Vệ tinh và GPS

Nâng cấp Hệ thống Định vị  Toàn cầu - GPS  để thấy nhiều hơn, làm nhiều hơn

                                                                            G S Tôn thất Trình 

            Tháng tư năm 2008 , Việt Nam  phóng vệ tinh Vinasat- 1 ở giàn phóng Pháp tại Guyane - Nam Mỹ Châu . Vinasat -1 trị giá 300 triệu đô la Mỹ, do hãng công nghệ quốc phòng Hoa Kỳ Lockheed Martin chế tạo , có đời sống  18-20 năm. Cung cấp dữ liệu và phát  thanh, phát hình Đông Nam Á , Đông Trung Quốc , Ấn  Độ , Bắc Hàn , Nhật Bổn , Úc và Hạ uy Di. Việt Nam cũng vừa ký kết với hãng Lockheed  Martin, để phóng lên vào năm 2012  một vệ tinh viễn thông thứ hai  tên là vinasat- 2 , trị giá 350 triệu đô la .

Một thí dụ về chòm sao GPS di chuyển với trái đất xoay. Lưu ý số lượng vệ tinh thấy được từ một điểm thay đổi trên mặt đất, trong hình này 45°bắc (hình trích từ Wiki)

             Một khía cạnh xử dụng vệ tinh quan trọng cho quốc phòng và thương mãi có lẽ nên hiểu biết thêm  là Hệ thống  Định vị Toàn cầu - Global Positioning System , viết tắt  là GPS, chúng ta thường liên kết  với các linh kiện điều khiển du hành - navigation devices  , ngày nay đã trở nên  loại trang bị tiêu chuẩn trên xe hơi. Nhưng thật ra GPS đã  trở thành trung tâm  thần kinh cho thế kỷ thứ 21 , tranh dành cùng Internet , giúp cho các   hãng tàu chở hàng hóa  theo dõi các chuyến  hàng, hướng dẫn các toán chửa lữa  đến các điểm nóng  và ở Hoa Kỳ giúp  cho dò tìm ra các chó nuôi  mất  tăm tích. 

      Theo Bradford W. Parkinson, đại tá không quân khuôn mặt non trẻ vừa rời khỏi cuộc chiến tranh Việt Nam, đây là một tiện nghi   có mặt khắp nơi  khiến mọi người xem đó là điều đương nhiên. Không có GPS , thẻ ( cạc ) rút tiền tự động  ATM   sẽ không còn nhả ra  tiền măt đô la nữa, Wall Street sẽ  sai lầm ngớ ngẩn trên  mua bán cỗ phần, và các tay lái  không có manh mối  sẽ lạc mất lố . Cách đây 30 năm, đại tá Parkinson   hướng dẫn một  nhóm Ngũ Giác Đài ( Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ )  phát triển GPS  ở căn cứ quân sự tại thị trấn El Segundo, Nam Ca Li, Hoa Kỳ. Nay  các nhà khoa học, các kỹ sư, gồm luôn cả những ai đang hoạt động ở xưởng chế tạo vệ tinh dàn trải rộng tại El Segundo , đang phát triển  một nâng cấp trị giá 8 tỉ đô la, gíúp cho hệ thống đáng tin cây hơn, lan tràn rộng lớn hơn và chính xác hơn. Hệ thống mới được hình dung ra để nhắm đích  một vị trí trong tầm vòng tay, so với   mức - biên tế sai lầm  hiện hữu là 20 bộ ( 6m )  hay hơn nữa. Với kiểu chính xác như vậy, một điện thoại di động  GPS hỗ trợ có thể hướng dẫn bạn  đến ngưỡng cửa tiệm cà phê Starbucks, thay vì đến một nơi nào đó trong khu phố.  Marco Caceres , nhà phân tích  chánh không gian cho hãng khảo cứu  không gian Teal Group  nói:  Hệ thống mới  có tiềm năng cung cấp những khả năng  chúng ta chưa hề biết tới . Vì GPS đụng tới  quá nhiều công nghệ, thật khó tưởng tượng nổi  một công nghệ không liên quan  tới GPS .

       Con số 24 vệ tinh  làm ra một  chòm sao GPS  ( rất nhiều  vệ tinh này được chế tạo ở xưởng hãng Rockwell cũ ở thị trấn Seal Beach , Nam Ca Li 0 sẽ được thay thế từng chiếc một ). Vệ tinh thay thế đầu tiên dự kiến  phóng đi từ Cape Canaveral, cuối tháng 5 năm 2010. Đại tu bổ dự trù mất 10 năm  mới hoàn tất và được  nhóm kỹ sư  căn cứ  Không Quân Hoa Kỳ Los Angeles  tại El Segundo giám sát;  nơi Parkinson và nhóm của ông  phát triển hệ thống hiện hữu. Theo lời đại tá David B. Goldstein, kỹ sư trưởng cho chương trình nâng cấp, ai nấy cũng đều biết là thế giới dựa vào hoạt động GPS.

