Tế bào nano sẽ sớm trở thành một phần của hệ thống chiến đấu cùng với máy bay không người lái
Một báo cáo với dự báo thương mại về sự phát triển của thị trường vệ tinh quân sự thế giới đã được xuất bản tại Hoa Kỳ. Năm 2012, mảng này của ngành công nghiệp vũ trụ ước tính đạt 11,8 tỷ USD, các tác giả của báo cáo tin rằng nó sẽ tăng trưởng 3,9% mỗi năm. Và vào năm 2022, nó sẽ đạt 17,3 tỷ đô la.
Cần lưu ý rằng các dự báo dài hạn trong lĩnh vực du hành vũ trụ luôn được phân biệt, nói một cách nhẹ nhàng, không đáng tin cậy. Sự phát triển của ngành chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của chính trị và kinh tế. Thông thường, việc tài trợ dự án phụ thuộc vào tham vọng của giới lãnh đạo đất nước. Và thậm chí thường xuyên hơn - từ tình trạng của nền kinh tế. Trong thời kỳ khủng hoảng, họ bắt đầu tiết kiệm cho những chương trình đắt tiền nhất với chu kỳ thu hồi vốn dài hạn. Và cách dễ nhất để sắp xếp là chi tiêu tối thiểu cho không gian.
Nhưng gần đây, một yếu tố ảnh hưởng mạnh mẽ hơn đã xâm nhập vào lĩnh vực du hành vũ trụ - sự thay đổi nhanh chóng của các thế hệ công nghệ. Giờ đây, không còn có thể kéo dài việc tạo ra tàu vũ trụ (AC) trong 10-15 năm, vốn là tiêu chuẩn trước đây. Trong thời gian này, thiết bị quản lý để trở nên lỗi thời mà không bao giờ bắt đầu hoạt động. Một điều tương tự đã xảy ra với các vệ tinh liên lạc hạng nặng vào cuối thế kỷ XX. Các đường truyền cáp quang, trong một thời gian ngắn đã làm vướng víu toàn thế giới, đã làm cho việc liên lạc đường dài trở nên rộng rãi, rẻ và đáng tin cậy. Kết quả là, hàng chục bộ phát đáp vệ tinh không có nhu cầu, dẫn đến tổn thất nặng nề.
Sự thay đổi nhanh chóng của các thế hệ công nghệ đã dẫn đến sự phát triển của các xu hướng chính trong thiết kế và chế tạo tàu vũ trụ - đó là thu nhỏ, mô đun và hiệu quả. Vệ tinh ngày càng trở nên nhỏ hơn về kích thước và trọng lượng, yêu cầu ít năng lượng hơn, các bộ phận và cụm lắp ráp làm sẵn được sử dụng trong thiết kế và chế tạo, giúp giảm đáng kể thời gian và chi phí sản xuất. Và chi phí phóng vệ tinh hạng nhẹ rẻ hơn.
Điều hướng ở khắp mọi nơi
Hiện nay, số vụ phóng vào vũ trụ trên thế giới thấp hơn nhiều so với những năm 1970-1980. Điều này chủ yếu là do khả năng sống sót của tàu vũ trụ đã tăng lên đáng kể. Tuổi thọ bình thường của vệ tinh trên quỹ đạo là 15–20 năm. Nó không còn cần thiết nữa, vì vệ tinh chắc chắn sẽ trở nên lỗi thời vào thời điểm này.
Trong số các tàu vũ trụ quân sự, thị phần của vệ tinh liên lạc là 52,8%, tình báo và giám sát - 28,4%, vệ tinh dẫn đường chiếm 18,8%. Nhưng lĩnh vực vệ tinh dẫn đường đang có một xu hướng đi lên ổn định.
Hiện tại, chòm sao quỹ đạo của vệ tinh dẫn đường Hoa Kỳ thuộc hệ thống GPS NAVSTAR bao gồm 31 tàu vũ trụ, tất cả đều đang hoạt động như dự định. Kể từ năm 2015, người ta đã lên kế hoạch thay thế chòm sao này bằng các vệ tinh thế hệ thứ ba trong quá trình phát triển hệ thống lên cấp độ GPS III. Không quân Mỹ có kế hoạch mua tổng cộng 32 tàu vũ trụ GPS III.
