Điện thoại vệ tinh: Gọi điện ở nơi không có sóng dễ hay khó? iPhone 13 có làm được không?

Xem phim Mỹ, hẳn cũng không ít lần anh em nhìn thấy những chiếc điện thoại di động với những cái ăng ten to như ống hút trà sữa, mà nhân vật trong phim dù có đứng ở đảo hoang hay rừng rú không có cột thu phát tín hiệu mạng viễn thông vẫn gọi được cho người khác nói chuyện. Khái niệm điện thoại vệ tinh không mới, nhưng mình cũng tin là không nhiều anh em từng được nhìn thấy một chiếc điện thoại vệ tinh, chứ chưa nói đến chuyện sử dụng chúng ngoài đời thật.

Mở đầu như vậy là để liên hệ với tin đồn vài ngày gần đây mà Ming Chi Kuo đưa ra, cho rằng iPhone 13 ra mắt trong tháng 9 này của Apple sẽ có tính năng kết nối trực tiếp với vệ tinh quay quanh quỹ đạo tầm thấp (LEO - Low Earth Orbit) để nghe gọi và nhắn tin trong trường hợp khẩn cấp mà không cần phải có sóng mạng viễn thông hoặc WiFi.



Bài viết này mình không định xác nhận hay phủ nhận khả năng của iPhone 13, vì có làm ở Apple đâu mà biết tính năng điện thoại mới nó như thế nào. Thay vào đó, mình sẽ nói tổng quát hơn về vệ tinh tầm thấp, điện thoại vệ tinh và những yêu cầu để một chiếc điện thoại có thể kết nối trực tiếp với vệ tinh thay vì phải hoạt động thông qua nhà mạng viễn thông truyền thống. Còn nếu anh em hỏi mình liệu tính năng mà Ming Chi Kuo đề cập có khả thi hay không, thì mình nghĩ rằng có thể, nhưng rất khó, không chỉ về mặt giải pháp công nghệ mà còn về mặt phần cứng nữa.

Vệ tinh LEO là gì?

Quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất được quy ước chung với độ cao không được phép vượt quá một phần ba bán kính Trái Đất, tức là có độ cao so với mực nước biển không quá 2.042 km. Khoảng không gian phía dưới độ cao 2.000 km cũng thường được gọi là “khu vực quỹ đạo tầm thấp," hay là “vùng LEO.” Đặc trưng của những vệ tinh quỹ đạo tầm thấp là chu kỳ quỹ đạo của chúng nhỏ hơn 128 phút, tức là mỗi ngày có thể hoàn thành ít nhất 11,25 vòng quanh Trái Đất.



Một ví dụ quan trọng của vệ tinh quỹ đạo tầm thấp chính là Trạm vũ trụ Quốc tế ISS. Sau chương trình Apollo của người Mỹ, những chương trình khám phá không gian sau này của con người đều chưa đưa các phi hành gia vượt qua giới hạn quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất, mà chỉ có những tàu không người lái đưa robot lên mặt trăng hay Sao Hỏa.

Những vệ tinh LEO có lợi thế lớn ở ba khía cạnh. Thứ nhất, không cần nhiều năng lượng và nhiên liệu tên lửa để đưa chúng ra không gian vượt qua quỹ đạo tầm thấp. Thứ hai, những vệ tinh này có thể cung cấp băng thông rất cao và độ trễ rất thấp trong liên lạc (một chiều có khi độ trễ chỉ khoảng 50ms), ví dụ như gần đây có hệ thống vệ tinh Starlink của SpaceX chẳng hạn, hay trong chính trường hợp mà bài viết của chúng ta tìm hiểu, là công nghệ điện thoại vệ tinh. Và thứ ba, nhờ việc vận hành trong quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất, nên những vệ tinh LEO không cần quá nhiều năng lượng để khuếch đại tín hiệu quá khủng, nặng và đắt tiền như vệ tinh địa tĩnh, vốn có khả năng bay cùng quỹ đạo Trái Đất để “đứng im” ở một điểm cố định, phục vụ con người hiệu quả hơn nhưng chi phí cao hơn.



