Công nghệ định vị trên máy bay

Thực trạng của công nghệ định vị máy bay
Để xác định vị trí của các máy bay đang lưu thông trên không, các máy bay thương mại hiện nay đều được trang bị các bộ phận nhận/phát tín hiệu từ buồng lái. Bộ phận này được gọi là bộ tiếp sóng (transponder) giúp tự động truyền tín hiệu về tình trạng của máy bay như độ cao, mã số máy bay về mặt đất.

Những tín hiệu nhận được từ bộ tiếp sóng này được đài kiểm soát không lưu ở mặt đất kết hợp với tín hiệu thu được từ radar để xác định vị trí, hướng bay và tốc độ của máy bay đang lưu thông trên không trung.

Bên cạnh đó, trung tâm kiểm soát không lưu từ mặt đất cũng có thể xác định được vị trí và tình trạng của máy bay dựa trên tín hiệu thu được từ các trạm radar dưới mặt đất. Việc giám sát vị trí theo cách “cổ điển” này có thể được áp dụng trong trường hợp bộ tiếp sóng ngưng gửi tín hiệu vì nhiều lý do như bị tắt, hỏng hóc…

Tuy nhiên, cách giám sát máy bay bằng tín hiệu radar còn nhiều hạn chế và tình trạng mất tín hiệu radar không phải là chuyện hiếm gặp trong ngành hành không. Nguyên nhân là radar dưới mặt đất chỉ bao quát một vùng khoảng 240 km tính từ bờ biển. Nên khi máy bay đi qua đại dương, tín hiệu radar bị gián đoạn nên việc định vị rất khó khăn. Hiện tại để khắc phục tình trạng này các máy bay giữ liên lạc với mặt đất nhờ radio tần số cao.

Để khắc phục hạn chế của radar truyền thống, mới đây, các nhà khoa học của Ý đã phát minh ra hệ thống radar quang tử (photonic radar) giúp theo dõi dấu vết máy bay với độ chính xác cao hơn. Công nghệ định vị GPS có thể sử dụng để xác định vị trí máy bay cũng như gửi các dữ liệu như video, hình ảnh về mặt đất.

Khác với các hệ thống radar hiện nay, radar quang tử không gửi tín hiệu qua tần số vô tuyến (RF) mà sử dụng thiết bị laser làm việc này. Các tín hiệu radar do thiết bị laser tạo ra được xử lý bởi bộ phận lượng tử ánh sáng (light-based system) và cuối cùng chuyển đổi thành sóng kỹ thuật số. Tín hiệu này được tạo ra sẽ ít tiếng ồn và có mức ổn định cao hơn so với tín hiệu radar truyền thống. Ngoài ra, bộ phận lượng tử ánh sáng có thể quét và gửi tín hiệu ở nhiều tần số khác nhau nên khắc phục được hạn chế của radar truyền thống là chỉ hoạt động ở phạm vi tần số hẹp. Nhờ đó, việc xác định vị trí máy bay trên bầu trời cũng sẽ chính xác hơn.

Dù có nhiều ưu điểm như vậy nhưng việc áp dụng rộng rãi công nghệ radar quang tử sẽ cần nhiều thời gian hơn nữa. Hy vọng sự mất tích không để lại bất cứ dấu vết đáng giá nào của chiếc máy bay MH370 vừa qua sẽ thúc đẩy thêm sự phổ biến của công nghệ giám sát máy bay mới.

Bộ tiếp sóng được đặt ở buồng điều khiển máy bay

Theo dõi máy bay bằng radar như thế nào? Trạm kiểm soát không lưu (Air traffic control) sẽ có nhiệm vụ giám sát không phận thông qua hai hệ thống radar: sơ cấp và thứ cấp. Việc giám sát này được thực hiện đúng theo chuẩn quốc tế. Cụ thể như sau: - Trước tiên, radar sơ cấp (primary radar) phát tín hiệu vô tuyến và ghi nhận âm thanh phản hồi từ các vật thể trên không trung. Do radar sơ cấp là phiên bản mới nhất của radar được phát triển trong những năm 1930, nên nó chỉ có thể xác định vị trí ước lượng của máy bay dựa trên tín hiệu vô tuyến phản xạ.  - Radar thứ cấp liên tục quét và yêu cầu yêu cầu hệ thống truyền phát tín hiệu trên máy bay gửi thông tin phản hồi về độ cao và mã số máy bay.

Sơ đồ mô phỏng quá trình nhận tín hiệu và phát tín hiệu từ trạm kiểm soát không lưu và máy bay. Ảnh: BBC

Công nghệ định vị GPS ít áp dụng
Ngoài cách theo dõi vị trí và tình trạng máy bay dựa trên bộ tiếp sóng và radar, hiện nay còn có nhiều cách khác nữa. Tuy nhiên, việc áp dụng các công nghệ mới này hiện nay chưa nhiều và chậm vì nhiều lý do, trong đó có vấn đề chi phí.

