Vệ tinh tầm thấp LEO
Vệ tinh LEO thường có cấu trúc như sau: Hệ thống khung và vỏ ngoài: đảm bảo trọng lượng nhẹ, bền, chịu được bức xạ nhiệt và bức xạ không gian, ở dạng đơn lẻ hoặc các module ghép lại với nhau; hệ thống cung cấp năng lượng: thường là năng lượng mặt trời, có kết cấu nhỏ gọn kết hợp với pin dự trữ năng lượng; hệ thống điều khiển và định hướng: giúp vệ tinh ổn định và điều hướng chính xác, tránh va trạm với rác vũ trụ hoặc các vệ tinh khác; hệ thống truyền thông và liên lạc: thiết bị truyền thông hoạt động ở dải tần UHF và các băng tần S, X, Ka, Ku…; hệ thống ăng-ten thường gồm 2 loại: đơn hướng và mảng pha; hệ thống tải hữu ích: có thể gồm camera, cảm biến, radar, lidar…; hệ thống động lực nhằm duy trì quỹ đạo, điều chỉnh vị trí và tránh va chạm.
Cấu trúc điển hình của vệ tinh tầm thấp.
LEO hoạt động ở độ cao 160-2.000 km; tốc độ quay khoảng 7,8 km/s; thời gian bay hết một vòng Trái đất 90-120 phút tùy độ cao; độ nghiêng quỹ đạo 0-90o; thời gian tồn tại trên quỹ đạo có thể chỉ vài năm nếu không có động cơ điều chỉnh quỹ đạo. Các quỹ đạo phổ biến gồm: xích đạo (EO); cực (PO); đồng bộ Mặt trời (SSO); có độ nghiêng trung bình (MO); thấp đặc biệt (VLEO).
Ưu điểm của vệ tinh tầm thấp
Độ trễ thấp, tốc độ truyền dữ liệu cao: Với độ cao thấp, độ trễ tín hiệu chỉ khoảng dưới 40 ms, suy hao tín hiệu ít hơn, ít tắc nghẽn hơn nên LEO lý tưởng cho truyền thông với các ứng dụng yêu cầu thời gian thực.
Vùng phủ rộng: Với hệ thống vệ tinh LEO hoàn chỉnh, quỹ đạo thấp và di chuyển liên tục quanh Trái đất, nên có thể bao phủ toàn bộ bề mặt Trái đất, Từ đó, có thể đảm bảo kết nối kể cả ở vùng núi, rừng sâu, biển đảo… mà không cần hạ tầng viễn thông mặt đất.
Triển khai nhanh và linh hoạt: Với sự phát triển khoa học và công nghệ, sản xuất một vệ tinh LEO có chi phí ngày càng thấp, kích thước trọng lượng nhỏ hơn, nhẹ hơn, do đó việc triển khai trên quỹ đạo cũng dễ dàng hơn, việc mở rộng mạng lưới vệ tinh có thể thực hiện nhanh chóng.
Một số ứng dụng
Lĩnh vực dân sự
Internet tốc độ cao: Mạng vệ tinh như Starlink của SpaceX cung cấp Internet băng thông rộng với độ trễ thấp phù hợp các ứng dụng yêu cầu thời gian thực, kết nối Internet ở mọi nơi, mọi lúc kể cả vùng sâu, vùng xa mà không cần cơ sở hạ tầng mặt đất cố định hoặc cho các ứng dụng cứu hộ cứu nạn, thiên tai khi hạ tầng mặt đất bị phá hủy, thậm trí ở trên máy bay hoặc tàu thuyền ngoài biển xa…
Starlink sử dụng công nghệ vệ tinh quỹ đạo thấp.
Kết nối internet vạn vật: Hỗ trợ kết nối thiết bị cảm biến ở các khu vực xa xôi hoặc vùng biển để phục vụ cho y tế, chăm sóc sức khỏe từ xa cũng như giáo dục đào tạo từ xa.
