Kính viễn vọng vô tuyến giám sát vệ tinh và rác vũ trụ quỹ đạo địa tĩnh

Kính viễn vọng vô tuyến đã chứng minh khả năng theo dõi các vật thể ở quỹ đạo địa tĩnh cách Trái Đất khoảng 37.000 km, qua đó giúp tăng độ nhạy giám sát không gian của hệ thống radar hơn 10 lần và mở ra phương án bảo đảm an ninh không gian mà không cần đầu tư xây dựng các hạ tầng chuyên dụng với chi phí cao.

Một nhóm nghiên cứu quốc tế do Đại học Birmingham (Vương quốc Anh) dẫn dắt đã hoàn thành thử nghiệm theo thời gian thực, sử dụng các đài quan sát khoa học và thương mại sẵn có làm trạm thu radar độc lập, qua đó nâng cao năng lực giám sát không gian mà không cần xây dựng hệ thống chuyên dụng mới. Thử nghiệm đã chứng minh các hạ tầng được sử dụng để nghiên cứu khoa học có thể được tái sử dụng để phát hiện và theo dõi vệ tinh có nguy cơ gây mất an toàn cùng các mảnh rác vũ trụ có thể đe dọa hoạt động trên quỹ đạo.

Kính viễn vọng Lovell đường kính 76 mét tại Đài quan sát Jodrell Bank (Ảnh: Đại học Manchester)

Radar truyền thống có thể theo dõi khá hiệu quả các vật thể ở quỹ đạo Trái Đất thấp, nhưng khả năng này giảm mạnh khi mục tiêu nằm trên quỹ đạo địa tĩnh, cách Trái Đất khoảng 37.000 km. Ở khoảng cách xa như vậy, việc phát hiện vệ tinh hoặc mảnh vỡ đòi hỏi hệ thống phát tín hiệu với công suất rất lớn, đồng thời kéo theo yêu cầu đầu tư cao về thiết bị và hạ tầng.

Quỹ đạo địa tĩnh lại chính là nơi tập trung nhiều tài sản không gian quan trọng bậc nhất của thế giới, gồm các vệ tinh quân sự, chính phủ và thương mại làm nhiệm vụ liên lạc, định vị và dự báo thời tiết. Bảo vệ những hệ thống giá trị cao này cần một cái nhìn liên tục và rõ ràng về mọi diễn biến trên không gian. Nói cách khác, giới vận hành cần nhận diện được toàn bộ vật thể lân cận, từ vệ tinh đang hoạt động, tàu vũ trụ đã ngừng làm việc cho tới các vật thể khác, để kịp thời đưa ra quyết định và ứng phó trước mọi rủi ro tiềm tàng.

Dự án Radar Đa tĩnh Đường cơ sở Dài, viết tắt là LBMR, do Cơ quan Vũ trụ Vương quốc Anh tài trợ, đã tích hợp kính viễn vọng vô tuyến vào các hệ thống radar hiện có và nâng độ nhạy lên hơn mười lần, nhờ đó phát hiện được những vật thể nhỏ hơn ở khoảng cách xa hơn. Mức tăng hơn mười lần cho thấy giá trị thực tiễn của cách tiếp cận, bởi năng lực tăng thêm không đến từ việc đầu tư một cơ sở hoàn toàn mới mà đến từ việc khai thác thông minh những gì đã có.

Quỹ đạo Trái Đất đang có 13.026 vệ tinh hoạt động

GS. Marco Martorella tại Đại học Birmingham nhìn nhận thành công của LBMR đánh dấu một chặng quan trọng hướng tới việc đưa radar tích hợp kính viễn vọng vào vận hành để theo dõi vệ tinh và mảnh vỡ quanh hành tinh. Theo GS. Martorella, LBMR còn là môi trường độc đáo để phát triển công nghệ radar, kiểm chứng các ý tưởng cảm biến mới và đào tạo thế hệ kỹ sư radar kế cận. Ông nhìn nhận việc xây dựng và giữ chân đội ngũ chuyên gia chính là chìa khóa để hình thành năng lực phát hiện, bám bắt và nhận dạng vật thể không gian, qua đó bảo vệ hạ tầng vũ trụ trọng yếu và bảo đảm việc sử dụng không gian an toàn, bền vững cho tương lai.

