Châu Âu thử nghiệm liên lạc laser cho vệ tinh khi hạ tầng vô tuyến dần quá tải

Châu Âu đang tăng tốc tìm kiếm một hạ tầng liên lạc vệ tinh vừa an toàn hơn vừa có dung lượng cao hơn, và một bước tiến mới vừa xuất hiện tại miền bắc Hy Lạp. Công ty không gian và quốc phòng Astrolight của Lithuania cho biết họ đã đưa vào hoạt động một trạm mặt đất quang học mới, được trang bị hệ thống laser để hỗ trợ các sứ mệnh CubeSat do Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) hậu thuẫn. CubeSat là loại vệ tinh siêu nhỏ, dạng mô-đun hình khối, thường có chi phí chế tạo và phóng thấp hơn nhiều so với vệ tinh truyền thống, nên rất phù hợp cho các thử nghiệm công nghệ mới.

Trạm Holomondas Optical Ground Station được xây dựng trong khuôn khổ dự án PeakSat, do Đại học Aristotle ở Thessaloniki dẫn dắt, với sự hỗ trợ của ESA và Bộ Quản trị số Hy Lạp. Nhiệm vụ của trạm là nhận dữ liệu từ vệ tinh thông qua liên kết laser hồng ngoại thay vì hệ thống RF. RF, viết tắt của radio frequency hay tần số vô tuyến, là công nghệ truyền thông đã được ngành vệ tinh sử dụng suốt nhiều thập kỷ. Tuy nhiên, khi ngày càng nhiều vệ tinh lên quỹ đạo, phổ tần vô tuyến trở nên chật chội hơn, khiến các giải pháp quang học bắt đầu thu hút sự chú ý.

Hai vệ tinh CubeSat của Hy Lạp là PeakSat và ERMIS-3, được phóng vào tháng 3 trong chương trình Greek IOD/IOV của ESA, đều mang theo thiết bị liên lạc quang học ATLAS-1 do Astrolight phát triển. IOD/IOV là viết tắt của In-Orbit Demonstration và In-Orbit Validation, tức thử nghiệm và xác thực công nghệ ngay trên quỹ đạo thực tế. Astrolight cũng xây dựng luôn phần hạ tầng mặt đất, tạo nên một hệ thống truyền thông quang học đầu-cuối hoàn chỉnh, từ vệ tinh đến trạm thu trên Trái Đất.

Theo Astrolight, trạm mặt đất này sử dụng đèn hiệu laser bước sóng 808 nanomet cùng bộ thu quang học C-band có thể nhận dữ liệu với tốc độ tối đa 2,5 Gbps. Nanomet là đơn vị đo cực nhỏ, thường dùng để mô tả bước sóng ánh sáng; 808 nanomet nằm trong vùng cận hồng ngoại. C-band trong bối cảnh quang học là một dải bước sóng được dùng phổ biến trong truyền dẫn quang nhờ hiệu quả tốt và độ suy hao thấp. So với hệ thống RF truyền thống, liên kết quang dùng các chùm tia hồng ngoại hội tụ rất hẹp, giúp tăng đáng kể băng thông và khiến việc nghe lén hoặc gây nhiễu trở nên khó hơn.

Dù nghe có vẻ đơn giản, việc thiết lập liên lạc laser giữa vệ tinh và mặt đất là một thách thức kỹ thuật rất lớn. Theo CEO Laurynas Mačiulis của Astrolight, hệ thống phải điều khiển hai đối tượng đang di chuyển để khóa chính xác một chùm laser cực hẹp vào mục tiêu có thể ở cách hàng chục nghìn km, trong khi vệ tinh di chuyển với tốc độ khoảng 8 km mỗi giây. Điều này đòi hỏi độ chính xác cực cao trong cơ chế ngắm bám, đồng bộ hóa và ổn định tín hiệu.

ESA và các đối tác xem truyền thông quang học là một lời giải cho tình trạng phổ tần vô tuyến ngày càng đông đúc. Nhưng công nghệ này còn đặc biệt hấp dẫn với các đơn vị quốc phòng và những hệ thống lưỡng dụng, tức công nghệ có thể phục vụ cả mục đích dân sự lẫn quân sự. Lý do là các liên kết quang học có khả năng chống gây nhiễu tốt hơn, tăng độ bền vững cho mạng liên lạc và hỗ trợ các nhu cầu tác chiến hoặc kết nối chiến thuật trong không gian.

Astrolight cho rằng khi các chòm vệ tinh, tức mạng lưới gồm rất nhiều vệ tinh hoạt động phối hợp, tiếp tục mở rộng, liên kết quang học gần như sẽ trở thành nền tảng bắt buộc. Công nghệ này không chỉ mang lại lợi thế về tốc độ truyền dữ liệu mà còn tăng tính bảo mật, khả năng chống gây nhiễu điện tử và hỗ trợ cái gọi là “ưu thế thông tin” — tức khả năng truyền, nhận và bảo vệ dữ liệu tốt hơn đối thủ. Trong bối cảnh các quốc gia ngày càng chú trọng chủ quyền số và chủ quyền hạ tầng không gian, châu Âu dường như cũng muốn tránh phụ thuộc vào một nhà cung cấp duy nhất trên thị trường vệ tinh toàn cầu.