Với sự phát triển của công nghệ chống nhiễu thông tin, hệ thống vệ tinh thông tin chống nhiễu cũng đang liên tục phát triển. Dựa trên các công nghệ chống nhiễu truyền thống như nhảy tần, khuếch tán tần số cũng như các vệ tinh thông tin chống nhiễu chuyên dụng, quân đội Mỹ đã liên tục phát triển các dạng sóng chiến thuật bảo vệ và hệ thống vệ tinh thông tin chống nhiễu. Hệ thống này có thể tích hợp các vệ tinh thương mại, vệ tinh chiến thuật bảo vệ và các cụm vệ tinh toàn cầu băng thông rộng, nhằm cung cấp dịch vụ vệ tinh thông tin đáng tin cậy, an toàn và kiên cố cho quân đội Mỹ trên toàn cầu. Bài viết này sẽ giới thiệu chi tiết về công nghệ chống nhiễu trong hệ thống vệ tinh thông tin của quân đội Mỹ cũng như sự phát triển tiếp theo của hệ thống vệ tinh thông tin chống nhiễu, phân tích các công nghệ chủ chốt trong hệ thống. Từ đó cung cấp thông tin tham khảo cho sự phát triển của các hệ thống vệ tinh tương tự ở các nước khác.
Giới thiệu
Do chiến trường hiện đại đã chuyển từ đối kháng bằng hỏa lực và thông tin sang một cuộc đối kháng toàn diện trong không gian điện từ. Thiết bị thông tin chống nhiễu giữ vai trò quan trọng trong chiến tranh hiện đại. Bắt đầu từ thập niên 70 của thế kỷ trước, trang bị thông tin quân sự đã lần lượt áp dụng các công nghệ như thông tin phổ mở rộng (Spread Spectrum Communication), mã hóa kênh (Channel Coding). Nhờ đó khả năng chống nhiễu của các thiết bị này ngày càng được nâng cao. Một số công nghệ truyền thông phổ mở rộng điển hình bao gồm hệ thống trải phổ trực tiếp (Direct Serial Spreading System), nhảy tần (Frequency Hopping), nhảy thời gian (Time Hopping) và nhảy tần kết hợp (DS+FH, TH+FH).
Công nghệ trải phổ chuỗi trực tiếp
Công nghệ trải phổ chuỗi trực tiếp có đặc tính xác suất phát hiện thấp (LPD, Low Probability of Detection). Nó điều chỉnh tín hiệu đã điều chế hoặc không điều chế thông qua chuỗi giả ngẫu nhiên tốc độ cao và mở rộng băng thông truyền của tín hiệu, từ đó đạt được công nghệ truyền dẫn cho các mục tiêu chống nhiễu. Là một trong những công nghệ chống nhiễu được áp dụng sớm nhất, công nghệ trải phổ có ứng dụng tương đối hạn chế ở các đài vô tuyến mặt đất. Do bộ đàm chiến thuật chủ yếu hoạt động ở dải tần sóng ngắn và siêu ngắn nên băng thông khả dụng tương đối rộng. Hơn nữa, sự hạn chế của công nghệ trải phổ trực tiếp trong các vấn đề như hiệu ứng gần xa và nhiễu đa địa chỉ khiến việc cân bằng giữa khả năng chống nhiễu và truy cập đa địa chỉ trở nên khó khăn. Vì vậy, trong mạng lưới các đài vô tuyến tác chiến, công nghệ trải phổ hiếm khi được sử dụng độc lập. Một số ít hệ thống công nghệ chống nhiễu của các đài vô tuyến tác chiến kết hợp với thông tin trải phổ cùng với công nghệ nhảy tần.
Do hệ thống sử dụng anten định hướng và dải tần khả dụng tương đối rộng, nên công nghệ truyền thông vi sóng thường áp dụng trải phổ chuỗi trực tiếp.
