Vệ tinh Trung Quốc bí mật truyền dữ liệu nhanh khó tin, gấp 5 lần Starlink của Elon Musk

5 giờ trướcBài gốc

Hãy tưởng tượng bạn có thể truyền một bộ phim HD từ thành phố Thượng Hải (Trung Quốc) đến Los Angeles (Mỹ), băng qua chiều rộng Thái Bình Dương gấp ba lần, trong chưa đầy 5 giây chỉ bằng một nguồn sáng yếu như đèn ngủ.

Nghe có vẻ như khoa học viễn tưởng, vì Starlink (hoạt động ở quỹ đạo chỉ cách Trái đất vài trăm kilomet) chỉ đạt tốc độ tối đa vài Mbps.

Song từ một vệ tinh bí mật đang đỗ ở quỹ đạo địa tĩnh cao hơn hơn 60 lần, nhóm nhà khoa học Trung Quốc đã sử dụng tia laser công suất chỉ 2 watt, yếu như ngọn nến, để truyền dữ liệu xuống Trái đất ở tốc độ 1 Gbps, nhanh gấp 5 lần Starlink.

Starlink hiện là hệ thống internet vệ tinh lớn nhất thế giới, thuộc SpaceX - công ty hàng không vũ trụ do Elon Musk điều hành.

Liên kết laser từ vệ tinh xuống mặt đất rất nhanh, nhưng phải đối mặt với trở ngại lớn là nhiễu loạn khí quyển, làm tán xạ ánh sáng thành các vùng tín hiệu cực kỳ yếu và mờ nhạt rộng hàng trăm mét khi tới mặt đất.

Trước đây, các nhà nghiên cứu trên thế giới đã thử dùng quang học thích nghi (AO) để điều chỉnh lại tia sáng bị biến dạng hoặc thu nhận đa chế độ (MDR) để bắt các tín hiệu tán xạ, nhưng nhưng không phương pháp nào đủ hiệu quả khi gặp nhiễu loạn mạnh.

AO là công nghệ dùng để sửa lỗi méo hình ảnh do nhiễu loạn khí quyển gây ra, đặc biệt quan trọng trong thiên văn học và truyền thông bằng laser giữa vệ tinh với Trái đất.

MDR là kỹ thuật tiên tiến dùng trong truyền thông bằng laser (nhất là từ vệ tinh xuống Trái đất), nhằm tăng độ tin cậy của tín hiệu khi bị nhiễu loạn khí quyển.

Kết hợp AO-MDR

Dưới sự dẫn dắt của Giáo sư Wu Jian từ Đại học Bưu chính Viễn thông Bắc Kinh và ông Liu Chao từ Viện Khoa học Trung Quốc, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một giải pháp mang tính đột phá: Kết hợp AO-MDR.

“Phương pháp này ngăn chặn hiệu quả sự suy giảm chất lượng liên lạc do công suất tín hiệu cực thấp”, nhóm nghiên cứu viết trong một bài được bình duyệt đăng trên tạp chí tiếng Trung Acta Optica Sinica.

Họ đã thử nghiệm hệ thống tại đài quan sát Lệ Giang (phía tây nam Trung Quốc) bằng kính thiên văn đường kính 1,8m, nhắm vào một vệ tinh không nêu tên cách xa 36.705km.

Bên trong kính thiên văn có 357 gương siêu nhỏ có thể định hình lại chùm laser bị biến dạng và giảm thiểu sự biến dạng mặt sóng.

Bộ chuyển đổi đa mặt phẳng (MPLC) sẽ tách ánh sáng đi vào sợi quang đa chế độ thành 8 kênh chế độ cơ bản. Ba tín hiệu mạnh nhất được chọn và hợp nhất theo thời gian thực nhờ thuật toán “chọn đường truyền”, do các chip tùy chỉnh điều khiển.

MPLC là thiết bị quang học rất tiên tiến, được thiết kế để chuyển đổi giữa các chế độ ánh sáng khác nhau trong sợi quang đa chế độ một cách hiệu quả và chính xác. Sợi quang đa chế độ là loại sợi quang học có lõi to hơn so với sợi quang chế độ đơn, cho phép nhiều tia sáng truyền đi đồng thời bên trong.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy tín hiệu tăng vọt. Sự kết hợp AO+MDR tạo ra mức tăng đáng kể so với AO đơn lẻ tại các ngưỡng tín hiệu quan trọng.

“Hiệu ứng nhân lên này đã được quan sát nhất quán trong nhiều xác minh thực nghiệm”, nhóm nghiên cứu khẳng định.

Phương pháp mới cũng giúp giảm sai số một cách đáng kể. Khả năng nhận được tín hiệu có thể sử dụng đã tăng từ 72% lên 91,1% - điều quan trọng với việc truyền dữ liệu có giá trị cao.

Các nhà khoa học Trung Quốc đã sử dụng tia laser 2 watt để đẩy dữ liệu từ quỹ đạo 36.000km qua tầng khí quyển nhiễu loạn đến Trái đất với tốc độ 1Gbps, nhanh hơn Starlink 5 lần - Ảnh: Shutterstock

Trung Quốc đang giữ vai trò dẫn đầu trong phát triển công nghệ truyền thông bằng laser từ không gian. Năm 2020, vệ tinh Thực Tiễn-20 của Trung Quốc đã đạt tốc độ truyền dữ liệu xuống Trái đất bằng laser lên đến 10 Gbps từ quỹ đạo địa tĩnh - một kỷ lục thế giới.

