Mạng Internet vệ tinh tư nhân Starlink mở đầu kỷ nguyên mới trong chiến tranh công nghệ caoKỳ I: Hệ thống Starlink - thành tựu đột phá của Mỹ trong lĩnh vực Internet vệ tinh

Những thập niên đầu của thế kỷ XXI chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và truyền thông, làm thay đổi căn bản đời sống kinh tế, chính trị, xã hội và quân sự trên phạm vi toàn cầu. Trong đó, mạng thông tin toàn cầu Internet trở thành một loại hạ tầng chiến lược, tương tự điện năng, giao thông hay viễn thông truyền thống.

Tuy nhiên, mặc dù số lượng người sử dụng Internet liên tục gia tăng, tình trạng mất cân bằng trong khả năng tiếp cận dịch vụ Internet giữa các quốc gia và khu vực lại trở nên đáng lo ngại.

Theo thống kê của Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU), vào giữa thập niên 10 của thế kỷ XXI vẫn còn hàng tỷ người trên thế giới chưa được tiếp cận Internet hoặc chỉ có thể sử dụng các dịch vụ kết nối Internet với chất lượng thấp. Nguyên nhân chủ yếu xuất phát từ đặc điểm địa lý, dân cư phân tán, chi phí xây dựng hạ tầng lớn và những hạn chế khác về kinh tế - xã hội.

Trong bối cảnh đó, sự phát triển công nghệ vệ tinh quỹ đạo thấp (LEO) mở ra một hướng tiếp cận mới đối với bài toán cung cấp Internet phổ cập trên phạm vi toàn cầu. Trong đó, Dự án Starlink do Công ty SpaceX của tỷ phú Elon Musk triển khai được xem là bước đột phá quan trọng nhất trong lĩnh vực này.

Chỉ trong vòng chưa đầy 1 thập niên, Starlink đã phát triển từ một ý tưởng táo bạo thành mạng lưới vệ tinh lớn nhất trong lịch sử nhân loại, với hàng chục nghìn vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo và hàng tỷ khách hàng trên toàn thế giới.

Không chỉ có giá trị thương mại, Starlink còn có tác động sâu rộng tới các lĩnh vực an ninh, quốc phòng và cạnh tranh địa - chính trị quốc tế. Vai trò của hệ thống này trong cuộc xung đột Nga - Ukraina từ năm 2022 đã cho thấy các mạng lưới vệ tinh thương mại có thể trở thành nhân tố chiến lược trong chiến tranh hiện đại.

Việc giải mã lịch sử hình thành và phát triển của Starlink không chỉ giúp hiểu rõ quá trình tiến bộ công nghệ của Mỹ, mà còn góp phần nhận diện xu hướng phát triển của ngành công nghiệp vũ trụ trong thế kỷ XXI.

Cuộc cách mạng Internet và những giới hạn của hạ tầng cơ sở thông tin truyền thống. Internet được thương mại hóa rộng rãi từ đầu những năm 90 của thế kỷ XX và nhanh chóng trở thành động lực quan trọng thúc đẩy toàn cầu hóa.

Trong hơn 3 thập niên phát triển, hạ tầng Internet chủ yếu dựa trên các tuyến cáp quang mặt đất và cáp quang biển. Mô hình này mang lại tốc độ truyền dẫn rất cao nhưng tồn tại nhiều hạn chế. Việc triển khai mạng cáp quang đòi hỏi nguồn vốn đầu tư lớn, thời gian xây dựng dài và phụ thuộc mạnh vào điều kiện địa hình.

Đối với các khu vực vùng núi, sa mạc, hải đảo hay những khu vực dân cư thưa thớt, việc xây dựng hạ tầng mặt đất thường không mang lại hiệu quả kinh tế.

Ngay cả tại các quốc gia phát triển cao như Mỹ, Canada và Australia vẫn tồn tại nhiều vùng lãnh thổ không được phủ sóng Internet băng rộng. Khoảng cách số giữa thành thị và nông thôn ngày càng trở thành vấn đề đáng quan tâm.

Bên cạnh đó, các thảm họa thiên tai, chiến tranh hoặc đại dịch cũng có thể làm tê liệt mạng lưới viễn thông mặt đất. Điều này đặt ra yêu cầu phải tìm kiếm những giải pháp kết nối mới có khả năng hoạt động độc lập với hạ tầng cơ sở Internet truyền thống.

Các hệ thống Internet vệ tinh trước Starlink. Ý tưởng sử dụng vệ tinh để cung cấp Internet không phải là mới. Từ cuối thế kỷ XX đã xuất hiện nhiều dự án Internet vệ tinh như Iridium, Globalsta, Teledesic, HughesNet, Viasat...

