เมื่อวันที่ 17 กุมภาพันธ์ 2567 (ตามเวลามาตรฐานญี่ปุ่น) Canon ได้ส่งดาวเทียมแบบไมโครที่มีชื่อว่า CE-SAT-IE ออกสู่อวกาศ

เกร็ดน่ารู้ข้อที่ 1: Canon Electronics และฝ่ายพัฒนากล้องของ Canon เป็นผู้พัฒนาดาวเทียมออพติคอลขึ้นมาเองเพื่อใช้ในการถ่ายภาพพื้นผิวโลก

เกร็ดน่ารู้ข้อที่ 2: กล้องที่ใช้คือ EOS R5 ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ

คุณอ่านไม่ผิด ขณะนี้มีกล้อง EOS R5 อยู่ในห้วงอวกาศ และกำลังโคจรรอบโลกพร้อมกับบันทึกภาพพื้นผิวโลกด้วยความละเอียดสูงที่เห็นรายละเอียดได้ชัดเป็นพิเศษ

กล้อง EOS R5 มีความสามารถในการถ่ายภาพระดับเหนือโลก ซึ่งหมายถึงเหนือโลกทั้งใบจริงๆ และเหนือกว่ากล้องทั่วไปบนโลก!

 

1. กล้องรุ่นนี้ได้รับเลือกเพราะความสามารถในการถ่ายภาพความละเอียดสูง

CE-SAT-1E ดาวเทียมจาก Canon Electronics เป็นดาวเทียมออพติคอลที่ออกแบบมาเพื่อการถ่ายภาพพื้นผิวโลกจากอวกาศ

ทีมงานจำเป็นต้องใช้กล้องความละเอียดสูงที่สามารถสร้างภาพถ่ายและวิดีโอที่มีรายละเอียดชัดเจนสำหรับการทำแผนที่และป้องกันภัยพิบัติ ซึ่งจะช่วยในการตรวจสอบความเสียหายหลังเกิดภัยธรรมชาติด้วย เซนเซอร์ CMOS 45 ล้านพิกเซลและความสามารถในการถ่ายวิดีโอ 8K แบบ 30p ของกล้อง EOS R5 ตอบโจทย์ที่ว่านี้ได้อย่างดีเยี่ยม ทั้งยังมีสมดุลระหว่างประสิทธิภาพกับความละเอียดในระดับสูงสุด

วิดีโอด้านล่างแสดงภาพนิ่งและฟุตเทจเพิ่มเติมที่ถ่ายด้วยกล้อง EOS R5 บนดาวเทียม ภาพเหล่านี้น่าทึ่งจริงๆ คุณว่าไหม

ความเร็วในการประมวลผลไฟล์ JPEG ก็สำคัญเช่นกัน

ยิ่งสามารถถ่ายโอนภาพจากดาวเทียมออพติคอลมายังโลกได้เร็วเท่าใดก็ยิ่งดีเท่านั้น และขนาดของไฟล์ภาพแต่ละไฟล์จะส่งผลต่อความเร็วในการถ่ายโอน

กล้อง EOS R5 สามารถสร้างไฟล์ JPEG และ CRAW ที่มีขนาดเล็กกว่าไฟล์ RAW แบบไม่บีบอัดได้ในทันที ซึ่งต่างจากกล้องทั่วไปบนดาวเทียมออพติคอลอื่นๆ ที่ส่วนใหญ่จะบันทึกและถ่ายโอนไฟล์ในรูปแบบ RAW ซึ่งต้องสร้างขึ้นทีละไฟล์ ด้วยระบบประมวลผลภาพอันทรงพลังอย่าง DIGIC X ขั้นตอนนี้จึงสามารถทำได้แม้ในขณะที่กล้องกำลังถ่ายภาพต่อเนื่องด้วยความเร็วสูงสุดถึง 20 fps คุณสมบัตินี้ทำให้กล้อง EOS R5 มีข้อได้เปรียบที่โดดเด่นในฐานะกล้องดาวเทียมออพติคอล

 

