Phát triển công nghệ chế tạo vệ tinh: Chặng đường nhiều bấp bênh

Phát triển công nghệ chế tạo vệ tinh: Chặng đường nhiều bấp bênh

Vệ tinh NanoDragon của Việt Nam do Trung tâm Vũ trụ Việt Nam , Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST) chế tạo đã lên đường đến Nhật Bản vào ngày 11/8/2021.

Hơn nửa tháng nữa, vào ngày 1/10, cùng với tám vệ tinh khác, NanoDragon sẽ được phóng lên vũ trụ trên tên lửa Epsilon 5, khởi hành từ Trung tâm Vũ trụ Uchinora, gần cực Nam Nhật Bản.

Phát triển công nghệ chế tạo vệ tinh: Chặng đường nhiều bấp bênh
Thử nghiệm chức năng của vệ tinh NanoDragon. Ảnh: Trung tâm Vũ trụ Việt Nam

Thêm một bước tiến

NanoDragon thuộc loại vệ tinh CubeSat (tức loại vệ tinh được “ghép” bởi các khối hình hộp 1U tương đương 10 x 10 x 10 cm), có kích thước 3U, và nặng khoảng 4kg. Vệ tinh này có quỹ đạo đồng bộ mặt trời (Sun- synchronous orbit – SSO) và cách mặt đất khoảng 560 km. Khi hoạt động ở quỹ đạo này, vệ tinh được đồng bộ sao cho luôn bay qua một địa điểm tại một thời điểm nhất định trong ngày. Nó có hai thiết bị nhiệm vụ: Thứ nhất là bộ thu tín hiệu của hệ thống nhận diện tự động AIS (Automatically Identification System). AIS là một hệ thống nhận và phát tín hiệu để truyền vị trí, tốc độ, hướng đi cùng với một số thông tin cố định khác như: tên tàu, số nhận dạng (ID), kích thước và chi tiết chuyến đi,… Hệ thống sẽ tự động trao đổi dữ liệu với các tàu ở gần cũng như các trạm cố định và vệ tinh. Các trạm AIS cố định thường chỉ thu được thông tin của các tàu cách bờ 15-20 hải lý, còn xa hơn thì cần tới các vệ tinh để thu nhận tín hiệu. AIS vốn được dùng để giúp các tàu biển tránh va chạm cũng như giúp các cơ quan chức năng thuộc cảng biển kiểm soát lưu lượng ra vào cảng tốt hơn. Kết quả của nhiệm vụ này sẽ là một minh chứng rõ ràng về khả năng sử dụng chùm vệ tinh siêu nhỏ cỡ nano trong thu nhận tín hiệu AIS của tàu biển. Thứ hai là thiết bị chụp ảnh quang học. Để dễ hình dung, thiết bị này tương tự như một máy ảnh chuyên dụng, trong quá trình chụp ảnh thiết bị có thể điều khiển được các thông số về khẩu độ, tốc độ, iso,… và vị trí vệ tinh cần chụp theo lệnh điều khiển từ trạm điều khiển mặt đất. Kết quả sẽ được gửi về trạm mặt đất nhằm xác minh chất lượng của phân hệ điều khiển và xác định tư thế vệ tinh (ADCS) thông qua thực nghiệm.

Phát triển công nghệ chế tạo vệ tinh: Chặng đường nhiều bấp bênh
Thử nghiệm chức năng của vệ tinh NanoDragon.

NanoDragon là vệ tinh đầu tiên được phát triển, thiết kế, chế tạo và tích hợp trong nước (một số phần cứng được mua từ các nhà sản xuất quốc tế, toàn bộ phần mềm được viết bởi các kĩ sư Việt Nam). Trước đó, các kĩ sư thiết kế vệ tinh của Việt Nam tích lũy được kinh nghiệm đáng kể qua việc chế tạo hai vệ tinh khác đó là PicoDragon (2013) và MicroDragon (2019).

