Cuộc chạy đua công nghệ dẫn đường bằng vệ tinh trên thế giới

Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System), công nghệ dẫn đường bằng vệ tinh đã được Bộ Quốc phòng Mỹ và Học viện Công nghệ thông tin Massachusetts (MIT) phát triển đầu tiên trên thế giới. Đến nay, công nghệ này đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực bởi tính ưu việt của nó. Do lợi ích to lớn của GPS cũng như để không phụ thuộc vào hệ thống này của Mỹ, một số nước đã và đang chạy đua phát triển mạnh mẽ công nghệ này để chủ động trong mọi tình huống, nhất là khi có chiến tranh xảy ra.

Hành trình 50 năm của GPS

Lúc đầu, hệ thống này được sử dụng riêng cho quân đội Mỹ bao gồm 11 vệ tinh và có tên gọi là NAVSTAR được ra mắt vào năm 1978. Tuy nhiên, ý tưởng về hệ thống này bắt đầu sớm hơn và lịch sử phát triển GPS cho thấy hệ thống này đã được phát triển lần đầu vào những năm 1950.

Năm 1951, Tiến sĩ Ivan Getting tốt nghiệp ở Học viện MIT đã ứng dụng các kiến thức thiên văn học của mình vào việc xác định vị trí trên mặt đất. Trong thời gian này, Không quân Mỹ đòi hỏi một hệ thống dẫn đường để di chuyển bằng tàu hỏa nên Ivan Getting đã phát triển hệ thống định vị 3 chiều đầu tiên dựa trên thời gian đến nơi khác nhau. Hệ thống này đã trở thành nền tảng cơ bản cho tương lai của GPS.

Phân bố của vệ tinh GPS trên quỹ đạo.

Sau khi Nga phóng lên không gian một vệ tinh có tên gọi Sputnik vào năm 1957, các nhà nghiên cứu ở MIT đã lưu ý trong lúc Sputnik xoay vòng quanh trái đất, tín hiệu sóng radio phát ra có độ mạnh yếu khác nhau: khi tiến gần đến vị trí của các nhà nghiên cứu ở MIT, tín hiệu trở nên mạnh hơn; khi vệ tinh rời xa vị trí của họ, sức mạnh của tín hiệu giảm đi. Từ việc tăng và giảm tín hiệu này, các nhà nghiên cứu có thể xác định được quỹ đạo chính xác của Sputnik. Điều đó cho thấy tín hiệu sóng từ một vệ tinh hay một ngôi sao nhân tạo, có thể giúp xác định được khoảng cách giữa các vị trí với nhau trên mặt đất và đó cũng là bước khởi đầu của hệ thống GPS.

Sự phát triển của GPS bắt đầu vào năm 1973 với việc ra mắt hệ thống định vị vệ tinh dựa trên các công nghệ hiện có của Không quân và Hải quân Mỹ. Hệ thống được kiểm nghiệm trong vòng 3 năm. Vào năm 1977, bộ phận tín hiệu đầu tiên được lắp đặt trên bề mặt đất và thử nghiệm, mặc dù vẫn chưa có vệ tinh nào được phóng lên. Bộ nhận tín hiệu này được gọi là Pseudolites. Đến năm 1978 đã có 11 vệ tinh được phóng lên không gian và đặt vào đúng vị trí.

Năm 1980, hệ thống GPS đã được phép sử dụng vào các hoạt động dân sự và đã phổ biến ra toàn thế giới. Đến lúc này, hệ thống GPS có 2 mã thu phát tín hiệu: mã P- chính xác, dùng cho quân sự Mỹ; mã C/A – dễ dò tìm, dùng cho dân sự. Vào thời kỳ chiến tranh lạnh, do lo ngại đối phương có thể sử dụng mã dân sự vào mục đích quân sự để tấn công nước Mỹ, nên Bộ Quốc phòng Mỹ đã đưa thêm sai số vào mã dân sự, nhưng vẫn phải bảo đảm cam kết với Tổ chức Hàng hải thế giới (IMO) là sai số không vượt quá 100m. Đến tháng 5-2000, Tổng thống Bill Clinton đã ký sắc lệnh hủy bỏ biện pháp hạn chế trên, vì tới lúc này giới quân sự Mỹ đã có kỹ thuật để ngưng cung cấp dịch vụ GPS trong một khu vực nào đó nếu cần thiết.

Cuộc chạy đua GPS ngày càng nóng lên

Hiện nay, một số nước đã chạy đua phát triển mạnh mẽ công nghệ dẫn đường bằng vệ tinh; tuy vậy, ngôi vị dẫn đầu trong lĩnh vực định vị và dẫn đường toàn cầu GPS hiện nay vẫn là Mỹ.