2. กล้องแข็งแกร่งพอสำหรับการปล่อยจรวด

ดาวเทียม CE-SAT-1E ที่ติดตั้งกล้อง EOS R5 ถูกปล่อยออกสู่อวกาศจากศูนย์อวกาศทาเนงาชิมะของ JAXA โดยใช้จรวด H3 ลำที่สอง (H3TF2) เมื่อวันที่ 17 กุมภาพันธ์ 2567

แต่ก่อนที่โครงการจะมาได้ไกลถึงขั้นนี้ มีปัญหาบางอย่างที่วิศวกรของ Canon ต้องแก้ไขให้ได้

1. กล้อง EOS R5 จะสามารถทนต่อสภาวะขณะปล่อยจรวดจริงได้หรือไม่

ดาวเทียมและส่วนประกอบทุกอย่างจะได้รับแรงจากความเร่งและแรงสั่นสะเทือนอย่างมหาศาลระหว่างที่จรวดถูกปล่อย แล้วกล้อง EOS R5 จะทนได้หรือไม่

สรุปให้สั้นๆ เลยก็คือ ทนได้โดยไม่ต้องมีการดัดแปลงใดๆ!

ความจริงแล้วกล้อง EOS R5 ออกแบบมาให้ทนต่อสภาพแวดล้อมที่สมบุกสมบันยิ่งกว่าการปล่อยจรวดด้วยซ้ำ แต่เพื่อความแน่ใจ นักพัฒนาจาก Canon จึงตรวจสอบคุณสมบัติอีกครั้งนี้โดยใช้การทดสอบที่จำลองสภาวะในการปล่อยจรวดจริง และพบว่ากล้อง EOS R5 แข็งแกร่งพออยู่แล้วโดยไม่ต้องมีการปรับปรุงใดๆ เป็นพิเศษ!

2. กล้องจะเกิดการเผาไหม้เมื่ออยู่ในอวกาศที่เป็นสุญญากาศหรือไม่

ในอวกาศมีสภาวะแบบสุญญากาศ และไม่มีอากาศที่ทำหน้าที่กระจายความร้อน นักพัฒนาจาก Canon จึงต้องดัดแปลงกล้อง EOS R5 เล็กน้อย

อันดับแรก นักพัฒนาได้เปลี่ยนชิ้นส่วนที่อาจระเบิดออกเมื่ออยู่ในสภาวะสุญญากาศโดยใช้วัสดุทางเลือกอื่นแทน

นอกจากนี้ยังปรับปรุงโครงสร้างกล้อง EOS R5 ให้สามารถส่งความร้อนออกไปยังบอดี้กล้อง EOS R5 ได้เพื่อปล่อยออกสู่ด้านนอก ขั้นตอนนี้ต้องอาศัยการดัดแปลงชุดเซนเซอร์และยึดให้อยู่กับที่ ซึ่งสามารถทำได้เนื่องจากเมื่ออยู่ในอวกาศ จะไม่ต้องใช้ระบบป้องกันภาพสั่นไหวที่ชุดเซนเซอร์สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

นอกจากนี้ยังมีการติดตั้งแผ่นโลหะเข้าไปที่ด้านหลังของกล้อง EOS R5 เพื่อให้ระบายความร้อนได้ดียิ่งขึ้น

3. รังสีคอสมิก

ทีมนักพัฒนาได้ออกแบบเกราะห่อหุ้มกล้องขึ้นมา โดยใช้ข้อมูลที่ได้จากการทดสอบความทนทานต่อรังสีซ้ำหลายครั้งกับกล้อง EOS R5 เกราะป้องกันนี้ซึ่งมีความหนาเพียงไม่กี่มิลลิเมตรถูกติดตั้งเข้ากับดาวเทียม

ผ่านมากว่าหนึ่งปีแล้ว กล้อง EOS R5 ที่อยู่ในอวกาศยังคงทำงานได้ตามปกติ

 

3. เลนส์: กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงที่มีรูรับแสงกว้าง 40 ซม.

