GPS sắp có nâng cấp lớn

Vệ tinh GPS III vừa được phóng lên, hứa hẹn sẽ mang lại tín hiệu GPS mạnh và ít nhiễu hơn cho hoạt động của con người.

Tháng 11 vừa qua, trạm không quân Cape Canaveral ở Florida, Mỹ đã phóng thành công tên lửa SpaceX, mang theo vệ tinh thế hệ thứ 3 (GPS III), vệ tinh mới nhất trong Hệ thống Định vị Toàn cầu, lên độ cao 12,500 mile (tương đương hơn 20.000 km), thuộc quỹ đạo tầm trung của Trái Đất.

Vệ tinh GPS III này có thể phát tín hiệu cho phép con người tìm thấy các địa điểm như nhà cửa, khu du lịch ở vùng ngoại ô hẻo lánh, giúp ngân hàng theo dõi hoạt động rút tiền từ ATM và thậm chí giúp nhà mạng biết được cuộc gọi của người dùng có đang bị gián đoạn hay không.

Theo trang Cnet, vệ tinh GPS III sẽ sớm trở thành một phần thiết yếu và gần gũi với con người trên mặt đất với bằng một loạt cải tiến của mình, và rằng tất cả chúng ta sẽ luôn cần đến nó.

Từ khi có mặt, GPS đã trở thành công cụ không thể thiếu trong hầu hết lĩnh vực cơ sở hạ tầng quan trọng của một quốc gia. Lợi ích thật sự của GPS lớn hơn nhiều so với những gì chúng ta thường biết.

GPS không chỉ giúp định vị “ở đâu” mà quan trọng hơn hết là “khi nào”, xác định thời gian của hàng tỷ thứ diễn ra trên mặt đất.

Vì vậy, GPS đóng vai trò quan trọng trong giao dịch tài chính, giao dịch chứng khoán, dự báo thời tiết, giám sát động đất và giữ cho lưới điện hoạt động.

“Vai trò của GPS III quan trọng hơn nhiều việc chỉ đường”, theo Tonya Ladwig, phó chủ tịch của Lockheed Martin, công ty chế tạo ra GPS III.

Tên lửa SpaceX được phóng lên bầu trời.

Theo viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia, Mỹ, GPS tác động đến kinh tế Mỹ khoảng 1 tỷ USD/ngày, và sức ảnh hưởng của nó đơn giản là không thể đong đếm được.

“Đo lường tổng giá trị mà GPS mang lại gần như là bất khả thi và không thể tách giá trị của GPS ra khỏi mọi thứ trong cuộc sống hàng ngày”, tác giả Greg Milner viết trong cuốn sách Pinpoint, nói về vai trò và ảnh hưởng của hệ thống vũ trụ.

GPS hoạt động như thế nào?

Yếu tố làm cho GPS trở nên đáng tin cậy và cần thiết chính là sự bao phủ rộng khắp của các vệ tinh.

Hệ thống Định vị Toàn cầu có tất cả 31 vệ tinh trong đó 24 vệ tinh là tối thiểu cho sự hoạt động.

24 vệ tinh cốt lõi này được chia vào 6 mặt phẳng quỹ đạo vì vậy mỗi người chúng ta luôn ở trong “tầm ngắm” của ít nhất 4 vệ tinh mỗi giây, 7 vệ tinh còn lại sẽ hoạt động xoay vòng khi cần thiết.

Tuy các vệ tinh GPS phát sóng liên tục xuống Trái Đất như một trạm phát thanh từ vũ trụ nhưng chúng thực sự không biết chính xác bạn đang ở đâu.

“Các vệ tinh GPS thực chất chỉ là đồng hồ nguyên tử có độ chính xác cao, được kết nối với một đài phát thanh truyền tín hiệu thời gian”, chủ tịch của tổ chức phi lợi nhuận Resilient Navigation and Timing Foundation, giải thích.

Trên mặt đất, điện thoại của chúng ta nhận tín hiệu GPS từ 4 vệ tinh trở lên. Các vệ tinh này sau đó đo lường những sự thay đổi nhỏ nhất của thời gian phản hồi của tín hiệu. Nhờ đó, hệ thống định vị sẽ biết được bạn đang ở đâu cho dù bạn đang di chuyển.

Giám đốc kỹ thuật phần mềm tại Garmin, Scott Burgett, cho biết định vị vị trí là một sản phẩm của hệ thống GPS. Nhờ định vị được vị trí mà tạo ra được các ứng dụng như theo dõi hoạt động thể thao và đồng hồ thông minh.

Như trình bày ở trên, thời gian phản hồi của tín hiệu là yếu tố thiết yếu để xác định vị trí. Dữ liệu thời gian sau khi tiếp nhận sẽ được chuyển đổi thành thông tin 3 chiều với độ chính xác cao: vĩ độ, kinh độ và độ cao, cùng với tốc độ và hướng đến của thời gian.

