Những công nghệ có thể cứu eo biển Hormuz khỏi biến thành 'vùng chết GPS'

Các quốc gia và cả cá nhân đang triển khai những hệ thống tác chiến điện tử ngày càng tinh vi nhưng có chi phí thấp, chủ yếu nhằm ngăn chặn các cuộc tấn công bằng drone (máy bay không người lái) và vũ khí dẫn đường chính xác. Một số thiết bị gây nhiễu, vốn làm “nhấn chìm” tín hiệu GPS tương đối yếu phát ra từ các vệ tinh cách Trái đất khoảng 19.000 km, có kích thước chỉ nhỏ như điện thoại di động và giá dưới 100 USD.

GPS (Hệ thống Định vị Toàn cầu) là một hệ thống định vị bằng vệ tinh do Bộ Quốc phòng Mỹ phát triển và vận hành, cho phép xác định chính xác vị trí của một điểm ở bất kỳ đâu trên Trái đất.

Trước đây, việc gây nhiễu đã trở nên phổ biến dọc biên giới Nga - Ukraine. Song hiện nay, eo biển Hormuz, tuyến hàng hải vận chuyển khoảng 20% lượng dầu của thế giới, cũng đang bị bao vây bởi các cuộc tấn công điện tử như vậy.

Theo Ami Daniel - Giám đốc điều hành hãng tình báo hàng hải Windward, việc GPS bị vô hiệu hóa là một trong nhiều yếu tố khiến tuyến hàng hải này trở nên nguy hiểm hơn để di chuyển giữa bối cảnh Mỹ đang tiến hành cuộc chiến với Iran.

Việc gây nhiễu GPS tại eo biển Hormuz khiến các tàu chở hàng và tàu chở dầu trong khu vực như đang xuất hiện trên đất liền - Ảnh: WSJ

Tại Bắc Âu, nhiều chuyến bay đã buộc phải quay đầu khi tín hiệu GPS bị gây nhiễu gần các sân bay. Trong một trường hợp, máy bay chở bà Ursula von der Leyen (Chủ tịch Ủy ban châu Âu) đã phải chuyển hướng sang một sân bay khác.

Theo lời khai bằng văn bản gửi Quốc hội Mỹ, tỷ lệ trúng mục tiêu của một loại vũ khí dẫn đường bằng vệ tinh Mỹ đã giảm từ 70% xuống còn 6% tại Ukraine sau khi Nga triển khai gây nhiễu GPS trên diện rộng. Nga và một số quốc gia khác còn sử dụng kỹ thuật spoofing GPS, phát các tín hiệu giả để đánh lừa thiết bị thu.

GPS được Mỹ xây dựng từ thời cuộc chạy đua không gian và phụ thuộc vào những tín hiệu cực kỳ yếu đến mức việc các thiết bị có thể thu được chúng gần như là điều kỳ diệu. Nay, GPS bắt đầu cho thấy dấu hiệu lỗi thời.

Nhiều nhà cung cấp dịch vụ tài chính, viễn thông, hàng không thương mại và các dịch vụ thiết yếu khác đang tìm kiếm những giải pháp thay thế GPS phù hợp. Các kỹ sư đã nghiên cứu một số phương án trong nhiều năm, thậm chí nhiều thập kỷ. Một số công nghệ đã được sử dụng, hoặc đang tiến rất gần tới giai đoạn thương mại hóa rộng rãi.

Thu nhỏ hệ thống dẫn đường tên lửa

Từ rất lâu trước khi Mỹ triển khai chùm 31 vệ tinh GPS bao phủ toàn cầu, Bộ Quốc phòng nước này đã cần một cách đảm bảo rằng tên lửa đạn đạo có thể tìm đúng mục tiêu. Các kỹ sư khi đó đã tìm đến hệ thống định vị quán tính được sử dụng trên các tên lửa đời đầu.

Hệ thống định vị quán tính (INS) là công nghệ định vị không cần tín hiệu bên ngoài như GPS. Thay vào đó, hệ thống định vị quán tính sử dụng các cảm biến bên trong để tính toán vị trí, hướng đi và tốc độ của một vật thể dựa trên chuyển động của chính nó.

