Mở lối đi mới trên quỹ đạo
Singapore đang chuẩn bị phóng vệ tinh nano đầu tiên tích hợp trí tuệ nhân tạo vào năm 2026, đánh dấu bước ngoặt trong nỗ lực của quốc đảo nhằm trở thành một thế lực cạnh tranh trong nền kinh tế không gian toàn cầu. Tàu vũ trụ nhỏ gọn, có kích thước gần bằng một hộp giày, sẽ được trang bị năng lực điện toán biên tiên tiến, cho phép phân tích hình ảnh và lọc dữ liệu khi bay trên quỹ đạo cách Trái Đất 500 km. Thay vì gửi hình ảnh thô, chưa qua xử lý, vệ tinh chỉ truyền những thông tin thiết yếu về các trạm mặt đất.
Nội dung
Sứ mệnh này là dự án đầu tiên thuộc Chương trình Tiếp cận Không gian của Singapore, một hợp phần quan trọng trong Chương trình Phát triển Công nghệ Không gian quốc gia, được hỗ trợ bởi hơn 200 triệu đô la Singapore (S$) ngân sách chính phủ cam kết kể từ năm 2022. Sáng kiến đánh dấu bước chuyển chiến lược sang các vệ tinh nhỏ hơn, thông minh hơn, có thể xử lý thông tin ngay trên quỹ đạo thay vì chỉ thu thập dữ liệu và phụ thuộc vào năng lực điện toán dưới mặt đất.
Trung tâm Nghiên cứu Vệ tinh thuộc Đại học Công nghệ Nanyang (NTU) chủ trì dự án, phối hợp với công ty công nghệ không gian trong nước Satoro Space để chế tạo vệ tinh nano 3U. Với kích thước chỉ 30 x 10 x 10 cm và trọng lượng dưới 5 kg, tàu vũ trụ theo định dạng CubeSat này hứa hẹn thay đổi cách dữ liệu được truyền giữa không gian và Trái Đất, có tiềm năng chuyển đổi nhiều ứng dụng, từ ứng phó thiên tai đến giám sát môi trường, đồng thời cho thấy năng lực tự chủ kỹ thuật ngày càng tăng của Singapore trong các hệ thống không gian.
Năng lực thông minh đằng sau sứ mệnh
Vệ tinh truyền thống hoạt động gần giống máy ảnh kỹ thuật số có bộ nhớ ngoài: chúng chụp lượng lớn hình ảnh thô rồi truyền toàn bộ dữ liệu về Trái Đất để xử lý. Cách tiếp cận này tạo ra những nút thắt đáng kể, hạn chế hiệu quả vận hành. Vệ tinh ở quỹ đạo Trái Đất tầm thấp chỉ liên lạc được với các trạm mặt đất khoảng 10 phút trong mỗi vòng quỹ đạo kéo dài 100 phút. Trong khi đó, hình ảnh vệ tinh thô có thể tích lũy đến hàng gigabyte mỗi ngày, gây áp lực lên băng thông hạn chế và làm chậm quá trình chuyển từ chụp ảnh sang thu được thông tin có thể hành động.
Vệ tinh tích hợp AI mới giải quyết những hạn chế này bằng điện toán biên, một phương thức đưa quá trình xử lý dữ liệu đến ngay nơi dữ liệu được tạo ra, thay vì gửi thông tin thô đến các máy chủ ở xa. Trí tuệ nhân tạo trên vệ tinh sẽ phân tích hình ảnh theo thời gian thực, phân biệt cảnh bị mây che với cảnh quang đãng, phát hiện các sự kiện khẩn cấp như cháy rừng hoặc tràn dầu, rồi chỉ truyền thông tin hữu ích thay vì những khối dữ liệu khổng lồ.
Giám đốc điều hành Trung tâm Nghiên cứu Vệ tinh Lim Wee Seng giải thích những lợi thế vận hành của phương thức này.
