Rada thiên văn: ứng dụng và phát triển

Ngược dòng lịch sử

Sự phát triển của ngành rađa thiên văn gắn liền với sự phát triển của công nghệ vệ tinh viễn thám. Khi chưa có công nghệ vệ tinh viễn thám, người ta phải quan sát trái đất bằng các thiết bị gắn trên khinh khí cầu. Sự đột phá trong công nghệ rađa viễn thám được đánh dấu bằng việc lần đầu tiên thu được tín hiệu rađa từ khoảng cách rất xa ngoài trái đất vào năm 1946, mở ra một kỷ nguyên mới về nghiên cứu trái đất bằng các thiết bị rađa đặt trên vệ tinh.

Trong vùng sóng dài của sóng điện từ, các hệ thống rađa siêu cao tần chủ động đã được thiết kế và đưa vào ứng dụng trong lĩnh vực thiên văn - viễn thám. Những năm 60 của thế kỷ XX, nhiều cuộc thử nghiệm về ứng dụng ảnh hồng ngoại màu (rađa hồng ngoại) và ảnh đa phổ (rađa đa phổ) đã được tiến hành, đặc biệt là việc phóng vệ tinh LANDSAT vào đầu những năm 70. Ngày nay, ứng dụng của rađa trong lĩnh vực thăm dò tài nguyên trở nên rất đa dạng và phong phú. Người ta đã sử dụng nhiều hệ thống rađa khác nhau để nghiên cứu đại dương, khí quyển, các cấu trúc trên bề mặt và gần bề mặt của vỏ trái đất…

Hiện nay, có nhiều quốc gia tham gia vào mạng lưới quan trắc trái đất từ vũ trụ. Mỹ với Cơ quan hàng không vũ trụ (NASA), các nước thuộc cộng đồng châu Âu với Cơ quan vũ trụ châu Âu (ESA), Pháp với Trung tâm Quốc gia nghiên cứu không gian (CNES), Nhật Bản với Cơ quan phát triển vũ trụ Nhật Bản (NASDA); một số quốc gia khác như Ấn Độ, Trung Quốc, Canada… cũng có những chương trình nghiên cứu vũ trụ riêng. Các hoạt động nghiên cứu trái đất từ vũ trụ được điều phối trên quy mô toàn cầu bởi Ủy ban quan trắc trái đất bằng vệ tinh (Committee on Earth Observation - CEOS) được thành lập năm 1984 trong cuộc họp thượng đỉnh về kinh tế của các nước G7.

Ứng dụng của rađa trong việc quan sát trái đất từ xa

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các rađa thiên văn có tính năng ngày càng ưu việt. Từ những bức ảnh đa phổ có chỉ 3-4 kênh với độ phân giải 80-100 m trước đây, các bức ảnh của rađa thiên văn ngày nay đã đạt 4-7 kênh phổ, độ phân giải nhỏ hơn 2,5 m, một số ảnh do thám quân sự còn có thể có độ phân dải dưới 1 m.

Trong lĩnh vực bản đồ, hướng đi hiện nay là sử dụng ảnh vệ tinh cho công tác chỉnh lý, cập nhật tiến tới đo vẽ, thành lập nhờ các cặp ảnh vệ tinh chóp lập thể. Đã có các hệ thống vệ tinh thiên văn thương mại hoạt động ổn định có khả năng cung cấp tư liệu đủ tính năng kỹ thuật cho công tác chỉnh lý như hệ thống ảnh SPOT của Pháp; LANDSAT của Mỹ… Gần đây đã xuất hiện xu hướng thiết kế một số vệ tinh chuyên dụng cho lĩnh vực đo vẽ bản đồ.