Tuy nhiên, dự án PicoDragon được khởi động từ năm 2007 khi đội ngũ kĩ sư đều từ lĩnh vực khác chuyển sang, chưa hề có kinh nghiệm làm vệ tinh trước đó. Khó khăn hơn nữa là ngành công nghiệp vệ tinh chi phí thấp mới manh nha, không nhiều linh kiện sẵn có, đòi hỏi người làm phải tự phát triển thiết bị. Thành công của PicoDragon một phần đến từ sự hỗ trợ của các đồng nghiệp Nhật Bản trên cơ sở một thỏa thuận hợp tác giữa Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam và Cơ quan Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA).

Còn với MicroDragon, vệ tinh này được phát triển bởi 36 kỹ sư Việt Nam (bao gồm cả những người đã chế tạo PicoDragon) khi đang theo học tại năm trường đại học ở Nhật Bản. Việc đào tạo nhân lực công nghệ vũ trụ thuộc một hợp phần của dự án “Phòng chống thiên tai và biến đổi khí hậu sử dụng vệ tinh quan sát Trái đất” sử dụng nguồn vốn vay ODA ưu đãi của Chính phủ Nhật Bản và vốn đối ứng của Chính phủ Việt Nam. Ngoài ra dự án này còn có hai nội dung quan trọng khác là xây dựng cơ sở hạ tầng cho Trung tâm Vũ trụ Việt Nam và chế tạo vệ tinh LOTUSat-1 có khả năng chụp ảnh Trái đất với độ phân giải cao trong mọi điều kiện thời tiết do công ty NEC của Nhật thiết kế và chế tạo. Khi làm MicroDragon, các kĩ sư Việt Nam không chỉ nhận được sự hỗ trợ của nhiều giáo sư Nhật Bản, mà sự sẵn sàng của các thiết bị thử nghiệm vệ tinh, sự sẵn có của các thiết bị ở một thị trường công nghệ vũ trụ phát triển còn cho phép các kỹ sư có thể “làm những gì mình muốn”.

Trong khi đó, với NanoDragon, nhóm kĩ sư Việt Nam phải tự xoay sở với những thiếu thốn về linh kiện và giới hạn của nền công nghiệp phụ trợ trong nước. Đồng thời họ cũng phải tự trải qua quá trình đánh giá an toàn phức tạp và mất nhiều tháng với bốn vòng khắt khe từ phía Nhật Bản. Trong quá trình này, phía Việt Nam phải chứng minh thiết kế vệ tinh của mình khi hoạt động trong môi trường chân không, nhiệt và rung lắc khi bay cần luôn đảm bảo vệ tinh không gây bất kì sự cố nào cho tên lửa cũng như cho các vệ tinh khác.

Vào tháng 10 này, khi trạm mặt đất của NanoDragon đặt ở Trung tâm Vũ trụ Việt Nam nhận được những tín hiệu đầu tiên, có thể nói rằng, Việt Nam đã tiến thêm một bước trong tự chủ công nghệ chế tạo vệ tinh.

Nhưng vẫn còn cả một chặng đường dài phía trước.

CubeSat thường là vệ tinh đầu tiên được nghiên cứu và phát triển đối với các quốc gia bắt đầu bước chân vào lĩnh vực phát triển công nghệ vũ trụ. Tuy nhiên, do kích thước quá nhỏ, không đủ không gian để lắp đặt nhiều thiết bị, trừ phi có công nghệ quang học rất đột phá và phóng cả chùm hàng chục, hàng trăm chiếc CubeSat lên vũ trụ cùng lúc, những vệ tinh này khó có thể đem đến một ứng dụng thực tế. Vì vậy, CubeSat phục vụ chủ yếu mục tiêu đào tạo, thử nghiệm và kiểm chứng công nghệ.