Trong lĩnh vực truyền thông vệ tinh, các hệ thống sử dụng công nghệ chống nhiễu phổ rộng chủ yếu bao gồm:
1) Hệ thống thông tin di động vệ tinh quỹ đạo thấp Globalsta. Hệ thống này sử dụng giao diện không khí (Air Interface) tương tự như công nghệ CDMA trong hệ thống truyền thông di động IS95, có khả năng truy cập đa địa chỉ và chống nhiễu nhất định.
2) Hệ thống thông tin vệ tinh quốc phòng Mỹ (Defence Satellite Communication Systems), có khả năng chống nhiễu phổ rộng nhất định.
Công nghệ nhảy tần số
Hệ thống nhảy tần có đặc tính xác suất thu thấp (LPI, Low Probability of Intercept), cho phép tần số truyền của tín hiệu nhảy ngẫu nhiên trên một dải tần số rộng theo một mẫu giả ngẫu nhiên để thực hiện chức năng chống nhiễu. Công nghệ chống nhiễu nhảy tần được áp dụng rộng rãi trong các đài phát thanh quân sự và thiết bị liên lạc dữ liệu.
Trong quân sự, các đài phát thanh sóng ngắn sử dụng công nghệ nhảy tần tốc độ thấp. Do tính biến đổi theo thời gian của kênh truyền sóng ngắn, tốc độ nhảy của các hệ thống thông tin sóng ngắn thường không cao, dưới 100 lần/giây. Đài phát thanh CHESS sử dụng công nghệ nhảy tần khác biệt và là một trường hợp đặc biệt, với tốc độ nhảy lên tới 5.000 lần/giây.
Các đài phát sóng siêu ngắn sóng trong quân sự áp dụng công nghệ nhảy tần tốc độ trung bình. Một số đài phát sóng siêu ngắn tiêu biểu của quân đội nước ngoài bao gồm đài SINCGARS, EPLRS, PR4G và đài M3TR, với dải tần hoạt động chính từ 30MHz đến 512MHz. Các đài này sử dụng công nghệ chống nhiễu nhảy tần, tốc độ nhảy chủ yếu trong khoảng 100 đến 1.000 lần/giây. Trong những năm gần đây, một số đài nhảy tần có thể đạt tới 2.000 lần/giây.
Các thiết bị liên lạc dữ liệu trong quân sự áp dụng công nghệ nhảy tần tốc độ cao (công nghệ nhảy tần số nhanh). Ví dụ, hệ thống liên lạc dữ liệu 16 (Link 16) được sử dụng rộng rãi, áp dụng công nghệ nhảy tần số tốc độ cao với tốc độ lên tới hơn 70.000 lần/giây, có khả năng chống nhiễu cực kỳ mạnh.
Về trang thiết bị vệ tinh thông tin, các hệ thống truyền thông vệ tinh như DSCS và Milstar cũng áp dụng công nghệ chống nhiễu nhảy tần số, với tốc độ nhảy tối đa lên tới 16.000 lần/giây, phạm vi nhảy tần số: 1,6 GHz.
Công nghệ chống nhiễu tổng hợp
Khi công nghệ của hai bên tham gia vào cuộc chiến chống nhiễu không ngừng được nâng cấp, công nghệ chống nhiễu trong hệ thống liên lạc quân sự cũng được cải tiến, từ việc áp dụng các công nghệ chống nhiễu đơn lẻ dần dần nâng cấp lên hệ thống hóa, mạng hóa và tự động thông minh hóa.
– Hệ thống hóa: Các hệ thống liên lạc đơn lẻ kết hợp nhiều công nghệ chống nhiễu như nhảy tần, mở rộng tần số, mã hóa kênh và ăng-ten thông minh để đạt được khả năng chống nhiễu một cách có hệ thống.
– Mạng hóa: Mạng thông tin liên lạc có đặc điểm không có trung tâm, trong đó các nút trong mạng có khả năng tự tổ chức và tự phục hồi. Việc một thiết bị trong nút bị nhiễu sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của toàn bộ mạng, từ đó hiện thực hóa khả năng chống nhiễu.