ดาวเทียมแบบไมโคร CE-SAT-IE โคจรที่ระดับความสูงประมาณ 670 กม. ซึ่งไกลกว่ามากเมื่อเทียบช่วงระยะของเลนส์กล้องทั่วไปที่ยาวที่สุด! เลนส์ที่ใช้กับกล้อง EOS R5 ในอวกาศต้องสามารถ:

- ถ่ายภาพได้ที่ทางยาวโฟกัสซูเปอร์เทเลโฟโต้
- ครอบคลุมเซนเซอร์ฟูลเฟรมของกล้อง EOS R5
- ติดตั้งได้บนดาวเทียมแบบไมโครขนาด 50 x 50 x 80 ซม. ซึ่งใกล้เคียงกับขนาดของถังบาร์เรลหนึ่งถัง

วิศวกรที่ Canon Electronics เลือกใช้ดีไซน์แบบกัสแกร็งเพื่อให้ตอบโจทย์วัตถุประสงค์เหล่านี้ แม้รูปร่างภายนอกจะดูค่อนข้างสั้น แต่เลนส์มีทางยาวโฟกัสที่ยาวมาก ซึ่งยาวพอที่จะสามารถซูมเครื่องบินบนรันเวย์ได้จากระยะ 670 กม. ในอวกาศ!

และเพื่อให้มีประสิทธิภาพทางออพติคอลสูงพร้อมรองรับความละเอียดสูงของกล้อง EOS R5 กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแบบใหม่นี้จึงมีคุณสมบัติในการแก้ไขทางออพติคอลด้วย นอกจากนี้ยังใช้เทคโนโลยีระดับสูงในการผลิตเลนส์ ซึ่งไม่ได้มีเพียงขั้นตอนการเจียรชิ้นเลนส์เท่านั้น แต่ยังใช้การขัดพื้นผิวโค้งของกระจก รวมถึงกระจกเลนส์ชิ้นหลักที่จะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของเลนส์

การทำให้โฟกัสอัตโนมัติสามารถใช้งานได้กับกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงเป็นเรื่องที่ท้าทายมาก…

หากเป็นเลนส์กล้องทั่วไป แสงจะผ่านเข้ามาทางรูรับแสงของเลนส์จนเข้าไปถึงเซนเซอร์

แต่กับกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง แสงจะถูกสะท้อนสองครั้งก่อนไปถึงเซนเซอร์
การสะท้อนครั้งแรก: จากกระจกเลนส์ชิ้นหลักทรงโดนัทที่มีรูตรงกลาง
การสะท้อนครั้งที่สอง: จากกระจกเลนส์ชิ้นรองไปถึงเซนเซอร์

ระบบโฟกัสอัตโนมัติต้องใช้แสงจึงจะทำงานได้ รูที่อยู่กลางกระจกเลนส์หลักทำให้การโฟกัสมีความซับซ้อนเนื่องจากไม่มีแสงผ่านเข้ามา

และสิ่งที่ทำให้ยากขึ้นไปอีกคือ ไม่มีแสงสำหรับการโฟกัสมากนักตั้งแต่แรกอยู่แล้ว เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงมักจะมีค่ารูรับแสงสูง (มืด)

 

4. เทคโนโลยี Dual Pixel CMOS AF II ในกล้อง EOS R5 ทำให้ก้าวข้ามอุปสรรคเหล่านี้ได้ง่ายขึ้น

Dual Pixel CMOS AF จะใช้พิกเซลทุกพิกเซลที่มีจากจำนวนทั้งหมดราว 45 ล้านพิกเซล (45,000,000 พิกเซล) บนเซนเซอร์ภาพในการรวบรวมข้อมูลที่จำเป็นต่อการคำนวณโฟกัสอัตโนมัติ (เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการทำงานของ Dual Pixel CMOS AF)

ข้อมูลการตัดส่วนภาพอย่างแม่นยำที่ได้จากโครงสร้างพิกเซลอันหนาแน่นจะมีประโยชน์ในขั้นตอน Phase Detection (ตรวจจับและคำนวณระยะของวัตถุจากกล้อง) ในสถานการณ์ปกติ คุณสมบัตินี้จะช่วยให้โฟกัสอัตโนมัติได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำแม้ในสภาวะที่ยากลำบาก

แต่ในอวกาศที่ใช้กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง การทำงานจะซับซ้อนกว่านั้นเล็กน้อย แต่การที่สามารถใช้เทคโนโลยีโฟกัสอัตโนมัติได้บ้างก็ยังเป็นประโยชน์อยู่ดี ทีมวิศวกรจากฝ่ายพัฒนากล้องของ Canon สรุปว่าการปรับแต่ง Dual Pixel CMOS AF ให้เหมาะกับกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงนั้นเป็นเรื่องที่สามารถทำได้ทางเทคนิค

 

5. การโฟกัสยังต้องอาศัยการควบคุมจากภาคพื้นดิน แต่อย่างน้อยก็มีข้อมูล DPAF!