Trường hợp của NanoDragon hay PicoDragon trước đó cũng không ngoại lệ, mục đích chính của chúng là nâng cao năng lực cho các kĩ sư thiết kế vệ tinh. Với NanoDragon, họ muốn đánh giá khả năng điều khiển vệ tinh và khả năng thu tín hiệu AIS từ tàu biển. Tuy nhiên, nhưng những dữ liệu này không đủ nhiều và không đủ tốt để sử dụng trong giám sát tàu biển hay quan sát lãnh thổ ngoài thực tế. Lí do là bởi, vệ tinh này chỉ bay qua nước ta từ hai đến bốn lần một ngày, tức là hầu hết thời gian của nó không thể quan sát lãnh thổ Việt Nam. Còn camera khi chụp ở độ cao 600 km có chất lượng ảnh hạn chế, không thể dùng để quan sát Trái đất mà chỉ để kiểm định việc kiểm định hệ thống điều khiển tư thế vệ tinh trên quỹ đạo (trỏ xuống một vài vị trí nhất định ở Việt Nam và chụp ảnh).

Vệ tinh nhỏ cần cộng đồng lớn

Công nghệ vũ trụ những năm gần đây đang trở thành một lĩnh vực phát triển sôi động. Trước đây, nó là lĩnh vực “độc quyền” của các cơ quan vũ trụ tại các quốc gia lớn với các vệ tinh cỡ lớn, nặng trên một tấn. Bây giờ, nhờ sự phát triển của công nghệ, các vệ tinh nhỏ hơn, nhẹ hơn, linh kiện sẵn có hơn, chi phí sản xuất và phóng lên vũ trụ rẻ hơn nhiều lần đã mở đường cho các công ty tư nhân và quốc gia đang phát triển bước chân vào lĩnh vực này. Nhìn quanh, hầu hết các quốc gia Đông Nam Á đều đã bắt đầu và Indonesia, Thái Lan và đặc biệt là Singapore có những bước tiến đáng kể trong ngành công nghệ chế tạo vệ tinh.

Nếu mua vệ tinh hoặc ảnh vệ tinh của nước ngoài, một quốc gia sẽ không có toàn quyền về dữ liệu. Trong khi, các dữ liệu vệ tinh ngày càng có vai trò quan trọng trong những quyết định về kinh tế, chính trị và xã hội của một nước. Ví dụ như, vệ tinh quan sát Trái đất giúp hỗ trợ giám sát nông nghiệp, tài nguyên, giám sát lưu lượng nước, lũ lụt, giám sát trong hàng hải, qui hoạch lãnh thổ và đặc biệt trong An ninh – Quốc phòng. Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản (METI) đã từng thực hiện một khảo sát về hiện trạng và kế hoạch của Việt Nam về vệ tinh quan sát Trái đất vào năm 2018. Trong các trao đổi với hơn 12 cơ quan bao gồm Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Bộ Tài nguyên và Môi trường, các cơ quan thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam và nhiều trường đại học, METI thấy rằng, Việt Nam “đã và đang sử dụng rất nhiều dữ liệu vệ tinh trong công việc hằng ngày để theo dõi thiên tai và chiến lược ứng phó biến đổi khí hậu”.

Con đường của nhóm kĩ sư chế tạo vệ tinh cũng như chiến lược của Việt Nam, như nhiều quốc gia khác, là tập trung vào các vệ tinh nhỏ. “Chúng tôi đặt mục tiêu sẽ làm các vệ tinh nặng 180 kg là tối đa vì khả năng tiếp cận và làm chủ công nghệ của dòng vệ tinh này có nhiều thuận lợi hơn” – theo lời anh Lê Xuân Huy. Trong tương lai gần, ít nhất là năm năm tới, họ sẽ không làm CubeSat nữa, mà sẽ làm những vệ tinh quan sát Trái đất tương tự như MicroDragon. Khác với PicoDragon và NanoDragon, MicroDragon là vệ tinh dạng nhỏ có khối lượng là 50kg và kích thước 50x50x50cm. Vì có thể tích lớn, nó cho phép các kĩ sư thiết kế có thể tích hợp trên đó nhiều thiết bị hơn với công năng cao hơn.