– Tự động, thông minh hóa: Áp dụng công nghệ chống nhiễu thông minh, thông qua việc cảm nhận môi trường điện từ trên chiến trường theo thời gian thực, lập kế hoạch thông minh cho tài nguyên và các thông số của hệ thống liên lạc trên chiến trường, kết hợp sử dụng nhiều biện pháp chống nhiễu khác nhau để đạt được khả năng chống nhiễu một cách thông minh.
Hệ thống liên lạc vệ tinh quân sự của Mỹ
Hệ thống liên lạc vệ tinh quân sự của Mỹ chủ yếu bao gồm: hệ thống liên lạc vệ tinh di động, hệ thống liên lạc vệ tinh băng thông rộng, và hệ thống liên lạc vệ tinh chống nhiễu. Mỗi hệ thống đều áp dụng một mức độ công nghệ chống nhiễu nhất định. Như hình 1 minh họa, với việc xem xét khả năng chống nhiễu trong dải tần số hoạt động của hệ thống, hệ thống liên lạc vệ tinh băng thông rộng và hệ thống liên lạc vệ tinh chống nhiễu có khả năng chống lại các cuộc tấn công thông tin khá mạnh, đây là những hướng nghiên cứu quan trọng.
Hình 1: So sánh hiệu suất chống nhiễu và tính di động đầu cuối của các hệ thống vệ tinh thông tin Mỹ
Hệ thống liên lạc vệ tinh di động băng tần UHF
Hiện nay, hệ thống liên lạc vệ tinh băng tần UHF của quân đội Mỹ chủ yếu gồm hệ thống UFO (UHF Follow-On) và hệ thống MUOS (Mobile User Objective System). Hệ thống liên lạc vệ tinh băng tần UHF có vùng phủ sóng rộng, sóng điện từ có khả năng xuyên qua và nhiễu xạ nhất định, hỗ trợ tốt cho liên lạc di động, nên được sử dụng rộng rãi trong hải quân, không quân và các lực lượng đặc nhiệm của Mỹ.
Trong hệ thống UFO, do băng tần có sẵn khá hạn chế, hiệu quả chống nhiễu từ kỹ thuật nhảy tần số hoặc khuếch tán tần số cũng bị giới hạn. Do đó, hệ thống này không sử dụng phương pháp khuếch tán tần số mà chỉ áp dụng các kỹ thuật chống nhiễu sau:
1. Chuyển tiếp tín hiệu trên vệ tinh với kênh hóa, giúp giảm nhiễu ngoài băng tần trong liên kết đường lên ở một mức độ nhất định.
2. Áp dụng các mức độ mã hóa kênh khác nhau, có khả năng kiểm soát lỗi nhất định.
Hệ thống MUOS sử dụng dạng sóng có giao thức không gian tương tự như hệ thống di động mặt đất WCDMA. Các công nghệ chống nhiễu bao gồm:
1). Khả năng chống nhiễu băng hẹp trên đường xuống, giúp hạn chế nhiễu trong dải tần hẹp.
2). Sử dụng xử lý chuyển tiếp trên vệ tinh MUOS, giúp giảm thiểu nhiễu đường lên ở một mức độ nhất định.
3). Sử dụng ăng-ten đa chùm và khớp nối UHF/Ka, có khả năng ức chế nhất định đối với tín hiệu gây nhiễu trong các chùm tia khác nhau của các liên kết người dùng khác nhau và tín hiệu gây nhiễu của liên kết nguồn cấp dữ liệu.
Hệ thống liên lạc vệ tinh băng tần SHF
Năng lực vệ tinh thông tin liên lạc chủ đạo của Mỹ chủ yếu được cung cấp bởi hệ thống vệ tinh liên lạc chống nhiễu và hệ thống vệ tinh liên lạc băng thông rộng.
