Trung Quốc đột phá trong công nghệ do thám không gian

Camera gián điệp chi tiết đến từng milimet từ khoảng cách 100km

Thiết bị camera chụp được những chi tiết ở cấp độ khuôn mặt người từ quỹ đạo Trái Đất tầm thấp, giúp cải tiến công nghệ giám sát. Cộng đồng nhà khoa học Trung Quốc đã có bước tiến lớn trong công nghệ hình ảnh quang học với công nghệ laser mới có khả năng chụp ảnh có độ phân giải cực cao từ khoảng cách xa. Hệ thống camera mạnh mẽ định nghĩa lại khả năng giám sát toàn cầu, cho phép Bắc Kinh quan sát vệ tinh quân sự nước ngoài ở mức độ chi tiết chưa từng có hoặc thậm chí nhận dạng khuôn mặt người từ quỹ đạo Trái Đất tầm thấp.

Trạm vũ trụ của Trung Quốc quay quanh Trái Đất.

Một nhóm nghiên cứu từ Viện nghiên cứu thông tin hàng không vũ trụ thuộc Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc (CAS) chứng minh được độ phân giải ở cấp độ milimét từ khoảng cách vượt quá 100 km. Cột mốc này, từng được cho là không thể đạt được, được nêu chi tiết trong nghiên cứu mới. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm thành công trên Hồ Thanh Hải, một vùng nước trên núi cao ở phía tây bắc Trung Quốc. Sử dụng hệ thống lidar khẩu độ tổng hợp tiên tiến - một công nghệ hình ảnh dựa trên laser với trường nhìn rộng - nhóm nhà nghiên cứu đã đạt được độ rõ nét đặc biệt trong hình ảnh của họ. Được đặt trên bờ phía bắc của hồ, thiết bị nhắm vào một loạt lăng kính phản chiếu đặt cách xa 101,8km. Thử nghiệm hưởng lợi từ điều kiện khí quyển tối ưu, với bầu trời quang đãng, lượng mây che phủ tối thiểu và gió ổn định.

Tia laser phản chiếu trên bàn quang học trong phòng thí nghiệm lượng tử trong hệ thống có thể phát hiện các chi tiết nhỏ tới 1,7mm và đo khoảng cách với độ chính xác là 15,6mm.

Để đạt được điều này, nhóm nhà khoa học sử dụng một số cải tiến công nghệ. Bằng cách chia chùm tia laser trên một mảng thấu kính siêu nhỏ 4-4, họ mở rộng khẩu độ quang học của hệ thống từ 17,2mm lên 68,8mm, khắc phục sự đánh đổi thông thường giữa kích thước khẩu độ và trường nhìn. Họ cũng sử dụng một mô-đun laser chuyên dụng để gửi tín hiệu có tần số vượt quá 10 gigahertz. Điều này cung cấp độ phân giải phạm vi tốt, cho phép đo khoảng cách chính xác. Đồng thời, một phổ màu hẹp được duy trì để tăng cường độ phân giải phương vị, giúp cải thiện khả năng phát hiện chi tiết theo chiều ngang.

Ý nghĩa đối với giám sát và quan sát không gian: Khả năng của hệ thống đánh dấu bước tiến đáng kể trong công nghệ hình ảnh tầm xa. Theo báo cáo, nhóm nghiên cứu tận dụng chuyên môn về quang học mạch lạc, quang tử mảng và xử lý tín hiệu để tinh chỉnh công nghệ, dưới sự chỉ đạo của Fan Zhongwei, giám đốc trung tâm kỹ thuật laser của CAS.

Công nghệ mang tính cách mạng đằng sau vệ tinh radar khẩu độ tổng hợp (SAR) quỹ đạo địa tĩnh đầu tiên trên thế giới, giúp Trung Quốc quan sát liên tục 1/3 bề mặt Trái Đất.

