Vệ tinh tầm thấp: Thách thức từ kỹ thuật đến chi phí

Từ kỹ thuật…

Từ quan điểm kỹ thuật, internet dựa trên vệ tinh vẫn còn một số thách thức cần được giải quyết. Các hệ thống vệ tinh cỡ nhỏ quỹ đạo thấp của Trái đất (viết tắt là LEO - Low Earth Orbit) có mật độ rất dày đặc là nguyên nhân gây ra mối lo ngại vì các mảnh vỡ không gian mà các hệ thống đó để lại, không chỉ từ các phương tiện phóng mà còn cả các nền tảng bị bỏ rơi, hỏng hóc hoặc hết tuổi thọ.

Hiện trạng về quỹ đạo thấp của Trái đất đang trở nên căng thẳng về vị trí cho quỹ đạo chùm LEO.

Các số liệu mới nhất liên quan đến các mảnh vỡ không gian, do Cơ quan Vũ trụ Châu Âu cung cấp cho thấy có khoảng 28.210 vật thể mảnh vỡ đã quay quanh hành tinh của chúng ta. Tương tự như vậy, với các chùm vệ tinh với hàng nghìn vệ tinh hoặc thậm chí hàng chục nghìn vệ tinh quay quanh quỹ đạo, một vụ va chạm rất có khả năng xảy ra.

Tại Hội thảo Vệ tinh viễn thông quỹ đạo thấp: Cơ hội, thách thức, khả năng đăng ký tần số và quỹ đạo do Hội Vô tuyến - Điện tử Việt Nam tổ chức ngày 25/11/2022. Dưới quan điểm của nhà quản lý, ông Lê Văn Tuấn, Cục trưởng Cục Tần số vô tuyến điện (Bộ TT&TT) cho biết, “với lợi thế vùng phủ toàn cầu, độ trễ thấp các chùm vệ tinh băng rộng quỹ đạo thấp đang đặt ra những thách thức mới trong công tác quản lý, cả về mặt thị trường và về tần số, quỹ đạo vệ tinh”.

Còn đối với hệ thống trên mặt đất, chúng ta cũng cần xem xét việc phân bổ phổ tần số và khả năng gây can nhiễu của các hệ thống này với cơ sở hạ tầng viễn thông trên mặt đất. Bên cạnh đó, nhiều hệ thống vệ tinh tầm thấp được thiết kế để hoạt động trong băng tần Ka, điều này sẽ đặt ra những thách thức cho các nhà khai thác trong việc truyền tín hiệu vệ tinh do bị tác động của các yếu tố thời tiết như mưa, tuyết...

Các nghiên cứu cho thấy, việc tác động từ yếu tố thời tiết có thể được cải thiện bằng cách thay đổi băng tần số sử dụng cho các hệ thống vệ tinh. Tuy nhiên, hiện nay việc triển khai các mạng thông tin di động 5G và các hệ thống thông tin khác cũng đang sử dụng nguồn tài nguyên phổ tần hạn chế này. Đây cũng là một vấn đề cần xem xét.

Ngoài việc truyền các gói tin, việc định tuyến lưu lượng truy cập xung quanh một mạng lưới hàng nghìn vệ tinh là một thách thức khác. Hệ thống LEO không đứng yên và quay vòng quanh trái đất với tốc độ khá nhanh.

Cục trưởng Cục Tần số vô tuyến điện Lê Văn Tuấn trao đổi về thông tin vệ tinh tại Hội thảo.

Từ dịch vụ internet vệ tinh hình thành của khái niệm “hạ tầng xuyên biên giới”. Khi người dân sử dụng các dịch vụ, các ứng dụng nội địa nhưng lại thông qua kết nối băng rộng đến từ các vệ tinh của quốc gia khác trong vũ trụ” ông Lê Văn Tuấn nhấn mạnh.

Một sự phức tạp khác trong định tuyến là do quỹ đạo thấp của hệ thống LEO, không phải mọi vệ tinh riêng lẻ đều có thể tiếp cận với ăng-ten trên mặt đất để cung cấp kết nối. Điều này có nghĩa là các gói dữ liệu cần phải được truyền từ vệ tinh này sang vệ tinh tiếp theo cho đến khi nó nằm trong phạm vi của một trạm mặt đất.

