VNREDSat-1A là dự án vệ tinh quan sát trái đất của Viện Công nghệ Vũ trụ (STI) - Viện Hàn lâm Khoa học & Công Nghệ Việt Nam (VAST), được tài trợ bởi Bộ Khoa học & Công nghệ Việt Nam (MOST). Vào tháng 8 năm 2010, một bản hợp đồng về việc phát triển VNREDSat-1 (Bao gồm cả vệ tinh và trạm mặt đất) được giao cho công ty EADS Astrium SAS (Pháp).

Hình 1: Hình minh họa vệ tinh VNREDSat-1 (Ảnh: EADS Astrium)

Bản hợp đồng dựa trên thỏa thuận liên chính phủ về hợp tác không gian giữa Pháp và Việt Nam ký kết tháng 9 năm 2009, trong đó chính phủ Pháp khẳng định cam kết xây dựng quan hệ đối tác chặt chẽ hơn với chính phủ Việt Nam về khoa học và công nghệ.

Chương trình này bắt nguồn từ sáng kiến của chính phủ Việt Nam nhằm tạo ra cơ sở hạ tầng không gian cho phép giám sát và nghiên cứu tốt hơn về ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, dự báo và đưa ra các biện pháp phòng chống thiên tai, tối ưu hóa việc quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên. Tổng quát hơn, chương trình này cho phép Việt Nam nâng cao kiến thức trong lĩnh vực công nghệ vũ trụ và hưởng lợi từ sự tăng trưởng kinh tế và sự phát triển của công nghệ để tạo ra nhiều cơ hội việc làm mới.

Viện Công nghệ Vũ trụ là cơ quan quốc gia chịu trách nhiệm thiết lập chương trình không gian quan sát Trái Đất của Việt Nam.

Hình ảnh đoàn đại biểu VAST và học viên STI của dự án VNREDSat-1 tại Astrium, Toulouse, 2011

Hệ thống không gian bao gồm một vệ tinh quag học có khả năng chụp ảnh với độ phân giải lên đến 2.5m, Trung tâm điều khiển mặt đất, trạm thu nhận và xử lý ảnh, cùng với sự hợp tác và chương trình đào tạo cho các kỹ sư Việt Nam. Vệ tinh được chế tạo tại Touloise bởi đội ngũ gồm các nhà khoa học của Astrium và 15 kỹ sư đến từ Việt Nam.

Mục tiêu của chương trình đào tạo là để phát triển khả năng của người Việt nhằm phát triển các dự án vệ tinh nhỏ tại Việt Nam trong tương lai. Vào ngày 15 tháng 8 năm 2011, nhóm nghiên cứu CTT của 15 kỹ sư Việt Nam đã đến Toulouse để bắt đầu chương trình đào tạo.

Vệ tinh VNREDSat-1

VNREDSat-1 là dòng vệ tinh nhỏ sử dụng bus AstroSat-100 của công ty EADS Astrium (một phiên bản tùy chỉnh dựa trên nền tảng Myriade kế thừa từ AlSat-2). Cấu trúc vệ tinh có dạng hình hộp kích thước 60cm x 60cm x 100cm. Hình 2 cho thấy kết cấu cơ khí tổng quan của vệ tinh; cả 4 mặt của vệ tinh đều có thể mở ra trong quá trình lắp ráp, cho phép tiếp xúc dễ dàng tất cả các thiết bị bên trong. Đây là một thiết kế linh hoạt dựa trên kích thước và tải trọng của vệ tinh.

VNREDSat-1 có hệ thống ổn định 3 chiều. Hệ thống cảm biến điều chỉnh tư thế vệ tinh bao gồm cảm biến Mặt Trời, cảm biến Sao, từ trường kế, và thiết bị đo quán tính; Hệ thống truyền động bao gồm 4 bánh xe quán tính (0.12 Nms với mỗi bánh xe), và các mô-men từ. Một máy thu GPS được tích hợp để xác định vị trí và thời gian. Vệ tinh có khả năng dịch chuyển tư thế đến 30º.