ในขณะที่กล้อง EOS R5 ในอวกาศมีแอคทูเอเตอร์ที่สามารถทำงานและจับโฟกัสได้อย่างแม่นยำแม้ในสภาวะสุญญากาศ แต่กลไกการโฟกัสของกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงยังไม่มีระบบอัตโนมัติ จึงต้องส่งคำสั่งมาจากภาคพื้นดินแทน

หากย้อนกลับไปดูดาวเทียมรุ่นแรกจาก Canon ซึ่งถูกส่งออกสู่อวกาศไปเมื่อปี 2560 โดยติดตั้งกล้อง EOS 5D Mark III เอาไว้ คำสั่งเหล่านี้จะมาจากภาพอ้างอิงที่ถ่ายได้จากอวกาศและส่งลงมายังภาคพื้นดิน

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยี Dual Pixel CMOS AF II ช่วยให้กล้อง EOS R5 บนดาวเทียมสามารถตรวจจับและคำนวณระยะโฟกัสที่แน่นอนรวมถึงปริมาณการเปลี่ยนตำแหน่งโฟกัสที่ต้องใช้ได้ ทำให้ทราบข้อมูลตำแหน่งโฟกัสอันมีค่าซึ่งสามารถนำมาใช้ร่วมกับภาพอ้างอิงได้เป็นอย่างดี และช่วยให้ขั้นตอนการทำงานมีประสิทธิภาพมากขึ้น!

ในอนาคต วิศวกรของ Canon มีเป้าหมายที่จะพัฒนาการควบคุมโฟกัสอัตโนมัติทั้งหมดให้สามารถทำได้จากภายในดาวเทียม

 

6. การใช้งานในอนาคต

การนำกล้อง EOS R5 ไปใช้งานในอวกาศได้เป็นผลสำเร็จคือการปลดล็อคความเป็นไปได้ใหม่ๆ เมื่อเทคโนโลยีสำหรับผู้บริโภคได้รับการดัดแปลงให้เหมาะกับธุรกิจอวกาศและการบิน และการที่สามารถใช้เทคโนโลยีเชิงพาณิชย์สำหรับดาวเทียมได้ยังแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีระดับสูงนั้นสามารถนำมาดัดแปลงได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ดาวเทียมสามารถใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติใหม่ล่าสุดของกล้อง EOS ได้อย่างเต็มที่

ความร่วมมือระหว่าง Canon Electronics กับฝ่ายการสร้างภาพของ Canon ซึ่งเกิดขึ้นจากวัฒนธรรมการทำงานร่วมกันระหว่างฝ่ายใน Canon และความสามารถที่หลากหลายทำให้ภารกิจนี้สำเร็จลุล่วงไปได้ Canon จะใช้ประโยชน์จากจุดแข็งของตนเองและเดินหน้าพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง

คลิกที่นี่เพื่ออ่านบทสัมภาษณ์ฉบับเต็ม (PDF) (ฉบับภาษาอังกฤษ)

ดูเรื่องราวเบื้องหลังเกี่ยวกับการพัฒนาผลิตภัณฑ์ได้ที่:
5 องค์ประกอบหลักในการพัฒนาเลนส์ RF10-20mm f/4L IS STM
7 เรื่องราวที่ไม่เคยเล่าเกี่ยวกับ RF100-300mm f/2.8L IS USM
การสัมภาษณ์นักพัฒนา: การแนะนำกล้องมิเรอร์เลสฟูลเฟรมรุ่นแรกของแคนนอน, EOS R