Mỹ xây hàng rào không gian để phát hiện rác không gian, vệ tinh nhỏ

Công nghệ quân sự thường mất quá nhiều thời gian phát triển đến mức có những thiết bị đã lỗi thời ngay khi ra mắt. Tuy nhiên, điều này không đúng với Hàng rào không gian (Space Fence) của Không quân Hoa Kỳ. Đó là hệ thống radar mới được chế tạo nhằm theo dõi hoạt động trong quỹ đạo trái đất.

Cuối năm nay, Không quân Hoa Kỳ dự kiến sở hữu một hệ thống radar mảng pha điều khiển điện tử đặt tại đảo san hô Kwajalein ở Thái Bình Dương. Nhà sản xuất Lockheed Martin cho biết đây là giải pháp cho những vấn đề cấp bách trong các chuyến bay vũ trụ và dân sự. Các vấn đề bao gồm sự gia tăng rác không gian, quân sự hóa trên quỹ đạo và kích cỡ nhỏ của các vệ tinh.

Hàng rào Không gian này sẽ phát hiện vật thể trên quỹ đạo, dự báo quỹ đạo và va chạm trong tương lai. Hệ thống cũng có thể phát hiện những thay đổi so với lịch trình dự kiến và thông báo tới quản trị. Với cảnh báo đó, một vệ tinh có thể đối phó với rác không gian và xác định mức ảnh hưởng nếu có va chạm.

Nó cũng có thể là một "trạm theo dõi" quan trọng khi có chiến tranh không gian.

Hàng rào Không gian là gì?

Mặc dù có tên như vậy nhưng Hàng rào Không gian không chặn hay che chắn bất cứ cái gì. Thay vào đó, trạm mặt đất sẽ phóng một mạng lưới năng lượng radar vào không gian để theo dõi các tàu vũ trụ và mảnh vụn. Với thông tin cảnh báo đầy đủ, tàu vũ trụ có thể sử dụng động cơ đẩy để tránh va chạm với rác không gian.

Đây không phải là hệ thống đầu tiên của Không quân Hoa Kỳ. Đơn vị này đã dừng hệ thống Radar Giám sát Không gian (Space Surveillance Radar) vào năm 2013. Đó là hệ thống đã lỗi thời mà Lầu Năm Góc quyết định cắt giảm trong thời gian bị tịch thu ngân sách. 5 tháng sau khi hệ thống cũ ngừng hoạt động, Không quân Hoa Kỳ thông báo về phương án thay thế: Một chiếc "đồng hồ khu vực" trị giá 914 triệu USD cho các vệ tinh tại Kwajalein, cùng một phương án thay thế là xây dựng một khu Hàng rào Không gian thứ hai tại Úc.

Lockheed Martin đã giành được hợp đồng và hứa hẹn về một hệ thống "cách mạng hoá nhận thức tình huống không gian" và phát hiện các vật thể kích thước từ viên bi trong quỹ đạo trái đất tầm thấp. Radar giám sát không gian cũ có thể theo dõi 2.000 mảnh mảnh vụn không gian, nhưng radar băng tần S của Hàng rào Không gian mới dự kiến sẽ phát hiện gấp 5-10 lần hệ thống cũ.

Một phần những cải thiện của hệ thống mới là nhờ chất bán dẫn được làm bằng Gallium Nitride (GaN), có thể hoạt động ở điện áp cao hơn, mật độ năng lượng tần số radio lớn hơn và kích thước nhỏ hơn so với Gallium arsenide (GaAS).

"Đồng nghiệp của tôi tại Không lực Hoa Kỳ có một câu nói hay: Chúng ta từng tìm kiếm bằng đèn pin, nhưng Hàng rào Không gian thì thắp sáng cả tầng áp mái", Bruce Schafhauser, Giám đốc chương trình Hàng rào Không gian của Lockheed chia sẻ.