Hình 2: Minh họa tổng quát về nền tảng AstroSat-100 và sự sắp đặt cơ khí của các linh kiện bên trong vệ tinh. (Ảnh: EADS Astrium)

Hệ thống cung cấp điện EPS (Electric Power Subsystem) nổi bật với tấm pin Mặt Trời As-Ga công suất 180 W (EOL). Ngoài ra còn có một viên pin Li-ion dung lượng lên dến 15 Ah. Bộ vi xử lý T805 bên trong vệ tinh hoạt động như một máy tính OBC (Onboard Computer). Hệ thống phản lực Hydrazine (N_2 H_4, ΔV = 70 m/s) được dùng cho trường hợp bảo trì trên quỹ đạo. VNREDSat-1 có khối lượng 120 kg. Thời gian hoạt động theo thiết kế là 5 năm.

Hệ thống truyền thông RF: VNREDsat-1 nổi bật với bộ ghi SSR (Solid-State Recorder) với dung lượng 64 Gbit. Thông tin được truyền trong băng tần X với tốc độ tải lên đến 60Mbit/s. Tín hiệu điều khiển và theo dõi từ xa (TT&C – Telemetry, Tracking & Command) hoạt động trên 2 bộ thu phát băng tần S (CCSDS, 20 kbit/s TC, 25-384 kbit/s TM).

Hình 3: VNREDSat-1 và các bộ phận (Ảnh: STI - VAST)

Quá trình phóng vệ tinh

VNREDSat-1 được phóng vào ngày 07 tháng 05 năm 2013 cùng với vệ tinh Proba-V của ESA và CNES trên tên lửa đẩy VEGA của Arianespace tại bãi phóng Guiana, Kourou (thuộc Pháp). Sự kiện này cũng đánh dấu lần phóng đầu tiên của tên lửa VEGA. Arianespace và Astrium đã ký hợp đồng phóng vệ tinh quan sát Trái Đất VNREDSat-1A ngày 04 tháng 02 năm 2013, thay mặt cho VAST (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam).

Proba-V được đặt ở vị trí phía trên trong khoang chứa Vespa, và VNREDSat-1 được đặt ở vị trí thấp hơn trong cấu trúc này. Tầng trên của tên lửa đẩy VEGA là module phóng nhiên liệu lỏng với khả năng kích hoạt nhiều lần. VNREDSat-1A được triển khai cuối cùng sau lần tái kích hoạt của module này.

Quỹ đạo của Proba-V: Quỹ đạo đồng bộ Mặt Trời, độ cao 820 km, độ nghiêng 98.8º, LTDN 10:30 h.

Quỹ đạo của VNREDSat-1: Quỹ đạo đồng bộ Mặt Trời, độ cao 665 km, độ nghiêng 98.7º. VNREDSat-1A rời tên lửa đẩy sau 1 giờ 57 phút. ESTCube-1 được phóng ra 3 phút sau đó.

Hiện trạng của dự án

Hình 5: Ảnh chụp sông Hồng đoạn đi qua Hà Nội tại độ phân giải 2.5 m, thu được sau khi phóng vệ tinh 48 giờ.

Ngày 13 tháng 05 năm 2013: Sau khi vào quỹ đạo, vệ tinh bước vào gian đoạn vận hành thử nghiệm. Vệ tinh được bàn giao chính thức cho VAST sau khi kết thúc giai đoạn này. Astrium cung cấp hình ảnh đầu tiên nhận được từ vệ tinh chỉ 48 giờ sau khi phóng.

Ngày 04 tháng 09 năm 2013, hệ thống vệ tinh VNREDSat-1 chính thức được bàn giao cho Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vận hành, khai thác, sử dụng.

Cảm biến bổ sung (NAOMI)

NAOMI (New AstroSat Optical Modular Instrument): được kế thừa từ SPOT-6, AlSat-2 và SSOT, là bộ tạo ảnh kiểu răng lược độ phân giải cao được thiết kế và phát triển bới EADS Astrium SAS: thiết kế chủ yếu dựa trên các thông số của nhiệm vụ và đặc điểm của Detector. Chế độ thời gian trễ TDI (Time Delay Integration) trong băng PAN cho phép giảm kích thước pupil cho GSD (Ground Sample Distance) nhận được. Đường kính pupil không nhỏ hơn để phù hợp với các yêu cầu SNR – có thể đạt được bằng cách tăng số lượng các giai đoạn TDI và chỉ được điều khiển bởi yêu cầu của MTF (Modulation Transfer Function).

