Vệ tinh viễn thông

Chia sẻ: Trần Lê Kim Yến | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

99
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về vệ tinh viễn thông và quá trình phát triển của loại vệ tinh này. Thông tin vô tuyến trước khi có vệ tinh

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Vệ tinh viễn thông

Vệ tinh viễn thông Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về vệ tinh viễn thông và quá trình phát triển của loại vệ tinh này. Thông tin vô tuyến trước khi có vệ tinh Cho đến giữa thế kỷ XX, cách truyền thông tin đi xa hiện đại nhất là thông tin vô tuyến điện, nói như vậy để phân biệt với thông tin hữu tuyến mà chủ yếu là hệ thống đường dây điện thoại. Sóng vô tuyến điện thường nói lúc bấy giờ thực chất là sóng điện từ có tần số cỡ kilohertz đến megahertz, tức là có bước sóng vào cỡ kilomet đến centimet (v là vận tốc truyền sóng điện từ, trong chân không v = C = 300.000 km/s và bằng tốc độ ánh sáng, trong không khí v nhỏ hơn C một ít). Từ nơi phát, qua ăng ten phát, sóng điện từ được truyền đi trong không gian mang theo thông tin được ghi trên đó. Nơi thu nhận thông tin có ăng ten thu, thu được sóng điện từ, giải mã để đọc được thông tin ghi trên đó. Trước đây, kỹ thuật số chưa phát triển, việc ghi thông tin trên sóng điện từ thường được thực hiện bằng cách thay đổi biên độ của sóng điện từ (AM-amplitude modulation - biến điệu biên độ) hoặc là làm thay đổi tần số của sóng điện từ (FM-frequency modulation - biến điệu tần số).
Ban đầu, thông tin truyền đi chủ yếu là tiếng nói, âm thanh, và sóng điện từ thường dùng là sóng dài (bước sóng hàng chục đến hàng trăm mét), thông tin được ghi theo kiểu AM. Ưu điểm của việc dùng sóng dài là dễ phát, dễ thu, sóng tuy đi thẳng nhưng khi gặp tầng điện ly bị phản xạ mạnh. Nhờ đó, nơi thu ở khá xa nơi phát vẫn thu nhận được thông tin. Tuy nhiên, việc truyền sóng dài đi được xa hay gần phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết, thông tin ghi theo kiểu AM hay bị nhiễu bởi các nguồn phát ngẫu nhiên thông thường như sấm chớp, tia lửa điện, máy móc khởi động… Nhưng quan trọng hơn cả là sóng dài, tức là có tần số thấp, mà sóng có tần số càng thấp thì càng mang được ít thông tin. Xu hướng chung là chuyển sang dùng sóng điện từ tần số cao và kỹ thuật số, vừa truyền được nhiều thông tin, vừa cho chất lượng thông tin tốt hơn. Tuy nhiên, sóng càng ngắn càng có tính đi thẳng mạnh, trên đường đi nếu gặp vật cản dễ bị phản xạ hoặc bị hấp thụ hết, nghĩa là sóng đi thẳng bị yếu đi rất nhiều. Vì vậy, để truyền thông tin bằng sóng ngắn, giữa ăng ten phát và ăng ten thu phải không có vật gì cản trở. Chính vì thế, ta thường thấy cột ăng ten của đài phát thanh không cao lắm mà ở xa vẫn thu được tiếng nói, âm nhạc… còn các cột ăng ten truyền hình thì rất cao nhưng phạm vi mà tivi bắt được hình không rộng lắm, dưới vài chục kilomet, chưa kể là ăng ten thu của tivi phải mắc lên đầu cây tre cao vút. Tương tự, ta thấy để truyền sóng viba (sóng ngắn) đi xa phải dùng nhiều cột để tiếp sóng và truyền sóng. Việc truyền thông tin đi xa đã thay đổi hẳn từ khi có vệ tinh. Vệ tinh viễn thông