Một trong những công nghệ định vị trên thế giới hiện nay đang rất phổ biến, thậm chí nó còn được áp dụng rộng rãi trên mọi thiết bị di động như máy tính bảng, smartphone… Là công nghệ dựa trên hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System). Tuy nhiên, thực tế đáng buồn là không phải máy bay nào cũng được trang bị GPS. Bên cạnh đó, một số chuyên gia hàng không cho rằng việc áp dụng máy định vị GPS dù khả thi nhưng rất có thể thiết bị này sẽ hỏng hoặc không dùng được trên máy bay.

Thực tế hiện nay cho thấy, việc trang bị GPS trên máy bay giúp phi công xác định được vị trí hiện tại của họ trên không trung. Nhưng dữ liệu thu được này lại không thể chia sẻ được với các trạm kiểm soát không lưu. Hiện có một cách giúp những dữ liệu GPS thu được có thể được khai thác thông qua các vệ tinh kiểm soát các chuyến bay. Tuy nhiên, cách này rất tốn kém và hiện chỉ có một số mẫu máy bay hiện đại mới có được khả năng này. Cách này chỉ có thể áp dụng trong những khu vực ngoài tầm hoạt động của radar.

Các cơ quan hàng không trên thế giới đang bắt đầu thực hiện kế hoạch bổ sung radar sử dụng công nghệ GPS. Khi sử dụng radar dạng này, những dữ liệu về vị trí của máy bay sẽ được chính máy bay tự động truyền về. Tuy nhiên, phải mất đến hơn 10 năm thì công nghệ này mới được áp dụng rộng rãi. Tham khảo thêm bài viết “Định vị máy bay mất tích qua GPS ít được áp dụng” tại địa chỉ: www.pcworld.com.vn/T1234611.

Hệ thống radar quang tử khắc phục được những hạn chế của radar truyền thống.

Mô hình hoạt động của công nghệ ADS-B

Xác định vị trí qua vệ tinh ADS-B

Công nghệ định vị Automatic Dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B – tạm dịch “Giám sát phát sóng phụ thuộc tự động”) hiện được áp dụng trên máy bay cỡ lớn. Thay vì dựa vào xung điện từ của radar (ping radar), ADS - B sử dụng tín hiệu GPS và hệ thống định vị của máy bay để xác định vị trí máy bay và sau đó phát sóng thông tin về trạm kiểm soát. Công nghệ này tỏ ra đặc biệt hữu ích, nhất là trong những khu vực thiếu tín hiệu radar.

Chi tiết hơn, ADS-B bao gồm hai dịch vụ khác nhau là ADS-B Out và ADS-B In. ADS-B Out định kỳ truyền về trạm kiểm soát không lưu những thông tin của máy bay như danh tính, độ cao, tốc độ thông qua một máy phát tích hợp. Đặc biệt, ADS-B Out có khả năng cung cấp thông tin vị trí theo thời gian thực. Trong khi đó, ADS-B In tiếp nhận những dữ liệu FIS-B và TIS-B hay những thông tin ADS-B từ các máy bay gần đó. Công nghệ định vị này dựa trên hai hệ thống thành phần là nguồn định vị GPS và một bộ Datalink. ADS-B có thể hoạt động phổ biến nhất ở tần số 1090 MHz hay 978 MHz.

ADS-B cung cấp nhiều lợi ích cho cả phi công và trạm kiểm soát không lưu, giúp chuyến bay được an toàn và hiệu quả hơn. Cụ thể, nhờ hệ thống ADS-B mà phi công có thể theo dõi được thông tin như độ cao, tốc độ hay khoảng cách của các máy bay xung quanh. Nếu được trang bị UAT ADS-B In thì máy bay có thể nhận được các thông tin về thời tiết thông qua dịch vụ phát sóng thông tin chuyến bay FIS-B (Flight Information Service-Broadcast). Ngoài ra, công nghệ ADS-B còn giúp phi công có thể xem được lớp phủ địa hình ngay trong buồng lái và nhiều thông tin chi tiết khác về chuyến bay.

Với nhiều ưu điểm như vậy, công nghệ ADS-B được dự đoán sẽ thay thế hệ thống dò tìm máy bay bằng radar trong thập niên tiếp theo. Hiện tại, nhiều tàu sân bay Mỹ cũng đã bắt đầu sử dụng công nghệ này. Dự kiến, chính phủ Mỹ sẽ yêu cầu toàn bộ máy bay phải được trang bị một số loại ADS-B trước ngày 1/1/2020.