Kính viễn vọng được thiết kế gọn gàng theo dạng tổ hợp Korsch. Detector bao gồm một ma trận 7000 pixel trong kênh toàn sắc, và 4 dòng 1750 pixel cho các băng đa phổ. Detetor với những đặc điểm hoàn hảo tăng cường cho công cụ với hiệu suất quang học rất cao.

Kính viễn vọng tổ hợp dạng Korsch bao gồm 3 gương cầu và 2 gương lật.

Hình 6: Minh họa ý tưởng quang học của kính thiên văn Korsch (Ảnh: Astrium)

Chuỗi cảm biến (Detection chain) được làm từ 3 thành phần chính: Bộ cảm biến, Front End Electronics Module (F2EM) và Video Electronics (MEV), là một phần của IEU (Imaging and Electronics Unit). Mặt phẳng tiêu cự PAN+XS là trái tim của chuỗi cảm biến.

Mặt phẳng tiêu cự dựa trên kiến trúc bộ cảm biến hiệu suất cao tùy chỉnh được phát triển bởi E2V cho Astrium (kiến trúc độc quyền). Nó được hưởng lợi từ sự kế thừa và các khả năng có được trong định nghĩa kiến trúc CCD và sự vận hành với các điều kiện tối ưu của tốc độ và hiệu năng. Kết quả của sự tùy biến này cung cấp khả năng tích hợp và hiệu năng cao nhất. Tất cả những ràng buộc chặt chẽ từ việc tối ưu hóa hoạt động và giảm lượng tiêu thụ điện năng giúp cho bộ cảm biến hoạt động với mức tiêu hao chưa đến 1 watt.

Bộ tạo ảnh cung cấp ảnh ở độ phân giải 2.5 m trong PAN và 4 băng đa phổ độ phân giải 10 m GSD. Các thiết bị trong hệ thống quang học đều sử dụng kỹ thuật tiên tiến nhất, chẳng hạn như chất liệu SiC-100 được sử dụng cho các gương và kết cấu của kính viễn vọng, các bộ cảm biến chuyên biệt, hệ thống tái tạo ảnh tối tân.

Gương chính với chất liệu SiC được gắn vào đế bởi 3 thanh kim loại cố định (kế thừa từ FormoSat-2) mang lại khả năng cách nhiệt tốt giữa kính viễn vọng và gương chính. Các gương thứ cấp và gương lật cũng được làm từ SiC và được gắn vào bởi một chân kim loại kết hợp. Kiểu gắn kết này một mặt giúp giảm thiểu các bề mặt tiếp xúc, mặt khác đem lại sự bảo đảm cách nhiệt với các bộ phận còn lại, góp phần đơn giản hóa sự tích hợp và cải thiện sự ổn định tổng thể.
MEV (Module Electronique Video) là phần backend của các thiết bị cảm biến NAOMI. MEV cung cấp cho F2EM nguồn điện chính và các bộ đếm cần thiết cho các hoạt động front-end. Tín hiệu video từ F2EM được tiếp nhận, hợp thức hóa và chuyển đổi số hóa thành 12 bit trong MEV. Dữ liệu kết quả được làm tròn xuống còn 10 bit hữu ích, sau đó được chuyển sang các chức năng kỹ thuật số của NIEU (NAOMI Imaging and Electronics Unit) để xử lý theo thời gian thực và lưu lại trong bộ nhớ dành cho việc tải về sau này.

Hình 7: Cấu trúc mặt phẳng tiêu cự PAN+XS (Ảnh: EADS Astrium).

Mặt phẳng tiêu cự chứa các bộ cảm biến, bộ lọc và các thiết bị điện tử front-end. Tất cả những chi tiết này được thiết kế để thích ứng với khả năng triển khai nhiều module.