Để mang được nhiều thông tin, sóng điện từ sử dụng để truyền tin phải có bước sóng rất ngắn, tức là tần số thật cao. Sóng này có tính chất đi thẳng, nên nếu nơi phát cách nơi thu (ví dụ hàng ngàn kilomet) thì ăng ten phát trên mặt đất dù có rất cao, nơi thu cũng không nhận được thông tin. Đấy là chưa kể sóng điện từ tần số cao đi trong khí quyển cũng bị suy yếu nhiều so với đi trong chân không. Vì vậy, ta thấy trên mặt đất muốn thu được sóng ngắn phát đi từ một vị trí ở xa phải có các cột vi ba tiếp sóng, cột nọ cách cột kia khoảng 40 km, ở mỗi cột có một bộ lặp lại (repeater), tức là thu nhận tín hiệu từ cột trước đó, tăng cường tín hiệu rồi phát lại cho cột tiếp theo. Nhưng nếu ở trên cao có vệ tinh địa tĩnh (cách mặt đất cỡ 36.000 km, bay vòng quanh Trái đất với vận tốc góc như Trái đất nên vệ tinh đứng yên so với mặt đất) thì có thể phát sóng điện từ lên thẳng vệ tinh, vệ tinh thu sóng điện từ, tăng cường cho mạnh lên rồi phát lại theo hướng đi tới máy thu, máy thu nhận được tín hiệu từ máy phát chỉ qua một trung gian là vệ tinh. Đường đi của sóng điện từ tuy dài, lên xuống theo hai cạnh hình tam giác (mỗi cạnh dài hơn 36.000 km) nhưng thực sự đoạn đi trong khí quyển khá ngắn (cỡ 200 km), còn lại là đi trong chân không nên tổn hao ít hơn nhiều so với đi gần mặt đất. Quá trình phát triển của vệ tinh viễn thông Ý tưởng phóng vệ tinh lên cao, nhất là vệ tinh địa tĩnh để làm trạm tiếp chuyển sóng điện từ phục vụ viễn thông đã có từ lâu nhưng không thực hiện được vì chưa có cách phóng vệ tinh. Khi Liên Xô phóng được Sputnik 1 (năm 1957), cuộc chạy đua lên vũ trụ giữa Mỹ và Liên Xô rất ráo riết, phần lớn là để đẩy mạnh hoạt động viễn thông và quân sự. Riêng về viễn thông, đã xuất hiện lĩnh vực công nghệ vệ tinh viễn thông thương mại, có thể tóm tắt như sau: Giai đoạn mở đầu
Năm 1957, Liên Xô phóng vệ tinh nhân tạo đầu tiên (Sputnik 1) mang theo máy phát vô tuyến tần số 20.005 và 40.002 MHz. Ở dưới mặt đất nghe rất rõ tiếng bip bip trên vệ tinh phát xuống. Năm 1958, Mỹ phóng vệ tinh trong dự án Score có băng ghi âm từ vệ tinh phát xuống mặt đất lời chúc mừng của Tổng thống Mỹ Eishenhower vào dịp giáng sinh. Năm 1960, Mỹ phóng vệ tinh Echo, rồi vệ tinh Courier 1B là vệ tinh đầu tiên có máy lặp lại (đó là máy nhận tín hiệu từ Trái đất gửi lên, tăng cường rồi phát lại tín hiệu đó về Trái đất). Năm 1962, các hãng viễn thông Mỹ, Anh, Pháp hợp tác phóng vệ tinh Telstar quay quanh Trái đất theo quỹ đạo ellip, một vòng hết 2 giờ 37 phút, nghiêng với mặt xích đạo 450. Năm 1963, Mỹ phóng vệ tinh Syncom 2 (phóng Syncom 1 bị hỏng) quay quanh Trái đất một vòng hết một ngày với tốc độ không đổi nhưng theo hướng Bắc Nam, ở dưới mặt đất phải có thiết bị đặc biệt mới theo dõi được. Phát triển vệ tinh viễn thông địa tĩnh và địa đồng bộ Đến giữa những năm 60 thì trình độ phóng vệ tinh đã phát triển cao, việc phóng vệ tinh từ mặt đất lên đến độ cao cỡ 36.000 km là độ cao của vệ tinh địa tĩnh đã được thực hiện tương đối dễ. Người ta thấy dùng vệ tinh địa tĩnh rất thuận lợi vì nó đứng yên trên cao so với mặt đất, nhưng vì vệ tinh địa tĩnh phải bay theo vòng tròn từ xích đạo nhìn thẳng lên, nếu dùng vào mục đích viễn thông chỉ thích