Bảng 1: Chi phí xây dựng các hệ thống vệ tinh thông tin quân sự của Mỹ
Hệ thống liên lạc vệ tinh băng thông rộng của Mỹ đã phát triển từ hệ thống DSCS (Defence Satellite Communication Systems – Hệ thống liên lạc vệ tinh quốc phòng) đến hệ thống mới nhất là WGS (Wideband Global Satellites – Vệ tinh toàn cầu băng thông rộng). Các vệ tinh này được trang bị bộ chuyển tiếp tín hiệu ở băng tần X và Ka, sử dụng kỹ thuật khớp nối. Các dạng sóng liên lạc trên vệ tinh WGS chủ yếu dựa trên TDMA (Time Division Multiple Access) và FDMA (Frequency Division Multiple Access).
Quân đội Mỹ trong hệ thống WIN-T (Warfighter Information Network-Tactical), đã triển khai NCW (Network-Centric Waveform – dạng sóng định hướng mạng). Dạng sóng này cho phép liên lạc trên nhiều khe thời gian của nhiều sóng mạng khác nhau và có khả năng tự điều chỉnh mã hóa, điều chế, cũng như tỷ lệ khuếch tán tùy theo điều kiện của liên kết. Điều này giúp đảm bảo khả năng chống nhiễu và truyền thông tin an toàn ở mức độ nhất định.
Trên vệ tinh WGS, các công nghệ như xử lý tín hiệu, tái tạo, chuyển mạch vi sóng và ăng-ten chùm điểm/pha điều khiển được áp dụng. Các kỹ thuật chống nhiễu như điều chỉnh tự thích ứng (tạo điểm không), nhảy sóng và các phương pháp chống nhiễu truyền thống như nhảy tần và khuếch tán được kết hợp để xây dựng khả năng bảo vệ toàn diện cho hệ thống liên lạc vệ tinh.
Ngoài các vệ tinh WGS, quân đội Mỹ cũng thuê một lượng lớn bộ chuyển tiếp tín hiệu từ các vệ tinh thương mại ở băng tần Ku và Ka. Sử dụng hệ thống VSAT thương mại được cải tiến để cung cấp dịch vụ vệ tinh liên lạc băng thông rộng.
Các mạng VSAT này vốn không có khả năng chống nhiễu, nhưng có thể sử dụng các phương pháp như mã hóa nguồn hoặc mã hóa kênh để đảm bảo mức độ an toàn trong việc truyền tải thông tin.
Hệ thống vệ tinh liên lạc chống nhiễu băng tần EHF
Sự phát triển của các vệ tinh chống nhiễu bắt đầu từ vệ tinh chống nhiễu thế hệ đầu tiên Milstar, và tiếp tục phát triển đến hệ thống vệ tinh liên lạc chống nhiễu mới nhất AEHF (Advanced Extremely High Frequency).
– Milstar là viết tắt của “Military Strategic and Tactical Relay Satellite Communication System” (Hệ thống vệ tinh liên lạc tiếp sóng chiến lược và chiến thuật quân sự của Mỹ). Đây là hệ thống vệ tinh liên lạc quỹ đạo địa tĩnh quân sự, được sử dụng chung bởi lục quân, hải quân, và không quân Mỹ, kết hợp giữa chiến lược và chiến thuật, và là một thành phần cốt lõi trong hệ thống C4ISR của quân đội Mỹ. Milstar cung cấp khả năng liên lạc thời gian thực cho các dạng thông tin thoại, dữ liệu, và hình ảnh.
– Milstar I là hệ thống vệ tinh liên lạc đầu tiên sử dụng băng tần EHF, ứng dụng công nghệ nhảy tần nhanh, được trang bị tải dữ liệu tốc độ thấp (LDR) trên vệ tinh. Các vệ tinh Milstar I sử dụng liên kết giữa các vệ tinh ở tần số 60GHz.