Hình 8: Bộ cảm biến (Ảnh: EADS Astrium)

Cấu trúc cơ khí của NAOMI bao gồm 3 phần chủ yếu: 1 đế, một ống hình trụ với spider cố định cho gương thứ cấp, và mặt phẳng tiêu cự. Cấu trúc này cũng hỗ trợ cách nhiệt nhiều lớp - thermal MLI (Multi Layer Insulation).

Hình 9: Tổng quan về chuỗi cảm biến NAOMI (Ảnh: EADS Astrium SAS)

Hình 10: Phổ đáp ứng của bộ lọc quang học (Ảnh: EADS Astrium SAS)

Hình 11: Cấu trúc cơ khí của NAOMI (Ảnh: EADS Astrium SAS)

Phân đoạn mặt đất

Cài đặt cho phân đoạn mặt đất (Cung cấp bởi Astrium):

• Trạm thu tín hiệu băng X tại Trung tâm Viễn thám Quốc gia (Vietnam NRSC). Bộ tài nguyên & Môi trường (MONRE) đang tài trợ cho trạm này.
• Trạm điều khiển băng S đặt tại VAST (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam)

Cấu trúc tổng thể của phân đoạn điều khiển mặt đất của vệ tinh VNREDSat-1 dựa trên một thiết kế hiệu quả và dễ dàng làm chủ, đã được sử dụng và cải tiến trong một số dự án của Astrium, điển hình là phân đoạn mặt đất của các dự án: THEOS (Thailand), AlSat-2 (Algeria), và SSOT (Chile).

Hình 12: Hình ảnh trạm mặt đất tại Trung tâm Viễn thám Quốc gia (trái) và ăng ten thu tín hiệu của trạm (phải). (Ảnh: STI-VAST)

Hình 13: Tổng quan về dự án VNREDSat-1 (Ảnh: STI-VAST)

Tài liệu tham khảo

Bài viết được dịch từ trang web eoportal.org. Trong bài có sử dụng nhiều hình ảnh và số liệu từ nhà sản xuất Astrium và từ Viện Công nghệ Vũ trụ Việt Nam, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Một số thuật ngữ kỹ thuật có thể dịch chưa chính xác, mong các bạn phát hiện và thông báo để bài viết hoàn thiện hơn.

 
Nguồn bài viết: https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/v-w-x-y-z/vnredsat-1

1) "Astrium signs development contract with Vietnam for an Earth observation satellite – VNREDSat-1," EADS Astrium, Aug. 2, 2010, URL: http://www.astrium.eads.net/en/press_centre/astrium-signs-development-contract-with-vietnam-for-an-earth-observation.html
2) "Astrium Signs Development Contract With Vietnam For VNREDSat-1," Space Daily, Aug. 3, 2010, URL: http://www.spacedaily.com/reports/Astrium_Signs_Development_Contract_With-Vietnam_For_VNREDSat_1_999.html

3) Pham Anh Tuan, " Recent Development & Future Space Technology in Vietnam," 14th Session of APRSAF (Asia-Pacific Regional Space Agency Forum), Bangalore, India, November 21-23, 2007, URL: http://www.aprsaf.org/data/aprsaf14_data/day2/P12_SPACE%20TECHNOLOGY-20IN%20VIETNAM.pdf

4) Tran Manh Tuan, "Space Technology in Vietnam: 2008 Country Report," APRSAF-15, Hanoi and HaLong Bay,Vietnam, December 9-12,2008, URL: http://www.aprsaf.org/data/aprsaf15_data/Plenary/day4/CR_Vietnam.pdf

5) Doan Minh Chung, "Space Technology of Vietnam: in 2010 - 2011, Country Report," Proceedings of APRSAF-18 (18th Session of the Asia-Pacific Regional Space Agency Forum), Singapore, Dec. 6-9, 2011, URL: http://www.aprsaf.org/annual_meetings/aprsaf18/pdf/program/day3/14_Country-20report_VIETNAM_2011.pdf

6) Doan Minh Chung, Nguyen Khoa Son, "Vietnam Space Technology Development and Applications," Sept. 16, 2011, URL: http://www.sti.vast.ac.vn/presentations/Keynote%20speech%20CHUNG.pdf

