Cuộc chạy đua vào vùng cận không gian
Khinh khí cầu cũng được đánh giá là thuận lợi trong truyền phát tín hiệu truyền thông hay quan trắc ở độ cao khoảng 30km – tức thấp hơn vệ tinh rất nhiều. Không giống như vệ tinh, khinh khí cầu chỉ tiêu tốn một phần chi phí rất nhỏ để duy trì cũng như có thể dễ dàng đưa chúng trở lại trái đất để nâng cấp hay sửa chữa.
Trong thập niên 1950, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) đặt bước đi tiên phong với khinh khí cầu ở tầng bình lưu. Ngày nay, NASA sử dụng chúng cho nghiên cứu khí quyển, quan sát trái đất và khám phá các loại tia trong vũ trụ.
Các khí cầu có kích cỡ khổng lồ – một số lớn to gấp 7 lần thánh đường St Paul ở thủ đô London của nước Anh – được sản xuất hoàn toàn từ nhựa với độ dày cỡ chiếc bánh sandwich và được bơm đầy khí helium. Tuy nhiên, chúng có điểm yếu là chỉ có thể bay theo chiều gió.
Trong vài năm qua, các nhà khoa học đạt được bước đột phá quan trọng sau khi nắm được cách điều khiển hướng bay của khí cầu. Jeffrey Manber, CEO công ty không gian Mỹ Nanocracks, phát biểu: “Chúng tôi đang theo đuổi một lĩnh vực định hướng hoàn toàn mới. Với tôi, những gì đang diễn ra bây giờ là quay lại những ngày tuyệt vời khi ta giong buồm theo hướng gió và dõi theo các vì sao – đó là quay trở về tương lai”.
Trên vùng khí quyển trên cao gọi là tầng bình lưu, gió thổi theo nhiều hướng khác nhau ở độ cao khác nhau. Về lý thuyết, các nhà khoa học có thể điều khiển khí cầu bay theo bất cứ hướng nào bằng cách di chuyển chúng lên đúng độ cao cần thiết để chúng bay theo gió.
Dự án Loon – do công ty mẹ của Google là Alphabet phát triển – chính là một trong những dự án đầu tiên ứng dụng khinh khí cầu bay cao để cung cấp thiết bị liên lạc ở những vùng xa xôi hay khu vực bị thảm họa.
Kế hoạch ban đầu là một loạt khí cầu bay theo luồng gió lớn, nhưng các nhà nghiên cứu phát hiện ra khí cầu có thể đứng tại chỗ bằng cách sử dụng các luồng gió đối lập ở độ cao khác nhau. Thêm vào đó, các thuật toán tinh tế nhờ vào máy học (machine-learning) có thể thay đổi độ cao và bắt đúng luồng gió.
Thời gian qua, Dự án Loon cung cấp thành công internet cho 300.000 người ở Puerto Rico sau trận bão Maria hủy hoại cơ sở hạ tầng ở nơi này vào năm 2017. Thực tế cho thấy ý tưởng sử dụng khinh khí cầu rất khả thi cho dù vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm.
Công ty Công nghệ và Thăm dò không gian World View Enterprises, đặt trụ sở ở thành phố Tucson, miền Nam bang Arizona (Mỹ), dự kiến sử dụng khí cầu có tên gọi Stratollites – thiết bị chuyển tiếp liên lạc đồng thời là nền tảng giám sát.
Angelica DeLuccia Morrissey, chuyên gia Công ty World View, nhận định: “Ứng dụng thì vô tận, từ việc liên tục giám sát các cánh rừng để cảnh báo cho lực lượng phản ứng nhanh ngay khi có đám cháy, đến việc quan sát những vùng xa xôi của đại dương để chống hải tặc trên biển hay theo dõi sức khỏe cánh đồng theo thời gian thực”.