Một nhà khoa học hình ảnh tại Bắc Kinh tuyên bố: “Đây không chỉ là việc nhìn thấy vệ tinh mà còn là việc đọc số sê-ri của nó”. Tia laser 103 watt mạnh hơn đáng kể so với hệ thống lidar tiêu chuẩn và được hỗ trợ bởi xử lý kỹ thuật số thời gian thực xử lý lượng dữ liệu khổng lồ. Không giống như radar khẩu độ tổng hợp dựa trên vi sóng truyền thống, hệ thống này hoạt động ở bước sóng quang học, tạo ra hình ảnh sắc nét hơn nhiều. Tiến bộ của Trung Quốc trong lĩnh vực hình ảnh tầm cực xa vượt xa những thành tựu trước đây của các nhà thầu quốc phòng lớn.

Năm 2011, Lockheed Martin đạt được độ phân giải phương vị là 2cm từ khoảng cách 1,6km, trong khi nhóm nhà nghiên cứu Trung Quốc sau đó ghi lại được độ phân giải 5cm ở khoảng cách 6,9km. Hiện nay, Trung Quốc đạt được hình ảnh từ khoảng cách 100km - một chuẩn mực quan trọng khi xét đến sự can thiệp của khí quyển ở độ cao đó. Nhóm nhà khoa học cho biết thêm: “Ở độ phân giải này, bạn có thể phát hiện ra thiệt hại do vi thiên thạch gây ra trên tấm pin mặt trời hoặc xác định các tải trọng cảm biến cụ thể”.

Mặc dù có bước đột phá, vẫn còn nhiều thách thức. Chất lượng hình ảnh laser phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết và việc theo dõi mục tiêu di chuyển trên những khoảng cách xa như vậy đòi hỏi độ chính xác cơ học cực cao. Những rào cản này phải được giải quyết trước khi công nghệ được triển khai cho những ứng dụng thực tế trong giám sát, quan sát không gian hoặc tình báo quân sự.

Hình ảnh nghệ thuật mô phỏng Ludi Tance 4-01 với mảng antena mở rộng.

Giải mật công nghệ radar quỹ đạo cao đầu tiên trên thế giới

Sau 18 tháng giữ bí mật, một nhóm nhà khoa học Trung Quốc bắt đầu tiết lộ công nghệ mang tính cách mạng đằng sau vệ tinh radar khẩu độ tổng hợp (SAR) quỹ đạo địa tĩnh đầu tiên trên thế giới, giúp nước này quan sát liên tục một phần ba bề mặt Trái Đất. Được triển khai vào tháng 8/2023, Ludi Tance 4-01 (gọi tắt là Ludi) - hoạt động ở độ cao 36.000 km, cho phép Trung Quốc giám sát liên tục trên một phần ba bề mặt Trái đất. Hệ thống ở độ cao lớn này vượt trội hơn đáng kể so với mạng vệ tinh radar của Mỹ, vốn vẫn bị giới hạn ở quỹ đạo Trái đất thấp.

Dự án do kỹ sư cao cấp Ni Chong tại Viện Công nghệ Không gian Trung Quốc (CAST) dẫn đầu, giới thiệu những cải tiến đột phá trong lĩnh vực cảm biến từ xa. Ludi sử dụng hệ thống “kết hợp năng lượng không gian” mới lạ, tổng hợp nhiều chùm tia vi sóng giữa không gian giữa hai vật thể, do đó tăng cường cường độ và độ ổn định của tín hiệu radar. Kỹ thuật này cho phép chụp ảnh mọi thời tiết, ngày và đêm với độ phân giải cao.

Nó mô tả khả năng của hệ thống giống như Ngôi sao chết trong bộ phim Star Wars ở khả năng đạt được lượng phát xạ radar cao chưa từng có, ổn định có thể xuyên qua lớp mây và bóng tối trong khi vẫn duy trì độ phân giải tương đối cao. Bắc Kinh khẳng định Ludi được thiết kế cho ứng dụng dân sự như khí tượng học, ứng phó thảm họa và nghiên cứu nông nghiệp. Tuy nhiên, giới phân tích quân sự Mỹ nêu lên mối lo ngại về tác động chiến lược và ý nghĩa quân sự của nó.