Thay vì gửi mọi thứ về Trái Đất, vệ tinh có thể tự đưa ra quyết định, lọc, phân tích và truyền thông tin chứ không chỉ gửi dữ liệu thô. Điều này giúp giảm đáng kể độ trễ và nâng cao hiệu quả của các hệ thống không gian. Vệ tinh thông minh có thể tự xác định điều gì quan trọng, bảo đảm băng thông quý giá trên không gian được dùng để truyền câu trả lời thay vì nhiễu thông tin.
Tác động thực tế là rất đáng kể. Thay vì truyền xuống hàng trăm megabyte hoặc gigabyte hình ảnh thô, vệ tinh có thể gửi các kết quả gọn nhẹ như tọa độ quan trọng, bản tóm tắt phân tích hình ảnh và một số đoạn ảnh được chọn, tổng dung lượng chỉ vài kilobyte hoặc vài megabyte. Hiệu quả này đặc biệt thiết yếu trong các tình huống cần xử lý nhanh như khắc phục hậu quả động đất hoặc ứng phó thảm họa hàng hải, nơi quyết định nhanh giúp cứu người và tiết kiệm nguồn lực, trong khi thời gian liên lạc vẫn rất ngắn.
Ba dự án đổi mới
Vệ tinh nano AI chỉ là một phần trong sáng kiến gồm ba dự án rộng hơn do NTU công bố trong khuôn khổ Chương trình Tiếp cận Không gian. Mỗi sứ mệnh tập trung vào những lĩnh vực công nghệ riêng, dự kiến phóng hằng năm từ 2026 đến 2028. Ngoài ra còn có một thiết bị tải trọng được đưa lên Trạm Vũ trụ Quốc tế nhằm kiểm chứng công nghệ quang học của Singapore trong môi trường khắc nghiệt khi hoạt động trên quỹ đạo.
Xử lý dữ liệu thông minh và hệ thống năng lượng mới
Sứ mệnh chủ lực năm 2026 kết hợp trí tuệ nhân tạo với công nghệ pin mặt trời thử nghiệm. Ngoài năng lực điện toán biên, vệ tinh sẽ thử nghiệm pin mặt trời perovskite thế hệ mới do Trường Kỹ thuật Điện và Điện tử, Trường Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu của NTU cùng công ty khởi nghiệp trong nước Singfilm phát triển. So với các tấm pin silicon truyền thống, loại pin này có nhiều ưu điểm: chi phí sản xuất thấp hơn, dễ chế tạo hơn và có thể in lên các đế nền linh hoạt, nhẹ, phù hợp với tàu vũ trụ nhỏ, nơi mỗi gram khối lượng đều ảnh hưởng đến chi phí phóng.
Pin mặt trời perovskite sử dụng cấu trúc lai hữu cơ-vô cơ, có thể được sản xuất bằng các kỹ thuật in đơn giản thay vì quy trình nuôi tinh thể tiêu tốn nhiều năng lượng cần thiết để chế tạo pin silicon. Tính linh hoạt trong sản xuất cho phép lắng đọng các vật liệu này lên đế nền nhẹ và dẻo, giảm khối lượng tổng thể của tàu vũ trụ. Thử nghiệm trên quỹ đạo sẽ cung cấp dữ liệu quan trọng về mức độ xuống cấp của vật liệu khi liên tục tiếp xúc với bức xạ và biến động nhiệt độ cực đoan. Đây là thông tin cần thiết trước khi thương mại hóa công nghệ này trong các chòm vệ tinh tương lai.
Chủ tịch Satoro Space Maverick Shih nhấn mạnh giá trị của hợp tác trong nước đối với việc phát triển những năng lực này.
Chúng tôi rất vui khi được tham gia dự án hợp tác với NTU. Sự phối hợp giữa Trung tâm Nghiên cứu Vệ tinh của NTU và SATORO không chỉ giúp chúng tôi xây dựng các giải pháp CubeSat đã được kiểm chứng và đáng tin cậy, mà còn cho phép triển khai dự án ngay tại Singapore cùng SaRC, qua đó giúp các viện nghiên cứu Singapore nhanh chóng phát triển công nghệ không gian tiên tiến.
Thử nghiệm vật liệu và hệ thống đẩy tiên tiến
Dự án thứ hai, dự kiến triển khai vào năm 2028, sẽ đưa lên quỹ đạo một vệ tinh nano 16U lớn hơn, có kích thước 40 x 30 x 30 cm và nặng tối đa 30 kg. Tàu vũ trụ sẽ thử nghiệm động cơ MUlti-Stage Ignition Compact do công ty Aliena, spin-off của NTU, phát triển. Động cơ này dùng điện trường và từ trường để ion hóa khí đẩy rồi gia tốc các ion, tạo lực đẩy hiệu quả. Động cơ MUSIC là loại động cơ đẩy ion có lưới, với hiệu suất nhiên liệu cao hơn tên lửa hóa học. Bằng cách gia tốc ion qua các lưới tĩnh điện, hệ thống đạt xung riêng, một thước đo hiệu quả nhiên liệu, cao gấp nhiều lần các động cơ đẩy thông thường. Hiệu suất này cho phép vệ tinh nhỏ thay đổi quỹ đạo, tránh mảnh vỡ hoặc duy trì vị trí với lượng nhiên liệu đẩy tối thiểu, kéo dài thời gian hoạt động và mở ra những kiểu sứ mệnh trước đây chỉ dành cho tàu vũ trụ lớn hơn.
Tiến sĩ Lim Jian Wei, đồng sáng lập kiêm CEO Aliena, nhấn mạnh nhu cầu ngày càng tăng đối với năng lực này khi mật độ hoạt động trên quỹ đạo tăng lên.
Khi số lượng vệ tinh ở quỹ đạo Trái Đất tầm thấp ngày càng tăng, khả năng cơ động tiên tiến trên quỹ đạo không còn là lựa chọn tùy ý. Năng lực này mở ra những sứ mệnh mới, thiết yếu đối với các ứng dụng không gian mới nổi và là điều kiện bắt buộc để các chòm vệ tinh hoạt động hiệu quả, bền vững.
Vệ tinh cũng mang theo thiết bị phát hiện oxy nguyên tử do Phòng thí nghiệm Temasek của NTU phát triển, nhằm nghiên cứu khả năng chống chịu của vật liệu tiên tiến trước oxy nguyên tử có tính ăn mòn cao ở quỹ đạo Trái Đất rất thấp. Oxy nguyên tử gồm các nguyên tử oxy đơn lẻ, hình thành khi bức xạ cực tím phá vỡ các phân tử oxy ở tầng khí quyển trên cao. Những nguyên tử này phản ứng mạnh với vật liệu tàu vũ trụ, gây xói mòn và xuống cấp. Việc hiểu rõ độ bền của vật liệu trong môi trường này rất quan trọng để thiết kế tàu vũ trụ có tuổi thọ dài, hoạt động ở độ cao thấp hơn, nơi lực cản khí quyển mạnh hơn nhưng độ phân giải quan sát được cải thiện.
Chụp ảnh quang học thế hệ mới
Sáng kiến thứ ba sẽ đưa thiết bị tải trọng chụp ảnh quang-điện tử do Singapore phát triển, mang tên LEOCAM, lên Trạm Vũ trụ Quốc tế vào năm 2027 để kiểm chứng trong sáu tháng. Sử dụng thiết kế quang học ba gương độc đáo thay cho các thấu kính truyền thống, LEOCAM hứa hẹn cung cấp năng lực quan sát Trái Đất độ phân giải cao, với mỗi điểm ảnh ghi lại chi tiết mặt đất nhỏ tới 1 mét. Cách tiếp cận dùng gương giúp giảm quang sai và khối lượng so với hệ thống thấu kính khúc xạ, đồng thời duy trì độ rõ nét của hình ảnh.
Tiến sĩ Phua Poh Boon, Giám đốc Công nghệ của LightHaus Photonics, nêu bật ý nghĩa của dự án đối với sự phát triển ngành công nghiệp trong nước.
Chúng tôi rất hào hứng được thử nghiệm thiết bị tải trọng chụp ảnh quang học trên Trạm Vũ trụ Quốc tế. Đây sẽ là cột mốc quan trọng đối với LightHaus, với tư cách là công ty Singapore đầu tiên chế tạo hệ thống quang học hoạt động trong không gian.
Xây dựng hệ sinh thái không gian quốc gia
Những tiến bộ công nghệ này diễn ra trong bối cảnh thể chế đang thay đổi nhanh chóng, định hình lại cách Singapore quản lý lĩnh vực không gian ngày càng phát triển. Ngày 1 tháng 4 năm 2026, Singapore sẽ chính thức thành lập Cơ quan Không gian Quốc gia Singapore, hợp nhất và mở rộng các chức năng trước đây do Văn phòng Công nghệ và Công nghiệp Không gian đảm nhiệm. Cơ quan mới ra đời khi thị trường không gian toàn cầu được dự báo tăng lên 2,43 nghìn tỷ đô la vào năm 2035, tạo vị thế để quốc đảo nắm bắt giá trị từ nền kinh tế đang mở rộng này.
Ngiam Le Na, được bổ nhiệm làm tổng giám đốc được chỉ định, sẽ lãnh đạo tổ chức. Bà có 25 năm kinh nghiệm phục vụ công chúng, trong đó từng đảm nhiệm các vị trí lãnh đạo tại Phòng thí nghiệm Quốc gia DSO và Cơ quan Khoa học và Công nghệ Quốc phòng. Trước đây, bà đã giám sát việc phát triển vệ tinh quan sát Trái Đất và các giải pháp số phục vụ an ninh quốc gia, cứu trợ thiên tai. Cơ quan này tiếp nhận trách nhiệm quản lý khoản ngân sách nghiên cứu hơn 200 triệu đô la Singapore của Chương trình Phát triển Công nghệ Không gian, đồng thời được giao quyền xây dựng luật không gian quốc gia, điều phối cấp phép và thúc đẩy quan hệ đối tác quốc tế, đặc biệt với các quốc gia không gian mới nổi trong Vành đai Xích đạo và ASEAN.
Hiện lĩnh vực không gian của Singapore có khoảng 70 công ty và 2.000 chuyên gia. Với sự điều phối của NSAS và nguồn tài trợ ổn định, giới chức đặt mục tiêu mở rộng cơ hội trong phân tích không gian địa lý, giám sát khí hậu, giám sát hàng hải và nhận thức tình hình không gian. Cơ quan này cũng sẽ giải quyết những quan ngại ngày càng tăng về rác vũ trụ và nguy cơ va chạm bằng cách phát triển năng lực nhận thức tình hình không gian, nhằm bảo vệ tài sản trong môi trường quỹ đạo ngày càng đông đúc.
Giáo sư Warren Chan, Trưởng khoa Kỹ thuật của NTU, liên hệ nỗ lực của trường đại học với chiến lược quốc gia này.
Chương trình mới phản ánh xu hướng công nghệ không gian đang chuyển dịch theo hướng phát triển nhanh hơn và vận hành thông minh hơn. Với hơn hai thập niên kinh nghiệm, NTU đã xây dựng thành tích vững chắc trong việc cùng phát triển và triển khai công nghệ vệ tinh nhanh chóng, tiết kiệm chi phí. Phát triển năng lực AI trên quỹ đạo giúp giảm phụ thuộc vào xử lý dưới mặt đất và cho phép đưa ra quyết định nhanh chóng, thông minh hơn. Đây là lợi thế chiến lược của Singapore trong quá trình xây dựng hệ sinh thái không gian linh hoạt và cạnh tranh hơn, đồng thời giúp các đối tác sớm đưa đổi mới ra thị trường.
Từ phòng thí nghiệm đến ứng dụng thương mại
Dù các công nghệ được trình diễn trong những sứ mệnh này hứa hẹn mang lại giá trị nghiên cứu tức thời, để thương mại hóa hoàn toàn vẫn cần thêm quá trình phát triển và kiểm chứng. Lim Wee Seng cho biết sẽ mất vài năm để đưa các hệ thống tiên tiến của vệ tinh AI ra thị trường, dù nền tảng mà những thử nghiệm trên quỹ đạo tạo dựng có ý nghĩa thiết yếu trong việc thu hút đầu tư và kiểm chứng hiệu năng trong môi trường không gian thực tế, nơi bức xạ, chân không và các chu kỳ nhiệt tạo ra những thách thức không thể mô phỏng đầy đủ trên Trái Đất.
Singapore tham gia một lĩnh vực mà các năng lực tương tự đã được chứng minh là khả thi. Vệ tinh CubeSat PhiSat-1 của Cơ quan Vũ trụ châu Âu, được phóng khoảng năm 2020, tiên phong ứng dụng máy học trên thiết bị để lọc hình ảnh bị mây che, qua đó chứng minh tính khả thi của điện toán biên trên các vệ tinh nhỏ. Singapore phát triển thêm những năng lực này, đồng thời tích hợp hệ thống năng lượng mới và thúc đẩy năng lực thương mại trong nước thông qua hợp tác giữa trường đại học và doanh nghiệp tư nhân.
Giám sát hàng hải là một lĩnh vực ứng dụng trước mắt mà AI trên thiết bị mang lại lợi thế rõ rệt. Việc theo dõi tuyến hàng hải, phát hiện hoạt động đánh bắt trái phép và giám sát sự cố tràn dầu đòi hỏi phát cảnh báo nhanh chóng. Các hệ thống hiện nay thường chậm đưa ra thông báo quan trọng vì phải chờ trạm mặt đất xử lý dữ liệu thô nhiều giờ sau khi thu thập. Phương thức của Singapore hướng tới cung cấp thông tin hữu ích chỉ vài phút sau khi chụp ảnh, giúp cơ quan chức năng điều động tàu hoặc máy bay ứng phó khi sự việc vẫn đang diễn ra, thay vì chỉ điều tra sau đó.
Tương tự, các ứng dụng giám sát khí hậu được hưởng lợi từ việc truyền dữ liệu có chọn lọc. Theo dõi nạn phá rừng, đánh giá sức khỏe cây trồng hoặc giám sát đảo nhiệt đô thị tạo ra kho hình ảnh khổng lồ, trong đó chỉ những điểm bất thường hoặc thay đổi mới quan trọng đối với các quyết định chính sách tức thời. Khả năng lọc bằng AI bảo đảm các nhóm dưới mặt đất nhận được cảnh báo về khu vực rừng mới bị phát quang hoặc cây trồng bị ảnh hưởng, mà không phải rà soát hàng nghìn hình ảnh thường nhật cho thấy tình hình ổn định. Cách tiếp cận có trọng tâm này giúp giảm chi phí lưu trữ và khối lượng công việc của chuyên viên phân tích, đồng thời rút ngắn thời gian phản ứng trước những thay đổi môi trường.
Điểm chính
- Singapore sẽ phóng vệ tinh nano tích hợp AI đầu tiên vào năm 2026. Vệ tinh có khả năng xử lý và lọc dữ liệu trên quỹ đạo, giảm nút thắt truyền tải và giúp ứng phó khẩn cấp nhanh hơn
- CubeSat 3U do Satoro Space chế tạo và Trung tâm Nghiên cứu Vệ tinh của NTU chủ trì sẽ thử nghiệm AI điện toán biên và pin mặt trời perovskite trong sứ mệnh một năm ở độ cao 500 km
- Hai dự án tiếp theo gồm thử nghiệm hệ thống đẩy năm 2028 với động cơ ion MUSIC của Aliena và sứ mệnh năm 2027 lên Trạm Vũ trụ Quốc tế với thiết bị tải trọng chụp ảnh quang học LEOCAM
- Cơ quan Không gian Quốc gia Singapore sẽ đi vào hoạt động ngày 1 tháng 4 năm 2026, quản lý khoản tài trợ hơn 200 triệu đô la Singapore của Chương trình Phát triển Công nghệ Không gian và xây dựng luật không gian quốc gia
- Các sáng kiến hướng đến thị trường không gian toàn cầu được dự báo đạt 2,43 nghìn tỷ đô la vào năm 2035, với các ứng dụng trước mắt trong ứng phó thiên tai, giám sát hàng hải và theo dõi môi trường
