Vệ tinh viễn thông Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về vệ tinh viễn thông và quá trình phát triển của loại vệ tinh này. Thông tin vô tuyến trước khi có vệ tinh Chođến giữathế kỷ XX, cách truyềnthông tinđixa hiện đạinhấtlàthôngtin vô tuyến điện, nói như vậy để phân biệt với thông tin hữu tuyến mà chủ yếu là hệ thống đường dây điện thoại. Sóng vô tuyến điện thường nói lúc bấy giờ thực chất là sóng điện từ có tần số cỡ kilohertzđến megahertz, tức là có bước sóng vào cỡ kilomet đến centimet (v là vận tốc truyền sóng điện từ, trong chân không v = C =300.000 km/s vàbằngtốc độ ánhsáng,trongkhông khívnhỏ hơn C một ít). Từ nơi phát, qua ăng ten phát, sóng điện từ được truyền đi trong không gian mang theo thông tin được ghi trên đó. Nơi thu nhận thông tin có ăng ten thu, thu được sóng điện từ, giải mã để đọc được thông tin ghi trên đó. Trước đây, kỹ thuật số chưa phát triển, việc ghi thông tin trên sóng điện từ thường được thực hiệnbằngcáchthayđổibiênđộ của sóng điệntừ (AM-amplitudemodulation-biến điệu biên độ) hoặc là làm thay đổi tần số của sóng điện từ (FM-frequency modulation - biến điệutần số). Ban đầu, thông tin truyền đi chủ yếu là tiếng nói, âm thanh, và sóng điện từ thường dùng là sóng dài (bước sóng hàng chục đến hàng trăm mét), thông tin đượcghitheokiểuAM.Ưuđiểmcủa việcdùngsóngdàilàdễ phát,dễ thu,sóngtuy đithẳngnhưngkhi gặp tầngđiệnlybị phảnxạ mạnh. Nhờ đó,nơi thuở kháxanơi phát vẫn thu nhận được thông tin. Tuy nhiên, việc truyền sóng dài đi được xa hay gần phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết, thông tin ghi theo kiểu AM hay bị nhiễu bởi các nguồn phát ngẫu nhiên thông thường như sấm chớp, tia lửa điện, máy móc khởiđộng… Nhưngquan trọnghơncả làsóngdài,tức là có tầnsố thấp,màsóngcó tần số càng thấp thì càng mang được ít thông tin. Xu hướng chung là chuyển sang dùng sóngđiện từ tần số cao và kỹ thuật số, vừa truyền được nhiều thông tin, vừa cho chất lượngthông tin tốt hơn. Tuy nhiên, sóng càng ngắn càng có tí nh đi thẳng mạnh, trên đường đi nếu gặp vật cả n dễ bị phản xạ hoặc bị hấp thụ hết, nghĩa l à sóng đi thẳng bị yếu đi rất nhiều. Vì vậy, để truyền thông tin bằng sóng ngắn, giữa ăng ten phát và ăng ten thu phải không có vật gì cản trở. Chính vì thế, ta thường thấy cột ăng ten của đài phát thanh không cao lắm mà ở xa vẫnthu được tiếngnói,âmnhạc…còn cáccộtăngten truyềnhình thì rất cao nhưng phạm vi mà tivi bắt được hình không rộng lắm, dưới vài chục kilomet, chưakể là ăng ten thucủativi phải mắclênđầucâytrecaovút. Tương tự, ta thấy để truyền sóng viba (sóng ngắn) đi xa phải dùng nhiều cột để tiếp sóng và truyền sóng.Việc truyền thông tinđi xa đã thay đổi hẳn từ khicó vệ tinh. Vệ tinh viễn thông Để mang được nhiều thông tin, sóng điện từ sử dụng để truyền tin phải có bước sóng rất ngắn, tức là tần số thật cao. Sóng này có tính chất đi thẳng, nên nếu nơi phát cách nơi thu (ví dụ hàng ngàn kilomet) thì ăng ten phát trên mặt đất dùcórấtcao, nơi thu cũng không nhận đượcthôngtin.