Công suất cao của bán dẫn GaN cho phép hệ thống theo dõi các đối tượng trong quỹ đạo trái đất tầm thấp (100 dặm tới 1.200 dặm) trong khi tăng dầm đến mục tiêu xa hơn trong quỹ đạo địa tĩnh (22.000 dặm). Hệ thống này cũng có thể điều chỉnh dầm để tạo ra "hàng rào nhỏ" và thu thập thông tin chi tiết hơn.

Những tiến bộ trong "công nghệ beamforming kỹ thuật số" cho phép Hàng rào Không gian theo dõi các vật thể trong quỹ đạo trái đất tầm thấp, bao gồm một phần của quỹ đạo địa tĩnh và vẫn có các dầm mạnh để theo dõi các đối tượng bất ngờ. (Beamforming là công nghệ tập trung tín hiệu và hướng nó trực tiếp vào mục tiêu cụ thể thay vì phát sóng tín hiệu wifi lan toả trong một khu vực rộng lớn).

Theo dõi lưu lượng vệ tinh

Khả năng theo dõi lưu lượng lớn và nhiều vật thể nhỏ là phù hợp và kịp thời khi thị trường vệ tinh nhỏ của Mỹ bắt đầu phát triển.

Giống như tất cả các thiết bị điện tử, kích thước của vệ tinh đang ngày càng nhỏ lại. Điều này tạo ra một nền kinh tế không gian hoàn toàn mới – chưa kể đến lợi ích to lớn đối với các công ty tạo ra chúng. Tuy nhiên, nhiều vệ tinh nhỏ trên quỹ đạo đã làm tăng mối lo ngại về các vụ va chạm cũng như rác thải. Bất kỳ tác động nào cũng có thể gây ra phản ứng dây chuyền các vụ va chạm - cơn ác mộng đối với bất kỳ nhà điều hành vũ trụ nào.

Các quy định cũng hạn chế số lượng đăng ký vệ tinh, đặc biệt tại Mỹ. Cùng với các công cụ theo dõi lưu lượng vệ tinh, một Hàng rào Không gian tốt sẽ giúp quản trị dễ dàng hơn.

Hệ thống Hàng rào Không gian tại Kwajalein.

Bởi Kwajalein rất gần với đường xích đạo nên màn hình radar dự kiến đặt tại vị trí thích hợp để bắt được lưu lượng trên không. Schafhauser cho biết: "Hầu hết các vệ tinh trong quỹ đạo trái đất tầm thấp đi qua Hàng rào Không gian nhiều lần trong ngày. Chúng ta cũng có thể thấy một phần của GEO không được che phủ tốt".

Tuy nhiên, việc xây dựng một cơ sở lớn tiêu thụ nhiều năng lượng tận ngoài Thái Bình Dương không đơn giản chút nào. Cơ sở này gồm hai tòa nhà lớn, mỗi tòa được giữ dưới áp suất đảo ngược và che phủ bởi một mái vòm Kevlar cho phép sóng radar đi qua. Hàng triệu kilogram thép kết cấu và bê tông được vận chuyển bằng máy bay và thuyền. Cơ sở này có nhà máy điện 10 Megawatt (MW) riêng.

Schafhauser cho biết: "Việc hậu cần rất khó khăn".

Đề phòng Chiến tranh Không gian

Minh hoạ một railgun (một loại vũ khí mới) của Hoa Kỳ.

Việc đề phòng các vệ tinh nhỏ bé và rác không gian chỉ là một yếu tố. Một số vũ khí chống vệ tinh bản thân lại chính là vệ tinh, được gửi đến để theo dõi, che mắt vệ tinh khác hoặc vô hiệu hoá các thiết bị liên lạc không gian và trinh sát.

Mối đe dọa này không mới và một số chuyên gia cho biết nó đang tăng lên. Ví dụ như Nga có lịch sử lâu dài về việc chế tạo tàu vũ trụ có thể đi vào cùng quỹ đạo và di chuyển theo mục tiêu. Những trường hợp này được gọi là "các hoạt động tiếp cận" và là bước đầu tiên cho một cuộc tấn công, bắn laser hoặc bắt giữ mục tiêu. Hay đơn giản, vệ tinh đó có thể va chạm với mục tiêu.

