CubeSat: tương lai của ngành công nghệ vũ trụ Việt Nam

Giữa tháng 8/2021, Trung tâm Vũ trụ Việt Nam (VNSC) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã thông báo việc vệ tinh NanoDragon của họ đã được vận chuyển từ Hà Nội đến Tokyo, Nhật Bản để bàn giao cho Cơ quan nghiên cứu và phát triển hàng không vũ trụ Nhật Bản (JAXA) theo chương trình "Trình diễn công nghệ vệ tinh tiên tiến 2" chờ ngày phóng lên quĩ đạo. 

Dự kiến NanoDragon sẽ được phóng trong năm tài chính 2021 của Nhật Bản (kết thúc vào quí I/2022) tại bãi phóng của Trung tâm Vũ trụ Uchinoura ở Kagoshima. Sự kiện này cho thấy, Việt Nam đang từng bước làm chủ thiết kế, chế tạo, lắp ráp vệ tinh quan sát trái đất cỡ nhỏ.

Vệ tinh "make in Vietnam" ngày càng phát triển

Trước NanoDragon, vệ tinh đầu tiên sản xuất tại Việt Nam là PicoDragon (nặng 1 kg), đã được phóng thành công với tín hiệu nhận được vào năm 2013. Tiếp sau đó, vệ tinh MicroDragon (nặng 50 kg), được phát triển bởi một nhóm các nhà nghiên cứu trẻ của VNSC dưới sự hỗ trợ của các chuyên gia Nhật Bản, cũng đã được đưa vào quỹ đạo vào năm 2019, và nó đã gửi thành công hình ảnh từ không gian đến trạm mặt đất ở Nhật Bản.

NanoDragon là vệ tinh dạng CubeSat lớp nano kiểu 3U, nặng khoảng 4kg, bao gồm nhiều mô-đun kích thước nhỏ 10x10x34cm. Toàn bộ quá trình nghiên cứu, thiết kế, tích hợp và thử nghiệm các chức năng của NanoDragon đều được thực hiện tại Việt Nam, bởi các kỹ sư người Việt Nam.

Vệ tinh nhỏ NanoDragon do VNSC phát triển là kết quả của dự án "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, phóng và vận hành thử nghiệm vệ tinh siêu nhỏ cỡ nano" thuộc "Chương trình khoa học và công nghệ cấp quốc gia về công nghệ vũ trụ giai đoạn 2016 - 2020". 

Theo VNSC, NanoDragon là vệ tinh được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo 100% tại Việt Nam, là sản phẩm nằm trong lộ trình phát triển vệ tinh nhỏ "Made in Vietnam" của VNSC nhằm thực hiện "Chiến lược phát triển và ứng dụng khoa học và công nghệ vũ trụ đến năm 2030" mà được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt vào năm 2021.

NanoDragon được phát triển với mục đích chứng minh có thể dùng công nghệ chùm vệ tinh cỡ siêu nhỏ để thu tín hiệu nhận dạng tự động tàu thủy (Automatic Identification System - AIS) phục vụ cho mục đích theo dõi, giám sát phương tiện trên biển. Vệ tinh NanoDragon cũng được thiết kế để nhằm xác minh chất lượng của hệ thống điều khiển và xác định tư thế vệ tinh và một máy tính trên khoang tiên tiến mới của MEISEI được phát triển riêng dành cho vệ tinh cỡ siêu nhỏ. NanoDragon dự kiến sẽ hoạt động ở quỹ đạo đồng bộ mặt trời ở độ cao khoảng 560 km so với bề mặt trái đất.

Vẫn theo VNSC, kết thúc thử nghiệm Vệ tinh NanoDragon đạt mọi chỉ tiêu theo yêu cầu của nhà phóng và yêu cầu thiết kế, vệ tinh hoạt động hoàn toàn bình thường sau thử nghiệm. 

Cùng với với việc phát triển vệ tinh, một trạm mặt đất để vận hành vệ tinh sau khi được phóng lên quỹ đạo của VNSC đã được xây dựng và lắp đặt  tại khu Công nghệ cao Hòa Lạc, Hà Nội.

CubeSat - cuộc cách mạng không gian 

Các vệ tinh nhỏ đã tạo ra một cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp vũ trụ, giúp thu hẹp các rào cản trong việc phát triển và sản xuất vệ tinh, mở rộng khả năng viễn thám, thông tin liên lạc và khám phá khoa học...

Theo báo cáo từ công ty nghiên cứu A2Z Market Research, thị trường vệ tinh CubeSat đang tăng trưởng ở mức 24,86% trong giai đoạn dự báo 2021 - 2027. Sự quan tâm ngày càng tăng của mọi người đối sản phẩm này là lý do chính cho thị trường CubeSat phát triển. Theo The Defense Post, chi phí cho mỗi vệ tinh CubeSat là khoảng 1,3 triệu USD, trong khi để chế tạo một vệ tinh truyền thống người ta phải bỏ ra hàng trăm triệu USD. Các vệ tinh nhỏ có thể được lắp ráp từ các thành phần chi phí thấp, và có thể phóng hàng chục vệ tinh một lúc từ một tên lửa đẩy duy nhất.