Tuy nhiên, phần lớn các hệ thống này sử dụng số lượng vệ tinh hạn chế hoặc dựa trên các vệ tinh địa tĩnh (GEO) bay ở độ cao khoảng 36.000km. Khoảng cách rất lớn giữa vệ tinh và mặt đất dẫn đến độ trễ tín hiệu cao, thường từ 500 - 700 mili giây (1 mili giây = 0,001 giây).

Đây là trở ngại đáng kể đối với nhu cầu cung cấp thông tin theo thời gian thực như hội nghị trực tuyến, trò chơi trực tuyến, điều khiển từ xa và đặc biệt là hoạt động quân sự.

Nhiều dự án Internet vệ tinh trước đây cũng gặp khó khăn về tài chính do chi phí phóng vệ tinh lên quỹ đạo quá lớn. Điển hình là dự án Teledesic được kỳ vọng rất cao nhưng cuối cùng bị hủy bỏ vì không thể huy động đủ nguồn lực đầu tư.

Những hạn chế này cho thấy, việc xây dựng mạng Internet vệ tinh quy mô toàn cầu chỉ có thể thành công khi giải quyết được đồng thời 3 bài toán: (i) giảm chi phí phóng vệ tinh lên quỹ đạo; (ii) tăng số lượng vệ tinh; (iii) nâng cao năng lực quản lý mạng.

Sự trỗi dậy của SpaceX và tầm nhìn xuyên thế kỷ của Elon Musk. Năm 2002, doanh nhân Elon Musk thành lập Công ty SpaceX với mục tiêu đầy tham vọng là giảm mạnh chi phí tiếp cận không gian và tạo nền tảng cho việc định cư của con người trên sao Hỏa.

Trong giai đoạn đầu, SpaceX phải đối mặt với nhiều khó khăn. Ba lần phóng đầu tiên bằng tên lửa Falcon 1 đều thất bại. Tuy nhiên, đến năm 2008, Falcon 1 đã thực hiện thành công lần phóng đầu tiên, mở ra bước ngoặt cho Công ty SpaceX của Elon Musk.

Từ năm 2010 đến năm 2020, SpaceX liên tiếp đạt được nhiều thành tựu, trong đó có thành tựu phát triển tên lửa Falcon 9; hoàn thiện công nghệ chế tạo tầng đẩy của tên lửa có thể tái sử dụng nhiều lần; thử nghiệm thành công tàu vũ trụ Dragon; SpaceX trở thành đối tác quan trọng của Cơ quan nghiên cứu vũ trụ quốc gia Mỹ (NASA); SpaceX chiếm thị phần lớn trên thị trường phóng vệ tinh thương mại toàn cầu.

Thành công lớn nhất của SpaceX trong giai đoạn này là khả năng tái sử dụng tên lửa đẩy. Nếu trước đây một lần phóng vệ tinh thường tiêu tốn hàng trăm triệu USD thì Falcon 9 đã giúp giảm đáng kể khoản chi phí.

Chính yếu tố này tạo điều kiện kỹ thuật và kinh tế để đưa lên quỹ đạo quanh Trái đất một chòm sao gồm hàng nghìn vệ tinh - điều mà trước đó chỉ là chuyện khoa học viễn tưởng.

Ý tưởng về một mạng lưới Internet toàn cầu. Năm 2014, các kỹ sư của SpaceX bắt đầu nghiên cứu khả năng xây dựng một hệ thống Internet vệ tinh bay ở quỹ đạo thấp. Mục tiêu then chốt của ý tưởng này là thay thế mô hình “ít vệ tinh lớn” bằng mô hình “nhiều vệ tinh nhỏ” sẽ hoạt động ở độ cao khoảng 550km thay vì khoảng 36.000km như vệ tinh địa tĩnh.

Việc giảm độ cao quỹ đạo mang lại nhiều lợi ích như giảm đáng kể độ trễ khi truyền tín hiệu; tăng chất lượng kết nối; giảm công suất phát sóng cần thiết; tăng hiệu quả sử dụng dải tần số. Ngoài ra, nhờ số lượng vệ tinh lớn, hệ thống có thể tạo ra vùng phủ sóng liên tục trên phạm vi toàn cầu.

Theo Elon Musk, mục tiêu cuối cùng của dự án không chỉ là cung cấp Internet, mà còn tạo nguồn tài chính để hỗ trợ các chương trình thám hiểm không gian vũ trụ trong tương lai, đặc biệt là kế hoạch đưa con người lên sao Hỏa.

