AI biến vệ tinh thành 'bộ não' thông minh trên quỹ đạo

AI biến vệ tinh thành 'bộ não' trên quỹ đạo

AI đang thay đổi cách thức vận hành của vệ tinh, từ những cỗ máy chỉ truyền dữ liệu thô về Trái Đất sang các hệ thống có khả năng tự phân tích thông tin và xử lý sự cố khẩn cấp.

Theo Space, hoạt động của vệ tinh phụ thuộc phần lớn vào các kỹ sư dưới mặt đất trong việc đưa ra mọi quyết định quan trọng, từ hướng quay ống kính máy ảnh, thời điểm kích hoạt động cơ đẩy đến lộ trình truyền tín hiệu. Tuy nhiên, mô hình đó đang dần thay đổi do số lượng vệ tinh trên quỹ đạo bùng nổ. Hiện nay, một công ty có thể vận hành hàng nghìn vệ tinh cùng lúc, nhưng đội ngũ kỹ sư dưới mặt đất không thể giám sát hàng loạt tàu vũ trụ đang chuyển động như vậy theo thời gian thực. Đây là lúc trí tuệ nhân tạo (AI) phát huy khả năng điều khiển tàu vũ trụ, quản lý chòm vệ tinh và mạng lưới truyền thông do vệ tinh tạo ra.

AI điều khiển tàu vũ trụ

Nhờ AI, các vệ tinh bắt đầu tự đưa ra nhiều quyết định hơn mà không cần chờ chỉ dẫn từ Trái Đất. Vệ tinh hoạt động ở quỹ đạo thấp chỉ có thể liên lạc vô tuyến với trạm mặt đất trong vài phút mỗi lần. Ngay cả vệ tinh địa tĩnh cũng gặp vấn đề về độ trễ liên lạc và băng thông trạm mặt đất bị giới hạn. Trong khi quá trình chờ đợi các kỹ sư phát hiện vấn đề, tìm giải pháp và truyền lệnh xử lý có thể mất hàng giờ, thì hệ thống AI trên tàu có thể nhận biết sự cố và hành động ngay lập tức.

Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL) của NASA đang thử nghiệm sử dụng AI để phân tích dữ liệu thu thập và ra quyết định. Theo Đại học Công nghệ Capitol, Hệ thống ASPEN (Automated Scheduling and Planning Environment) của NASA có thể hỗ trợ lập kế hoạch và điều chỉnh hoạt động nhiệm vụ. Thuật toán AI sẽ theo dõi tình trạng của tàu vũ trụ, dự đoán hỏng hóc hệ thống, thậm chí tự động sửa chữa nếu có thể. Lực lượng Không gian Mỹ cũng áp dụng AI cho các hoạt động vệ tinh như tự động thu thập dữ liệu, phát hiện bất thường và cải thiện định vị. Các mô hình dựa trên AI đang theo dõi mảnh vỡ trên quỹ đạo để bảo vệ vệ tinh và tàu vũ trụ khỏi các vụ va chạm sắp xảy ra. Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Không quân Mỹ đã phát triển mạng nơron điều khiển hướng của vệ tinh trên quỹ đạo mà không cần sự can thiệp của con người.

Những vệ tinh quan sát Trái Đất thế hệ mới được trang bị bộ xử lý nhỏ, thiết kế đặc biệt để chúng tổng hợp nhiều loại dữ liệu cảm biến khác nhau tại chỗ và gửi thông tin hoàn chỉnh thay vì một lượng lớn dữ liệu thô cần phân loại.

AI quản lý chòm vệ tinh

Vấn đề với hàng trăm hoặc hàng nghìn vệ tinh bay theo chòm là khả năng phối hợp nhịp nhàng thay vì hoạt động riêng lẻ. Quỹ đạo thấp của Trái Đất ngày càng chật chội với các vệ tinh đang hoạt động và rác vũ trụ. Một chòm vệ tinh cỡ vừa có thể trải qua hàng chục cảnh báo về nguy cơ va chạm cự ly gần mỗi ngày, đòi hỏi quyết định có nên điều chỉnh đường bay của vệ tinh hay không. Việc điều phối hoạt động của một lượng lớn vệ tinh vượt quá khả năng của con người, do đó các công ty vận hành đang chuyển sang hệ thống AI để đánh giá dữ liệu giám sát, tính toán nguy cơ và tự động lên kế hoạch tránh va chạm.

Theo Tech Port, NASA đang thử nghiệm dự án Starling với mục tiêu dạy các vệ tinh nhỏ chia sẻ dữ liệu với nhau, phân chia nhiệm vụ quan sát và điều chỉnh kế hoạch chung như một đội thống nhất.

Mô phỏng chùm vệ tinh trong dự án thử nghiệm Starling của NASA. Ảnh: NASA

AI điều phối mạng lưới truyền thông

Do mỗi vệ tinh di chuyển ở tốc độ khoảng 27.400 km/h, kết nối giữa các vệ tinh và trạm mặt đất thường xuyên bị gián đoạn và tái thiết lập, trong khi nhu cầu băng thông cũng thay đổi theo thời gian trong ngày và vị trí. Nhà vận hành cần liên tục tính toán vệ tinh sẽ truyền tín hiệu tới trạm mặt đất nào, cách truyền gói dữ liệu qua mạng lưới vệ tinh và điều chỉnh chùm sóng vô tuyến của mỗi vệ tinh để phục vụ những khu vực có lưu lượng truy cập cao nhất. Mô hình AI có thể giúp họ dự đoán mô hình lưu lượng trước hàng giờ, liên tục tối ưu hóa hình dạng chùm sóng, đường truyền và chuyển tiếp kết nối tín hiệu từ vệ tinh này sang vệ tinh khác trong chòm.

Chòm vệ tinh Starlink của SpaceX đang sử dụng hệ thống điều khiển bằng AI như vậy để quản lý lưu lượng qua kết nối laser giữa các vệ tinh và điều chỉnh chùm sóng theo thời gian thực khi nhu cầu thay đổi trên toàn cầu.

An Khang tổng hợp