Vệ tinh viễn thông potx

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.