Vào khoảng ba năm trước, sau một loạt những chuyến bay thử nghiệm ngày càng tham vọng, World View ký được hợp đồng với chính phủ Mỹ và khách hàng thương mại. Cộng đồng quân sự coi khinh khí cầu Stratollite là con mắt mới trên bầu trời.
Đô đốc Kurt Tidd, chỉ huy Bộ Tư lệnh miền Nam Mỹ (USSC), cho biết sau hàng loạt chuyến bay thử thành công khí cầu Stratollite: “Chúng tôi nghĩ điều này có tiềm năng trở thành nhân tố bước ngoặt với chúng tôi. Một nền tảng giám sát tuyệt vời, bền bỉ và lâu dài”.
Ngoài ra, công nghệ khí cầu cũng có thể giúp quan trắc thời tiết theo thời gian thực, chẳng hạn như cung cấp góc nhìn cận cảnh một cơn bão từ trên cao. Cơ quan Khí quyển và Đại dương Mỹ (NOAA) cũng đánh giá rất cao công nghệ.
Hiện nay, khí cầu Stratollite chở theo khoảng 50kg thiết bị, và chúng có thể vận hành vĩnh viễn nhờ có pin mặt trời, đủ năng lượng để vận hành radar hoặc truyền tải thông tin mạnh mẽ. Những khí cầu lớn hơn có khả năng chở khối lượng hàng lớn hơn đang được sản xuất. Những dự án dài hạn hơn bao gồm du lịch cận vũ trụ và vận tải hàng hóa.
Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, khí cầu Stratollite sẽ bay đến điểm tập kết và bung dù để rơi xuống mặt đất. Công nghệ tương tự cũng được sử dụng để vận tải hàng cứu trợ hoặc hàng hóa đến nơi xa xôi ở bất cứ đâu trên trái đất. Ngày càng có thêm nhiều cạnh tranh như là đến từ Trung Quốc.
Công ty KuangChi Science (KC) – được thành lập ở Thâm Quyến từ 2010, là công ty chuyên về phi thuyền và công nghệ viễn thông – đang nỗ lực phát triển loại khí cầu du lịch và phiên bản định hướng bằng gió trên tầng bình lưu của riêng mình.
Zhou Fei, lãnh đạo phòng nghiên cứu phát triển Công ty KC Space nói: “Mối tập trung ban đầu ở Trung Quốc là viễn thông và viễn thám, với những khách hàng từ các đô thị tìm cách kết nối khí cầu Traveller vào hệ thống Thành phố Thông minh”.
Trong khi đó, Zhou Fei cho biết chi phí sản xuất sẽ chỉ tốn từ khoảng 1/10% cho đến 1/100% so với hệ thống vệ tinh tương đương. Được biết Traveller mang theo một khoang gồm sáu hành khách lên tầng bình lưu. Tháng 10-2017, KuangChi phóng một khí cầu chở theo một con rùa đến độ cao 21km và trở về an toàn. Điều này có thể hứa hẹn những chuyến bay có hành khách vào năm 2021, với giá từ 96.000 USD.
Theo Zhou Fei, khí cầu Traveller cũng có thể là nền tảng “phóng tàu thứ cấp” – có nghĩa là đưa một tên lửa lên cao khỏi bầu khí quyển trái đất để từ đó phóng một tên lửa nhỏ bay xa vào quỹ đạo một cách dễ dàng hơn so với bay từ mực nước biển. Cách làm này có thể hữu ích cho thị trường vệ tinh mini CubeStats đang phát triển.
Jeffrey Manber, người sở hữu Công ty Nanoracks đang làm việc với KC trong chương trình khí cầu Traveller, tuyên bố: “Một trong những vấn đề của thế giới là liệu có thể giảm chi phí phóng tên lửa CubeSat nhỏ vào quỹ đạo hay không”.