Và ở khía cạnh khác, nhược điểm của vệ tinh LEO là trường nhìn nhỏ, cần cả một cụm vệ tinh để bao quát phạm vi diện tích lớn trên Trái Đất để phủ sóng liên tục. Và vì vận hành ở quỹ đạo tầm thấp, nên những vệ tinh LEO cũng chịu ma sát với bầu khí quyển nhiều hơn, dễ rơi hơn nên cần kích hoạt động cơ liên tục để chúng nằm đúng vị trí con người mong muốn.

Điện thoại vệ tinh hoạt động ra sao?

Không phải điện thoại vệ tinh nào cũng sử dụng dịch vụ mà những vệ tinh LEO cung cấp. Có những loại điện thoại vệ tinh sử dụng dịch vụ của vệ tinh địa tĩnh, và phụ thuộc vào cụm vệ tinh mà một nhà mạng sở hữu, mỗi loại điện thoại vệ tinh sẽ có khả năng vận hành hoàn hảo ở những khu vực khác nhau. Lấy ví dụ khả năng vận hành và tầm phủ sóng của 4 mẫu điện thoại vệ tinh tương đối phổ biến trên thế giới hiện nay của 4 nhà mạng điện thoại vệ tinh lớn:

Có vệ tinh vận hành thì cũng có nhà mạng, hay nói chính xác hơn là đơn vị khai thác dịch vụ viễn thông vệ tinh. Lấy ngay hình ví dụ kể trên là Inmarsat của Anh Quốc, Iridium Communications của Mỹ, Thuraya của UAE và Globalstar của Mỹ. Và đã có nhà mạng thì cũng phải có gói cước, ví dụ như điện thoại Isatphone 2 của Inmarsat bán ra thị trường với giá khoảng 500 đến 600 USD, gói cước MƯỜI PHÚT gọi hàng tháng trên toàn cầu có giá 40 USD, phụ trội tính thêm 0.85 USD một phút, còn gói cước 100 phút gọi hàng tháng giá 90 USD, phụ trội tính thêm 0.65 USD một phút. Để đổi lấy lợi ích ở sa mạc mênh mông, rừng già hoang vu hay giữa đảo hoang vẫn liên lạc được với người khác thật sự không rẻ, vì đây là thị trường ngách, không đủ độ phủ để chi phí giảm như viễn thông di động phổ thông.



Chiếc điện thoại với ăng ten siêu to khổng lồ này khi thực hiện cuộc gọi sẽ gửi tín hiệu dưới dạng sóng radio thông qua ăng ten vi ba lên vệ tinh, để vệ tinh truyền ngược tín hiệu lại đến cho người nhận cuộc gọi thông qua hệ thống vệ tinh rồi sau đó là đến mạng điện thoại chuyển mạch công cộng, viết tắt là PSTN (Public Switched Telephone Network). Đây là nền tảng cơ sở hạ tầng để chuyển mạch kênh, giúp các mạng viễn thông khác nhau trên toàn thế giới được kết nối liền mạch, kể cả điện thoại, cáp quang, vệ tinh thông tin liên lạc, cáp điện thoại biển hay truyền dẫn sóng vi ba… Tín hiệu điện thoại sẽ “nhảy” từ vệ tinh này sang vệ tinh khác cho tới khi có vệ tinh tạo ra được kết nối với trạm mặt đất chuyển tín hiệu cuộc gọi đến với người nhận.



Không phải điện thoại vệ tinh nào cũng có thiết kế với cái ăng ten to gần bằng cả thân máy như trong hình trên. Đôi lúc cũng có những giải pháp gọi điện thoại vệ tinh sử dụng công nghệ VoIP với ăng ten cỡ lớn như BGAN (Broadband Global Area Network), dùng ăng ten chảo bé như đầu thu TV ở nhà anh em, hay VSAT (Very-small-aperture terminal), nhưng chiếc chảo parabol kích thước đường kính khoảng 2.5m. Những giải pháp này không chỉ cho phép gọi điện mà còn cho phép người dùng vào mạng internet, như Starlink của SpaceX đang ứng dụng công nghệ tương tự, khi băng thông kết nối của vệ tinh LEO càng lúc càng được cải thiện.

iPhone có đủ sức kết nối trực tiếp với vệ tinh?

