Khám phá kiến trúc mạng 'Internet trên trời' Starlink

30 phút trướcBài gốc

Ưu điểm của vệ tinh quỹ đạo thấp so với vệ tinh địa tĩnh

Quỹ đạo Trái đất thấp (LEO) là vùng không gian nằm ở độ cao khoảng 160 đến 2.000 km so với bề mặt Trái đất. Những vệ tinh tầm thấp này có tốc độ quay nhanh, chỉ mất khoảng 90 phút cho một vòng quỹ đạo.

Trong khi vệ tinh địa tĩnh là loại vệ tinh quay quanh Trái đất ở quỹ đạo địa tĩnh, cách bề mặt khoảng 36.000 km trên xích đạo. Sở dĩ có tên gọi "địa tĩnh" vì vệ tinh ở quỹ đạo này di chuyển cùng tốc độ quay của Trái đất, nên nhìn từ mặt đất, nó dường như đứng yên trên một vị trí cố định trên bầu trời.

Vệ tinh quỹ đạo thấp có ba ưu điểm lớn:

Độ trễ tín hiệu thấp

Tín hiệu truyền giữa vệ tinh quỹ đạo thấp và người dùng có độ trễ thấp, vì chúng ở gần mặt đất hơn nhiều so với vệ tinh địa tĩnh (nằm ở độ cao 36.000 km). Mức trễ thường chỉ từ 20 đến 40 mili giây, gần tương đương Internet cáp quang.

Chất lượng truyền tải cao

Khoảng cách ngắn làm tín hiệu mạnh hơn, giúp vệ tinh quỹ đạo thấp phù hợp với các dịch vụ băng thông cao như phát trực tuyến, trò chơi thời gian thực, hội nghị trực tuyến và ứng dụng quân sự yêu cầu phản hồi nhanh.

Khả năng phủ sóng toàn cầu

Mỗi vệ tinh quỹ đạo thấp chỉ phủ sóng một khu vực nhỏ vì di chuyển nhanh. Song khi phối hợp thành chòm sao, nhiều vệ tinh có thể phủ sóng toàn cầu, gồm cả đại dương và những vùng xa xôi mà cáp quang không tiếp cận được. Các ưu điểm này khiến mạng vệ tinh quỹ đạo thấp trở thành hạ tầng chiến lược mới, đặc biệt trong môi trường cạnh tranh công nghệ.

So sánh vệ tinh quỹ đạo thấp và vệ tinh địa tĩnh:

Khám phá kiến trúc tổng thể của mạng vệ tinh quỹ đạo thấp

Một mạng Internet vệ tinh quỹ đạo thấp như Starlink của công ty SpaceX (do Elon Musk điều hành) gồm ba thành phần chính: Tầng vệ tinh, mạng mặt đất và thiết bị người dùng. Khi kết hợp lại, chúng tạo thành một mạng lưới giống Internet trên không gian.

1. Tầng vệ tinh: Hàng trăm đến hàng chục nghìn vệ tinh hoạt động liên tục

Tầng vệ tinh là trái tim của mạng lưới. Khác với vệ tinh địa tĩnh cỡ lớn, mỗi vệ tinh quỹ đạo thấp thường nhỏ và nhẹ, trọng lượng từ 200 đến 300 kg. Ưu điểm của thiết kế nhỏ là có thể sản xuất hàng loạt và phóng nhiều chiếc cùng lúc bằng tên lửa đẩy như Falcon 9 của SpaceX.

Một mạng vệ tinh quỹ đạo thấp dùng kiến trúc chòm sao, tức nhiều tầng vệ tinh hoạt động đồng bộ. Chòm vệ tinh gồm nhiều mặt phẳng quỹ đạo, mỗi mặt phẳng chứa số vệ tinh nhất định, tất cả được lập trình để giữ khoảng cách với nhau. Nhờ cấu trúc này, khi một vệ tinh đi ra khỏi vùng phủ sóng, vệ tinh tiếp theo ngay lập tức thay thế.

Một bước tiến quan trọng trong mạng vệ tinh quỹ đạo thấp hiện đại là khả năng giao tiếp bằng laser giữa các vệ tinh. Nhờ các liên kết quang này, dữ liệu có thể truyền từ vệ tinh này sang vệ tinh khác mà không cần trạm mặt đất trung gian. Công nghệ này giúp giảm độ trễ, tạo thành mạng Internet bay quanh Trái đất và khiến việc gây nhiễu từ mặt đất trở nên khó khăn hơn.