7) "Pham Anh Tuan, "Recent Development of Space Technology in Vietnam," URL: http://www.smi-online.co.uk/_Media/docs/PhamAnhTuan.pdf

8) Doan Minh Chung, "Space Technology Development of Vietnam in 2011-2012," APRSAF-19 (Asia Pacific Regional Space Agency Forum), Kuala Lumpur, Malaysia, Dec. 11-14, 2012, URL: http://www.aprsaf.org/annual_meetings/aprsaf19/pdf/program/day3/13_Country-20report_VIETNAM.pdf

9) Charles Koeck, Didier Radola, "AstroSAT 100 : Microsatellite solution for high resolution remote sensing systems," Proceedings of IAC 2011 (62nd International Astronautical Congress), Cape Town, South Africa, Oct. 3-7, 2011, paper: IAC-11-B4.4.4

10) "ESA's Vega launcher scores new success with PROBA-V," ESA press release No 12-2013, May 7, 2013, URL: http://www.esa.int/For_Media/Press_Releases/ESA_s_Vega_launcher_scores-new_success_with_Proba-V

11) "Arianespace to launch VNREDSat-1A built by Astrium for Vietnam," Arianespace Press Release, January 4, 2013, URL: http://www.arianespace.com/news-press-release/2013/1-4-2013-VNREDSat-1A-contract.asp

12) "VNREDSat-1 successfully launched into orbit," VAST, May 21, 2013, URL: http://www.vast.ac.vn/en/index.php?option=com_content&view=article&id=1230:vnredsat-1-successfully-launched-into-orbit&catid=5:activities&Itemid=18

13) Stephen Clark, "Vietnamese satellite booked for second Vega launch," Spaceflight Now, January 4, 2013, URL: http://www.spaceflightnow.com/news/n1301/04vnredsat1a/#.UOwGWpGQk9Y

14) "Vega Research and Technology Accompaniment (VERTA) Programme Extension 2011-2012," URL: http://esamultimedia.esa.int/docs/MinisterialCouncil/MC-VERTA_1811.pdf

15) "Arianespace to launch VNREDSat-1A built by Astrium for Vietnam," Space Travel, January 08,2013, URL: http://www.space-travel.com/reports/Arianespace_to_launch_VNREDSat_1A_built_by_Astrium_for-Vietnam_999.html

16) Doan Minh Chung, Director STI and VAST, "Space Technology Development in Vietnam 2014-2015," APRSAF-22/Vietnam Country Report, APRSAF-22 (Asia-Pacific Regional Space Agency Forum), Bali, Indonesia, December 1-4, 2015, URL: http://www.aprsaf.org/annual_meetings/aprsaf22/pdf/program/plenary/D3_1500-Vietnam.pdf

17) Doan Minh Chung, "Space technology development in Vietnam 2014," The 21st Session of the Asia-Pacific Regional Space Agency Forum (APRSAF-21), Tokyo, Japan, December 2-5, 2014, STWG (Space Technology Working Group), URL: http://www.aprsaf.org/annual_meetings/aprsaf21/pdf/program/plenary/d3_1340-13_vietnam.pdf

18) Tuyet Nhung, "VNREDSat-1 orbit second adjusted to avoid collision," VAST, October 2, 2014, URL: http://www.vast.ac.vn/en/news/science-and-technology-news/1665-vnredsat-1-orbit-second-adjusted-to-avoid-collision

19) Tuyet Nhung, "VNREDSat-1 urgent orbit adjustment to avoid collision with object," VAST, Sept. 29, 2014, URL: http://www.vast.ac.vn/en/news/science-and-technology-news/1664-vnredsat-1-urgent-orbit-adjustment-to-avoid-collision-with-object

20) "A First for Belgium: Commercial Contract for the Supply of a Satellite Signed SPACEBEL to Vietnam," SPACEBEL, Jan. 21, 2014, URL: http://www.spacebel.be/a-first-for-belgium-commercial-contract-for-the-supply-of-a-satellite-signed-spacebel-to-vietnam/