Có chứ, thực tế từ lâu cũng đã có công nghệ và giải pháp để iPhone liên lạc trực tiếp với vệ tinh rồi. Lấy ví dụ cái ốp điện thoại SatSleeve của nhà mạng Thuraya dùng với iPhone 4/4S, hay sau này là SatSleeve+ để dùng nhiều loại smartphone khác nhau, kể cả iOS và Android, với ứng dụng hotspot riêng để kết nối viễn thông:



Một giải pháp khác là cục hotspot GO! của nhà mạng Iridium, cho phép nghe gọi nhắn tin hay thậm chí là vào mạng bằng kết nối trực tiếp thông qua dàn vệ tinh của Iridium ở độ cao từ 800 đến 1000 km so với mực nước biển.


Điều đó đưa chúng ta đến với câu hỏi ở đầu bài viết. Liệu iPhone 13 có tích hợp được công nghệ cực kỳ hữu ích cho các nhà khoa học ở vùng hẻo lánh như rừng già Nam Mỹ, sa mạc châu Phi hay các trạm nghiên cứu ở Nam cực hay không? Trên lý thuyết là có, còn về mặt công nghệ thì chưa hẳn đã hiệu quả. Trừ phi các kỹ sư của Apple nghiên cứu được cụm ăng ten đủ công suất gửi và nhận sóng radio thẳng lên vệ tinh, nhưng phải đủ nhỏ để giấu gọn trong lớp vỏ máy mi nhon gọn gàng của iPhone, nếu không iPhone 13 muốn gọi điện nhắn tin qua vệ tinh chắc chắn sẽ phải trang bị cái ăng ten dày cui như những hình minh họa mình đăng trong bài viết này.



Giới hạn công nghệ là vấn đề rất lớn, vì nếu Apple thực sự đủ khả năng tạo ra một chiếc iPhone với ăng ten nhỏ xíu bên trong mà vẫn có công suất đủ mạnh để kết nối trực tiếp với vệ tinh quỹ đạo tầm thấp, thì họ hoàn toàn xứng đáng với giải thưởng đột phá công nghệ xuất sắc nhất thập kỷ, khi khả năng nghiên cứu đã vượt xa rất nhiều hãng khác.

Vấn đề thứ hai là nếu có, xin nhắc lại là nếu, iPhone 13 có thể thực hiện cuộc gọi và gửi tin nhắn qua vệ tinh, thì Apple sẽ triển khai dịch vụ này ra sao. Khả năng rất cao là họ sẽ phải bắt tay với các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông vệ tinh như 4 cái tên mình đề cập ở trên, và mỗi “nhà mạng vệ tinh” ấy cũng lại có tầm phủ sóng khác nhau, ảnh hưởng tới khả năng vận hành của tính năng này. Mình thì mình nghĩ tính năng này chưa chắc đã tồn tại, nên có thể tạm gạt bỏ nỗi lo đấy đi.

Vấn đề thứ ba, giống hệt trên đây, chưa chắc đã tồn tại, nhưng vẫn phải đề cập. Vì vấn đề an ninh, không thiếu các quốc gia quản lý rất chặt chẽ việc sử dụng điện thoại vệ tinh, thậm chí có nơi còn coi là phạm pháp vì không thể theo dõi cuộc gọi (tuyệt đại đa số điện thoại vệ tinh đều mã hóa hai chiều), ví dụ Bangladesh, Ấn Độ, Cuba, Nga, Miến Điện, và quan trọng nhất là Trung Quốc đều có những luật lệ riêng liên quan tới điện thoại vệ tinh. Lấy ví dụ Trung Quốc chỉ cho phép đúng hai nhà mạng đã đăng ký với chính phủ vận hành dịch vụ này như Inmarsat và China Telecom. Ấn Độ chỉ chỉ cho phép đúng dịch vụ của Inmarsat hoạt động, những nhà mạng khác đều không được phép vận hành và kinh doanh dịch vụ viễn thông vệ tinh trên lãnh thổ nước họ.

Nếu iPhone 13 có thể kết nối với vệ tinh tầm thấp một cách trực tiếp, thì biết đâu chính quyền các nước này sẽ coi việc sở hữu món đồ đó là phạm pháp và cấm bán luôn ở nước họ thì sao?