       Thành phố San Diego trực tiếp biết đến, năm 2007, khi  Hải quân Hoa Kỳ ngẩu nhiên làm tắt nghẽn các tín hiệu GPS trong vùng, làm hư dịch vụ điện thoại tế bào  và hệ thống kêu gọi khẩn cấp  các bác sĩ của một bệnh viện. Thành phố New York cũng bị tai ương tương tự một năm sau. Nâng cấp họa kiểu ra, một phần  để ngăn ngừa nạn mất  tín hiệu bằng cách  tăng thêm số  tín hiệu  bấm chiếu trở về Trái Đất từ 4 vệ tinh  ( xem hình )  những máy nhận- GPS receivers .  Hiện nay có đến một tỉ tín hiệu,  có thể xác định rất chính xác đúng vị trí ở trên mặt đất địa cầu .

        Dù cho “định vị -positioning “ là một ứng dụng hiển nhiên của kỹ thuật, nhưng kỹ thuật cũng là một bấm giờ định thời gian chấm công  khẩn thiết cho  ngành công nghệ tài chánh. Giao dịch khắp nơi  đa dạng như rút tiền ATM và trao đổi cổ phần Wall Street, được đóng tem thời gian  nhờ gỏ điểm những đồng hồ nguyên tử chính xác đặt trên các vệ tinh GPS.  Đây là một kỹ thuật cốt cán cho Wall Street, vì cứ mỗi phân số một giây đồng hồ lại có nghĩa là hàng tỉ đô la Mỹ !

        Trước GPS, các nhà thám hiểm và các người đi biển  hình dung nơi họ đang ở đó, bằng cách nhìn mặt trời và các vì sao ( tinh tú ). Ngay cả  khi đã có con quay hồi chuyển - gyroscope và rađiô, du hành  vẫn còn chưa chính xác cjho lắm ; biên tế ( mức ) sai lạc khoảng chừng  một hay hai dặm Anh. Chiến Tranh Lạnh đã làm nổi bật nhu cầu phải làm ra một cái gì tốt hơn.  Khi Nga Sô Viết  phóng vệ tinh nhân tạo đầu tiên  trên thế giới Sputnik , vào năm 1957,  các nhà khoa học viện đại học Johns Hopkins đã tranh  nhau theo dấu nó. Rồi họ nhận thức là họ có thể định vị trí của Sputnik bằng cách theo dõi các làn sóng rađiô nó phát ra.

      Điều này dẫn đến  một ý niệm đột khởi. Nếu các làn sóng rađiô có thể dùng để theo dấu một vệ tinh từ Trái Đất, những làn sóng rađiô từ vệ tinh  cũng có thể dùng để qui định vị trí một vật thể trên mặt đất .

      Ngũ  Giác Đài  nhảy vọt chụp bắt ngay ý niệm. Đặc biệt Hải Quân cần  giúp đở hướng dẫn các tàu ngầm ( tiềm thủy đỉnh ) hạt nhân. Vì lý do tàu ngầm chạy dưới biển hàng tháng, chỉ thỉnh thoảng trồi lên mặt biển, nền tàu ngầm không có cách chính xác  biết rõ nơi tàu đang chạy, cho nên làm giảm bớt độ chính xác của các hỏa tiễn . 

      Vào thập niên 1960, Ngũ Giác Đài  phóng lên hơn một tá vệ tinh, có tên là chương trình Transit,  trong đó  các tàu ngầm nhận được những tín hiệu định vị ( trí )  khi tàu trồi lên mặt biển. Tuy vậy, hệ thống chỉ chính xác khoảng  100 bộ Anh ( 30m ) và khi tàu ngưng chạy, đứng yên.   Chánh phủ Hoa Kỳ cần có cái gì tốt hơn. Đó là lúc  Parkinson nhảy vào. Năm 1972, Ngũ Giác Đài  bổ nhiệm ông  để phát triển một hệ thống điều khiển du hành  căn cứ vào vệ tinh, đã gặp nhiều kẻ chê bai hơn là người  ủng hộ. Parkinson nhớ lại  những chuyến công du  thường xuyên đến  thủ đô Hoa Thịnh Đốn- Washington hầu gạt qua những chỉ trích từ các chánh trị gia và ngay cả vài cấp chỉ huy bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ phủ nhận dự án, xem đó là một  phí phạm tiền thuế dân Hoa Kỳ đóng góp. Parkinson, nay đã 75 tuổi và là giáo sư danh dự viện đại học Stanford, nói: Chúng tôi được cho biết là hệ thống vô dụng, không có tương lai gì cả. Và nghĩ rằng chúng tôi đã chứng minh là họ lầm lạc.

