ในขณะที่จานสี่เหลี่ยมผืนผ้าข้างบนนั้นคือระบบเรดาร์ทุติยภูมิ โดยจานเรดาร์ทั้งสองนั้นจะหมุนรอบตัวเอง ทำให้ระบบเรดาร์ครอบคลุมน่านฟ้ารอบทิศทาง

ภาพแสดงจุดเรดาร์ที่ได้จากข้อมูลของเรดาร์ปฐมภูมิและเรดาร์ทุติยภูมิรวมกัน

ในรูปนี้คือภาพจากจอเรดาร์ที่ควบรวมข้อมูลจากระบบเรดาร์ปฐมภูมิและระบบเรดาร์ทุติยภูมิเข้าด้วยกัน โดยข้อมูลเรดาร์สีเหลืองนั้นคือข้อมูลการสะท้อนของสัญญาณเรดาร์จากระบบปฐมภูมิในขณะที่รหัสระบุตัวตนนั้นมาจากระบบเรดาร์ทุติยภูมิ ส่วนจุดสีขาวที่ระบุตำแหน่งของเครื่องบินและตำแหน่งก่อนหน้านั้นมาจากการติดตามตำแหน่งโดยระบบเรดาร์ปฐมภูมิหรือระบบเรดาร์ทุติยภูมิ

เครื่องรับส่งวิทยุ หรือ Transponder ในอากาศยานขนาดเล็ก

ระบบเรดาร์ทุติยภูมินั้นมีโหมดในการทำงานหลายแบบดังนี้

Mode 1 ใช้ในการทหารเท่านั้น สำหรับการแบ่งแยกเป้าหมายเรดาร์

Mode 2 ใช้ในการทหารเช่นกัน แต่ใช้สำหรับการแบ่งแยกอากาศยานทางทหาร

Mode 3/A เป็นโหมดสำหรับการระบุตัวตนอากาศยานที่อยู่ในระยะของระบบเรดาร์ทุติยภูมิทั้งหมด

Mode C เป็นโหมดสำหรับการขอและรับรายงานความสูงของเครื่องบิน

นอกจากนี้ยังมี Mode 4 และ Mode S โดยที่ Mode 4 ใช้สำหรับการทหารเพื่อการแยกระหว่างศัตรูและมิตร (Identification Friend or Foe) ส่วน Mode S เป็นโหมดที่ใช้สำหรับการเลือกที่จะส่งสัญญาณเรียกถามให้กับเครื่องบินเพียงลำเดียวเท่านั้น เนื่องจากระบบอื่น ๆ จะตอบกลับต่อสัญญาณเรียกถามทั้งหมดโดยที่ไม่สนว่าใครเป็นคนถาม จึงอาจเกิดความล่าช้าในการตอบกลับได้หากเครื่องบินลำหนึ่งถูกเรียกถามโดยสถานีภาคพื้นหลายสถานีพร้อมกัน

Mode S ยังถูกใช้ในระบบที่สำคัญอย่างระบบ TCAS (Traffic Collision Avoidance System) ซึ่งใช้สำหรับการสื่อสารกันระหว่างเครื่องบินสองลำเพื่อเฝ้าระวังระยะห่างและป้องกันการชนกันกลางอากาศอีกด้วย

เรียบเรียงโดย : โชติทิวัตถ์ จิตต์ประสงค์
พิสูจน์อักษร : ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

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

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

“ระบบเรดาร์ภาคพื้น” สำหรับการควบคุม “การจราจรทางอากาศ” ทำงานอย่างไร ?