Roskosmos hy vọng sẽ đạt được độ chính xác của việc xác định tọa độ bằng hệ thống GLONASS dưới 10 cm vào năm 2020, người đứng đầu bộ phận Vladimir Popovkin cho biết tại một cuộc họp của chính phủ Nga, nơi chương trình không gian cho đến năm 2020 đã được xem xét. Người đứng đầu Roscosmos cho biết: “Ngày nay, độ chính xác của phép đo là 2, 8 mét, vào năm 2015, chúng tôi sẽ đạt 1, 4 mét, vào năm 2020 là 0, 6 mét”, trên thực tế, nó sẽ chính xác dưới 10 cm. Tiện ích bổ sung là các trạm mặt đất để hiệu chỉnh vi sai của tín hiệu điều hướng. Đồng thời, chòm sao quỹ đạo GLONASS hiện tại sẽ được thay thế bằng các tàu vũ trụ thế hệ tiếp theo, số lượng sẽ tăng lên 30.
Liên minh Châu Âu đang tạo ra hệ thống định vị của mình cùng với Cơ quan Vũ trụ Châu Âu. Trong năm 2014-2016, người ta đã lên kế hoạch tạo ra một chòm sao gồm 30 tàu vũ trụ - 27 chiếc đang hoạt động trong hệ thống và 3 chiếc ở chế độ chờ. Do khủng hoảng kinh tế, các kế hoạch này có thể bị hoãn lại trong vài năm.
Vào năm 2020, CHND Trung Hoa dự định hoàn thành việc tạo ra hệ thống định vị vệ tinh quốc gia Beidou. Hệ thống được đưa vào hoạt động thương mại vào ngày 27 tháng 12 năm 2012 như một hệ thống định vị khu vực, với một chòm sao quỹ đạo của 16 vệ tinh. Điều này đã cung cấp một tín hiệu điều hướng ở Trung Quốc và các nước lân cận. Vào năm 2020, 5 tàu vũ trụ sẽ được triển khai trên quỹ đạo địa tĩnh và 30 vệ tinh bên ngoài quỹ đạo địa tĩnh, điều này sẽ cho phép toàn bộ lãnh thổ của hành tinh được bao phủ bởi một tín hiệu điều hướng.
Vào tháng 6 năm 2013, Ấn Độ dự định phóng vệ tinh dẫn đường đầu tiên của hệ thống quốc gia IRNSS (Hệ thống vệ tinh điều hướng khu vực của Ấn Độ) từ đảo Sriharikota ngoài khơi bờ biển phía nam Andhra Pradesh. Việc phóng lên quỹ đạo sẽ do xe phóng PSLV-C22 của Ấn Độ thực hiện. Vệ tinh thứ hai dự kiến sẽ được phóng lên vũ trụ vào cuối năm 2013. Năm chiếc nữa sẽ được tung ra trong năm 2014-2015. Do đó, một hệ thống vệ tinh định vị khu vực sẽ được tạo ra, bao phủ tiểu lục địa Ấn Độ và 1.500 km khác từ biên giới của nó với độ chính xác 10 m.
Nhật Bản đã đi theo con đường riêng của mình, tạo ra Hệ thống vệ tinh Quasi-Zenith (QZSS, "Hệ thống vệ tinh Quasi-Zenith") - một hệ thống đồng bộ hóa thời gian và hiệu chỉnh vi sai của tín hiệu định vị GPS cho Nhật Bản. Hệ thống vệ tinh khu vực này được thiết kế để thu được tín hiệu vị trí chất lượng cao hơn khi sử dụng GPS. Nó không hoạt động riêng lẻ. Vệ tinh Mic lội nước đầu tiên được phóng lên quỹ đạo vào năm 2010. Trong những năm tới, dự kiến sẽ rút thêm ba đợt nữa. Tín hiệu QZSS sẽ bao phủ Nhật Bản và Tây Thái Bình Dương.
Điện thoại di động trong quỹ đạo
Vi điện tử có lẽ là lĩnh vực phát triển nhanh nhất của công nghệ hiện đại. Samsung Electronics, Apple và Google đã sẵn sàng trình làng chiếc máy tính đồng hồ "thông minh" theo đúng nghĩa đen trong những tháng tới. Có thắc mắc rằng các tàu vũ trụ ngày càng nhỏ hơn không? Vật liệu mới và công nghệ nano làm cho các thiết bị vũ trụ nhỏ gọn hơn, nhẹ hơn và tiết kiệm năng lượng hơn. Có thể coi kỷ nguyên của tàu vũ trụ nhỏ đã bắt đầu rồi. Tùy thuộc vào trọng lượng của chúng, hiện nay chúng được chia thành các loại sau: lên đến 1 kg - "pico", lên đến 10 kg - "nano", lên đến 100 kg - "micro", lên đến 1000 kg - "mini". Thậm chí 10 năm trước, các tế bào vi mô nặng 50-60 kg dường như là một thành tựu nổi bật. Hiện nay xu hướng trên toàn thế giới là các tế bào nano. Hơn 80 trong số chúng đã được phóng lên vũ trụ.
