Hà Tường Cát/Người Việt
Ngày 27 tháng 12 vừa qua, Trung Quốc loan báo khai trương hệ thống dẫn đường qua vệ tinh nhân tạo (satellite navigation system), gọi tên là “Bắc Ðẩu”, sẽ có thể là đối tác cạnh tranh về thương mại và làm giảm bớt sự lệ thuộc vào hệ định vị toàn cầu (GPS) của Hoa Kỳ.
Mô hình vệ tinh GPS thế hệ II-F, phóng lên quỹ đạo năm 2010. (Hình: Wikipedia/NASA)
Hiện nay Bắc Ðẩu mới chỉ hoạt động cung cấp dịch vụ tại Trung Quốc và vùng phụ cận, sẽ được mở rộng dần dần để dự trù tới năm 2020 có thể bao phủ toàn cầu, khi đã đưa lên không gian đủ số khoảng 30 vệ tinh cần thiết cho hệ thống.
GPS là hệ thống dẫn đường đầu tiên dùng vệ tinh, do Hoa Kỳ phát triển từ năm 1973 và qua nhiều cải tiến kỹ thuật mới đạt đến mức hoàn chỉnh ngày nay để cho toàn thể mọi nước trên thế giới có thể sử dụng tự do. Hiện nay hệ thống GPS có 24 vệ tinh và 3 vệ tinh phòng hờ, vệ tinh đầu tiên phóng năm 1989 và vệ tinh thứ 24 năm 1994.
Xác định vị trí là nguyên tắc mà hầu hết mọi người đều hiểu qua hình học cổ điển, được gọi là phép tam giác đạc (triangulation) đã áp dụng vào việc vẽ bản đồ từ hàng trăm năm trước. Trên mặt phẳng, hay trên mặt đất, vị trí của một điểm sẽ hoàn toàn xác định được nếu biết khoảng cách đến 3 điểm chuẩn, còn trong không gian thì cần phải 4 điểm chuẩn.
Những điểm chuẩn bây giờ là vệ tinh trên quỹ đạo, và khoảng cách tính bằng thời gian sóng vô tuyến điện đi giữa máy thu tín hiệu GPS và vệ tinh. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm sẽ được xác định nếu xác định được khoảng cách từ điểm đó đến 4 vệ tinh.
Nguyên tắc có vẻ đơn giản nhưng thực tế áp dụng lại rất phức tạp, vì vệ tinh GPS không đứng yên một chỗ trên bầu trời (nói cách khác, không phải là những vệ tinh địa tĩnh) và vận tốc của sóng điện từ bằng vận tốc ánh sáng hay 300,000 km một giây, do đó thời gian đi từ vệ tinh đến máy thu GPS là hết sức nhỏ, cần phải có đồng hồ chính xác tới 1 phần triệu giây mới tính ra được. Do đó một bộ phận quan trọng nhất mà vệ tinh GPS phải có là đồng hồ nguyên tử. Với trình độ khoa học hiện nay và qua nhiều lần cải tiến, GPS thế hệ hiện nay có thể cho vị trí chính xác đến 4 mét hay ít hơn.
GPS thuộc quyền quản lý của chính phủ Hoa Kỳ, ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng trong dân sự. GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Ðất, 24 giờ một ngày và miễn phí. Trước kia, vào thời kỳ Chiến Tranh Lạnh, người ta lo ngại rằng đối phương có thể sử dụng vào mục đích quân sự để tấn công, chẳng hạn như bắn hỏa tiễn đến Hoa Kỳ. Do đó nếu không phải là các cơ quan chính quyền trọng yếu hay giới quân sự Hoa Kỳ thì chỉ được sử dụng với mức độ chính xác bị làm giảm bớt. Tổng Thống Bill Clinton ký sắc lệnh hủy bỏ biện pháp hạn chế từ tháng 5 năm 2000, vì giới quân sự Hoa Kỳ có kỹ thuật để ngưng cung cấp dịch vụ GPS trong một khu vực nào đó nếu cần.
Chùm 24 vệ tinh được phân phối sao cho ở bất cứ nơi đâu các máy thu GPS cũng có có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào. Mỗi vệ tinh xoay xung quanh Trái Ðất ở độ cao 20,200 km trong một mặt phẳng cố định hướng về một ngôi sao, và không quay theo Trái Ðất. Mỗi ngày thiên văn, ngắn hơn ngày mặt trời 4 phút, vệ tinh đi 2 vòng quỹ đạo nghĩa là mỗi vòng hết 11 giờ 58 phút. Vệ tinh có hệ thống tự điều chỉnh bằng những hỏa tiễn nhỏ để giữ nguyên trạng không thay đổi quỹ đạo.