Giống như hầu hết các quốc gia, vũ khí chống vệ tinh của Mỹ chủ yếu là tên lửa mặt đất. Tuy nhiên, Không quân Hoa Kỳ cũng vận hành máy bay không gian không người lái có trọng tải tùy theo nhiệm vụ có thể giám sát và gây nhiễu.

Tuần trước, Trung tâm Nghiên cứu Chiến lược và Quốc tế (CSIS) đã đưa ra Báo cáo về Nguy cơ Không gian trong đó chắc chắn về hoạt động của Nga: "Một số lần quốc gia này đã điều khiển các vật thể không gian trong LEO và GEO. Các vật thể này ban đầu được xác định (không chính xác) là các mảnh vụn trong danh mục Theo dõi Không gian của Mỹ. Những vật thể này sau đó xuất hiện để điều khiển và tiến hành các hoạt động tiếp cận".

Kết luận?

"Các hoạt động hiện nay của Nga chỉ ra rằng họ đang nỗ lực khôi phục lại sự phát triển công nghệ vũ trụ đồng vị, không gian phản công".

Đây là dạng nguy cơ mà Hàng rào Không gian có thể đối phó. Để giành chiến thắng trong bất kỳ cuộc chạm trán nào, ngay cả trên quỹ đạo, cũng cần phải biết đối thủ đang ở đâu. Trong video giới thiệu của Lockheed, radar theo dõi một vệ tinh khi nó thay đổi vị trí hoặc thậm chí đổi hướng bay - những yếu tố có thể dự báo một cuộc tấn công.

Khi được hỏi, Schafhauser thừa nhận điều này, đặc biệt là những dự báo tại khu vực quỹ đạo địa tĩnh - nơi các vệ tinh an ninh quốc gia hoạt động. Tuy nhiên, ông từ chối trả lời những câu hỏi chi tiết liên quan tới mục đích quân sự.

Hàng rào Không gian có vẻ đi đúng hướng nhưng Trung tâm Hoạt động Không gian (Joint Space Operations Center) chưa chắc đã sẵn sàng. Hệ thống điều khiển và kiểm soát sử dụng dữ liệu "sai sót nghiêm trọng" và không đảm bảo an ninh, theo báo cáo đánh giá hoạt động năm của Lầu Năm Góc.

Báo cáo chứa một chi tiết thú vị khác, đó là mô tả về một hàng rào không gian khác bao phủ phía trên Iran. "Iran cũng đã phát triển tiềm lực không gian với các ứng dụng quân sự, ví dụ như trung tâm giám sát không gian được công bố vào tháng 6/2013, sử dụng theo dõi bằng radar, quang điện và vô tuyến", báo cáo chỉ ra. Theo Bộ trưởng Quốc phòng Iran Ahmad Vahidi, căn cứ này nhằm mục đích đảm bảo an ninh cho các cơ sở không gian quốc gia và giám sát các vật thể không gian, đặc biệt là các vệ tinh trên cao.

Nga cũng có một mạng lưới giám sát không gian rộng lớn và Trung Quốc cũng đang nhanh chóng cải thiện tiềm lực không gian.

Schafhauser cho biết, hàng rào của Mỹ đã có những quan sát quỹ đạo đầu tiên, gọi là "track đầu tiên" (theo tiếng lóng về radar). Theo đó, tỷ lệ phần trăm các mảng mà họ có thể sử dụng trong kiểm thử đang gia tăng và các key cho cơ sở này sẽ được chuyển giao cho Không quân Hoa Kỳ vào cuối năm nay.

Trong thế kỷ 20, các bức tường và trạm kiểm soát đã vạch ra ranh giới xung đột tiềm ẩn. Thế kỷ 21 có thể nói cũng tương tự với các hàng rào năng lượng trên không gian.

"Chúng ta có thể chia bầu trời bằng năng lượng", Schafhauser cho biết.