– Milstar II, với trọng tâm là liên lạc chiến thuật, bao gồm ba vệ tinh tạo thành một mạng liên lạc chống nhiễu toàn cầu. Hệ thống này có khả năng liên lạc chiến thuật nâng cao, bao gồm việc cung cấp liên lạc tốc độ cao cho các lực lượng di động và sử dụng ăng-ten tự điều chỉnh để chống nhiễu từ các trung tâm can thiệp của đối phương. Trên nền tảng của Milstar I, Milstar II được bổ sung thêm tải dữ liệu tốc độ trung bình (MDR), cho phép tốc độ truyền tải cao hơn và hỗ trợ nhiều người dùng hơn.
– AEHF là thế hệ tiếp theo của hệ thống Milstar, bổ sung tải dữ liệu XDR (eXtended Data Rate) với tốc độ lên đến 8Mbps, tần số nhảy cao hơn và khả năng chống nhiễu mạnh hơn. AEHF cũng có khả năng định tuyến và chuyển mạch mạnh mẽ hơn trên vệ tinh.
AEHF không chỉ kế thừa các công nghệ của Milstar như khuếch tán, điều chế tần số, liên kết giữa các vệ tinh, xử lý tín hiệu trên vệ tinh, mà còn sử dụng các công nghệ mới như ăng-ten mảng pha, mạng tạo chùm tia, các module vi sóng và hệ thống đẩy điện.
Vệ tinh AEHF tăng cường khả năng định tuyến, cho phép cung cấp dịch vụ liên lạc điểm-điểm và mạng lưới dựa trên mức độ ưu tiên của người dùng. Thông qua liên kết giữa các vệ tinh, AEHF cung cấp dịch vụ toàn cầu và có khả năng tồn tại cao trên chiến trường. Hệ thống này giảm thiểu sự phụ thuộc vào các hệ thống hỗ trợ mặt đất, thậm chí nếu trạm điều khiển mặt đất bị phá hủy, hệ thống vẫn có thể tự vận hành trong hơn nửa năm.
Công nghệ chống nhiễu trong hệ thống vệ tinh của Mỹ
Từ những thông tin đã đề cập, có thể thấy rằng các công nghệ chống nhiễu thường được sử dụng trong các vệ tinh thông tin liên lạc quân sự bao gồm: công nghệ chống nhiễu nhảy tần/ khuếch tán tần số, công nghệ ăng-ten tự điều chỉnh, công nghệ truyền thông theo chùm nhảy, và công nghệ xử lý trên vệ tinh.
1) Công nghệ xử lý trên vệ tinh : Công nghệ xử lý trên vệ tinh đã trở thành một trong những công nghệ chính trong việc chống nhiễu cho vệ tinh liên lạc và cũng là yêu cầu cho sự tồn tại và phát triển trong tương lai của vệ tinh truyền thông. Các vệ tinh như MUOS, WGS, Milstar và AEHF của Mỹ đều áp dụng công nghệ này. So với các bộ chuyển tiếp trong suốt, hệ thống liên lạc vệ tinh sử dụng bộ chuyển tiếp xử lý trên vệ tinh có khả năng chống nhiễu mạnh hơn nhờ vào độ tăng cường xử lý mà không cần lo ngại về hiệu ứng bão hòa.
2) Công nghệ ăng-ten tự điều chỉnh: ăng-ten tự điều chỉnh là một công nghệ quan trọng trong việc chống nhiễu cho vệ tinh thông tin liên lạc. Công nghệ này cho phép ăng-ten điều chỉnh vị trí điểm zero của chùm sóng theo sự thay đổi của biểu đồ hướng, giúp định hướng chính xác về phía nguồn gây nhiễu và giảm cường độ chùm phụ để ngăn chặn nhiễu. Đồng thời, nó đảm bảo rằng chùm sóng chính của ăng-ten luôn ở trạng thái tối ưu, với độ giảm nhiễu có thể đạt từ 25~30dB.
