Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Xu hướng công nghệ tương lai: Vệ tinh nano/micro (24/07/2017)

Các loại vệ tinh nhỏ và rất nhỏ với khả năng gia tăng đang được sử dụng ngày càng nhiều. Điều này mang lại cho các nhà hoạch định chính sách một phạm vi rộng các công cụ tinh vi để giải quyết những thách thức lớn cho cả mục đích dân sự và quốc phòng.

Luôn nhỏ hơn, rẻ hơn và nhanh hơn

Vài năm gần đây đã chứng kiến sự khởi đầu của một cuộc cách mạng trong việc thiết kế, sản xuất và triển khai các vệ tinh. Các vệ tinh nhỏ đang trở nên rất phổ biến, có trọng lượng dưới 500 kg (một vệ tinh thông tin hoặc khí tượng điển hình đặt trên quỹ đạo địa tĩnh, ở độ cao khoảng 38.000 km, có trọng lượng vài tấn, trong khi một vệ tinh môi trường như Jason 2 hoạt động ở quỹ đạo Trái đất thấp, độ cao khoảng 500 km, nặng hơn 500 kg). Các vệ tinh nano và micro có trọng lượng từ 1-50 kg. CubeSats là những vệ tinh thu nhỏ với mô hình đầu tiên có kích thước 10x10x10 cm và nặng 1 kg, còn gọi là 1 đơn vị. Các đơn vị vệ tinh có thể kết hợp để tạo ra CubeSats lớn hơn.

Vệ tinh nhỏ mang lại những cơ hội to lớn về khía cạnh tốc độ và tính linh hoạt trong chế tạo. Trong khi các vệ tinh lớn thông thường có thể mất hàng năm nếu không nói là hàng thập kỷ để chế tạo từ lúc thiết kế đến khi đưa vào hoạt động, các vệ tinh rất nhỏ có thể được chế tạo rất nhanh. Ví dụ, Planet Labs chỉ cần mất chín ngày để chế tạo hai vệ tinh CubeSats vào đầu năm 2015.

Vệ tinh nhỏ hơn thì chi phí chế tạo và phóng cũng rẻ hơn. Một vệ tinh nano/micro có thể chế tạo với giá từ 200.000 đến 300.000 Euro. Giá thành các vệ tinh nhỏ đang trở nên ngày càng có thể chấp nhận được, các hợp phần được làm sẵn thường được sử dụng để chế tạo các nền tảng vệ tinh và hỗ trợ sản xuất hàng loạt. Hầu hết các thiết bị điện tử và các hệ thống phụ cần thiết để chế tạo một vệ tinh nano tại nhà đều có thể mua qua mạng. Chi phí vẫn là rào cản chính đối với việc tiếp cận không gian. Các vệ tinh nhỏ có thể phóng như tải trọng thứ cấp với chi phí dưới 100.000 Euro. Chúng cũng có thể được triển khai từ Trạm vũ trụ Quốc tế, sau khi được vận chuyển lên dưới dạng hàng hóa.

Kể từ khi CubeSat được phóng lần đầu tiên vào năm 2002, số lượng các vệ tinh rất nhỏ được đưa vào hoạt động đã tăng lên đáng kể. Năm 2014, có 158 vệ tinh nano và micro đã được phóng, tức là tăng 72% so với năm trước. Theo dự báo từ năm 2014 đến năm 2020, có hơn 2.000 vệ tinh nano và micro sẽ được phóng lên quỹ đạo trên phạm vi thế giới.

Mối quan tâm đến các vệ tinh nhỏ tiếp tục gia tăng trên phạm vi thế giới

Sự ra đời của các vệ tinh nhỏ đang mở ra kỷ nguyên của các ứng dụng có lợi nhuận cao, chi phí thấp trong gần như mọi lĩnh vực nỗ lực của con người. Vệ tinh nhỏ được sử dụng trong nhiều ứng dụng - từ quan sát và truyền thông trái đất đến nghiên cứu khoa học, trình diễn công nghệ và giáo dục, cũng như quốc phòng. Nhiều bên tham gia, bao gồm các viện nghiên cứu, ngành công nghiệp và quân đội đang thiết kế các loại nhiệm vụ mới - đạo hàng, truyền thông hoặc viễn thám - phục vụ cho các mục đích dân sự và quốc phòng.

Tạo ra các dự án thương mại mới trong kinh tế vũ trụ: Việc sử dụng ngày càng tăng các cấu kiện làm sẵn trái ngược lại với các sản phẩm đạt tiêu chuẩn vũ trụ đắt tiền hơn, đang tạo ra một thị trường thế giới mới về các hệ thống và dịch vụ không gian. Các nhà phát triển có xu hướng chuyển sang các kiến trúc hệ thống phức tạp để chế tạo các vệ tinh nhỏ có thể tương tác theo từng cụm. Ví dụ, vào năm 2013, công ty Skybox Imaging đã phóng vệ tinh dữ liệu hình ảnh có độ phân giải cao đầu tiên của mình, thực hiện kế hoạch triển khai một chòm gồm 24 vệ tinh nhỏ để cung cấp các dữ liệu hình ảnh vệ tinh rẻ hơn và được cập nhật liên tục. Tương tự như vậy, Planet Labs đã cho ra đời chòm Flock 1 với 28 vệ tinh nano vào đầu năm 2014. Một số chuyên gia đã liên tưởng sự tổ hợp tương tự như các máy tính chủ lớn của những năm 1970 đã chuyển thành các mạng máy tính nhỏ kết nối với nhau qua Internet.