Cũng giống như việc sản xuất và phát triển máy bay không người lái (UAV) được thực hiện ở nhiều quốc gia mà trước đây thậm chí không nghĩ đến ngành hàng không của riêng họ, vì vậy việc thiết kế tế bào nano hiện đang được thực hiện ở nhiều trường đại học, phòng thí nghiệm và thậm chí cả những người nghiệp dư.. Hơn nữa, chi phí của những thiết bị như vậy, được lắp ráp trên cơ sở các yếu tố làm sẵn, hóa ra lại cực kỳ thấp. Đôi khi cơ sở của thiết kế vệ tinh nano là một chiếc điện thoại di động bình thường.
Một điện thoại thông minh đã được gửi vào quỹ đạo từ Ấn Độ, được sử dụng làm cơ sở cho vệ tinh thử nghiệm Strand-1 trong khuôn khổ dự án Sat-Smartphone. Vệ tinh được phát triển tại Vương quốc Anh bởi Trung tâm Vũ trụ Đại học Surrey (SSC) và Công nghệ vệ tinh Surrey (SSTL). Trọng lượng của thiết bị là 4, 3 kg, kích thước 10x10x30 cm, ngoài điện thoại thông minh, thiết bị còn chứa một bộ linh kiện làm việc thông thường - hệ thống cung cấp và điều khiển. Ở giai đoạn đầu, vệ tinh sẽ được điều khiển bởi một máy tính tiêu chuẩn trên tàu, sau đó chức năng này sẽ do điện thoại thông minh đảm nhiệm hoàn toàn.
Hệ điều hành Android với một số ứng dụng được thiết kế đặc biệt cho phép thực hiện một số thử nghiệm. Ứng dụng iTesa sẽ ghi lại các giá trị từ trường khi vệ tinh di chuyển. Sử dụng một ứng dụng khác, máy ảnh tích hợp sẽ chụp ảnh được truyền để đăng lên Facebook và Twitter. Và đây chỉ là một phần nhỏ của chương trình nghiên cứu. Nhiệm vụ sẽ kéo dài sáu tháng. Trở lại Trái đất không được dự kiến. Du hành vũ trụ đã không còn là lĩnh vực dành cho giới thượng lưu.
Kết luận quan trọng nhất: công nghệ quân sự và vũ trụ không còn là đầu tàu của sự phát triển công nghiệp dân sự. Hoàn toàn ngược lại - những phát triển chuyên sâu về khoa học dân sự cho phép phát triển công nghệ vũ trụ quân sự. Doanh thu của các công ty sản xuất hàng tiêu dùng cao gấp nhiều lần doanh thu của các tập đoàn quốc phòng. Các nhà lãnh đạo điện tử trên thế giới có thể chi hàng tỷ đô la cho những phát triển mới. Và sự cạnh tranh mạnh mẽ buộc chúng tôi phải làm mọi thứ trong thời gian ngắn nhất có thể.
Tế bào nano đang tiến bộ
Năm 2005, nhà du hành vũ trụ người Nga Salizhan Sharipov chỉ cần ném vệ tinh nano TNS-1 đầu tiên của Nga vào không gian từ Trạm Vũ trụ Quốc tế. Thiết bị nặng 4,5 kg được tạo ra chỉ trong một năm tại Viện Nghiên cứu Thiết bị Không gian của Nga bằng tiền của công ty. Thực chất, vệ tinh là gì? Đây là một thiết bị trong không gian!
TNS-1 giá rẻ đang hoạt động hóa ra gần như miễn phí. Anh ta không cần Trung tâm điều khiển sứ mệnh, ăng-ten thu phát khổng lồ, phân tích đo xa, và nhiều hơn thế nữa. Nó có thể được điều khiển bằng máy tính xách tay, ngồi trên ghế đá công viên. Thí nghiệm cho thấy rằng với sự trợ giúp của truyền thông di động và Internet, người ta có thể điều khiển một vật thể không gian. Ngoài ra, 10 tổ hợp thiết bị mới đã vượt qua các bài kiểm tra thiết kế bay. Nếu không phải là vệ tinh nano, chúng sẽ phải được thử nghiệm như một phần của thiết bị trên tàu của một trong những tàu vũ trụ trong tương lai. Và điều này gây lãng phí thời gian và rủi ro lớn.