Đấy làchưa kể sóngđiệntừ tần số cao đi trong khí quyển cũng bị suy yếu nhiều so với đi trong chân không. Vì vậy, ta thấy trên mặt đất muốn thu được sóng ngắn phát đi từ một vị trí ở xa phải có các cột vi ba tiếp sóng, cột nọ cách cột kia khoảng 40 km, ở mỗi cột có một bộ lặp lại (repeater), tức là thu nhận tín hiệu từ cột trước đó, tăng cường tín hiệu rồi phát lại cho cột tiếp theo. Nhưng nếu ở trên cao có vệ tinh địa tĩnh (cách mặt đất cỡ 36.000 km, bay vòng quanh Trái đất với vận tốc góc như Trái đất nên vệ tinh đứng yênsovới mặtđất)thìcóthể phátsóng điệntừ lên thẳng vệ tinh,vệ tinhthu sóng điệntừ,tăngcường chomạnhlênrồi phátlạitheohướng đitớimáythu, máy thunhậnđượctín hiệutừ máyphát chỉ quamột trunggianlà vệ tinh.Đườngđi của sóng điện từ tuy dài, lên xuống theo hai cạnh hình tam giác (mỗi cạnh dài hơn 36.000 km) nhưng thực sự đoạn đi trong khíquyển khá ngắn (cỡ 200 km), còn lại là đitrong chân không nêntổn hao ít hơn nhiều so với đi gầnmặt đất. Quá trình phát triển của vệ tinh viễn thông Ý tưởng phóng vệ tinh lên cao, nhất là vệ tinh địa tĩnh để làm trạm tiếp chuyển sóng điện từ phục vụ viễn thông đã có từ lâu nhưng không thực hiện được vì chưa có cách phóng vệ tinh. Khi Liên Xô phóng được Sputnik 1 (năm 1957), cuộc chạy đua lên vũ trụ giữa Mỹ và Liên Xô rất ráoriết, phần lớnlà để đẩy mạnh hoạtđộngviễn thôngvà quânsự. Riêng về viễnthông,đã xuất hiện lĩnh vực côngnghệ vệ tinh viễn thông thương mại, có thể tóm tắt như sau: Giai đoạn mở đầu Năm 1957, Liên Xô phóng vệ tinh nhân tạo đầu tiên (Sputnik 1) mang theo máy phát vô tuyến tần số 20.005 và 40.002 MHz. Ở dưới mặt đất nghe rất rõtiếng bip biptrên vệ tinh phát xuống. Năm 1958, Mỹ phóng vệ tinh trong dự án Score có băng ghi âm từ vệ tinh phát xuống mặt đất lời chúc mừng của Tổng thống Mỹ Eishenhower vào dịp giáng sinh. Năm 1960, Mỹ phóng vệ tinh Echo, rồi vệ tinh Courier 1B là vệ tinh đầu tiên có máy lặp lại (đó là máy nhận tín hiệu từ Trái đất gửi lên, tăng cường rồi phát lại tín hiệu đó về Trái đất). Năm 1962, các hãng viễnthông Mỹ, Anh,Pháphợp tác phóng vệ tinh Telstar quay quanh Trái đất theo quỹ đạo ellip, một vòng hết 2 giờ 37 phút, nghiêng với mặtxích đạo 450. Năm 1963, Mỹ phóng vệ tinh Syncom 2 (phóng Syncom 1 bị hỏng) quay quanhTráiđấtmộtvònghếtmộtngàyvới tốcđộ không đổinhưngtheohướng Bắc Nam,ở dưới mặt đất phải cóthiết bị đặc biệt mới theo dõi được. Phát triển vệ tinh viễn thông địa tĩnh và địa đồng bộ Đến giữa những năm 60 thì trình độ phóng vệ tinh đã phát triển cao, việc phóngvệ tinh từ mặt đất lênđếnđộ caocỡ 36.000km làđộ cao củavệ tinhđịa tĩnh đã được thực hiện tương đối dễ. Người ta thấy dùng vệ tinh địa tĩnh rất thuận lợi vì nó đứng yên trên cao so với mặt đất, nhưng vì vệ tinh địa tĩnh phải bay theo vòng tròn từ xích đạo nhìn thẳng lên, nếu dùng vào mục đích viễn thông chỉ thích hợpchonhữngvùngkhôngxaquásovới xíchđạo,vùngđất đaiở phươngBắcnhư Nga, Bắc Mỹ là không thuận lợi (sóng điện từ phải đi rất xiên, đoạn đường xuyên qua lớp khí quyển dài). Đốivới khu vực ở phía Bắc, người ta có xu hướng dùng vệ tinh địa đồng bộ GEO (Geosynchronous Earth Orbit) ở độ cao