Đây là cách mà Google Maps, Apple Maps và các ứng dụng địa lý khác hoạt động và cũng là cách mà bạn tìm kiếm một địa chỉ hoặc sử dụng tính năng chỉ đường trên điện thoại của mình.

Ứng dụng theo dõi thể thao hay smartwatch đều ứng dụng GPS.

Để hệ thống GPS hoạt động, Lực lượng Không gian Mỹ, đơn vị vận hành hệ thống này, điều khiển mỗi vệ tinh bay 2 vòng xung quanh Trái Đất mỗi ngày.

Mặc dù chương trình cài đặt cho vệ tinh là cực kỳ chính xác, chúng vẫn cần tương tác với các phi hành gia liên tục.

“Các vệ tinh này chỉ chính xác khi chúng tôi cung cấp dữ liệu cho chúng. Chúng tôi nhận thông tin vị trí của vệ tinh và gửi ngược lại lộ trình di chuyển cho chúng. Các thay đổi của thông tin vị trí gửi về được dùng để tinh chỉnh tín hiệu GPS”, theo Andrew Johnson, chỉ huy phi hành đoàn trong Phi đội Tác chiến Không gian số 2.

GPS III mang lại lợi ích gì?

Cũng như bất kỳ thiết bị công nghệ nào, Hệ thống Định vị cũng cần được cập nhật, và đó là sự ra đời của GPS III.

GPS III được mong đợi sẽ cho tín hiệu mạnh hơn gấp 3 lần và khả năng chống nhiễu gấp 8 lần. Vệ tinh thế hệ thứ 3 này cũng được giới thiệu có tuổi thọ 15 năm, gấp đôi so với thế hệ trước.

Ngoài ra, vệ tinh còn có tần số dân sự mới gọi là L1C. Tần số này ngoài việc giúp cho tín hiệu mạnh hơn, nó còn tương thích với Galileo, đối tác của EU về định vị.

Vào tháng 11/2018, Uỷ ban Truyền thông liên bang Mỹ (FCC) đã chấp nhận tín hiệu Galileo trên khắp nước Mỹ. Điều này nghĩa là tần số LC1 của GPS III sẽ cải thiện vấn đề tốt hơn, chúng ta sẽ có gấp đôi vệ tinh truyền tín hiệu, trong khi về lý thuyết chỉ cần 4 vệ tinh là đủ.

Không chỉ dân sự, quân đội cũng sẽ nhận được nhiều lợi ích hơn từ GPS III như tăng cường khả năng chống nhiễu, chống giả mạo và khả năng phát tia tại chỗ cho các tín hiệu tập trung trong khu vực chiến đấu.

Một số điểm yếu tồn đọng

Tuy vậy, GPS không phải lúc nào cũng sẵn sàng khi bạn cần. Chẳng hạn, nếu bạn sống ở khu vực có nhiều tòa nhà cao tầng, tín hiệu GPS đôi lúc bị chặn, các chuyên gia thường gọi đó là “hiệu ứng hẻm núi đô thị”.

Vấn đề này thường được giải quyết bằng cách di chuyển đến một khu vực rộng rãi hơn. Theo các chuyên gia, điện thoại thông minh có hỗ trợ GPS thường chính xác nhất trong bán kính 5 mét ở nơi thoáng đãng.

Ngoài ra, tín hiệu GPS cũng hay bị nhiễu. Bởi vì những tín hiệu này thường yếu, nên rất dễ bị chặn và nhiễu. Hầu như bất kỳ tiếng ồn nào trong tần số đều có thể gây nhiễu tín hiệu GPS.

Việc tín hiệu bị nhiễu ảnh hưởng rất nhiều đến quân sự và chính trị. Quân đội Mỹ luôn lo lắng về việc các thế lực thù địch có thể làm nhiễu hoặc giả mạo tín hiệu GPS ngăn cản đường hành quân của các lực lượng quân đội hay đánh lạc hướng vũ khí chiến đấu. Hoặc một số quốc gia còn sử dụng công cụ can thiệp GPS để che giấu nơi ở của các nguyên thủ quốc gia.

Bọn tội phạm cũng lợi dụng việc gây nhiễu GPS để che giấu các vụ trộm hàng hải. Năm 2019, tổ chức phi lợi nhuận Skytruth, chuyên sử dụng dữ liệu vệ tinh để theo dõi hoạt động phạm pháp môi trường và nạn săn trộm, đã báo cáo về việc thao túng GPS tại các cảng dầu ở Trung Quốc, nhằm che giấu các hoạt động xuất khẩu phạm pháp.

Tháng 2/2020, Tổng thống Trump đã ký lệnh soạn thảo hướng dẫn về việc phát triển một hệ thống thời gian không dùng GPS. Tuy nhiên, đến hiện tại GPS đã có mặt ở khắp nơi trên Trái Đất và ngày càng có nhiều người phụ thuộc vào nó.