TNS-1 là một bước đột phá lớn. Nó có thể là về việc tạo ra các hệ thống không gian chiến thuật ở cấp gần như một tiểu đoàn trưởng, giống như máy bay không người lái chiến thuật nhỏ. Một thiết bị rẻ tiền, được lắp ráp theo cấu hình mong muốn trong vòng vài ngày và phóng bằng tên lửa hạng nhẹ từ máy bay tác chiến, có thể cho người chỉ huy biết chiến trường, cung cấp thông tin liên lạc và hệ thống điều khiển tự động cho cấp chiến thuật. Những con tàu vũ trụ như vậy có thể giúp ích rất nhiều trong cuộc xung đột cục bộ ở Nam Ossetia và Bắc Caucasus.
Một lĩnh vực quan trọng khác là xóa bỏ hậu quả của thiên tai và thảm họa nhân tạo. Và cũng là lời cảnh báo của họ. Các tế bào nano giá rẻ có thời hạn sử dụng trong vài tháng có thể hiển thị tình trạng băng ở một khu vực cụ thể, lưu giữ hồ sơ về cháy rừng và theo dõi mực nước khi lũ lụt. Để kiểm soát hoạt động, các tế bào nano có thể được phóng trực tiếp trên lãnh thổ của các thảm họa thiên nhiên để theo dõi những thay đổi trực tuyến của tình hình. Và hóa ra là Bộ Tình trạng Khẩn cấp của Đài RF đã nhận được những bức ảnh không gian của Krymsk sau trận lũ lụt như một khoản viện trợ từ thiện từ Hoa Kỳ.
Trong tương lai, chúng ta nên mong đợi việc đưa các tế bào nano vào hệ thống chiến đấu của các quân đội hàng đầu thế giới, chủ yếu là Hoa Kỳ. Rất có thể, không phải một mục đích sử dụng duy nhất, mà là việc phóng các tàu vũ trụ nhỏ thành cả bầy, bao gồm các vệ tinh cho các mục đích khác nhau - liên lạc, chuyển tiếp, định vị bề mặt trái đất ở các bước sóng khác nhau, các biện pháp đối phó điện tử, chỉ định mục tiêu, v.v. Điều này sẽ mở rộng đáng kể khả năng tiến hành chiến tranh không tiếp xúc.
Nếu thu nhỏ hóa trở thành một trong những xu hướng chính trong phát triển tàu vũ trụ quân sự, thì dự báo về sự gia tăng thị trường vệ tinh quân sự sẽ thất bại. Ngược lại, nó sẽ giảm về mặt tiền tệ. Tuy nhiên, các tập đoàn hàng không vũ trụ sẽ cố gắng không bỏ lỡ lợi nhuận và làm chậm chân các đối thủ cạnh tranh nhỏ. Ở Nga, nó đã thành công. Các nhà sản xuất vệ tinh hạng nặng đã vận động RNII về thiết bị không gian để cấm tàu vũ trụ. Chỉ bây giờ câu hỏi về việc phóng vệ tinh nano TNS-2, đã sẵn sàng 8 năm trước, mới được thảo luận trở lại.
Nhu cầu về tàu vũ trụ sử dụng nhiều năng lượng trong quỹ đạo gần trái đất tiếp tục giảm. Hơn nữa, thiết bị mặt đất của người sử dụng ngày càng nhạy bén và tiết kiệm hơn.
Các vệ tinh hạng nặng chủ yếu vẫn là sự bảo tồn của các nhà khoa học. Kính viễn vọng không gian, thiết bị hình ảnh độ phân giải cao, trạm tự động phục vụ nghiên cứu hành tinh sẽ tiếp tục được sản xuất và phóng vì lợi ích của cả nhân loại.
Các chương trình quốc gia sẽ tập trung vào các tàu vũ trụ rẻ hơn phù hợp để sản xuất hàng loạt và sử dụng trong hoạt động. Ví dụ về các UAV, đã thâm nhập mạnh vào hệ thống tác chiến của các nước phát triển, rõ ràng thuyết phục điều này. Theo nghĩa đen, một thập kỷ là đủ để các UAV trinh sát tấn công có vị trí trong Không quân Mỹ và các đồng minh của lực lượng này. Không có nghi ngờ gì rằng vào năm 2020, sự xuất hiện của các nhóm quỹ đạo sẽ thay đổi hoàn toàn. Bầy pico và tế bào nano sẽ xuất hiện.
Bây giờ chúng ta đang nói về vệ tinh femto nặng tới 100 g. Nếu máy tính được giảm kích thước bằng đồng hồ đeo tay, thì các vệ tinh có kích thước tương tự sẽ sớm xuất hiện.