Trung bình khoảng 10 năm vệ tinh GPS không hoạt động được đầy đủ với những điều kiện như vậy và phải thay thế. Như vậy GPS là một hệ thống rất tốn kém, nhiều chục tỷ dollars bao gồm chế tạo, phóng vệ tinh và điều hành hoạt động. Từ khi có vệ tinh nhân tạo, người ta đã nghĩ và biết cách dùng làm phương tiện xác định tọa độ, hướng dẫn máy bay, tàu bè hay xe cộ. Nhưng trong nhiều năm, hệ thống hướng dẫn bằng các trạm vô tuyến đặt trên mặt đất, cũng gọi là vô tuyến đăng, phát minh trong Thế Chiến II, vẫn tiếp tục được cải tiến để sử dụng vì hệ thống GPS quá tốn tiền. Chỉ đến khi trở thành một nhu cầu quân sự thiết yếu trong giai đoạn cao điểm của Chiến Tranh Lạnh, Quốc Hội Hoa Kỳ mới chấp thuận ngân sách khổng lồ cho Bộ Quốc Phòng thành lập hệ thống GPS.
GPS cần thiết để xác định vị trí cho các tàu ngầm nguyên tử Hoa Kỳ khi phóng hỏa tiễn Polraris đi, cho các hỏa tiễn chiến lược đặt trên xe di động, và cho việc phòng thủ chống hỏa tiễn tấn công của đối phương. Dần dần GPS được dùng để hướng dẫn mục tiêu cho máy bay oanh tạc, hỏa tiễn và cả các loại bom cổ điển. Trong chiến tranh Việt Nam, B-52 thả bom trải thảm theo kiểu từ thời Thế Chiến II và những trái bom rơi tự do. Nhưng từ chiến tranh vùng Vịnh và chiến tranh Afghanistan, mỗi trái bom thả từ B-52 có gắn bộ phận hướng dẫn bằng GPS đánh xuống những tọa độ đã được định sẵn. Ngày nay máy bay dân sự hay tàu biển đều được hướng dẫn bằng GPS và GPS là một dụng cụ quen thuộc cho người lái xe tìm lộ trình, báo trước những trở ngại bất thường, v.v.
Nga là quốc gia thứ nhì thiết lập hệ thống GPS, mang tên GLONASS (Global Navigation Satellite System), nghiên cứu từ 1976 và hoạt động từ 1982, lúc đầu chỉ cho mục đích quân sự. Tới 1955 GLONASS mới có đầy đủ vệ tinh để phủ sóng vô tuyến trên toàn thể Trái Ðất. Tuy nhiên những vệ tinh GLONASS thế hệ đầu tiên chỉ hoạt động được 3 năm, như vậy để hệ thống lúc nào cũng có thể hoạt động đầy đủ với 24 vệ tinh, mỗi năm phải phóng thêm 2 vệ tinh. Thời kỳ sau khi Liên Xô sụp đổ 1989-1999, chương trình không gian Nga thiếu ngân sách và do đó tới 2001 chỉ còn 6 vệ tinh sử dụng được.
Trong hai nhiệm kỳ của Tổng Thống Vladimir Putin, hệ thống được cải tiến nhiều, nhưng vì thất bại trong một số lần phóng vệ tinh, tới 2010 GLONASS-K mới cung cấp dịch vụ đầy đủ trên toàn nước Nga và tháng 10 năm 2011 trên toàn thế giới. Năm 2010, ngân sách dành cho GLONASS chiếm 1/3 ngân sách chương trình không gian của Nga.
Trung Quốc gần đây đã lên hàng ba trong cường quốc không gian, sau Hoa Kỳ và Nga, khi đưa được người lên quỹ đạo và bây giờ cũng là nước thứ ba có hệ thống hướng dẫn bằng vệ tinh. Tuy nhiên hệ thống Bắc Ðẩu mới chỉ cho được tọa độ chính xác tới 25 mét và theo dự tính tới cuối năm 2012 sai số sẽ còn 10 mét.
ESA, Cơ Quan Không Gian Âu Châu khởi sự thành lập hệ thống hướng dẫn bằng vệ tinh sử dụng tự do, mang tên Galileo, năm 2003, và dự trù sẽ hoạt động từ 2012. Nhưng đến nay sau nhiều trì hoãn, dự tính tới 2014 mới bắt đầu hoạt động được và tới 2019 sẽ hoàn thành đầy đủ, phủ sóng trên toàn thế giới.
Ấn Ðộ và Nhật Bản là hai nước sau cùng có kế hoạch tương tự nhưng trong giai đoạn đầu sẽ chỉ cung cấp dịch vụ cho nội địa và khu vực phụ cận. Nếu không có trở ngại gì khác, vệ tinh hướng dẫn đầu tiên của Ấn Ðộ, trị giá $304 triệu, sẽ được phóng lên quỹ đạo năm 2013. (H.C.)