Trung Quốc, Mỹ và châu Âu đều đang đầu tư mạnh vào các tuyến laser không gian vì tính chiến lược của nó.

2. Mạng mặt đất: Hệ thống trạm điều khiển và các cổng liên lạc

Dù có thể giao tiếp với nhau, các vệ tinh vẫn cần những trạm mặt đất để kết nối mạng Internet toàn cầu. Các cổng mặt đất này là nơi chuyển dữ liệu từ vệ tinh vào mạng cáp quang quốc tế hoặc ngược lại.

Hệ thống mặt đất còn bao gồm trạm điều khiển quỹ đạo, trung tâm giám sát, hệ thống dự phòng vận hành.

Việc phân bố trạm mặt đất ở nhiều khu vực giúp tăng ổn định và bảo mật. Đây cũng là lý do nhiều quốc gia dè chừng khi cho nước ngoài đặt trạm vệ tinh trên lãnh thổ.

3. Thiết bị người dùng

Để kết nối với mạng vệ tinh quỹ đạo thấp, người dùng cần một thiết bị nhỏ gọi là terminal. Thiết bị này có ăng ten phẳng hiện đại, sử dụng công nghệ ăng ten pha điện tử, cho phép tự động hướng về các vệ tinh mà không cần điều chỉnh thủ công. Terminal có thể lắp đặt trên mái nhà, tàu thuyền, thậm chí trên máy bay, giúp người dùng truy cập Internet mọi lúc, mọi nơi.

Thiết bị kết nối Internet vệ tinh của Starlink - Ảnh: Amazon

Các quốc gia lớn xây dựng mạng lưới quỹ đạo thấp như thế nào?

Mỹ với Starlink

Starlink của Elon Musk đã triển khai hơn 8.810 vệ tinh và dự kiến lên đến 12.000, thậm chí 42.000. Đây là mạng vệ tinh quỹ đạo thấp lớn nhất thế giới và đang hoạt động ở hơn 70 quốc gia.

Starlink của SpaceX hiện là mạng vệ tinh quỹ đạo thấp lớn nhất thế giới. Đến nay, Starlink đã triển khai hơn 8.810 vệ tinh trên quỹ đạo thấp và con số này vẫn tiếp tục tăng nhanh. SpaceX đặt mục tiêu mở rộng lên 12.000 vệ tinh trong giai đoạn đầu và về lâu dài có thể phát triển tới 42.000 nếu được cấp phép đầy đủ.

Quy mô khổng lồ này giúp Starlink tạo ra mộtlớp phủ liên lục địa quanh Trái đất, mang lại Internet tốc độ cao cho người dùng ở hơn 70 quốc gia. Mạng lưới dày đặc cũng giúp tín hiệu ổn định hơn, độ trễ thấp hơn và khả năng phục hồi tốt hơn khi xảy ra sự cố ở một phần hệ thống.

Nhờ triển khai nhanh, phạm vi phủ sóng lớn và công nghệ tiên tiến như liên kết laser giữa các vệ tinh, Starlink đang trở thành nền tảng quan trọng trong cả lĩnh vực dân sự (Internet, hàng hải, hàng không) lẫn quân sự (truyền thông chiến thuật, dẫn đường, điều khiển máy bay không người lái).

Trung Quốc với Qianfan và các dự án khác

Trung Quốc đang tích cực xây dựng mạng lưới vệ tinh quỹ đạo thấp mang tên Qianfan (Thiên Phàm) nhằm phát triển hệ thống Internet vệ tinh riêng, để tránh bị Mỹ kiểm soát hạ tầng Internet không gian. Mục tiêu của Qianfan là triển khai vài nghìn vệ tinh, tạo lớp phủ rộng khắp quốc gia và tiến tới khả năng phủ sóng toàn cầu.

Nhiều công ty tư nhân của Trung Quốc, như Galaxy Space, iSpace hay các công ty trong tập đoàn hàng không vũ trụ Trung Quốc (CASC, CASIC), cũng đang nghiên cứu và phóng các vệ tinh nhỏ, vệ tinh thử nghiệm công nghệ mới. Những vệ tinh này có thể thử nghiệm các tính năng tiên tiến như liên kết quang giữa các vệ tinh, internet băng thông cao và tích hợp vào ứng dụng quân sự lẫn dân sự.