21) "2013, successful year for VNREDSat-1 Project," VAST, March 28, 2014, URL: http://www.vast.ac.vn/en/news/science-and-technology-news/1638-2013-successful-year-for-vnredsat-1-project

22) "Successful image capture and processing of VNREDSAT1," Feb. 27, 2014, URL: http://www.vietnambreakingnews.com/2014/02/successful-image-capture-and-processing-of-vnredsat1/#.Uz-LyaKegkA

23) "Vietnam actively operates VNREDSat -1," Vietnam Breaking News, Dec. 12, 2013, URL: http://www.vietnambreakingnews.com/2013/12/vietnam-actively-operates-vnredsat-1/#.UsaDWfuFf_o

24) "VNREDSat-1 satellite system handover ceremony," VAST, Sept. 16, 2013, URL: http://www.vast.ac.vn/en/news/activities/1537-vnredsat-1-satellite-system-handover-ceremony

25) "Several photos from VNREDSat-1 satellite," VAST, June 10, 2013, URL: http://www.vast.ac.vn/en/index.php?option=com_content&view=article&id=1234:several-photos-from-vnredsat-1-satellite&catid=28:national-science-and-technogory-news&Itemid=34

26) "First VNREDSat-1 images," Astrium, May 13, 2013, URL: http://www.astrium.eads.net/en/news2/first-vnredsat-1-images.html

27) http://www.vast.ac.vn/en/index.php?option=com_content&view=article&id=1234:several-photos-from-vnredsat-1-satellite&catid=28:national-science-and-technogory-news&Itemid=34

28) Eric Maliet, Laure Brooker, Dominique Pawlak, "Global High Resolution Imaging for new Markets," Proceedings of the 59th IAC (International Astronautical Congress), Glasgow, Scotland, UK, Sept. 29 to Oct. 3, 2008, IAC-08-B1.2.7

29) P. Luquet, A. Chikouche, A. B Benbouzid, J. J. Arnoux, E. Chinal, C Massol, P. Rouchit(1), S. de Zotti, "NAOMI instrument: a product line of compact & versatile cameras designed for high resolution missions in Earth observation," Proceedings of the 7th ICSO (International Conference on Space Optics) 2008, Toulouse, France, Oct. 14-17, 2008

30) Information provided by Hervé Lambert of EADS Astrium SAS, Toulouse, France

31) "e2v image sensors launched into space on board Vietnam's first optical Earth observation satellite," Space Daily, May 14, 2013, URL: http://www.spacedaily.com/reports/e2v_image_sensors_launched_into_space_on-board_Vietnams_first_optical_Earth_observation_satellite_999.html

32) Trong Tuyen Bui, Minh Tuan Pham, "VNREDSat-1 Vietnam's first earth observation satellite system," Sept. 19, 2012, URL: http://www.asiageospatialforum.org/2012/proceeding/bui%20trong%20Tuyen.pps

33) Doan Minh Chung, "Space Technology Development of Vietnam in 2011-2012," Proceedings of APRSAF-19 (The 19th Session of the Asia-Pacific Regional Space Agency Forum), Kuala Lumpur, Malaysia, December 11-14, 2012, URL: http://www.aprsaf.org/annual_meetings/aprsaf19/pdf/program/day3/13_Country-20report_VIETNAM.pdf

34) Jean-Michel Dussauze, Alain Gevert, Jacques Troillard, "AstroTerra Control Ground Segment: Cost reduction through automation and product line," Proceedings of the SpaceOps 2010 Conference, Huntsville, ALA, USA, April 25-30, 2010, paper: AIAA 2010-1916

35) Jean-Michel Dussauze, Gérard Feltrin, Jacques Troillard, "AstroTerra Control Ground Segment: Operations concept and implementation," Proceedings of SpaceOps 2012, The 12th International Conference on Space Operations, Stockholm, Sweden, June 11-15, 2012

36) Nguyen Khoa Son, "Space Technology in Vietnam: 2010 Country Report," APRSAF-17 (17th Session of the Asia-Pacific Regional Space Agency Forum), Melbourne, Australia, Nov. 23-26, 2010, URL: http://www.aprsaf.org/data/aprsaf17_data/D3-1330_N_Khoa_Son.pdf