Các hệ thống rađa quan trắc trái đất có thể được phân chia thành nhiều loại khác nhau tùy theo các chỉ tiêu và yêu cầu ứng dụng:

- Rađa khí tượng thời tiết, trong nhóm này có thể kể đến các rađa được bố trí trên vệ tinh khí tượng GMS của Nhật Bản hay vệ tinh NOAA của Mỹ... Các trạm rađa này rất hiệu quả cho việc cảnh báo và phòng chống thiên tai như dự báo bão, núi lửa hoạt động, sóng thần, động đất...

- Các rađa phục vụ cho lĩnh vực tài nguyên môi trường: Chúng quan sát bề mặt trái đất, phần lục địa cũng như phần biển. Độ phân giải phổ và không gian của loại rađa này tương đối cao. Số lượng kênh phổ là từ 3 đến 7 kênh hoặc nhiều hơn, độ phân giải không gian từ 80 m đến một vài mét, thậm chí nhỏ hơn 1 m ở các rađa có độ phân giải siêu cao được bố trí trên các vệ tinh như IKONOS của Mỹ - các rađa này giúp cho việc theo dõi quản lý tài nguyên môi trường trên toàn cầu cũng như từng khu vực: Tìm kiếm tài nguyên, quản lý các thảm thực vật, cảnh báo các mối đe dọa về môi trường…

Về tính năng, các rađa thiên văn có thể được ứng dụng vào các lĩnh vực như: Nghiên cứu các thành phần hóa học của khí quyển (cảnh báo môi trường...); thám sát khí quyển trong dải sóng hồng ngoại và siêu cao tần; quan trắc mặt cắt mây và nghiên cứu mưa (dự báo hạn hán, mưa lụt...); đo phân bố bức xạ của trái đất (cảnh báo hạt nhân, núi lửa...), chụp các bức ảnh có độ phân giải cao, chụp đa phổ tạo ảnh trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại, chụp đa phổ tạo ảnh trong dải sóng siêu cao tần, bức xạ kế đa chiều, bức xạ kế phân cực, chụp ảnh bằng tia laser, đo độ cao…

Xu hướng phát triển hệ thống rađa quan sát trái đất từ xa với độ phân giải cao

Đầu năm 2001 các hệ thống rađa hiện đại quan sát trái đất với độ phân giải không gian cao (dưới 5 m) đang được 6 cường quốc vũ trụ hàng đầu trên thế giới khai thác: Các hệ thống quân sự do thám toàn cảnh của Mỹ, Nga, Pháp, Israel và Trung Quốc; hệ thống thương mại của Công ty SpaceImaging (Mỹ) trên thiết bị vũ trụ IKONOS-1; hệ thống thương mại của Công ty ImageSat International (Israel - Mỹ) trên thiết bị vệ tinh EROS - A1; các tổ hợp vũ trụ với chức năng kinh tế -xã hội trên thiết bị vệ tinh thuộc xeri "Pecypc-f" có máy chụp ảnh (Nga); hệ thống vũ trụ TDTĐTX của Ấn Độ trên các vệ tinh IRS -1C, -1D (do kết quả của việc xử lý trên mặt đất, độ phân giải của ảnh chụp bằng rađa có thể đã được cải thiện đến 5 m).

- Sử dụng rộng rãi dự trữ khoa học kỹ thuật đạt được trong nghiên cứu thảo ra các chương trình quân sự do thám bằng ảnh để chế tạo các hệ thống chụp ảnh thương mại có độ phân giải cao. Người ta hy vọng rằng, trong 5 năm tới theo mức phát triển của thị trường sản phẩm ảnh trên thế giới, các hệ thống vệ tinh TDTĐTX sẽ không chỉ trở thành những hệ thống sinh lợi nhuận mà còn bổ sung quan trọng cho các hệ thống quân sự do thám bằng ảnh khi phải giải quyết những nhiệm vụ quan sát tác chiến trong những vùng có khủng hoảng.

- Phát triển hình thức hợp tác mới, trong đó khách hàng được quyền điều khiển thiết bị chụp ảnh trên vệ tinh thuộc về công ty chủ điều hành, trong giới hạn của vùng nhìn thấy vô tuyến của trạm mặt đất, và được quyền thu thông tin truyền từ vệ tinh trong phạm vi chụp ảnh thực tế ("ông chủ ảo của vệ tinh").