Dẫu rằng vệ tinh như MicroDragon có nhiều tiềm năng, nhưng liệu nó có thể ứng dụng vào đời sống hay không, điều đó không chỉ phụ thuộc vào đội ngũ kĩ sư chế tạo vệ tinh. “Chúng tôi chỉ thiết kế vệ tinh theo những nhiệm vụ, nhưng nhiệm vụ đó có thực sự mang lại ý nghĩa thực tế thì còn bước tiến khá dài, không chỉ về công nghệ mà còn chuyên gia xử lý dữ liệu và nhiều chuyên gia trong các lĩnh vực khác” – anh Lê Xuân Huy cho biết.

Phát triển công nghệ vệ tinh không chỉ dừng lại ở việc hoàn thiện và phóng các vệ tinh, mà còn cần cả cộng đồng phát triển linh kiện của vệ tinh, phát triển những ứng dụng, nghiên cứu và sử dụng xoay quanh dữ liệu mà các vệ tinh đó mang lại. Hãy tưởng tượng thế này, các dữ liệu ảnh vệ tinh của Việt Nam cũng giống như một nguyên liệu nấu ăn mới. Để sản xuất được nguyên liệu đó cần nhà cung cấp. Còn để nguyên liệu đó được chấp nhận rộng rãi thì cần những người thẩm định chất lượng, cần các đầu bếp, nhà hàng tìm ra cách chế biến và giới thiệu cho mọi người, cần các công ty thực phẩm nghiên cứu cách đóng gói để có thể tiện dụng trong nấu nướng hằng ngày ở mỗi gia đình.

Như vậy, việc sản xuất vệ tinh trong nước cần các công ty phát triển phần cứng nội địa cung cấp linh kiện, gia công, lắp ráp. Còn sau khi có dữ liệu ảnh vệ tinh rồi, cần những chuyên gia đánh giá dữ liệu, cần những chuyên gia sử dụng và nghiên cứu trên những dữ liệu đó. Tốt hơn nữa, công ty phần mềm trong nước có thể tham gia phát triển các công cụ xử lý dữ liệu ảnh để những người không chuyên cũng có thể dễ dàng tiếp cận và đọc các dữ liệu đó.

Dù khó, nhưng điều đó nằm trong tầm với của Việt Nam. Trong khảo sát của METI đã nhắc tới ở trên, các tác giả báo cáo cho rằng nếu theo đuổi vệ tinh cỡ nhỏ, các công ty ở Việt Nam có triển vọng tự phát triển và sản xuất được một phần phần cứng và phần mềm xử lý hình ảnh. METI cũng khuyến khích Việt Nam tiếp tục phát triển vệ tinh cỡ nhỏ như MicroDragon vì “làm chủ thiết kế vệ tinh, sản xuất, thử nghiệm và vận hành vệ tinh là cách ngắn nhất để Việt Nam có được công nghệ và kinh nghiệm để có thể tham gia vào lĩnh vực kinh doanh vệ tinh thực hành trong tương lai”.

Cam kết của Việt Nam?

Vấn đề là, Việt Nam có chính sách để biến điều đó thành sự thực hay không? Vì hiện nay, các nhóm nghiên cứu thì chưa có nhiều kinh nghiệm hay mối quan tâm đủ lớn cho việc xử lý các dữ liệu từ vệ tinh cỡ nhỏ như vậy. Còn các công ty thấy sản xuất thiết bị vệ tinh, vốn với số lượng thấp và độ tinh vi cao, thì không có gì hấp dẫn. Khi gia công thiết bị cho NanoDragon, các kĩ sư của Trung tâm Vũ trụ Việt Nam đã phải thuê một công ty nhỏ ở Việt Nam và cần tham gia cùng với họ để sản xuất từ đầu đến cuối.

