Một thế hệ khí cầu tầng bình lưu và máy bay không người lái (UAV) tầm cao mới có thể sớm mang internet tốc độ cao đến những khu vực chưa được kết nối trên thế giới với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với các chùm vệ tinh như Starlink của SpaceX.
Các trạm nền bay tầm cao – HAPS (High-Altitude Platform Stations) – không phải là khái niệm mới, nhưng đến nay công nghệ này vẫn chưa thực sự cất cánh. Google từng dành 10 năm để phát triển các khí cầu bay lơ lửng trong tầng bình lưu trên những vùng nông thôn hẻo lánh nhằm truyền internet xuống mặt đất. Tuy nhiên, họ đã dừng dự án Loon vào năm 2021 vì kết luận rằng mô hình này không thể duy trì bền vững.
Bốn năm sau, các công ty như World Mobile Stratospheric và Sceye cho biết họ sắp biến việc phát internet từ tầng bình lưu – lớp khí quyển nằm ở độ cao khoảng 10 đến 50 km so với bề mặt Trái đất – thành hiện thực. Họ còn khẳng định dịch vụ của mình sẽ tốt hơn và rẻ hơn so với các chùm vệ tinh quỹ đạo thấp (LEO), vốn cũng được xây dựng với cam kết kết nối những cộng đồng chưa được kết nối.
Richard Deakin, CEO của World Mobile Stratospheric, cho biết HAPS trước đây thất bại vì không thể cung cấp đủ điện cho các ăng-ten tiêu tốn năng lượng, vốn cần thiết để truyền internet băng thông cao xuống những khu vực rộng lớn. Các khinh khí cầu và UAV thử nghiệm trước đó chủ yếu dựa vào pin mặt trời – chỉ tạo ra “vài trăm watt,” theo Deakin.
Ông nói rằng nền tảng HAPS của công ty – một máy bay tự hành tên Stratomast – sẽ chạy bằng hydro lỏng. Nhờ đó, nó có thể lơ lửng trong sáu ngày ở độ cao 18 km và tạo đủ điện để vận hành một ăng-ten mảng pha kích thước 3×3 mét có thể kết nối đồng thời 500.000 người dùng trên mặt đất. Sau sáu ngày, một máy bay khác sẽ thay ca trong khi chiếc đầu tiên quay về nạp nhiên liệu.
Deakin cho biết người dùng sẽ nhận được tốc độ 200 Mbps trực tiếp vào điện thoại thông minh từ Stratomast. Đây là bước nhảy vọt so với dịch vụ kết nối trực tiếp hiện tại của Starlink, chỉ đạt khoảng 17 Mbps và mới chỉ hỗ trợ nhắn tin khẩn cấp. Ngay cả AST SpaceMobile – đơn vị đang xây dựng chùm vệ tinh với các ăng-ten khổng lồ để phát internet trực tiếp xuống điện thoại – cũng chỉ duy trì được khoảng 21 Mbps.
“Khi Stratomast bay trên trời, tất cả những vệ tinh cũ kia sẽ được đưa vào bảo tàng,” Deakin nói.
Stratomast nặng 4 tấn, làm từ sợi carbon siêu nhẹ, có sải cánh 56 mét – tương đương máy bay Boeing 787 nặng 120 tấn. Một chiếc Stratomast có thể phủ vùng diện tích 15.000 km². Với phạm vi đó, toàn bộ Scotland chỉ cần chín nền tảng Stratomast. World Mobile Stratospheric ước tính chi phí vận hành hệ thống khoảng 40 triệu bảng (tương đương 52 triệu USD) mỗi năm, cho phép cung cấp 200 Mbps cho 5,5 triệu dân Scotland với giá thành khoảng 60 xu mỗi người mỗi tháng.
“Như vậy là đủ cho TV, internet máy tính – mọi thứ…,” Gregory Gottlieb, phụ trách nền tảng hàng không của World Mobile, nói với Space.com.
Trong khi đó, gói Starlink rẻ nhất – chỉ áp dụng ở các khu vực nhu cầu thấp – hiện có giá 40 USD mỗi tháng. Và giá chỉ là một phần bất lợi của các chum vệ tinh. Để kết nối với vệ tinh Starlink, người dùng phải mua thiết bị thu chuyên dụng. Mặc dù tốc độ tải xuống của Starlink có thể đạt 250 Mbps, băng thông sẽ giảm khi số lượng người dùng tăng. Chẳng hạn, binh sĩ trên tiền tuyến ở miền đông Ukraine phàn nàn rằng hạn chế băng thông khiến họ khó vận hành robot mặt đất, do nhiều thiết bị chỉ đạt khoảng 10 Mbps.
“Không có chùm vệ tinh nào có thể phục vụ quá một người trên mỗi km²,” Mikkel Frandsen, nhà sáng lập kiêm CEO của Sceye – một nhà phát triển HAPS khác có trụ sở tại New Mexico – nói với Space.com. “Đó là mức tối đa.”