       Ngoài Rockwell, Parkinson chiêu mộ các kỹ sư thuộc Tổ Hợp Không Gian Gain- Aerospace Corp. , cũng tại El Segindo .  Vệ tinh đầu tiên phóng lên năm 1978 và hệ thống  khởi sự hoạt động bán phần  với 21 vệ tinh  năm 1993.  Giới quân sự Hoa Kỳ nắm giựt mau lẹ kỹ thuật, xử dụng  GPS để  hướng dẫn quân đội  xuyên qua các bão cát  ở Chiến Tranh Vịnh- Gulf War đầu tiên . Vài năm sau , năm 1995, GPS trở thành  một tên trong gia thất , khi  đại úy không Quân  Scott F. O’ Grady dùng dụng cụ cầm tay để  hướng dẫn những kẻ cứu vớt  đến vị trí mình , sau khi phản lực cơ ông bị bắn rơi  ở xứ Bosnia-Herzegovina.

      Kể  từ đó, GPS  đã cách mạng hóa chiến tranh. GPS được dùng  để  hướng các máy bay không người lái - drones tìm kiếm  các  phiến loạn  ỏ A Phú Hãn - Afghanistan  và giúp cho các ” bom thông minh -smart  bombs “ thả từ 40 000 bộ ( 12 000 m )  vẫn rơi xuống  trong vòng 3m đích nhắm.  Ngũ Giác Đài  hoạt động và kiểm soát  hệ thống vệ tinh GPS  dùng  ở mọi quốc gia  trên thế giới.  Mãi cho đến năm 2000, Ngũ Giác Đài cố tình  hạ cấp tín hiệu  nào  các linh kiện giới dân sự có thể đọc được .

      Áp dụng thương mãi bùng nổ năm 2000, khi tổng thống Clinton ra lệnh cho Ngũ Giác Đài  ngưng thao tác các tín hiệu. Lo Ngại là Hoa Kỳ sẽ chuyển lật nút làm tắt hẳn  khả năng GPS  ở thế giới ngoài Hoa Kỳ, nhiều quốc gia đã phát triển riêng rẽ  các vệ tinh nước mình . Hiệp Hội Âu Châu , Trung Quốc và Nga , đã tiêu xài  hàng tỉ đô la,  làm ra các dịch bản vệ tinh quốc gia. Trong lúc đó,  các áp dụng thương mãi vẫn tiếp tục tăng thêm nhiều.  Hảng NavCom Technology Inc. ở thị trấn Torrence , Nam Ca Li, chế tạo một hệ thống điều khiển từ xa cho các máy  cày - tractors do GPS hướng dẫn. Hảng này  tinh chế tín hiệu GPS  với các linh kiện khác  điều khiển du hành căn cứ trên mặt đất  giúp các trang trại chủ nhìn phương cách các máy cày  gieo hột cho thẳng hàng , không trùng lấp nhau ở đồng ruộng mình.  Các công ty thám hiểm dầu lửa  cũng trả tiền thuê bao hàng tháng  cho dịch vụ   GPS  giúp  cho hãng nhắm đúng đích  các mỏ dầu lửa ngoài khơi, đặt hàng ngàn bộ Anh dưới mặt biển, ngay trên sàn đại dương.

      Số  người  thuê bao những dịch vụ này  hy vọng sẽ phồng lên  ít nhất là 15 triệu năm 2010 , từ 100 000 cách đây 6 năm , theo hãng khảo cứu Frost & Sullivan , tại thành phố San Anonio.  Theo Daniel Longfield,  nhà phân tích công nghể thuộc Frost&Sullivan , vụ này không kể ra  hàng trăm triệu người khác   bắt được tín hiệu không trả tiền phí, nhờ các ứng dụng  qua các điện thoại tế bào của họ. Dưới danh nghĩa công tác nâng cấp  trị giá 8 tỉ đô la Mỹ, Hệ thống Không Gian và Tình Báo của công ty Boeing Co. cũng tại Del Segundo ,  đang  xây đựng 12 vệ tinh  kích thước xe hơi tiện nghi thể thao  và 18 vệ tinh khác tổ hợp Lockheed Martin Corp .sẽ ráp lắp  tại thành phố Denver  24 vệ tinh  sẽ phóng lên quĩ đạo và 6 vệ tinh sẽ dùng làm  làm dự trữ thay thế.

      Giai đoạn thứ nhất  hiện chậm trễ hơn 3 năm, làm  dân Hoa Kỳ đóng thuế tốn chừng 1 tỉ đô la Mỹ .  Lỗi  của chậm trễ là do  Không lực Hoa Kỳ yêu cầu  đặc điểm mới, kể cả khả năng nâng cấp  phần mềm các vệ tinh , khi chúng đã ở trên không gian rồi. Các vệ tinh mới sẽ tăng gấp ba băng tần rộng - bandwidth   khả dụng cho  thương mãi, cũng như sẽ có các đồng  hồ nguyên tử , còn chính xác hơn trước , giữ cho thời giờ đạt mức một phân số  của một phần tỉ giây đồng hồ.

      Parkinson nói: GPS đã thật sự trở thành hải đăng  của thế giới . Thật đáng ngạc nhiên  về tiến bộ 30 năm qua.  Thử nghĩ đến tiện lợi  30 năm tới !       

       ( chiếu theo  W. J Hennigan  nhật báo LA Times  ngày 23 tháng 5 năm 2010 )

            ( Irvine , Nam Ca Li, ngày  4 tháng 6 năm 2010 )