Vệ tinh Trung Quốc vừa lập kỷ lục truyền dữ liệu với tốc độ 1 Gbps, nhanh hơn 5 lần Starlink của Elon Musk, chỉ với một tia laser 2 watt

[Thế Việt]

Các nhà khoa học Trung Quốc đã đạt được một bước đột phá lớn khi truyền dữ liệu từ một vệ tinh địa tĩnh cách Trái Đất hơn 36.000 km, vượt qua rào cản về nhiễu loạn khí quyển nhờ một phương pháp kết hợp quang học thích ứng và tiếp nhận đa dạng chế độ.

Bước tiến mới trong truyền dữ liệu bằng laser từ không gian​

Các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố đã đạt được một tốc độ truyền dữ liệu đáng kinh ngạc: một Gigabit mỗi giây (Gbps) từ một vệ tinh địa tĩnh về Trái Đất, và điều đáng chú ý là họ chỉ sử dụng một tia laser có công suất 2 watt.
Thành tựu này vượt xa tốc độ của các dịch vụ Internet vệ tinh quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (LEO) hiện nay như Starlink của SpaceX, vốn hoạt động ở độ cao chỉ khoảng 550 km so với Trái Đất và thường có tốc độ tối đa chỉ đạt vài trăm megabit mỗi giây (Mbps). (1 Gbps = 1.000 Mbps).

Vượt qua thách thức về nhiễu loạn khí quyển​

Thách thức chính và lớn nhất trong việc truyền dữ liệu bằng laser từ các vệ tinh về Trái Đất chính là sự nhiễu loạn của khí quyển, một yếu tố làm cho tín hiệu laser bị méo mó và suy yếu đi rất nhiều trong quá trình truyền đi.

Theo trang tin Interesting Engineering, để có thể giải quyết được vấn đề này, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã phát triển một phương pháp hoàn toàn mới, được gọi là "AO-MDR synergy" (tạm dịch: sức mạnh tổng hợp AO-MDR).

​

Đây là kết quả nghiên cứu của giáo sư Wu Jian đến từ Đại học Bưu chính Viễn thông Bắc Kinh và ông Liu Chao ở Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS). Kỹ thuật này là sự kết hợp của hai công nghệ:

1. Quang học thích ứng (Adaptive Optics - AO): Dùng để làm sắc nét lại chùm ánh sáng laser đã bị méo mó.
2. Tiếp nhận đa dạng chế độ (Mode-Division Receiving - MDR): Dùng để thu thập các tín hiệu đã bị phân tán do nhiễu loạn.

Trong khi những nỗ lực trước đây thường tìm cách giải quyết vấn đề bằng cách sử dụng riêng rẽ kỹ thuật AO hoặc MDR, nhóm nghiên cứu của Wu và Liu đã đề xuất việc kết hợp chúng lại với nhau. Họ cho biết phương pháp mới của mình đã thành công trong việc tránh được sự suy giảm chất lượng đường truyền, ngay cả khi công suất của tín hiệu laser là rất thấp.

Thí nghiệm và cơ chế hoạt động​

Họ đã tiến hành thử nghiệm phương pháp này tại đài quan sát Lijiang ở phía tây nam Trung Quốc.

• Thiết bị: Sử dụng một kính viễn vọng có đường kính 1,8 mét, được trang bị một cụm công nghệ cao gồm 357 chiếc gương nhỏ có thể được điều khiển một cách riêng lẻ. Những chiếc gương nhỏ này chính là một phần của hệ thống quang học thích ứng, có mục đích là chủ động điều chỉnh và "sửa chữa" lại chùm ánh sáng laser truyền đến vốn đã bị méo do đi qua bầu khí quyển.
• Mục tiêu: Tập trung vào một vệ tinh đang bay ở quỹ đạo địa tĩnh, có độ cao 36.705 km so với bề mặt Trái Đất.
• Quá trình xử lý:
  1. Sau khi được các gương nhỏ "sửa chữa", chùm ánh sáng sẽ đi vào một sợi quang đa chế độ, được chia thành 8 kênh khác nhau bằng một bộ chuyển đổi đa mặt phẳng (MPLC).
  2. Tiếp theo, một thuật toán "chọn đường" sẽ phát huy tác dụng. Thuật toán này sẽ phân tích cường độ và chất lượng tín hiệu của từng kênh trong số 8 kênh đó theo thời gian thực.
  3. Cuối cùng, nó sẽ xác định và lựa chọn ra 3 tín hiệu mạnh nhất và nhất quán nhất để tổng hợp lại và giải mã dữ liệu.

Kết quả vượt trội​

Kết quả là các nhà nghiên cứu đã nhận thấy cường độ của tín hiệu đã gia tăng một cách đáng kể. Một lợi ích chủ chốt của phương pháp mới này là nó giúp giảm thiểu các lỗi trong quá trình truyền dữ liệu, được phản ánh trực tiếp qua việc tỷ lệ tín hiệu có thể sử dụng được đã tăng từ 72% lên tới 91,1%.
Sự cải tiến này là rất quan trọng đối với việc truyền các loại dữ liệu có giá trị cao, những nơi mà ngay cả những lỗi rất nhỏ cũng có thể gây ra những hậu quả lớn. Ví dụ, trong việc truyền tải một bộ phim có độ phân giải HD, một tỷ lệ tín hiệu có thể sử dụng cao hơn sẽ đồng nghĩa với việc có ít khung hình bị rơi hơn, ít hiện tượng bị vỡ hạt (pixelization) hơn và mang lại một trải nghiệm xem mượt mà hơn.

Tương lai của liên lạc bằng laser​

Các hình thức liên lạc bằng tần số vô tuyến (RF) tiêu chuẩn hiện nay đang dần đạt tới giới hạn về mặt băng thông. Ngược lại, việc liên lạc bằng laser cung cấp một băng thông rộng hơn rất nhiều, cho phép truyền dữ liệu một cách nhanh chóng và hiệu quả hơn. Đột phá này của các nhà khoa học Trung Quốc được kỳ vọng sẽ mở đường cho một thế hệ mới của các hệ thống viễn thông vệ tinh tốc độ cao, mang lại những lợi ích như việc tải xuống nhanh hơn và phát trực tuyến các nội dung có độ nét cao một cách liền mạch.