Vừa qua, Mỹ đã hoàn thiện thử nghiệm một trong 32 vệ tinh tối tân, chuẩn bị cho đợt nâng cấp hệ thống GPS. Sau hơn 3 thập niên thống lĩnh với 24 vệ tinh có khả năng bao phủ toàn cầu, Bộ Tư lệnh Không gian Mỹ đang xúc tiến kế hoạch triển khai hệ thống định vị thế hệ kế tiếp mạnh mẽ và chính xác hơn. Các vệ tinh mới mang tên Block III được đánh giá sẽ cải thiện hiệu quả các thiết bị thu tín hiệu dân sự lẫn quân sự, với sai số trong vòng 90cm thay vì đến 3m như hiện nay. Lầu Năm Góc đã lên kế hoạch mua khoảng 32 vệ tinh Block III và toàn bộ chi phí sẽ lên đến 5,5 tỷ USD. Tuy nhiên, Văn phòng Ngân sách Quốc hội dự kiến chi phí thiết kế, sản xuất và phóng lên quỹ đạo các vệ tinh mới sẽ cao hơn nhiều, khoảng 22 tỷ USD vào năm 2025 vì Không lực Mỹ có thể sẽ cần đến 40 vệ tinh. Dự kiến các vệ tinh Block III sẽ bắt đầu thay thế các vệ tinh cũ vào năm 2014 và phải đợi đến năm 2018 hoặc 2020 thì mới khai thác hết toàn bộ công suất của hệ thống mới cho các hoạt động quân sự.

Sẽ có thêm nhiều vệ tinh định vị được đưa vào không gian trong tương lai.

Tuy nhiên, ngôi vị dẫn đầu của Mỹ trong lĩnh vực này đang bị đe dọa sau khi Nga đã phát triển mạnh công nghệ dẫn đường bằng vệ tinh mang tên GLONASS, tương tự như hệ thống định vị toàn cầu GPS của Mỹ. Hệ thống GLONASS bao gồm 24 vệ tinh hoạt động và khoảng từ 2-3 vệ tinh dự phòng trên quỹ đạo bảo đảm phủ sóng toàn cầu nhằm mục đích phục vụ cho quân sự lẫn dân sự. Với việc phóng một vệ tinh GLONASS-M vào đầu tháng 10-2011, Nga đã hoàn tất việc thiết lập hệ thống vệ tinh trên quỹ đạo. Trong thời gian tới Nga sẽ phát triển cơ sở hạ tầng mặt đất của hệ thống để làm tăng độ chính xác của GLONASS ở mức 5-6m hiện nay lên 1m vào năm 2015.

Cùng với việc chạy đua hệ thống dẫn đường với Mỹ và Nga, EU đặt tham vọng xây dựng hệ thống của riêng mình. Sau nhiều năm “dùng ké” Mỹ, EU vừa quyết định phát triển hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh mang tên nhà thiên văn học người Ý Galileo Galilei và vệ tinh thử nghiệm đầu tiên đã được phóng lên vào năm 2005. Với tổng chi phí khoảng 1,5 tỉ Euro, hiện toàn bộ 30 vệ tinh của hệ thống này đang được triển khai vào các vị trí trên quỹ đạo. Dự kiến, hệ thống Galileo sẽ bắt đầu cung cấp dịch vụ từ năm 2014.

Trung Quốc cũng đang gây sốt khi phát triển mạnh hệ thống dẫn đường định vị địa phương mang tên Bắc Đẩu. Từ năm 2000, hệ thống định vị Bắc Đẩu 1 của Trung Quốc đã cung cấp dịch vụ cho các khách hàng trong nước và khu vực lân cận. Đến ngày 27-12-2011, hệ thống Bắc Đẩu 2 mang tên COMPASS đã đi vào hoạt động với 10 vệ tinh. Sắp tới, 6 vệ tinh nữa sẽ được phóng vào quỹ đạo nhằm nâng cao chất lượng và phạm vi phủ sóng ra hầu hết khu vực châu Á - Thái Bình Dương. Đến năm 2020, Trung Quốc đang hướng tới việc COMPASS sẽ phủ sóng toàn cầu với 35 vệ tinh (hệ thống này đang phủ sóng từ Nga đến Úc và một phần Thái Bình Dương đến khu vực Tân Cương). Các chuyên gia quân sự cho rằng, Trung Quốc không những đang tìm cách giảm sự phụ thuộc vào dịch vụ GPS của Mỹ, mà với hệ thống Bắc Đẩu 2, nước này còn có thể dò tìm, phát hiện và tấn công tàu chiến, máy bay nếu có xung đột.

Cuộc chạy đua công nghệ dẫn đường bằng vệ tinh càng tăng nhiệt hơn khi Ấn Độ cũng đã lên kế hoạch phát triển hệ thống vệ tinh định vị khu vực với tên gọi IRNSS. Hệ thống này gồm 7 vệ tinh chủ lực sẽ hoạt động vào cuối năm 2014. Ngoài ra, Nhật Bản cũng sẽ trình làng hệ thống định vị riêng vào cùng năm trong lúc vẫn tận dụng công nghệ hiện có của Mỹ và EU.

Như vậy, hiện nay dịch vụ GPS của Mỹ vẫn được sử dụng nhiều nhất trên thế giới bởi nhiều ưu điểm của nó như: dễ sử dụng, giá thành rẻ cũng như tính ổn định cao và độ chính xác bảo đảm. Tuy nhiên, mọi chuyện sẽ thay đổi trong tương lai gần trước sự chạy đua quyết liệt vào không gian của một số nước để làm chủ hệ thống định vị vệ tinh của mình. Dự kiến sẽ có thêm nhiều vệ tinh xuất hiện trên quỹ đạo trong vài năm tới so với khoảng 30 vệ tinh định vị bao phủ toàn bộ bầu trời hiện nay.

Nguyễn Thanh Điệp