Năm 2017, một nhóm chuyên gia Học viện Khoa học Trung Quốc (CAS) phóng hai thiết bị bay từ khí cầu ở tầng bình lưu xuống phía dưới, biến khí cầu thành sân bay… di động ở trên không. Thiết kế được cho là có thể được sử dụng trong các nhiệm vụ tìm kiếm cứu nạn, với cảm biến trên khí cầu xác định địa điểm khả thi để sau đó thả thiết bị bay để có góc nhìn cận cảnh hơn. Họ tin rằng khí cầu có thể chở theo hàng trăm thiết bị bay không người lái (drone).
Quân đội Trung Quốc cũng đang để mắt đến vùng “cận không gian”. Không ai kiểm soát khu vực này – và – khí cầu bình lưu cung cấp một giải pháp chi phí thấp cho giám sát quân đội và những ứng dụng khác. Điều này có thể dẫn đến hàng loạt hợp đồng quân sự.
Trong tương lai gần, có lẽ sẽ có nhiều khí cầu bình lưu được sử dụng cho du lịch cận không gian, viễn thông và giám sát. Cuộc chạy đua vào vùng cận không gian đã bắt đầu, và người Mỹ hiện vẫn đang dẫn đầu.
Dự án JLENS trị giá hàng tỉ USD của Mỹ
Năm 2014, quân đội Mỹ đã tiến hành phóng lên bầu trời bang Maryland quả khinh khí cầu khổng lồ nằm trong dự án kéo dài 18 năm phục vụ mục đích phòng thủ chống tên lửa hành trình.
Mặc dù được thiết kế nhằm mục đích phát hiện sớm những quả tên lửa của đối phương, song khi khí cầu do thám cũng có khả năng phát hiện và theo dõi những chiếc ôtô, xe tải và tàu thuyền bên dưới – một yếu tố gây lo ngại đáng kể về quyền riêng tư công dân từ phía những nhà hoạt động nhân quyền, như là Ginger McCall – nữ Phó giám đốc Trung tâm Thông tin về quyền riêng tư điện tử (EPIC).
Dự án khí cầu do thám có tên gọi là JLENS (Chương trình khí cầu phòng thủ tên lửa) do công ty hàng không vũ trụ và quốc phòng Raytheon – đặt trụ sở tại Waltham, bang Massachusetts – xây dựng và được hoạt động cùng lúc hai chiếc ở trên không.
Một khi khí cầu trang bị radar độ phân giải cao quét 360 độ, bao trùm diện tích 550km theo đủ mọi hướng, chiếc thứ 2 tập trung vào những mối đe dọa đặc biệt và cung cấp thông tin về mục tiêu. Cặp đôi khí cầu thử nghiệm bay lượn ở độ cao hơn 3.000m, phía xa lộ liên bang 95, cách Washington D.C. khoảng 72km về phía Đông Bắc và cách Baltimore (bang Maryland) khoảng 64km.
Điều này có nghĩa là chúng có thể dò xét những gì diễn ra trên mặt đất, từ Bắc Carolina đến Boston hay một khu vực rộng lớn bằng bang Texas! Trước đây, quân đội Mỹ được cho rằng sở hữu gần ba chục khinh khí cầu khổng lồ. Nhưng sau một số chiến dịch thất bại cũng như chi phí tăng quá cao, chương trình đã gia giảm đáng kể và đến nay chỉ còn giữ lại hai nguyên mẫu để bay liên tục phía trên căn cứ nghiên cứu Aberdeen trong ba năm thử nghiệm ngoại trừ thời gian bảo dưỡng hay khi thời tiết xấu. Khí cầu dài 73m và bằng kích cỡ của ba khí cầu Goodyear, hoặc trên 3.500 con voi trắng!
Giới chức quân đội Mỹ tuyên bố họ chỉ quan tâm do thám những quả tên lửa hành trình và có lẽ cả những chiếc tàu trên mặt biển. Nhưng Jay Stanley – chuyên gia về quyền riêng tư của công dân ở Liên minh Dân quyền Mỹ (ACLU) – cảnh báo JLENS có thể dò xét nhiều hơn thế nữa.