Ông Colin Price tại đại học Tel Aviv (TAU) cho biết, ngành công nghiệp vũ trụ dân sự cũ mà NASA và Cơ quan Vũ trụ châu Âu đã mất hàng trăm triệu USD, hàng trăm kỹ sư và ít nhất một thập kỷ để chế tạo một vệ tinh khổng lồ, thì nay, trong 10 - 15 năm qua, bằng việc phát triển các sản phẩm CubeSat rất nhiều vệ tinh đã được phóng lên quĩ đạo với chi phí thấp, tốn ít thời gian và nhân lực hơn. "Thiết bị nhỏ ấy có tất cả, máy tính, pin, thiết bị liên lạc, máy ảnh hoặc bất cứ thứ gì khác mà nhà phát triển muốn có - cùng với những tấm pin mặt trời được thiết kế gắn ở bên ngoài".

Với mức chi phí hợp lý như vậy, rõ ràng vệ tinh dạng CubeSat đang và sẽ là sản phẩm phù hợp với ngành khoa học vũ trụ Việt Nam, giúp cho ngành nghiên cứu này tại Việt Nam phát triển lên một tầm cao mới. Điều đó cũng đã được chứng minh bằng việc chỉ trong chưa đầy 10 năm, Việt Nam đã đưa 3 vệ tinh dạng này lên quỹ đạo, phục vụ các chương trình nghiên cứu khoa học của đất nước. 

Theo TS. Phạm Anh Tuấn, Giám đốc VNSC, "Với tình hình Việt Nam hiện nay, chúng tôi đặt ra quan điểm trong phát triển công nghệ vũ trụ là tiếp nhận chuyển giao kỹ thuật, từng bước làm chủ thiết kế, tích hợp, thử nghiệm vệ tinh nhỏ và sử dụng hiệu quả hình ảnh, thông tin từ vệ tinh".

Nếu không tính vệ tinh Vinasat-1 là vệ tinh đầu tiên của Việt Nam được phóng lên quỹ đạo vào năm 2008, và vệ tinh Vinasat-2 được phóng vào năm 2012 do nhà thầu nước ngoài sản xuất và VNPT là chủ sở hữu, mỗi vệ tinh này có vốn đầu tư trên dưới 300 triệu USD, thì tất cả các vệ tinh còn lại của Việt Nam đã được phóng lên quỹ đạo trong thời gian qua, bao gồm: F-1 (của FPT), VNREDSat-1 (do EADS Astrium thiết kế, chế tạo), Pico Dragon và Micro Dragon (của VNSC) đều là những vệ tinh cỡ nhỏ kiểu CubeSat. Trong số này có 3 vệ tinh bao gồm F-1, Pico Dragon và Micro Dragon đều hoàn toàn là do người Việt Nam nghiên cứu và chế tạo. Trong thời gian tới, ngoài NanoDragon, VNSC còn tiếp tục phóng các vệ tinh cỡ nhỏ khác, bao gồm: VLOTUSat-1JVLOTUSat-2.

Theo các nhà khoa học, không chỉ vấn đề kinh phí mà trong tương lai, để chế tạo thành công một vệ tinh CubeSat, bắt đầu từ khi lên ý tưởng đến khi thực hiện xong các nhà khoa học chỉ mất khoảng 18 tháng.

Bằng việc tiếp cận công nghệ vũ trụ thông qua CubeSat sẽ có tác động đến nhiều ngành khoa học tại Việt Nam và cho phép các nhà khoa học Việt Nam rút ngắn cũng như nhanh chóng tiếp cận khoa học vũ trụ tiên tiến nhất. 

CubeSat là một chương trình quốc tế được khởi xướng bởi Đại học Bách khoa California (California Polytechnic State University - Cal Poly) nhằm giúp các trường đại học, cao đẳng và công ty tư nhân để đưa những vệ tinh nhỏ và nghiệp dư vào quỹ đạo với phí tổn thấp.

Theo đó, một định dạng tiêu chuẩn đã được đặt ra, được yêu cầu phải đáp ứng từ các vệ tinh, trước khi được giúp đưa lên trạm không gian và vào quỹ đạo: có hình dạng chuẩn (1U - One Unit, một đơn vị) kích thước 10x10x10 cm và trọng lượng tối đa 1,33 kg. Các vệ tinh được gói trong một thiết bị khởi động đặc biệt (poly Picosatellite Orbital Deployer, hoặc P-POD), mà có thể chứa đến 3 vệ tinh CubeSat của 1 tên lửa đẩy. Ngoài ra, một thiết bị khởi động cho CubeSats cá nhân được phát triển bởi Đại học Titech, Nhật Bản.

Phần mở rộng của các định dạng CubeSat có thể là đôi (2U, 20x10x10 cm, 2 kg) và ba lần (3U, 30x10x10cm, 3 kg), hoặc 6U như của cơ quan NASA./.