- Chế tạo các hệ thống có chức năng kép dùng để giải quyết các nhiệm vụ vì lợi ích an ninh quốc gia, phát triển kinh tế - xã hội.

Tình hình ở Việt Nam

Ở Việt Nam, Chính phủ và các bộ, ngành cũng đã có những bước chuẩn bị chiến lược từ lâu cho các vấn đề liên quan đến các hoạt động nghiên cứu vũ trụ và trái đất. Có thể điểm qua như sau:

- Việt Nam đã tham gia chương trình nghiên cứu vũ trụ Itercosmos từ cuối thập kỷ 70 đến những năm 80. Ngay từ năm 1979, Hội đồng Bộ trưởng (nay là Chính phủ) đã có Quyết định thành lập Uỷ ban nghiên cứu vũ trụ Việt Nam. Năm 1987, Việt Nam lắp đặt hệ thu ảnh trực tiếp từ vệ tinh đầu tiên phục vụ công tác dự báo bão.

- Năm 1989, xây dựng trạm thu NOAA - APT thu trực tiếp ảnh từ vệ tinh NOAA (Mỹ), Meteor, KOSMOS (Nga). Đây là trạm thu NOAA đầu tiên của Việt Nam làm việc theo chế độ thời gian thực, online với máy tính, cung cấp kịp thời tư liệu phục vụ cho việc nghiên cứu biển Đông

- Từ 1990 đến 1997, Trung tâm Ứng dụng công nghệ vũ trụ đã chế tạo được các trạm thu ảnh từ các vệ tinh khí tượng GMS, NOAA, GMS, MT-SAT, FY-2 đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng thông tin khí tượng. Từ năm 2000, Trung tâm đã chế tạo được hệ thu ảnh số có độ phân giải cao (HRPT) đáp ứng được yêu cầu trong các lĩnh vực: Dự báo khí tượng, phòng chống thiên tai bão lụt, xác định trường nhiệt mặt biển, xác định chỉ số thực vật, giám sát cháy rừng... Gần đây, Bộ Tài nguyên và Môi trường cũng xây dựng một trạm thu ảnh vệ tinh giám sát tài nguyên quốc gia trị giá 20 triệu euro đặt ở Từ Liêm (Hà Nội).

- Ngày 27.10.2005, Thủ tướng Chính phủ đã có quyết định về việc đầu tư dự án phóng vệ tinh viễn thông của Việt Nam, với dự kiến tổng mức đầu tư là 2.885.304 triệu đồng và quí II năm 2008 sẽ đưa vệ tinh vào hoạt động trên quỹ đạo.

Mới đây, ngày 14.6.2006, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 137/2006/QĐ-TTg phê duyệt “Chiến lược nghiên cứu và ứng dụng công nghệ vũ trụ đến năm 2020”. Chiến lược nêu rõ: Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ vũ trụ phải phục vụ thiết thực, có hiệu quả các nhiệm vụ phát triển kinh tế - xã hội, quản lý tài nguyên, giám sát môi trường và thiên tai cũng như nhiệm vụ bảo vệ Tổ quốc. Trong giai đoạn 2006-2010, Việt Nam sẽ hình thành chính sách quốc gia và khung pháp lý về nghiên cứu và ứng dụng công nghệ vũ trụ; hình thành và tổ chức thực hiện chương trình khoa học công nghệ độc lập về công nghệ vũ trụ. Với sự quan tâm đầu tư này, hy vọng trong tương lai việc nghiên cứu, ứng dụng kỹ thuật rađa sẽ có những bước tiến mạnh mẽ, phục vụ tốt hơn nhu cầu phát triển kinh tế, xã hội của đất nước.

Nguồn: Tạp chí Hoạt động khoa học, 09/2006