hợp cho những vùng không xa quá so với xích đạo, vùng đất đai ở phương Bắc như Nga, Bắc Mỹ là không thuận lợi (sóng điện từ phải đi rất xiên, đoạn đường xuyên qua lớp khí quyển dài). Đối với khu vực ở phía Bắc, người ta có xu hướng dùng vệ tinh địa đồng bộ GEO (Geosynchronous Earth Orbit) ở độ cao khoảng 36.000 km, bay một vòng quanh Trái đất cũng vừa đúng một ngày đêm (24 giờ) nhưng mặt của vòng tròn bay không trùng với mặt xích đạo mà là tuỳ ý hoặc trùng với một mặt kinh tuyến. Cuối năm 1964, Mỹ phóng vệ tinh Syncom 3 ở quỹ đạo theo kinh tuyến đông 1800 (kinh tuyến theo đường múi giờ quốc tế). Vệ tinh này đã dùng làm trạm tiếp sóng cho chương trình truyền hình trực tiếp Thế vận hội mùa đông 1964 ở Tokyo, lần đầu tiên qua truyền hình, người Mỹ trực tiếp được xem các cuộc thi đấu ở Nhật Bản, tín hiệu truyền hình trực tiếp nhờ vệ tinh qua Thái Bình Dương. Tháng 4.1965, vệ tinh Intelsat I được phóng lên, có tên là Early Bird (người báo tin sớm). Đó là vệ tinh viễn thông địa tĩnh đầu tiên truyền sóng qua Đại Tây Dương. Để phục vụ cho vùng Bắc Mỹ có các vệ tinh địa tĩnh Anik A1 (phóng 1972), Westar I (phóng 1974), Satcom I (ph óng 1975). Vệ tinh gần mặt đất và các loại vệ tinh khác Bên cạnh các vệ tinh viễn thông địa tĩnh, địa đồng bộ phóng lên khá tốn kém, có những loại vệ tinh tầm thấp hơn gọi là LEO, tức là vệ tinh quỹ đạo thấp gần Trái đất (Low Earth Orbit), quay quanh Trái đất một vòng hết độ 90 phút nhưng ở độ cao cỡ 400 km. Vì bay thấp nên dưới mặt đất chỉ một vùng bán kính cỡ 1.000 km mới “thấy” được vệ tinh ở phía trên. Hơn nữa loại vệ tinh này thay đổi vị trí so với mặt đất rất nhanh, nên phải có nhiều vệ tinh cùng bay mới đảm bảo được một nơi
nào đó luôn “thấy” được vệ tinh ở trên trời, nghĩa là nếu dùng để tiếp chuyển sóng vô tuyến thì như vậy mới không gián đoạn việc truyền tin. Người ta thường gọi văn vẻ là bầu trời sao vệ tinh, tức là số các vệ tinh LEO tham gia vào một dịch vụ viễn thông nào đó. Ví dụ như hệ Iridium có đến 66 vệ tinh LEO, hay hệ Teledestic (thuộc Microsoft) có đến 840 vệ tinh. Đó đều là những hệ vệ tinh làm nhiệm vụ viễn thông. * * * Ở tất cả các lĩnh vực của viễn thông như truyền tin, truyền hình, điện thoại di động, ở khắp nơi trên Trái đất từ châu Âu, châu Á đến châu Mỹ, châu Phi… đều có vai trò rất quan trọng của các vệ tinh. Cốt lõi của việc chuyển tải thông tin đi xa và nhanh hiện nay là dùng sóng điện từ tần số cao, kể cả ánh sáng. Bên cạnh việc truyền thông tin theo những đường cáp bằng đồng, bằng sợi quang dài hàng chục ngàn km trên mặt đất, trên biển, sóng điện từ tần số cao được truyền trong không trung nhờ hệ thống các vệ tinh làm nhiệm vụ trung chuyển. Nhưng bao trùm hơn cả ở đây là xử lý tín hiệu kỹ thuật số bằng máy tính. Tất cả phối hợp lại làm cho thế giới mà chúng ta sống hiện nay là thế giới phẳng.