Những hệ thống này sử dụng con quay hồi chuyển để đo gia tốc theo mọi hướng và dùng máy tính để tích hợp các thay đổi về vận tốc. Nếu hệ thống biết vị trí ban đầu trên bản đồ và tính đến các yếu tố như gió hay biến số môi trường khác, nó có thể xác định vị trí với độ chính xác khá cao.

Các phiên bản hiện đại đã thay thế con quay vật lý bằng công nghệ quang học. Chúng không thể bị gây nhiễu như GPS, nhưng những hệ thống tốt nhất có thể có giá lên tới hàng triệu USD, nên khách hàng chủ yếu là quân đội hoặc các nhà vận hành đội tàu và đội bay lớn.

Mario Paniccia, Giám đốc điều hành công ty Anello Photonics, muốn biến những hệ thống định vị quán tính cồng kềnh và đắt đỏ này thành các vi mạch đủ rẻ và nhỏ để có thể đặt trong điện thoại.

Bằng cách thay thế sợi quang và laser bằng các linh kiện quang điện tử tích hợp trên chip, Anello Photonics đã thu nhỏ hệ thống này đến mức chưa từng có. Thiết bị thế hệ mới nhất của Anello Photonics có dạng khối lập phương chỉ khoảng 2,5 cm mỗi cạnh và tiêu thụ năng lượng rất thấp đến mức có thể sử dụng trên drone.

Thiết bị SiPhOG của Anello Photonics sử dụng vi mạch thay vì sợi quang hoặc laser để thực hiện định vị quán tính cho thuyền tự hành - Ảnh: WSJ

Cảm nhận từ trường Trái đất

Ngay dưới chân chúng ta tồn tại những thứ dị thường khổng lồ làm biến dạng từ trường Trái đất, chẳng hạn các tảng đá lớn bằng cả Manhattan (quận thuộc thành phố New York, Mỹ), những thiên thạch khổng lồ bị chôn vùi, hoặc mảng vỏ Trái đất hình thành khi cực từ từng bị đảo ngược.

Tại SandboxAQ - công ty cảm biến lượng tử tách ra từ Alphabet (chủ sở hữu Google), Luca Ferrara đang dẫn dắt nhóm phát triển hệ thống giúp tàu biển và máy bay định vị trong các khu vực không có GPS bằng cách phát hiện những dị thường từ trường đặc trưng của Trái đất.

Sử dụng các cảm biến từ trường siêu nhạy dựa trên công nghệ lượng tử, hệ thống có thể đọc từ trường đó giống kim la bàn và đối chiếu những biến thiên này với các bản đồ từ trường đã có sẵn.

Một số công ty khởi nghiệp khác, chẳng hạn Q-CTRL ở Úc, cũng đang phát triển những hệ thống tương tự. Lợi thế của chúng là không thể bị gây nhiễu, nhưng nhược điểm là độ chính xác không cao bằng GPS. Theo Luca Ferrara, điều này vẫn đủ tốt với tàu biển và máy bay, hoặc với vũ khí dẫn đường chỉ cần tiếp cận gần mục tiêu trước khi chuyển sang nhận dạng bằng thị giác máy tính.

Dùng camera quan sát địa hình

Dẫn đường bằng thị giác, đối chiếu những gì camera nhìn thấy với các địa danh trên bản đồ, đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ.

Trong cuộc chiến giữa Nga và Ukraine, việc con người trực tiếp điều khiển drone đang ngày càng được thay thế bằng hệ thống nhận dạng mục tiêu và dẫn đường bằng thị giác dựa trên AI.

Trong số hàng loạt công ty khởi nghiệp ở lĩnh vực này có Vermeer, đặt trụ sở tại quận Brooklyn ở thành phố New York (Mỹ), ban đầu phát triển hệ thống dẫn đường bằng thị giác cho drone quay phim. Khi công việc kinh doanh đó gặp khó khăn vào năm 2019, Brian Streem (người sáng lập Vermeer) đã tình cờ gặp một nhà đầu tư và chuyển hướng sang các ứng dụng quốc phòng. Ông dành phần lớn hai năm qua ở Kyiv (thủ đô Ukraine) và Vermeer đã có một số đơn vị thuộc lực lượng vũ trang Mỹ nằm trong số khách hàng của mình.