3) Công nghệ chùm nhảy: Theo quy tắc nhảy đã được xác định trước, chùm sóng sẽ liên tục nhảy giữa nhiều khu vực đã chỉ định trên mặt đất. Thời gian nhảy của chùm sóng là Th, thời gian này là thời gian mà chùm sóng dừng tại một khu vực cụ thể. Trong thời gian dừng Th, người dùng tại khu vực phủ sóng tương ứng sẽ gửi thông tin dữ liệu qua liên kết lên. Do khoảng cách giữa các chùm sóng, có thể sử dụng phương pháp tái sử dụng tần số đồng thời, và cơ chế liên lạc trong chùm sẽ áp dụng các phương thức FDMA/TDMA.
Xu hướng phát triển của hệ thống vệ tinh thông tin liên lạc chống nhiễu của Mỹ.
Hệ thống vệ tinh thông tin được bảo vệ thế hệ mới
Quân đội Mỹ đã lên kế hoạch cho hệ thống vệ tinh thông tin liên lạc được bảo vệ thế hệ mới, phân chia các nhiệm vụ vệ tinh thông tin liên lạc chiến lược và chiến thuật của AEHF thành hai dự án: “Vệ tinh thông tin chiến lược tiến hóa” (ESS) và “Vệ tinh thông tin chiến thuật được bảo vệ” (PTS).
Hiện tại, quân đội Mỹ chủ yếu dựa vào hệ thống AEHF và Milstar để cung cấp dịch vụ vệ tinh thông tin được bảo vệ với tốc độ dữ liệu thấp, trung bình và mở rộng cho người dùng chiến lược và chiến thuật. Kế hoạch ESS nhằm cung cấp khả năng thực hiện nhiệm vụ chỉ huy và kiểm soát hạt nhân thế hệ mới, thay thế khả năng liên lạc chiến lược của hệ thống AEHF ở vùng giữa và mở rộng khả năng liên lạc chống phá đến khu vực Bắc Cực.Trong tương lai, ESS sẽ được nâng cao đầu tiên và cuối cùng thay thế các dịch vụ truyền thông chiến lược mà AEHF cung cấp.
Bảng 2: Kế hoạch hệ thống vệ tinh thông tin thế hệ tiếp theo của Mỹ
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cấp bách về thông tin liên lạc vệ tinh an toàn và đáng tin cậy có khả năng chống nhiễu cho các người dùng cấp chiến thuật. Không quân Mỹ đã đề xuất “Hệ thống truyền thông vệ tinh chiến thuật chống nhiễu được bảo vệ” (Protected Anti-jam Tactical Satcom, PATS), một hệ thống thông tin vệ tinh quân sự có khả năng hoạt động trong môi trường điện từ phức tạp và có khả năng chống tấn công nhất định. Hệ thống này trong tương lai sẽ cung cấp dịch vụ thông tin liên lạc vượt tầm nhìn toàn cầu, có khả năng chống nhiễu và truyền thông tin với xác suất phát hiện thấp/ xác suất bị bắt thấp (LPD/LPI), đồng thời sử dụng các dạng sóng truyền thông tin chiến thuật chống nhiễu mới.
Quân đội Mỹ hiện đang cải tạo các hệ thống truyền thông vệ tinh băng thông rộng quân sự và thương mại đang hoạt động, phát triển và thử nghiệm dạng sóng PTW, đồng thời phát triển hệ thống “Vệ tinh bảo vệ chiến thuật” (PTS) chuyên dụng. Xây dựng “Hệ thống chống nhiễu bảo vệ chiến thuật” (PATS) bao gồm “Hệ thống truyền thông vệ tinh băng thông rộng toàn cầu” (WGS), các hệ thống vệ tinh thương mại và “Hệ thống vệ tinh bảo vệ chiến thuật”.