Thượng sĩ Ronald Lerch, một chuyên gia tình báo tại Bộ Tư lệnh Hệ thống Không gian thuộc Lực lượng Không gian Mỹ, mô tả sự phát triển này là đáng báo động: “Nó cho phép Trung Quốc giám sát bằng hình ảnh và radar liên tục và có tầm quan trọng chiến lược. Ludi phối hợp với mạng vệ tinh giám sát mạnh mẽ khác của Trung Quốc để tạo ra “bước nhảy vọt về chất lượng” trong khả năng theo dõi và nhắm mục tiêu”.

Hình ảnh mô tả Ludi Tance 4-01 trước khi mảng antena của nó được mở rộng.

Với khả năng của mình, hệ thống này có thể được tích hợp với mạng vệ tinh trinh sát khác của Trung Quốc, cho phép tăng cường khả năng theo dõi và nhắm mục tiêu theo thời gian thực. Nhóm nhà nghiên cứu Trung Quốc nhấn mạnh trong khi Mỹ đã theo đuổi các khả năng SAR địa tĩnh tương tự kể từ Chiến tranh Lạnh, mọi nỗ lực của Mỹ bị đình trệ do những thách thức về công nghệ. “Tất cả chúng vẫn chỉ nằm trên giấy tờ cho đến ngày nay” - nhóm của Ni nhận xét trong nghiên cứu đã công bố của họ, nhấn mạnh rằng Trung Quốc là quốc gia duy nhất đã triển khai thành công một hệ thống như vậy.

Đột phá trong tổng hợp radar và xử lý hình ảnh: Ludi có một số tiến bộ công nghệ cho phép hiệu suất vượt trội. Công nghệ tổng hợp chùm tia của nó tích hợp liền mạch bộ phát mảng pha trên ăng-ten có thể triển khai dài 20 mét, đảm bảo độ chính xác của radar được nâng cao. Vệ tinh cũng sử dụng cơ chế kiểm soát độ ổn định tiên tiến dựa trên con quay hồi chuyển siêu chính xác, cũng như tín hiệu định vị từ cả mạng lưới Beidou của Trung Quốc và GPS của Mỹ, cho phép vệ tinh duy trì sự căn chỉnh ăng-ten chính xác bất chấp các nhiễu loạn hấp dẫn.

Một cải tiến quan trọng là thuật toán chiếu ngược của Ludi giúp hiệu chỉnh mọi biến dạng độ cong quỹ đạo thường làm giảm chất lượng hình ảnh SAR. Nhóm nghiên cứu giải thích rằng, “Nó bù đắp về mặt toán học cho độ cong quỹ đạo làm mờ các hình ảnh SAR thông thường đến mức không thể nhận dạng”. Sự cải tiến về mặt tính toán này đảm bảo hình ảnh có độ phân giải cao ngay cả trong điều kiện quỹ đạo động. Trung Quốc hiện đang nghiên cứu vệ tinh SAR địa tĩnh thế hệ tiếp theo được thiết kế để đáp ứng các tiêu chuẩn hiệu suất cao hơn.

Theo một nhà nghiên cứu công nghệ truyền thông có trụ sở tại Bắc Kinh, dường như có một số tính toán chiến lược đằng sau thời điểm tiết lộ thông tin về Ludi. “Bằng cách giải mật công nghệ cốt lõi, Trung Quốc cho thế giới thấy ưu thế trong chiến tranh điện tử” - một nhà nghiên cứu yêu cầu không nêu tên vì tính nhạy cảm của vấn đề này cho biết.

Nhà nghiên cứu muốn giấu tên tuyên bố thêm: “Bằng cách giải mật các công nghệ cốt lõi, Trung Quốc đã chứng minh cho thế giới thấy lợi thế của mình trong chiến tranh điện tử”. Người này ví động thái này giống như quyết định mã nguồn mở các mô hình của công ty AI DeepSeek, cho rằng động thái này buộc các đối thủ cạnh tranh toàn cầu phải phản ứng trong những lĩnh vực mà Trung Quốc nắm giữ lợi thế về mặt cấu trúc. Khi Trung Quốc tiếp tục phát triển cơ sở hạ tầng giám sát trên không gian, Ludi đại diện cho sự thay đổi đáng kể trong cán cân năng lực trinh sát vệ tinh toàn cầu.

Diên San (Tổng hợp)