khoảng 36.000 km, bay một vòng quanh Trái đất cũng vừa đúng một ngày đêm (24 giờ) nhưng mặt của vòng tròn bay không trùng với mặt xích đạo mà là tuỳ ý hoặc trùng với một mặtkinh tuyến. Cuối năm 1964, Mỹ phóng vệ tinh Syncom 3 ở quỹ đạo theo kinh tuyến đông1800(kinhtuyếntheođườngmúigiờ quốctế).Vệ tinhnàyđã dùnglàm trạm tiếp sóng cho chương trình truyền hình trực tiếp Thế vận hội mùa đông 1964 ở Tokyo, lần đầu tiênquatruyềnhình,người Mỹ trựctiếpđượcxemcáccuộcthiđấu ở Nhật Bản, tínhiệu truyềnhình trựctiếp nhờ vệ tinh qua TháiBình Dương. Tháng 4.1965, vệ tinh Intelsat I được phóng lên, có tên là Early Bird (người báo tin sớm). Đó là vệ tinh viễn thông địa tĩnh đầu tiên truyền sóng qua Đại Tây Dương. Để phục vụ cho vùng Bắc Mỹ có các vệ tinh địa tĩnh Anik A1 (phóng 1972), Westar I(phóng 1974),Satcom I (phóng 1975). Vệ tinh gần mặt đất và các loại vệ tinh khác Bêncạnh cácvệ tinhviễnthôngđịatĩnh, địađồngbộ phónglên khátốnkém, cónhững loạivệ tinh tầm thấphơngọilà LEO,tứclà vệ tinh quỹ đạo thấpgầnTrái đất (Low Earth Orbit), quay quanh Trái đất một vòng hết độ 90 phút nhưng ở độ cao cỡ 400 km. Vì bay thấp nên dưới mặt đất chỉ một vùng bán kính cỡ 1.000 km mới “thấy” được vệ tinhở phía trên. Hơnnữa loạivệ tinh này thay đổi vị trí so với mặt đất rất nhanh, nên phải có nhiều vệ tinh cùng bay mới đảm bảo được một nơi nào đó luôn “thấy” được vệ tinh ở trên trời,nghĩa lànếudùng để tiếp chuyểnsóng vô tuyến thì như vậy mớikhông giánđoạn việctruyền tin. Người ta thường gọi văn vẻ là bầu trời sao vệ tinh, tức là số các vệ tinh LEO tham gia vào một dịch vụ viễn thông nào đó. Ví dụ như hệ Iridium có đến 66 vệ tinh LEO, hay hệ Teledestic (thuộc Microsoft) có đến 840 vệ tinh. Đó đều là những hệ vệ tinhlàm nhiệm vụ viễn thông. * * * Ở tấtcả cáclĩnhvựccủaviễn thôngnhư truyềntin,truyền hình,điện thoạidi động, ở khắp nơi trên Trái đất từ châu Âu, châu Á đến châu Mỹ, châu Phi… đều có vai trò rất quan trọng củacác vệ tinh. Cốt lõi của việc chuyển tải thông tin đi xa và nhanh hiện nay là dùng sóng điện từ tần số cao, kể cả ánh sáng. Bên cạnh việc truyền thông tin theo những đường cáp bằng đồng, bằng sợi quang dài hàng chục ngàn km trên mặt đất, trên biển, sóng điện từ tần số cao được truyền trong không trung nhờ hệ thống các vệ tinh làm nhiệm vụ trung chuyển. Nhưng bao trùm hơn cả ở đâylàxử lýtínhiệukỹ thuậtsố bằngmáytính. Tất cả phốihợplại làmchothế giới mà chúng ta sống hiện nay là thế giới phẳng. . Vệ tinh viễn thông Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về vệ tinh viễn thông và quá trình phát triển của loại vệ tinh này. Thông tin vô tuyến trước khi có vệ tinh Chođến giữathế kỷ XX, cách truyềnthông. gầnmặt đất. Quá trình phát triển của vệ tinh viễn thông Ý tưởng phóng vệ tinh lên cao, nhất là vệ tinh địa tĩnh để làm trạm tiếp chuyển sóng điện từ phục vụ viễn thông đã có từ lâu nhưng không thực. triển vệ tinh viễn thông địa tĩnh và địa đồng bộ Đến giữa những năm 60 thì trình độ phóng vệ tinh đã phát triển cao, việc phóngvệ tinh từ mặt đất lênđếnđộ caocỡ 36.000km làđộ cao củavệ tinh ịa