Sceye, thành lập năm 2014, đã phát triển một nền tảng HAPS dạng khí cầu chạy bằng năng lượng mặt trời và đã hoàn thành nhiều chuyến bay thử nghiệm thành công. Vào tháng 8 năm ngoái, khí cầu của Sceye trở thành nền tảng tầng bình lưu đầu tiên vượt qua được một đêm trong tầng bình lưu mà không bị hạ độ cao sau khi mặt trời lặn, đồng thời giữ được vị trí cố định phía trên một điểm trên Trái đất. Theo Frandsen, tình trạng trôi dạt và khó khăn trong việc giữ vị trí là một trong những vấn đề dẫn đến sự kết thúc của dự án Google Loon.
Tháng 6 vừa qua, Sceye nhận được khoản “đầu tư chiến lược” từ SoftBank – nhà mạng viễn thông Nhật Bản, đơn vị kỳ vọng công nghệ này sẽ giúp họ cung cấp kết nối thế hệ mới cho người dùng ở những khu vực kết nối kém nhất. Sceye cũng vừa giành được hợp đồng với NASA để mang theo các thiết bị quan sát Trái đất.
Frandsen cho biết Sceye không muốn cạnh tranh với các nhà cung cấp internet vệ tinh, nhưng tin rằng ngay cả khi được triển khai đầy đủ, các chùm vệ tinh cũng sẽ không thể đáp ứng nhu cầu kết nối toàn cầu.
“Tất cả các chùm vệ tinh, kể cả khi gộp lại, cũng chỉ đáp ứng được một phần rất nhỏ nhu cầu kết nối toàn cầu,” ông nói. “Họ sẽ làm ăn ổn với mức giá họ đang thu, nhưng họ sẽ không thể phục vụ hàng tỷ người. Không gian không mở rộng dễ dàng đến vậy. Họ sẽ chỉ phục vụ được hàng triệu người.”
Các chùm vệ tinh LEO như Starlink của SpaceX bay ở độ cao vài trăm kilômét so với bề mặt Trái đất. Trong 5 năm qua, chúng đã thay thế các vệ tinh địa tĩnh – bay ở độ cao 35.786 km – trở thành công nghệ chủ đạo để cung cấp internet từ không gian.
Tuy nhiên sự gia tăng số lượng vệ tinh khiến các chuyên gia lo ngại về tính bền vững của không gian. Càng nhiều vật thể bay quanh Trái đất, nguy cơ va chạm tạo ra vô số mảnh vỡ nguy hiểm càng cao. Ngoài ra, các nhà vật lý khí quyển cũng lo lắng về lượng kim loại ngày càng lớn bị đốt cháy trong khí quyển khi vệ tinh quay trở lại Trái đất.
“HAPS là một lĩnh vực rất thú vị vì theo tôi, ở nhiều khía cạnh, chúng kết hợp được ưu điểm của hệ thống mặt đất và hệ thống vệ tinh — các nền tảng tầm cao nhưng không gặp phải những nhược điểm của vệ tinh,” Deakin nói.
Gottlieb cho rằng HAPS có thể trở thành lựa chọn thay thế tiện lợi, linh hoạt và dễ thay thế cho internet vệ tinh trong bối cảnh căng thẳng địa chính trị gia tăng.
“Có quan điểm cho rằng trong vòng 24 giờ sau khi xảy ra xung đột lớn, quỹ đạo thấp sẽ trở nên không thể sử dụng cho mục đích quân sự,” Gottlieb nói. “Chúng tôi có thể triển khai máy bay gần như ngay lập tức. Chúng tôi có thể linh hoạt về phổ tần được sử dụng và tất cả các loại thiết bị có thể gắn lên nền tảng của mình.”
Nhóm của Deakin bắt đầu phát triển Stratomast từ năm 2019 trong khuôn khổ hợp tác với Deutsche Telekom của Đức. Trong các thử nghiệm tại Đức và Ả Rập Xê Út, họ đã chứng minh hoạt động của công nghệ ăng-ten mới.
Đầu năm nay, công ty được mua lại bởi nhà cung cấp viễn thông Mỹ World Mobile. Gần đây, công ty đã ký hợp tác với nhà mạng Indonesia Protelindo để đưa Stratomast vào thử nghiệm. Hai bên dự kiến tiến hành các chuyến bay thử nghiệm ở độ cao thấp hơn với ăng-ten vào mùa hè năm sau và kỳ vọng bắt đầu thử nghiệm ở tầng bình lưu vào năm 2027.
Trong khi đó, Sceye đang nỗ lực tăng thời gian bay của khí cầu và hy vọng sẽ bắt đầu cung cấp dịch vụ thương mại vào năm 2027.
Hãng Sceye tại New Mexico đang phát triển khí cầu phát kết nối internet từ tầng bình lưu cho khách hàng. Ảnh: Sceye