Sự ra đời của Starlink là kết quả tổng hợp của nhiều yếu tố.

Thứ nhất, nhu cầu kết nối Internet toàn cầu tiếp tục gia tăng, đặc biệt là ở các vùng sâu, vùng xa trên khắp các lục địa.

Thứ hai, công nghệ điện tử và sản xuất vệ tinh đã đạt được những bước tiến quan trọng, cho phép chế tạo các vệ tinh nhỏ với chi phí thấp hơn.

Thứ ba, sự phát triển của công nghệ anten mạng pha điện tử (Phased Array, là hệ thống gồm nhiều phần tử anten nhỏ hoạt động cùng nhau) giúp các thiết bị đầu cuối có thể đồng thời theo dõi nhiều vệ tinh.

Thứ tư, công nghệ tái sử dụng tên lửa đẩy của SpaceX làm giảm đáng kể chi phí đưa vệ tinh lên quỹ đạo.

Thứ năm, cạnh tranh chiến lược trong lĩnh vực khai phá và sử dụng không gian vũ trụ giữa các cường quốc tạo động lực thúc đẩy các dự án quy mô lớn.

Nhờ sự hội tụ của 5 yếu tố này, năm 2015 đánh dấu sự ra đời chính thức của Dự án Starlink - một trong những chương trình sử dụng không gian vũ trụ tham vọng nhất trong lịch sử nhân loại.

Dự án Starlink chính thức ra đời. Tháng 1-2015 được xem là thời điểm khai sinh Dự án Starlink. Trong một sự kiện tại Seattle, Elon Musk lần đầu tiên công bố kế hoạch xây dựng một mạng lưới vệ tinh quy mô lớn để cung cấp dịch vụ Internet tốc độ cao và băng thông rộng trên phạm vi toàn cầu.

Khác với các hệ thống vệ tinh truyền thống vốn chỉ sử dụng vài chục hoặc vài trăm vệ tinh, Starlink được thiết kế như một “chòm sao vệ tinh” (satellite constellation) bao gồm hàng nghìn vệ tinh hoạt động đồng thời trên quỹ đạo thấp của Trái đất.

Theo tính toán ban đầu của SpaceX, thị trường Internet vệ tinh toàn cầu có giá trị hàng chục tỷ USD mỗi năm. Nếu triển khai thành công, Starlink có thể mang lại nguồn thu lớn hơn đáng kể so với hoạt động phóng tên lửa - lĩnh vực kinh doanh cốt lõi của SpaceX lúc bấy giờ.

Elon Musk từng nhiều lần khẳng định rằng lợi nhuận từ Starlink sẽ là nguồn tài chính quan trọng để thực hiện mục tiêu dài hạn của SpaceX là đưa con người lên sao Hỏa và xây dựng các khu định cư của loài người bên ngoài Trái đất.

Như vậy, ngay từ đầu, Starlink không đơn thuần là một dự án viễn thông mà còn là một phần trong chiến lược chinh phục vũ trụ dài hạn của SpaceX.

Cạnh tranh với OneWeb và các đối thủ khác. Trong quá trình phát triển Starlink, SpaceX không phải là công ty duy nhất theo đuổi ý tưởng xây dựng hệ thống Internet vệ tinh toàn cầu. Đối thủ đáng chú ý nhất của SpaceX là OneWeb.

Dự án OneWeb được thành lập năm 2012 bởi Greg Wyler - một doanh nhân nổi tiếng trong lĩnh vực viễn thông vệ tinh. Công ty OneWeb có kế hoạch triển khai hàng trăm vệ tinh quỹ đạo thấp nhằm cung cấp Internet băng rộng cho các khu vực chưa có kết nối mạng truyền thông. Nhiều chuyên gia cho rằng, sự xuất hiện của OneWeb đã thúc đẩy SpaceX đẩy nhanh tiến độ phát triển Starlink.

Ngoài OneWeb còn có nhiều công ty khác cạnh tranh với SpaceX như Boeing, Telesat, Samsung, LeoSat. Tuy nhiên, không doanh nghiệp nào sở hữu lợi thế đặc biệt như SpaceX.

Điểm khác biệt lớn nhất của SpaceX là khả năng tự phóng vệ tinh bằng tên lửa Falcon 9. Trong khi các đối thủ phải thuê dịch vụ phóng với chi phí cao, SpaceX có thể chủ động triển khai các đợt phóng với giá thành thấp hơn đáng kể. Lợi thế này trở thành yếu tố quyết định trong cuộc đua xây dựng chòm sao vệ tinh quy mô lớn./.

Kỳ 2: Quá trình hình thành hệ thống Internet Starlink