Nghiên cứu, phát triển phân hệ xác định và điều khiển tư thế vệ tinh

 Phát triển khoa học vệ tinh

Đây là sản phẩm của đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống mô phỏng xác định và điều khiển tư thế vệ tinh quan sát trái đất có độ chính xác cao".

Thạc sĩ Hùng cho biết phân hệ xác định và điều khiển tư thế (ADCS) là một trong những thành phần quan trọng, phức tạp nhất và có ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của vệ tinh, đặc biệt là loại vệ tinh quan sát Trái Đất.

ADCS bao gồm hai chức năng chính, thứ nhất là xác định tư thế, được thực hiện thông qua thuật toán xử lý thông tin đầu vào từ những cảm biến gắn trên vệ tinh, như gyroscope/IMU, cảm biến sao, cảm biến mặt trời,... Dữ liệu đầu ra không chỉ là thông tin về tư thế của vệ tinh mà còn là các sai số dịch chuyển. Thứ hai là việc điều khiển thay đổi tư thế vệ tinh dựa trên dữ liệu tư thế hiện tại. Chính vì thế, độ chính xác của dữ liệu tư thế sẽ quyết định đến chất lượng của bài toán điều khiển chỉ hướng trên vệ tinh.

Với vai trò quan trọng của ADCS, việc làm chủ công nghệ ADCS có ý nghĩa rất lớn đối với việc phát triển vệ tinh tại Việt Nam, đặc biệt là dòng vệ tinh quan sát Trái Đất hoặc thử nghiệm công nghệ. Do đặc trưng cơ bản của ADCS là hoạt động môi trường không gian, không trọng lượng và không ma sát, quá trình tiếp cận nghiên cứu và làm chủ công nghệ này có sự khác biệt ngay trong giai đoạn thiết kế, chế tạo, thử nghiệm hoạt động dưới mặt đất, luôn tồn tại yếu tố trọng lực và lực ma sát. Chính vì vậy, Trung tâm Vũ trụ Việt Nam đã lựa chọn phương án tiếp cận theo từng phân đoạn và kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn, đảm bảo việc làm chủ công nghệ một cách đầy đủ và trọn vẹn.

Thứ nhất, tìm hiểu, nghiên cứu về lý thuyết, mô hình hoá, mô phỏng hoạt động thuật toán xác định và điều khiển tư thế trên máy tính.

Thứ hai, phát triển mô hình ADCS thật và thử nghiệm trong điều kiện giả lập dưới mặt đất.

Thứ ba, phát triển phân hệ ADCS cho vệ tinh và thử nghiệm hoạt động trong môi trường không gian.

Trong phân đoạn 2, việc thử nghiệm được tiến hành với một hệ thống mô phỏng chuyên dụng, cho phép giả lập lại môi trường gần giống môi trường không gian, giảm thiểu ma sát và loại bỏ ảnh hưởng của trọng lượng. Khi đó, việc kiểm tra hoạt động của mô hình ADCS mới đảm bảo được những đánh giá đúng về tính ổn định, độ chính xác trong kết quả xác định tư thế và điều khiển chỉ hướng.

Đây là một hướng nghiên cứu được đánh giá có nhiều thách thức về mặt công nghệ, đặc biệt là trong điều kiện mặt bằng công nghệ của nước nhà còn nhiều hạn chế

Tính đến thời điểm hiện tại, thạc sĩ Hùng cho biết công nghệ ADCS đang tiếp tục được quan tâm nghiên cứu tại Trung tâm Vũ trụ Việt Nam, và đang ở phân đoạn thứ ba. Trung tâm đang gấp rút hoàn thiện vệ tinh NanoDragon, có tích hợp phân hệ ADCS, trong khuôn khổ đề tài "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm vệ tinh lớp nano" thuộc Chương trình Công nghệ Vũ trụ, thực hiện giai đoạn 2017-2020. Với kế hoạch phóng NanoDragon trong thời gian tới, hoạt động phân hệ ADCS sẽ được thử nghiệm và đánh giá trong điều kiện thực tế trên quỹ đạo.

Xu thế nghiên cứu

Cùng với sự thu nhỏ kích thước của ADCS tích hợp được trên vệ tinh nhỏ, việc ứng dụng những công nghệ, giải pháp kỹ thuật mới vào trong thiết bị thuộc ADCS được đẩy mạnh thông qua phóng các vệ tinh thử nghiệm công nghệ. Đây là xu thế chủ đạo trong nghiên cứu và phát triển ADCS trong những năm tới. Bên cạnh đó, một số vấn đề kỹ thuật có tính hệ thống cũng sẽ được quan tâm cải thiện, như vấn đề sai lệch do căn chỉnh, tính linh hoạt, khả năng dự phòng.

Với việc xác định ADCS là một trong những công nghệ cần phải tiếp cận và làm chủ trong lĩnh vực công nghệ vệ tinh, Trung tâm Vũ trụ Việt Nam định hướng tiếp tục thực hiện những nghiên cứu về ADCS trong những năm tiếp theo bao gồm những nét chính như: 

- Tiếp tục hoạt động thử nghiệm phân hệ ADCS trong không gian ở mức chuyên sâu hơn, trên cơ sở kế thừa các kết quả đã và sẽ đạt được từ việc vận hành hai vệ tinh MicroDragon và NanoDragon và cập nhật những xu hướng nghiên cứu mới về ADCS;

- Tiếp tục hoàn thiện năng lực thử nghiệm ADCS trong điều kiện giả lập ở dưới mặt đất, như mở rộng thêm tính năng giả lập về bản đồ sao; thực hiện chuyển giao công nghệ về hệ thống giả lập môi trường phục vụ thử nghiệm ADCS cho những đơn vị nghiên cứu có nhu cầu ở trong và ngoài nước;

- Phát triển các bộ công cụ thực hành liên quan đến công nghệ ADCS dưới dạng các sản phẩm thương mại, định hướng cung cấp cho các trường đại học có chuyên ngành đào tạo về công nghệ vũ trụ.

Trong tương lai, Thạc sĩ Hùng cho rằng cần thúc đẩy hướng nghiên cứu mới có liên quan đến ADCS và đang được thế giới quan tâm dựa trên sự kết hợp của những nhóm nghiên cứu mạnh trong nước, ví dụ ứng dụng vật liệu mới cho pin mặt trời, hệ chuyên gia.

Khánh Chi