Quan sát Trái đất và viễn thám: Các ứng dụng như giám sát môi trường và thời tiết, trong đó việc theo dõi rừng, nguồn nước, băng tan và các hiện tượng thiên tai như cháy rừng, lũ lụt, động đất theo thời gian thực…; thu thập dữ liệu về đất đai, cây trồng và độ ẩm để tối ưu hóa sản xuất nông nghiệp theo thời gian thực.
Hệ thống định vị và dẫn đường: Cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống định vị toàn cầu. Giảm độ trễ và tăng độ chính xác trong môi trường đô thị phức tạp.
Hệ thống dự phòng và hỗ trợ hệ thống viễn thông quốc gia: Khi cơ sở hạ tầng viễn thông mặt đất gặp sự cố, các vệ tinh LEO là giải pháp phù hợp để cung cấp kết nối khẩn cấp cho các tình huống yêu cầu nhanh chóng, đơn giản mà hiệu quả.
Lĩnh vực quân sự
Giám sát và trinh sát: Với sự đa dạng về các module truyền thông và các cảm biến độ phân giải cao có thể mang theo, việc phát hiện và giám sát các hoạt động quân sự bằng vệ tinh LEO theo thời gian thực, liên tục, mọi lúc mọi nơi là một ưu thế rất lớn trong chiến tranh hiện đại và là cơ sở cho việc xây dựng mạng lưới tự động hóa chỉ huy.
Liên lạc tốc độ cao và liên tục: Hệ thống LEO cung cấp đầy đủ lợi thế cho thông tin quân sự với khả năng truyền dẫn tốc độ cao, độ trễ thấp, linh hoạt, không phụ thuộc vị trí địa lý và rất khó gây nhiễu và phát hiện.
Xây dựng hệ thống điều hướng, dẫn đường chính xác: Sự kết hợp giữa vệ tinh LEO và GNSS (Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu) để tăng độ chính xác cho tên lửa, UAV, bom thông minh…; hạn chế nhiễu, hạn chế giả mạo tín hiệu.
Xây dựng hệ thông chiến tranh điện tử và phản gián: Với vùng phủ rộng, hệ thống cảm biến linh hoạt, đa dạng, vệ tinh LEO có khả năng phát hiện và gây nhiễu tín hiệu hoặc thu thập thông tin điện tử để cung cấp thông tin tình báo cụ thể, chính xác, liên tục và cũng có thể tấn công hoặc gây nhiễu vệ tinh đối phương.
Hỗ trợ hậu cần và hoạt động nhân đạo: Theo dõi và quản lý hoạt động của lực lượng quân sự trong các khu vực xung đột. Hỗ trợ trong các hoạt động cứu trợ sau thiên tai hoặc xung đột vũ trang…
*
* *
Vệ tinh LEO đang đóng vai trò ngày càng quan trọng trong hệ sinh thái công nghệ hiện đại, nhờ ưu thế về độ trễ thấp, chi phí phóng rẻ và khả năng phủ sóng toàn cầu khi triển khai theo mạng lưới. Từ các ứng dụng truyền thống như quan sát Trái đất, dự báo thời tiết, giám sát môi trường đến các dịch vụ hiện đại như Internet vệ tinh, định vị và viễn thông, vệ tinh LEO đang góp phần định hình hạ tầng số toàn cầu trong cả lĩnh vực dân sự và quân sự. Tuy nhiên, sự phát triển ồ ạt cũng đặt ra thách thức lớn về rác không gian, quản lý tần số và an toàn quỹ đạo. Trong tương lai, việc cân bằng giữa phát triển công nghệ và bảo vệ không gian vũ trụ sẽ là yếu tố then chốt để khai thác hiệu quả và bền vững tiềm năng của vệ tinh tầm thấp trong các lĩnh vực kinh tế, xã hội và an ninh.