Dạng sóng PTW là một dạng sóng vệ tinh mới, thông qua việc mở rộng phổ tần bằng cách nhảy tần số (frequency-hopping spread spectrum, FHSS) và các biện pháp khác. Nó có khả năng che giấu tốt hơn trong quá trình truyền dẫn, đồng thời có thể chống lại và loại bỏ các tín hiệu nhiễu cũng như nâng cao hiệu quả truyền dẫn. Một số nhà sản xuất thiết bị vệ tinh thông tin đã áp dụng công nghệ này vào sản phẩm của họ, thông qua việc cải tạo các đầu cuối hệ thống vệ tinh thương mại hiện có. Mở rộng hệ thống quản lý vận hành mặt đất và tạo ra dạng sóng PTW trong các băng tần thương mại như C, Ku, Ka, nhằm đạt được khả năng chống nhiễu cho các hệ thống vệ tinh thương mại cho thuê.
Quân đội Mỹ dự định thực hiện PATS qua ba giai đoạn:
– Giai đoạn 1: Cải tạo các đầu cuối của hệ thống “Vệ tinh băng thông rộng toàn cầu” (Wideband Global Satcom, WGS) đang hoạt động, xây dựng hệ thống quản lý vận hành mặt đất ban đầu, tạo ra dạng sóng PTW ở băng tần X và Ka, nhằm đạt được khả năng chống nhiễu cho hơn 10 vệ tinh WGS trong tương lai.
– Giai đoạn 2: “Dịch vụ hệ thống chiến thuật được bảo vệ” (Protected Tactical Enterprise Services, PETS), phát triển các trạm mặt đất có khả năng truyền tải dạng sóng “Chiến thuật được bảo vệ” (Protected Tactical Waveform) của quân đội Mỹ thông qua vệ tinh WGS và vệ tinh thương mại. PETS là phần mặt đất của PATS, chịu trách nhiệm kiểm soát và quản lý các thành phần mạng.
– Giai đoạn 3: Sử dụng vệ tinh thông tin chiến thuật chuyên dụng đã được phát triển, kết hợp với dạng sóng PTW, các đầu cuối mặt đất và hệ thống quản lý vận hành hoàn chỉnh, nhằm cung cấp khả năng truyền thông tin liên lạc chiến thuật chống nhiễu ở cấp độ cao hơn.
Hệ thống truyền thông vệ tinh tích hợp dựa trên mạng vệ tinh quỹ đạo thấp
Năm 2018, công ty SpaceX của Mỹ chính thức khởi động xây dựng hệ thống vệ tinh quỹ đạo thấp “Starlink”, hiện tại đã đạt được quy mô nhất định. Năm 2019, Cục Phát triển Không gian Mỹ (SDA) đã chính thức đề xuất phát triển hệ thống không gian thế hệ tiếp theo dựa trên mạng vệ tinh quỹ đạo thấp và đã hoàn thành việc phóng các vệ tinh đầu tiên.
Quân đội Mỹ định nghĩa hệ thống vệ tinh thông tin tương lai là “vệ tinh thông tin chiến đấu” (Fighting SATCOM). Hệ thống vệ tinh thông tin này sẽ là một hệ thống tích hợp với sự kết hợp giữa quỹ đạo cao và quỹ đạo thấp, nhiều băng tần và khả năng chuyển đổi thông minh liền mạch. Người dùng sẽ sử dụng các thiết bị tích hợp, không cần phải chọn băng tần cụ thể hay vệ tinh thông tin nào mà vẫn có thể thực hiện tất cả các loại dịch vụ cần thiết.
Hệ thống vệ tinh thông tin tích hợp dựa trên mạng vệ tinh quỹ đạo thấp sẽ kết hợp với hệ thống vệ tinh thông tin thế hệ mới được bảo vệ, tạo thành lực lượng xương sống cho việc truyền tải các dịch vụ vệ tinh thông tin quân sự đa dạng của Mỹ trong tương lai.