Đẩy mạnh ranh giới tri thức: CubeSats rất phổ biến ở các trường đại học với tư cách là người trình diễn công nghệ. Chúng được biết đến như những nền tảng vệ tinh giáo dục chi phí thấp và dần dần trở thành mẫu chuẩn đối với hầu hết các vệ tinh của trường đại học. Đến năm 2014, gần 100 trường đại học trên toàn thế giới định hướng vào phát triển CubeSat. Ở cấp độ giáo dục, với các vệ tinh, các nhỏ trường đại học có thể giúp sinh viên nhanh chóng thực hành các năng lực kỹ thuật và khoa học của mình.

Quan sát các vùng đất và đại dương: Mặc dù các vệ tinh lớn trên các quỹ đạo địa tĩnh vẫn là trụ cột chính đối với các cơ sở hạ tầng viễn thông và khí tượng, các vệ tinh nhỏ được sử dụng trong các chòm lớn ở các quỹ đạo thấp hơn có triển vọng mang lại những cải tiến đột phá, ví dụ như trong quan sát Trái đất. Vệ tinh micro cho phép quan sát suốt ngày đêm. Ví dụ như giám sát tình trạng các đại dương và vùng nước trong lục địa. Các chòm vệ tinh có thể được sử dụng để giám sát đánh bắt trái phép và nâng cao nhận thức về lãnh địa trên đại dương chống lại các hoạt động phạm tội. Tương tự như trên mặt đất, các chòm vệ tinh có thể giúp quan sát canh tác nông nghiệp, tăng năng suất cây trồng và theo dõi nạn phá rừng.

Không gian mở cho tất cả: Vệ tinh nhỏ đã trở nên hấp dẫn trong 5 năm qua, do chi phí phát triển thấp hơn và thời gian sản xuất ngắn hơn. Do đó vệ tinh nhỏ đang thu hút nhiều sự quan tâm trên khắp thế giới và nhiều quốc gia đang phát triển chúng coi đó như là một phần của tài trợ cho các chương trình không gian đầu tiên của mình. Cho đến nay có gần 30 quốc gia đã phát triển CubeSats, trong đó Hoa Kỳ đã phóng hơn một nửa số này, tiếp theo là châu Âu, Nhật Bản, Canada và một số nước Nam Mỹ. Trong thập kỷ qua, giàn phóng Dnepr của Ucraina đã phóng 29% số vệ tinh trọng lượng từ 11-50 kg, Polar Satellite Launch Vehicle của Ấn Độ là giàn phóng dẫn đầu thứ hai.

Sự phát triển hơn nữa ngành công nghiệp vệ tinh nhỏ sẽ phải đối mặt với một số thách thức

Sự đánh đổi luôn tồn tại giữa kích thước và chức năng: Vệ tinh càng nhỏ càng mang được ít thiết bị hơn và tuổi thọ cũng ngắn hơn do lượng nhiên liệu trên tàu nhỏ hơn. Các vệ tinh lớn hơn vẫn đóng một vai trò quan trọng, vì chúng có thể mang theo được nhiều thiết bị hơn và có tuổi thọ dài hơn, đặc biệt trong việc thực hiện các nhiệm vụ quốc gia và thương mại quan trọng. Tuy nhiên, những tiến bộ gần đây, cả về công nghệ tiểu hình hóa và hợp nhất vệ tinh, đã làm giảm đáng kể những nhược điểm của vệ tính nhỏ.

Đối phó với rủi ro kinh doanh cao: vệ tinh nano và micro ngày càng được phóng nhiều trong các cụm lớn và chỉ một thất bại thôi (lúc phóng hay đang triển khai) cũng có thể dẫn đến những tổn thất rất lớn. Cuộc phóng tên lửa Antares thất bại năm 2014 đã dẫn tới tổn thất hơn 30 vệ tinh.

Mối đe dọa môi trường ngày càng tăng từ các mảnh vỡ và va chạm: Mối quan tâm môi trường chủ yếu đó là việc triển khai nhanh các vệ tinh nhỏ sẽ làm tăng nguy cơ va chạm trong một số quỹ đạo vốn đã đông đúc, hình thành hiệu ứng phân tầng do có nhiều mảnh vỡ hơn sẽ làm phát sinh nguy cơ va chạm lớn hơn. Theo các hướng dẫn quốc tế về mảnh vụn không gian, hầu hết các vệ tinh đều phải hoặc di chuyển đến một quỹ đạo “nghĩa địa” hoặc lại trở vào bầu khí quyển khi chúng đạt đến giai đoạn kết thúc sử dụng. Tuy nhiên, do cách chế tạo, các vệ tinh rất nhỏ không có đủ nhiên liệu trên tàu để thực hiện sự chuyển động ra khỏi quỹ đạo.

Tác động đến chính sách khoa học, công nghệ và đổi mới

Các chính phủ có thể hỗ trợ cho sự phát triển vệ tinh nano và micro bằng cách khuyến khích sử dụng chúng cho mục đích giáo dục ở các trường đại học và các viện nghiên cứu, tạo điều kiện thuận lợi cho việc khởi nghiệp chuyên môn và thúc đẩy sự phối hợp trong các nhóm doanh nghiệp liên quan đến vệ tinh.

Tính đa dạng của việc sử dụng vệ tịnh nano và micro tăng lên, khối lượng dữ liệu phát sinh cũng gia tăng phục vụ cho các mục đích cá nhân và công cộng. Các nhà hoạch định chính sách cần thiết kế các khung pháp lý và môi trường kinh doanh phù hợp để đảm bảo rằng sự bùng nổ dữ liệu này có thể được khai thác vì lợi ích của nhiều bên.

Nguồn: vista.gov.vn