Kỷ nguyên mới của vệ tinh được định nghĩa bằng phần mềm

Vệ tinh được định nghĩa bằng phần mềm (Software-defined satellites) đang nổi lên như một trong những bước tiến công nghệ đáng chú ý nhất trong ngành công nghiệp vũ trụ, tạo ra vô số đổi mới sáng tạo về công nghệ. Nancy Friedrich từ Keysight Technologies - Giám đốc tiếp thị các sản phẩm vô tuyến phục vụ quốc phòng và hàng không vũ trụ, giải thích rằng công nghệ này khác biệt hoàn toàn so với vệ tinh truyền thống.

Được tích hợp khả năng xử lý trong nền tảng không gian, các vệ tinh tái tạo hoặc định nghĩa bằng phần mềm có thể thực hiện giải điều chế, phân kênh và hoàn thành xử lý và điều chế tín hiệu trước khi truyền lại. Cách tiếp cận này cải thiện tăng ích xử lý, giúp giảm quỹ công suất đường truyền toàn phần. Một lợi ích to lớn khác là biến vệ tinh thành nút mạng, tạo ra mạng thông minh. Với độ linh hoạt và hiệu suất được nâng cao, vệ tinh được định nghĩa bằng phần mềm sẽ có thể tăng cường năng lực kết nối thiết yếu cũng như cải thiện khả năng nhận thức tình huống.

Cấu phần quan trọng nhất trong phân hệ thông tin vệ tinh là bộ xử lý kỹ thuật số. Thiết bị này số hóa tần số uplink để xử lý, sau đó chuyển đổi tín hiệu này sang tần số khác. Sau đó, tín hiệu tiếp tục được nâng tần số phù hợp để truyền về lại mặt đất. Trước đây, các quy trình kỹ thuật số này chỉ được thực hiện một lần. Khi các nhà thiết kế hoàn tất chế tạo vệ tinh và tải phần mềm, họ sẽ không còn can thiệp vào quy trình này. Giờ đây, các hệ thống vệ tinh này có thể được lập trình lại, và có thể tải phần mềm lên vệ tinh để thay đổi cách xử lý tín hiệu RF.

Với các vệ tinh được định nghĩa bằng phần mềm, các nhà khai thác có thể phân bổ lại hoặc cấu hình lại vệ tinh cho các tác vụ, khu vực, người dùng khác nhau và các mục tiêu khác. Ví dụ, một nhà khai thác vệ tinh chỉ cần lập trình lại vệ tinh nếu muốn thay đổi băng thông và búp sóng cho một loại ứng dụng. Để hỗ trợ nhiều người dùng cuối hơn theo yêu cầu, có thể lập trình tăng băng thông xử lý của vệ tinh. Trước đây, các nhà khai thác không thể thay đổi chức năng của vệ tinh, vì vậy mỗi nhiệm vụ mới cần chương trình vệ tinh hoặc chương trình phát triển hoàn toàn mới.

Tương lai của vệ tinh định nghĩa bằng phần mềm

Những lợi ích rõ ràng của khả năng tái chỉ định hoặc tái sử dụng vệ tinh đang giúp khái niệm vệ tinh định nghĩa bằng phần mềm hoặc tải trọng linh hoạt trở nên ngày càng phổ biến. Theo một báo cáo thị trường gần đây từ Advance Market Analytics, các động lực thị trường chính đến năm 2030 sẽ là nghiên cứu khoa học và thông tin liên lạc. Đối với công nghệ điện tử và thông tin truyền thông, các vệ tinh được định nghĩa bằng phần mềm sẽ cho phép tăng cường năng lực đáp ứng nhu cầu của các tổ chức trong các lĩnh vực từ quốc phòng, chính phủ cho tới thương mại. Tuy nhiên, các vệ tinh này cũng có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các vệ tinh tự chủ thực hiện các sứ mệnh thăm dò sâu trong không gian vũ trụ.

Các triển khai dự kiến sẽ diễn ra trong vòng 5 năm tới. Eutelsat sẽ tiếp nhận và có thể phóng vệ tinh được định nghĩa bằng phần mềm Flexsat thông lượng cao vào năm 2026. Phát triển bởi Thales Alenia Space, Flexsat tiếp nối dòng sản phẩm ‘Space Inspire' (INstant SPace In-orbit REconfiguration) của công ty, cho phép tái cấu hình liền mạch và điều chỉnh tức thì khi vệ tinh vẫn đang trên quỹ đạo. Dự kiến vệ tinh mới sẽ bổ sung hơn 100 Gbps dung lượng phục vụ khu vực châu Mỹ cho các vệ tinh trên quỹ đạo của Eutelsat. Eutelsat kỳ vọng tối ưu hóa vùng phủ, phân bổ băng thông và mức công suất để áp dụng cho các giải pháp truyền dẫn backhaul và các giải pháp phục vụ doanh nghiệp, chính phủ, các ngành hàng không vũ trụ và hàng hải.

ReOrbit, công ty khởi nghiệp có trụ sở tại Helsinki dự kiến trình diễn vệ tinh "hỗ trợ bởi phần mềm " phục vụ quan sát Trái đất vào quý II năm 2025. Công ty dự kiến áp dụng cách tiếp cận nền tảng kết nối để các vệ tinh liên lạc với nhau giúp đơn giản hóa việc cung cấp dữ liệu không gian. Phần mềm quản lý bay Muon của ReOrbit có thể được cài đặt vào mọi loại thân vệ tinh hiện có để vận hành như hệ điều hành vệ tinh. Gluon - một sản phẩm khác của công ty, là một nền tảng vệ tinh được trang bị các thiết bị đầu cuối truyền thông quang (OCT) cho các liên kết trong không gian và giữa không gian với mặt đất. Dự án này là một phần của chương trình UKKO của Cơ quan Hàng không vũ trụ Châu Âu dành cho các vệ tinh quan sát Trái đất.

Nancy Friedrich, Giám đốc Tiếp thị Bộ phận Sản phẩm vô tuyến phục vụ an ninh quốc phòng và hàng không vũ trụ, Keysight Technologies

Những ví dụ này cho thấy sự quan tâm chú ý đối với các vệ tinh được định nghĩa bằng phần mềm cho các phương án sử dụng thương mại và môi trường/khoa học cũng như quân sự và chính phủ. Đối với các kịch bản quân sự hiện đại, những tiến bộ của SATCOM có thể giúp đảm bảo sự vượt trội về phổ tần và tình báo. Vệ tinh được định nghĩa bằng phần mềm giúp tăng hiệu năng theo yêu cầu, giúp các lực lượng vũ trang chiếm ưu thế trong các chiến dịch đa lĩnh vực.

Thành công của các tính năng mới được hứa hẹn trong vệ tinh định nghĩa bằng phần mềm phụ thuộc vào khả năng đảm bảo các cam kết về hiệu năng của chúng. Khi được sử dụng như máy thu chuyển hướng hoặc trạm lặp, vệ tinh truyền thống chỉ thực hiện chức năng biến đổi tần số và khuếch đại tín hiệu trước khi phát chuyển tiếp. Mọi hiệu ứng lan truyền và nhiễu hệ thống đều làm suy giảm tín hiệu và gây khó khăn cho kết nối toàn tuyến. Tuy nhiên đo kiểm máy thu chuyển hướng nhìn chung đơn giản hơn so với đo kiểm các quá trình xử lý và số hóa phức tạp trong nền tảng vệ tinh được định nghĩa bằng phần mềm.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng