Khi vệ tinh có ‘bộ não’ riêng

Lâu nay vệ tinh giống như “con rối bị giật dây” vậy. Mọi quyết định quan trọng, từ hướng camera vào đâu, lúc nào kích hoạt động cơ đẩy đến định tuyến tín hiệu đều do nhân viên kĩ thuật dưới mặt đất đưa ra rồi truyền lệnh theo lịch trình đặt sẵn.

Nhưng mô hình đang dần thay đổi, không phải vì không còn hiệu quả mà bởi số lượng vệ tinh trên quỹ đạo tăng vọt. Ngày nay một công ty duy nhất có thể vận hành hàng nghìn vệ tinh cùng lúc, không một đội ngũ nào dưới mặt đất đủ sức giám sát vô số thực thể đang di chuyển này theo thời gian thực.

May mắn là AI đã xuất hiện, đem lại sự thay đổi trên 3 phương diện: cách từng vệ tinh tự ra quyết định, cách mạng lưới vệ tinh phối hợp hoạt động như một tập thể, cách quản lí hệ thống liên lạc do vệ tinh hợp thành.

Vệ tinh tự ra quyết định

Hiện tại vệ tinh có thể tự ra quyết định nhiều hơn thay vì chờ trạm mặt đất truyền lệnh. Khả năng này rất quan trọng do một vấn đề vật lí cơ bản: vệ tinh ở quỹ đạo thấp của Trái đất chỉ duy trì được liên lạc vô tuyến với trạm mặt đất nhất định trong vài phút mỗi lần, và ngay cả vệ tinh địa tĩnh cũng gặp tình trạng trễ tín hiệu hay băng thông hạn chế.

Nếu phải chờ con người phát hiện sự cố, phê duyệt phương án xử lí rồi truyền lệnh, quá trình sẽ mất đến hàng giờ. Trong khi đó trí tuệ nhân tạo tích hợp lên vệ tinh dễ dàng phát hiện nhanh sự vật hay sự việc đáng chú ý (như cháy rừng, tàu thuyền đáng ngờ, lỗi phần cứng) và lập tức tiến hành xử lí.

Phòng thí nghiệm Động cơ đẩy phản lực (JPL) của NASA đang thử nghiệm ý tưởng trên. AI tích hợp mà cơ sở trang bị cho vệ tinh phân tích dữ liệu ngay khi thu thập, sau đó tự quyết định thông tin nào cần lưu giữ, cần xử lí hay bỏ qua.

Phòng nghiên cứu Không quân Mỹ thậm chí còn tiến xa hơn, để một mạng neuron nhân tạo trình diễn điều hướng vệ tinh trên quỹ đạo hoàn toàn chẳng cần con người can thiệp. AI không chỉ quản lí tải trọng mà kiểm soát cả chức năng bay cốt lõi.

Vài vệ tinh quan sát Trái đất được trang bị vi xử lí chuyên dụng tương tự chip của máy tính xách tay, cho phép chúng kết hợp dữ liệu từ nhiều cảm biến khác nhau ngay ngoài không gian rồi gửi kết quả đã xử lí về trạm, thay vì truyền đi lượng lớn dữ liệu thô đòi hỏi nhân viên kĩ thuật phải sàng lọc sau đó.

Vệ tinh phối hợp hoạt động

Khi có hàng trăm thậm chí hàng nghìn vệ tinh cùng hoạt động, một vấn đề mới sẽ nảy sinh: cần khiến chúng vận hành như một tập thể phối hợp nhịp nhàng chứ không phải từng thực thể riêng lẻ. Đây là một trong những lĩnh vực mà AI thể hiện vai trò rõ ràng và thiết thực nhất.

Trí tuệ nhân tạo giúp vệ tinh tránh va chạm. Quỹ đạo Trái đất tầm thấp ngày càng trở nên đông đúc với vô số vệ tinh đang hoạt động cùng rất nhiều mảnh vỡ. Mỗi ngày một nhóm vệ tinh cỡ trung nhận đến vài chục cảnh báo va chạm ở cự li gần, mỗi cảnh báo đều cần quyết định xem có cần di chuyển vệ tinh để tránh va chạm hay không.

Khối lượng công việc khổng lồ như vậy vượt quá khả năng quản lí thủ công của con người, vì vậy không ít đơn vị vận hành tìm đến hệ thống AI biết tiếp nhận dữ liệu theo vết, tính toán nguy cơ va chạm, tự lập kế hoạch và thực hiện thao tác tránh va chạm chẳng cần nhân viên kĩ thuật đồng ý.

Dự án Starling của NASA cùng một số nghiên cứu về khả năng tự chủ ngoài không gian muốn tiến xa hơn: cho phép các vệ tinh nhỏ chia sẻ dữ liệu, phân chia nhiệm vụ quan sát, tự điều chỉnh kế hoạch tổng thể ngay trong quá trình vận hành – giúp nhóm vệ tinh hoạt động nhịp nhàng với tư cách một tổ hợp thống nhất.

AI quản lí hệ thống liên lạc do vệ tinh hợp thành

Cách thức vệ tinh liên lạc với nhau và với trạm mặt đất có tác động lớn đến người dùng phổ thông, bởi đây là yếu tố đảm bảo các dịch vụ như băng thông rộng đạt được tốc độ cao cùng độ tin cậy tốt.

Một nhóm vệ tinh băng thông rộng hiện đại luôn ở trạng thái chuyển động không ngừng, mỗi thực thể có thể đạt vận tốc 27.400 km/giờ. Kết nối giữa vệ tinh với trạm mặt đất liên tục ngắt rồi tái thiết lập, đồng thời nhu cầu về băng thông cũng thay đổi tùy thời điểm trong ngày lẫn vị trí. Việc quyết định vệ tinh nào kết nối trạm mặt đất nào, định tuyến gói dữ liệu ra sao giữa “rừng” vệ tinh trên quỹ đạo, làm sao điều chỉnh chùm sóng vô tuyến của từng vệ tinh để phục vụ khu vực có lưu lượng truy cập cao nhất đều đòi hỏi tính toán liên tục – điều mà phương thức quản lí truyền thống khó lòng đáp ứng.

Do đó các đơn vị vận hành chuyển sang sử dụng nền tảng AI sở hữu khả năng dự đoán mô hình lưu lượng trước hàng giờ, liên tục tối ưu hóa chùm sóng vô tuyến, lộ trình truyền dẫn và quá trình chuyển giao kết nối trên toàn bộ nhóm vệ tinh cùng lúc.

Chẳng hạn SpaceX cho biết công ty sử dụng hệ thống vận hành bằng AI quản lí lưu lượng liên vệ tinh cũng như điều chỉnh mô hình chùm sóng vô tuyến theo thời gian thực khi nhu cầu thay đổi.

Một số kĩ thuật trí tuệ nhân tạo mới hơn như đồ thị hóa mạng lưới vệ tinh nhằm giúp việc định tuyến trở nên nhanh chóng và hiệu quả hơn lúc quy mô tăng cũng đang được ứng dụng.

Tất nhiên AI không thể thay thế con người. Đội ngũ kĩ thuật vẫn là bên thiết lập quy tắc, xem xét tình huống bất thường, can thiệp nếu xảy ra sự cố. Nhưng bản chất công việc đã thay đổi: thay vì phải trực tiếp điều khiển từng vệ tinh, kĩ thuật viên chuyển sang giám sát AI đang tự giải quyết khối lượng công việc đồ sộ với hàng nghìn vệ tinh.