Quan hệ hợp tác nghiên cứu tập hợp chuyên gia từ Đại học Birmingham, Đại học Manchester, Trạm mặt đất Goonhilly, Phòng thí nghiệm Lincoln thuộc Viện Công nghệ Massachusetts và cơ quan khoa học quốc gia Australia là CSIRO. Nhóm đã trình diễn trực tiếp năng lực tại cơ sở ECSAT của Cơ quan Vũ trụ châu Âu ở Harwell, Oxfordshire. Trong sự kiện, đại diện từ chính phủ, quốc phòng và ngành công nghiệp đã tận mắt chứng kiến các phép dò tìm và đo đạc radar được xử lý theo thời gian thực.

Màn trình diễn sử dụng những hạ tầng khoa học lớn của Anh, gồm kính viễn vọng Lovell đường kính 76 mét tại Đài quan sát Jodrell Bank, mạng lưới kính viễn vọng vô tuyến e-MERLIN, cùng ăng-ten liên lạc vệ tinh GES đường kính 30 mét. Sự kết hợp ấy cho thấy các cơ sở nghiên cứu và thương mại hoàn toàn có thể được chuyển đổi công năng để đối phó những thách thức đang nổi lên về an ninh quốc gia và tính bền vững của không gian.

Công nghệ tiên tiến này đạt được mà không cần khoản đầu tư, thời gian và công sức khổng lồ mà một cơ sở chuyên dụng lẽ ra cần đến. TS. Chris Blount thuộc Cơ quan Vũ trụ Vương quốc Anh đánh giá LBMR là ví dụ điển hình của đổi mới và hợp tác, bởi đội ngũ đã nhận lấy bài toán hóc búa về giám sát vật thể trên quỹ đạo địa tĩnh theo thời gian thực và theo yêu cầu, rồi thông qua quan hệ đối tác chủ động cùng cách ứng dụng sáng tạo những tài sản đẳng cấp thế giới sẵn có của Anh, chứng minh được một năng lực tối tân, được thiết kế ngay từ đầu cho mục đích lưỡng dụng.

Theo ông Blount, kết quả đạt được còn vượt qua cả năng lực mà một cơ sở chuyên biệt có thể mang lại, và đây chính là hướng đi giúp nước Anh cùng các đối tác quốc tế an toàn hơn, sẵn sàng hơn trước một không gian ngày càng đông đúc và nhiều tranh chấp.

Dự án đã kết nối các đối tác từ Anh, Hoa Kỳ và Australia để cùng vượt qua những bài toán cốt lõi về đồng bộ hóa, cảm biến phân tán và xử lý theo thời gian thực. Đây vốn là những nút thắt kỹ thuật nan giải mỗi khi nhiều trạm thu đặt cách xa nhau phải cùng phối hợp trên một mục tiêu.

TS. Jason Guicheteau, Chủ tịch Ủy ban Khoa học Kỹ thuật về Công nghệ Cảm biến của NATO, xem màn trình diễn trực tiếp thành công của LBMR là bằng chứng cho thấy sức mạnh của sự hợp tác giữa các nước đồng minh, thể hiện quá trình chuyển hóa khoa học nền tảng thành một năng lực vận hành hữu hình, khởi nguồn từ các nhóm nhiệm vụ nghiên cứu của Tổ chức Khoa học và Công nghệ NATO.

GS. Gaven Smith thuộc Đại học Manchester, nguyên Giám đốc Công nghệ của Cơ quan Tình báo Tín hiệu Chính phủ Anh (GCHQ), cho rằng đây là dẫn chứng thuyết phục về việc cơ sở và kỹ năng nghiên cứu có thể được huy động để bảo vệ các tài sản không gian quan trọng của Anh trước hàng loạt mối đe dọa, từ những hiểm họa tự nhiên cho tới nguy cơ thù địch từ bên ngoài. Ông nhấn mạnh nhu cầu về những năng lực như vậy đang trở nên cấp bách hơn, và cách ứng dụng kính viễn vọng vô tuyến đã cho thấy các năng lực mạnh mẽ hoàn toàn có thể được phát triển nhanh chóng, tiết kiệm ngay trong nước Anh bằng cách dựa vào nền tảng nghiên cứu sẵn có