Việt Nam, cho đến gần đây, vẫn rất dè dặt trong việc đầu tư vào ngành công nghệ chế tạo vệ tinh. Trong Chương trình khoa học và Công nghệ cấp quốc gia về công nghệ vũ trụ giai đoạn 2016 – 2020, chỉ có một trong hàng chục đề tài liên quan đến chế tạo vệ tinh là “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, phóng và vận hành thử nghiệm vệ tinh siêu nhỏ cỡ nano” – chính là đề tài đã phát triển NanoDragon. Trung tâm Vũ trụ Việt Nam, phần quan trọng nhất của dự án mà Nhật Bản tài trợ vốn ODA nói ở trên, hiện vẫn chưa có trung tâm nghiên cứu phát triển, thiết bị cần thiết để thử nghiệm và sản xuất vệ tinh, sau 10 năm khởi công. Một phần lý do là Chính phủ yêu cầu rà soát nhiều lần và một số đơn vị còn đặt nặng lợi ích tài chính của dự án thay vì nhìn nhận lợi ích kinh tế xã hội và an ninh quốc phòng mà dự án mang lại. Chính vì vậy, khi phát triển NanoDragon, Việt Nam phải mang vệ tinh này sang Trung tâm Thử nghiệm Vệ tinh nhỏ, Học viện Công nghệ Kyushu, Nhật Bản để thử nghiệm môi trường trước phóng. Còn việc khuyến khích xây dựng một cộng đồng doanh nghiệp tham gia sản xuất vệ tinh và người sử dụng dữ liệu? Từ trước đến nay, chúng ta gần như chưa nghĩ tới.

Để xin được tài trợ cho một MicroDragon thứ hai sẽ rất nhiều thách thức. Nếu cả nhóm tự làm như MicroDragon mà không có sự chia sẻ của các doanh nghiệp trong nước, kinh phí để làm vệ tinh hàng chục kg sẽ lên đến hàng triệu USD. Đó còn chưa kể tiền phóng lên vũ trụ sẽ khoảng vài trăm ngàn USD nữa, một con số quá lớn với một đề tài khoa học cấp quốc gia từ trước đến nay.

Đầu năm 2021 vừa qua, Việt Nam vừa ban hành “Chiến lược phát triển và ứng dụng Khoa học và Công nghệ vũ trụ đến năm 2030”. Trong đó, một trong những đầu tư trọng tâm trọng điểm sẽ dành cho việc “làm chủ công nghệ thiết kế, chế tạo, tích hợp các cảm biến quang học, radar cho vệ tinh quan sát Trái đất; lắp ráp, tích hợp, kiểm tra ở trong nước vệ tinh nhỏ có độ phân giải cao, siêu cao;” Để thực hiện hiệu quả chiến lược này, Việt Nam cần sớm xác định không gian vũ trụ là một trong năm không gian (vùng đất, vùng trời, vùng biển, không gian mạng và không gian vũ trụ) mà chúng ta cần làm chủ để bảo vệ quyền lợi Quốc gia. Trên cơ sở đó chính phủ xây dựng chiến lược dài hạn với đầu tư có trọng điểm tạo tiền đề cho phát triển bền vững của vũ trụ Việt Nam.

NanoDragon là vệ tinh đầu tiên được phát triển, thiết kế, tích hợp trong nước (phần cứng được mua từ các nhà sản xuất quốc tế, phần mềm được viết toàn bộ bởi các kĩ sư Việt Nam).

đầu tháng 10 này, khi trạm mặt đất của NanoDragon đặt ở Trung tâm Vũ trụ Việt Nam nhận được những tín hiệu đầu tiên, có thể nói rằng, Việt Nam đã tiến thêm một bước trong tự chủ công nghệ chế tạo vệ tinh.

Đầu năm 2021 vừa qua, Việt Nam vừa ban hành “Chiến lược phát triển và ứng dụng Khoa học và Công nghệ vũ trụ đến năm 2030”. Trong đó, một trong những đầu tư trọng tâm trọng điểm sẽ dành cho việc “làm chủ công nghệ thiết kế, chế tạo, tích hợp các cảm biến quang học, radar cho vệ tinh quan sát Trái đất; lắp ráp, tích hợp, kiểm tra ở trong nước vệ tinh nhỏ có độ phân giải cao, siêu cao”.


Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống

Nguồn tin:

 
 

Tham gia bình luận