Nga với Rassvet

Nga đang triển khai dự án Rassvet, một mạng lưới vệ tinh quỹ đạo thấp nhằm xây dựng Internet vệ tinh nội địa. Theo kế hoạch, Nga sẽ phóng khoảng 250 vệ tinh vào năm 2027, tạo lớp phủ ban đầu trên nhiều khu vực rộng lớn và tăng lên gần 1.000 vệ tinh năm 2035 để đảm bảo phủ sóng toàn quốc.

Dự án do Cục 1440 chịu trách nhiệm phát triển và vận hành. Mục tiêu của Rassvet không chỉ là cung cấp Internet tốc độ cao cho các vùng thành thị mà còn đặc biệt nhắm tới những khu vực vùng sâu, vùng xa, nơi hạ tầng cáp quang khó tiếp cận.

Ông Sergei Boyarsky, Chủ tịch Ủy ban Chính sách Thông tin của Duma Quốc gia, nhấn mạnh rằng mạng lưới này sẽ mang lại lợi ích cả về kỹ thuật lẫn kinh tế, đồng thời có thể được chia sẻ công nghệ với các đối tác quốc tế sau khi triển khai thành công trong nước.

Rassvet được coi là giải pháp chiến lược, giúp Nga củng cố chủ quyền thông tin và năng lực an ninh mạng trong bối cảnh Internet vệ tinh toàn cầu đang trở thành một phần quan trọng của hạ tầng quân sự và dân sự. Tuy nhiên, việc triển khai dự án này cũng gặp nhiều thách thức, gồm ngân sách lớn, năng lực phóng hạn chế và nguy cơ tham nhũng, như vấn đề từng xảy ra tại Roscosmos (Tập đoàn Vũ trụ Liên bang Nga).

Trung Quốc và Nga nỗ lực xây dựng mạng lưới vệ tinh quỹ đạo thấp Qianfan và Rassvet để cạnh tranh với Starlink của Mỹ - Ảnh: SV

Châu Âu, Ấn Độ và nhiều nước khác cũng chạy đua

Châu Âu cũng đang triển khai dự án IRIS² (Infrastructure for Resilient, Interconnected and Secure Satellites) nhằm xây dựng một mạng lưới vệ tinh quỹ đạo thấp cho mục đích an ninh mạng, viễn thông và kết nối Internet toàn châu lục. Dự án này được EU (Liên minh châu Âu) tài trợ và hướng tới việc cung cấp một giải pháp thay thế an toàn, giảm sự phụ thuộc vào hệ thống vệ tinh nước ngoài như Starlink.

Ở Ấn Độ, tập đoàn công nghệ Jio Platforms với dự án hợp tác cùng OneWeb đang lên kế hoạch phóng hàng trăm vệ tinh quỹ đạo thấp. Mục tiêu là cung cấp Internet tốc độ cao cho vùng sâu, vùng xa, đồng thời tăng cường năng lực kết nối cho quốc phòng và giám sát lãnh thổ. Đây được xem là bước quan trọng giúp Ấn Độ nâng cao chủ quyền số và tham gia vào thị trường Internet vệ tinh toàn cầu.

OneWeb là công ty viễn thông và vệ tinh tư nhân ở Anh, chuyên phát triển mạng lưới vệ tinh quỹ đạo thấp để cung cấp Internet toàn cầu.

Các quốc gia khác như Canada, Nhật Bản, Hàn Quốc, Brazil cũng nghiên cứu hoặc triển khai nhóm vệ tinh nhỏ nhằm phục vụ mục đích dân sự lẫn quân sự. Điều này cho thấy nhiều quốc gia đều nhận ra tầm quan trọng chiến lược của mạng vệ tinh quỹ đạo thấp.

Việc sở hữu một mạng lưới vệ tinh riêng không chỉ tác động đến phát triển kinh tế số, mà còn ảnh hưởng trực tiếp tới quyền kiểm soát thông tin, an ninh quốc phòng và độc lập chiến lược trong không gian.

Sơn Vân

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/kham-pha-kien-truc-mang-internet-tren-troi-starlink-241798.html