Theo Brian Streem, dù tên lửa hành trình đã sử dụng dẫn đường bằng thị giác từ những năm 1950, nhưng năng lực xử lý của máy tính hiện đại khiến các hệ thống mới mạnh mẽ và tiết kiệm năng lượng hơn nhiều. Các thành phần khác cũng được cải thiện. “Dữ liệu bản đồ tốt hơn, độ phân giải camera cao hơn. Mọi thứ đã được nâng cấp gấp nghìn lần để công nghệ này thực sự hoạt động hiệu quả”, ông nói.

Kết hợp nhiều công nghệ

Vấn đề lớn nhất của tất cả giải pháp thay thế là: Khi hoạt động bình thường, GPS vừa phổ biến khắp nơi vừa có độ chính xác rất cao. Không có công nghệ đơn lẻ nào có thể thay thế toàn bộ chức năng của GPS.

Lấy ví dụ hệ thống định vị quán tính. Giống như các thuyền trưởng thời xưa, nếu ước tính hướng đi hoặc tốc độ sai lệch chỉ một chút, điều đó có thể dẫn đến việc định vị ngày càng không chính xác theo thời gian.

Các hệ thống hiện nay trên tàu chở hàng và tàu chở dầu được thiết kế chỉ để thay thế GPS trong tối đa một ngày. “Chúng không được thiết kế để hoạt động mà hoàn toàn không có GPS trong một hoặc hai tuần”, Ami Daniel nói.

Hầu hết chuyên gia đều cho rằng tương lai của định vị không dùng GPS là sự kết hợp của nhiều công cụ bổ trợ lẫn nhau.

Vatn Systems, công ty khởi nghiệp ở bang Rhode Island (Mỹ), chế tạo các phương tiện tự hành dưới nước với kích thước từ loại cầm tay nặng khoảng 23 kg đến loại dài 6 mét nặng hơn 360 kg. Nhiệm vụ của chúng gồm giám sát dưới nước và vận chuyển chất nổ giống ngư lôi.

Vatn Systems đang thử nghiệm hệ thống định vị quán tính của Anello Photonics như một phương pháp giúp tàu ngầm siêu nhỏ của họ di chuyển hàng km dưới nước - nơi GPS không hoạt động - và định vị trên mặt nước ở những khu vực không có tín hiệu GPS.

Theo Nelson Mills - đồng sáng lập Vatn Systems, chìa khóa là tận dụng mọi tín hiệu có sẵn và phù hợp, gồm sonar để tìm mục tiêu và thậm chí cả việc kỹ thuật viên nhập thủ công dữ liệu vị trí khi bắt đầu hành trình của tàu ngầm. Ông nói thêm rằng hệ thống định vị quán tính luôn là nền tảng, nhưng cần được bổ sung bằng các công nghệ khác.

Sonar là công nghệ dùng sóng âm dưới nước để phát hiện, xác định vị trí và đo khoảng cách của vật thể.

Những giải pháp thay thế GPS này sẽ ngày càng nhỏ hơn và rẻ hơn. Tuy nhiên, để được sử dụng rộng rãi trong đời sống dân sự, từ thiết bị điện tử cá nhân, drone giao hàng, xe tự lái cho tới tàu du lịch và máy bay, chúng vẫn phải vượt qua hàng loạt thử nghiệm và quy trình kiểm định khắt khe.

Luca Ferrara cho biết các cảm biến từ của SandboxAQ có thể mất nhiều năm để được cấp phép cho máy bay thương mại. Tuy vậy, các cảm biến từ này có thể được triển khai trong quân đội chỉ sau khoảng 18 tháng.

Như mọi khi, chiến tranh là môi trường thúc đẩy sự phát triển và ứng dụng nhanh chóng của công nghệ mới.

Sơn Vân