Thực hiện điều đó một cách hiệu quả và theo dõi các đường truyền dẫn khác nhau là một thách thức mà các nhà khai thác vệ tinh đang tập trung để tìm giải pháp nhằm điều chỉnh các giao thức định tuyến để đáp ứng cho sự thay đổi nhanh chóng này.

… đến tài chính

Trong khi thị trường tiếp tục phát triển, chi phí triển khai một hệ thống vệ tinh dao động từ 5 tỉ đến 10 tỉ USD. Nhưng đó không phải là tất cả. Trong quá trình hoạt động, các nhà khai thác vệ tinh cần phải chi nhiều khoản hơn nữa như chi phí bảo trì để duy trì hệ thống vệ tinh hàng năm.

Xu thế phát triển của chùm LEO sẽ không cần đến các thiết bị mặt đất quá khổ để có thể thu thập dữ liệu.

Bên cạnh đó, các vệ tinh cũng có tuổi thọ giới hạn và tất nhiên cũng giống như bất kỳ hệ thống nào khác, nó cũng có thể xảy ra hỏng hóc bất thường, buộc các nhà khai thác vệ tinh phải thay thế vệ tinh mới trước tuổi thọ dự kiến. Số liệu ước tính cho thấy, chỉ riêng con số này có thể làm tiêu tốn chi phí lên tới 1 tỉ đến 2 tỉ USD mỗi năm.

Theo như ông Nguyễn Huy Cương, Trưởng phòng Hợp tác Quốc tế, Cục Tần số vô tuyến điện cho biết, xu thế chùm LEO đang nổi lên với những tên tuổi lớn như SpaceX, OneWeb, Amazone, Telesat… Với các vệ tinh trong xu thế này sẽ có thông lượng rất lớn và tuổi thọ chỉ được 5 đến 10 năm trên quỹ đạo”.

Trong những bước phát triển gần đây của OneWeb về cung cấp dịch vụ internet vệ tinh đã gặp phải các vấn đề tài chính khi họ tìm cách phát triển các chùm vệ tinh quỹ đạo tầm thấp. Công ty này đã nộp đơn phá sản sau khi được báo cáo là hết tiền và không đảm bảo được nguồn vốn bổ sung.

Nếu không có chính phủ Anh ra tay cứu giúp thì công ty có lẽ đã không tồn tại được. Các công ty khác, như LeoSat của Luxembourg, không đủ may mắn để tìm được sự hậu thuẫn về mặt tài chính và kết quả là buộc phải ngừng hoạt động.

Trưởng phòng Hợp tác Quốc tế - Cục Tần số vô tuyến điện Nguyễn Huy Cương: chi phí để vận hành cho các chùm vệ tinh là rất lớn.

“Với số lượng vệ tinh trong chùm LEO là rất lớn, có thể lên đến 50 nghìn vệ tinh. Với mức đầu tư ban đầu của SpaceX là 10 tỉ USD nhưng khi phóng đủ số lượng cần thiết thì chi phí này có thể lên đến 30 tỉ USD cho cả dự án” ông Nguyễn Huy Cương thông tin thêm.

Trong vài năm gần đây, chúng ta đã thấy hệ thống LEO nhanh chóng trưởng thành và phát triển. Đặc biệt, khi đại dịch bùng phát trên toàn cầu, nhu cầu kết nối thông tin của con người ngày càng trở nên hết sức quan trọng; hy vọng các mạng vệ tinh quỹ đạo thấp sẽ mang lại kết nối internet băng rộng cho hầu hết người dân trên thế giới.

Mặc dù, hệ thống LEO sẽ mang lại hiệu quả, nhưng vẫn còn rất nhiều chặng đường phải đi và nhiều thách thức mà các công ty khai thác vệ tinh phải vượt qua. Các hệ thống vệ tinh có thể và sẽ lấp đầy một số khoảng trống về internet băng rộng, nhưng đừng mong đợi chúng sẽ sớm thay thế các hệ thống trên mặt đất và kết nối dựa trên cáp.