Tuy nhiên, công suất laser trên Thực Tiễn-20 vẫn là thông tin mật. Theo trang SCMP, quân đội Mỹ được cho là cử vệ tinh đến để do thám Thực Tiễn-20 ở khoảng cách gần, nhưng vệ tinh Trung Quốc đã di chuyển ra xa.

Quỹ đạo địa tĩnh là loại quỹ đạo đặc biệt dành cho vệ tinh, giúp vệ tinh dường như "đứng yên" tại một điểm cố định trên bầu trời với người quan sát từ mặt đất. Đây là khái niệm quan trọng trong lĩnh vực vệ tinh viễn thông và quan sát.

Đặc điểm chính của quỹ đạo địa tĩnh

Độ cao cố định: Vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh nằm ở độ cao khoảng 35.786km so với mực nước biển trung bình, ngay phía trên đường xích đạo của Trái đất.

Vận tốc quay đồng bộ: Tại độ cao này, tốc độ quay của vệ tinh trên quỹ đạo trùng khớp chính xác với tốc độ tự quay của Trái đất (khoảng 23 giờ 56 phút 4 giây - một ngày sao).

Vị trí cố định: Nhờ sự đồng bộ về tốc độ và vị trí trên mặt phẳng xích đạo, vệ tinh địa tĩnh luôn nằm ở cùng một kinh độ trên bầu trời. Điều này có nghĩa là từ một điểm trên mặt đất, bạn sẽ thấy vệ tinh luôn ở nguyên vị trí, không di chuyển.

Hướng quay: Vệ tinh quay theo cùng hướng tự quay của Trái đất (từ tây sang đông).

Tầm quan trọng và ứng dụng của quỹ đạo địa tĩnh

Sự "đứng yên" tương đối của vệ tinh địa tĩnh mang lại những lợi ích vượt trội, khiến nó trở thành quỹ đạo lý tưởng cho nhiều ứng dụng quan trọng:

Viễn thông và internet vệ tinh: Đây là ứng dụng phổ biến nhất. Các ăng-ten thu phát trên mặt đất (ví dụ chảo vệ tinh tivi, thiết bị internet vệ tinh) có thể được cố định hướng vào vệ tinh mà không cần phải di chuyển để theo dõi nó. Điều này giúp đơn giản hóa thiết bị, giảm chi phí và đảm bảo kết nối ổn định liên tục cho truyền hình vệ tinh, điện thoại và dịch vụ internet ở những vùng xa xôi.

Truyền hình vệ tinh: Các đài truyền hình sử dụng vệ tinh địa tĩnh để phát sóng tín hiệu tới hàng triệu hộ gia đình.

Dự báo thời tiết: Vệ tinh thời tiết địa tĩnh cung cấp những hình ảnh liên tục về một khu vực rộng lớn của Trái đất, cho phép các nhà khí tượng học theo dõi sự hình thành và di chuyển của các hệ thống thời tiết, bão, mây.

Giám sát và theo dõi: Dù không phải là tối ưu cho việc chụp ảnh chi tiết toàn cầu (như vệ tinh quỹ đạo tầm thấp), vệ tinh địa tĩnh có thể được dùng để giám sát các khu vực rộng lớn trong thời gian thực.

Dẫn đường (một phần): Dù các hệ thống định vị toàn cầu (GPS, GLONASS, Galileo) chủ yếu sử dụng vệ tinh ở quỹ đạo tầm trung, một số hệ thống định vị khu vực hoặc bổ trợ có thể nhờ vệ tinh địa tĩnh để tăng cường độ chính xác hoặc độ bao phủ.

Thách thức

Dù sở hữu nhiều ưu điểm, quỹ đạo địa tĩnh cũng có một số hạn chế:

Độ cao lớn: Do ở độ cao rất lớn, tín hiệu từ vệ tinh mất một khoảng thời gian đáng kể để đi và về, gây ra độ trễ trong các cuộc gọi điện thoại hoặc truy cập internet.

Số lượng vệ tinh hạn chế: "Vành đai" quỹ đạo địa tĩnh có không gian hữu hạn. Do đó, chỉ một số lượng nhất định vệ tinh có thể được đặt trên quỹ đạo này mà không gây nhiễu lẫn nhau.

Không bao phủ cực: Do nằm trên xích đạo, vệ tinh địa tĩnh không thể "nhìn thấy" rõ ràng các khu vực ở gần cực Bắc hoặc cực Nam.

Tóm lại, quỹ đạo địa tĩnh là thành tựu kỹ thuật đáng kinh ngạc, cho phép chúng ta duy trì liên lạc và giám sát Trái đất một cách hiệu quả từ không gian, trở thành xương sống của nhiều hệ thống truyền thông và dịch vụ thiết yếu hiện nay.

Sơn Vân

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/ve-tinh-trung-quoc-bi-mat-truyen-du-lieu-nhanh-kho-tin-gap-5-lan-starlink-cua-elon-musk-233828.html