Theo chuyên gia, các khí cầu như JLENS có khả năng do thám gần như không giới hạn và nếu được trang bị các camera có độ phân giải cực cao, chúng có thể nhìn thấy và ghi hình mọi thứ đến từng chi tiết trong phạm vi rất rộng.
Ví dụ, ở thủ đô Kabul của Afghanistan, người dân thường bắt gặp các khí cầu được cột bằng dây của quân đội Mỹ – gọi là hệ thống Do thám Mặt đất Liên tục (PGS) – bay lơ lửng trên bầu trời thành phố, ghi hình video cuộc sống hằng ngày bên dưới.
Trong thử nghiệm năm 2013, Công ty Raytheon trang bị cho hai khí cầu Hệ thống mục tiêu đa quang phổ MTS-B cho phép ghi hình vả ngày lẫn đêm. Nữ thiếu tá Beth Smith, người phát ngôn cho chương trình JLENS, cho biết khí cầu thử nghiệm “không có khả năng nhìn thấy con người” và quân đội Mỹ cũng không có kế hoạch theo dõi bất cứ ai hay bất cứ chiếc ôtô nào của người dân.
Trở ngược lại năm 2005, quân đội Mỹ có kế hoạch hợp đồng với Công ty Raytheon cung cấp 32 khí cầu với giá khoảng 180 triệu USD mỗi chiếc. Nhưng, chi phí tăng cao cùng với việc mất một chiếc khí cầu do va đụng đã khiến cho Lầu Năm Góc thu hẹp chương trình lại vào năm 2012 và chỉ tiến hành thử nghiệm những khí cầu nguyên mẫu đã được xây dựng mà không cần những chiếc mới nữa.
Raytheon công bố vài cuộc thử nghiệm thành công, bao gồm cuộc thử nghiệm tháng 8-2013 – lúc khí cầu JLENS giúp máy bay chiến đấu F-15 phá hủy một tên lửa hành trình xuất hiện trên bầu trời. Nhưng, các phân tích nghiêm ngặt từ cơ quan Đánh giá và Thử nghiệm chiến dịch (OTE) của Lầu Năm Góc về tài khóa năm 2013 tiết lộ cuộc thử nghiệm không đầy đủ và JLENS cần có sự cải tiến tại những khu vực mấu chốt, bao gồm khả năng phân biệt rõ giữa bạn bè và đối phương.
Báo cáo của OTE cũng cho biết JLENS thất bại khi phải đáp ứng yêu cầu về độ tin cậy, do một số vấn đề về phần cứng lẫn phần mềm, quá phụ thuộc về điều kiện thời tiết.
Công ty Raytheon cố gắng trấn an mối lo ngại về quyền riêng tư công dân khi tuyên bố về JLENS: “Các radar không thể xác định các đặc tính của ôtô, như là kiểu dáng hay màu sắc. Chúng cũng không thể cho biết ai đang lái chiếc xe hay nhìn thấy biển số xe”.
Còn giới chức quân đội Mỹ nhấn mạnh: “JLENS là một hệ thống radar và không có sứ mạng giám sát các mục tiêu trên mặt đất. Nó cũng không lưu trữ bất cứu dữ liệu radar nào”. Tuy nhiên, Jay Stanley cho rằng những hứa hẹn của quân đội vẫn chưa đủ mà chương trình khí cầu do thám cần có sự giám sát chặt chẽ – yếu tố mà hiện nay vẫn chưa có!
Trong khi đó, người phát ngôn Beth Smith giải thích: “JLENS không hoạt động dưới những quy định về quyền riêng tư. JLENS là hệ thống radar quân sự cho nên không có khả năng giám sát điện tử hay âm thanh cũng như không thể “lắng nghe” những giao tiếp qua điện thoại di động”.