Lời khuyên và bài học rút ra
Thông qua nghiên cứu về công nghệ chống nhiễu của hệ thống vệ tinh thông tin quân đội Mỹ và các vệ tinh thông tin chống nhiễu chuyên dụng (vệ tinh bảo vệ) cùng với các kế hoạch phát triển tiếp theo. Có thể thấy rằng sự phát triển công nghệ chống nhiễu vệ tinh thông tin của quân đội Mỹ chia thành hai hướng:
Một mặt, tiếp tục phát triển theo hệ thống công nghệ chống nhiễu truyền thống, phát triển sóng PTW và tải trọng nhiệm vụ chuyên dụng (PTS) dựa trên công nghệ chống nhiễu như nhảy tần, khuyếch tán tần số, nhảy chùm tia. Điều này nhằm tăng cường khả năng chống nhiễu mạnh và khả năng phủ sóng toàn cầu (ESS), nâng cao tính bền bỉ và độ tin cậy của truyền thông chiến lược.
Mặt khác, sử dụng nhiều công nghệ thương mại để phát triển hệ thống vệ tinh quỹ đạo thấp quy mô lớn, kết hợp giữa quân sự và dân sự (hệ thống Starlink và vệ tinh truyền thông cho không gian tác chiến phân tán), nhằm đạt được khả năng chống nhiễu của hệ thống. Điều này cung cấp cho sự phát triển của hệ thống vệ tinh thông tin chống nhiễu của nhiều nước trên thế giới một số bài học và lời khuyên hữu ích:
1. Công nghệ chống nhiễu truyền thống như nhảy tần và khuếch tán tần số vẫn rất hữu dụng trong hệ thống vệ tinh thông tin. Trong thiết kế hệ thống vệ tinh thông tin chuyên dụng cho quân đội hoặc quân sự-dân sự. Có thể áp dụng công nghệ xử lý tín hiệu chống nhiễu như nhảy tần và khuếch tán tần số mà không làm thay đổi cấu trúc hệ thống thông tin hiện tại. Bằng cách nâng cao khả năng chống nhiễu của sóng thông tin, khả năng chống nhiễu của toàn bộ hệ thống cũng sẽ được cải thiện.
2. Hệ thống vệ tinh thông tin chống nhiễu cần xem xét từ nhiều khía cạnh như tải trọng vệ tinh, thiết bị đầu cuối mặt đất, giao thức sóng truyền thông và liên kết đo đạc điều khiển. Tương tự như ESS của quân đội nước ngoài, phát triển theo hướng tần số cao hơn, tốc độ nhảy lớn hơn, chùm sóng hẹp hơn, khả năng xử lý trên vệ tinh và định tuyến giữa các vệ tinh mạnh hơn, cùng với khả năng chống nhiễu tích hợp của thiết bị đầu cuối mặt đất.
3. Đẩy mạnh phát triển hệ thống vệ tinh chòm sao và tích hợp một cách hữu cơ các hệ thống vệ tinh chòm sao với hệ thống vệ tinh chống nhiễu chuyên dụng và hệ thống vệ tinh thông tin truyền thống. Điều này nhằm đạt được khả năng chống nhiễu mạng và khả năng chống nhiễu hệ thống, nâng cao khả năng chống nhiễu tổng thể của hệ thống vệ tinh thông tin của các nước khác. Từ đó cung cấp dịch vụ vệ tinh thông tin đáng tin cậy, có thể chuyển đổi liền mạch trong mọi thời tiết và mọi lĩnh vực./.
Biên dịch: Nguyễn Phượng
Các tác giả: Youyang, Zhang Kun, Fu Yuchen là các kỹ sư cao cấp của đơn vị có số hiệu 91001, PLA.
Bài viết thể hiện quan điểm riêng của các tác giả, không nhất thiết phản ánh quan điểm của Nghiên cứu Chiến lược. Mọi trao đổi học thuật và các vấn đề khác, quý độc giả có thể liên hệ với ban biên tập qua địa chỉ mail: [email protected]
