Từ nhiều năm nay, vệ tinh Sentinel-1 của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) đã hỗ trợ Việt Nam trong việc đối phó hiệu quả với lũ lụt và nhiều thảm họa lớn khác. Nhân dịp kỉ niệm 50 năm thành lập Cơ quan Vũ trụ châu Âu, RFI tiếng Việt đặt câu hỏi với chuyên gia về vệ tinh quan sát Trái đất, Philippe Bally, về loại vệ tinh đặc biệt này.

Chuyên gia Philippe Bally làm việc tại trung tâm quan sát Trái đất ESRIN, trực thuộc Cơ quan vũ trụ châu Âu ESA. Ông cũng là đại diện của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu tại Hội đồng của Hiến chương Không gian Quốc tế và các Thảm họa Lớn (International Charter Space and Major Disasters / Charte Espace et Catastrophes Majeures). Hiến chương Không gian Quốc tế và các Thảm họa Lớn, thành lập từ năm 1999, là cơ chế điều phối các hợp tác quốc tế nhằm cung cấp miễn phí các bản đồ hình ảnh vệ tinh.

RFI : Xin ông giải thích khái quát về phương thức hoạt động của vệ tinh Sentinel-1 và điều gì khiến vệ tinh này khác biệt so với các vệ tinh khác ?

Chuyên gia Philippe Bally : Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) hợp tác với 16 cơ quan vũ trụ khác trên toàn thế giới để vận hành một hệ thống ứng phó với các thảm họa thiên nhiên phục vụ mục tiêu nhân đạo. Hệ thống này giám sát toàn bộ các khu vực trên hành tinh và kích hoạt việc lập trình hoạt động của các vệ tinh ở chế độ khẩn cấp để cung cấp hình ảnh miễn phí, bất kể với quốc gia nào. Sông Mêkông, cũng như Việt Nam nói chung, đều nằm trong vùng phủ sóng của hệ thống này.

Vệ tinh Sentinel-1 đặc biệt vì hai lý do. Thứ nhất, đây là một vệ tinh radar. Nhiều vệ tinh khác có thể ví như máy ảnh, chụp hình dựa vào bức xạ hay ánh sáng mặt trời, tức là các hệ thống tiếp nhận ánh sáng một cách thụ động. Nhưng Sentinel-1 có cảm biến radar, nghĩa là vệ tinh này tự phát ra sóng ở băng tần C và tiếp nhận phản xạ từ các vật thể trên Trái Đất. Có nghĩa đây là một hệ thống chủ động. Nếu so sánh với máy ảnh, thì nó giống như chụp ảnh ban đêm bằng đèn flash – tức một hệ thống chủ động. Đây là điểm độc đáo của vệ tinh này.

Thứ hai, Sentinel-1 có khả năng bao phủ toàn cầu một cách hệ thống và liên tục chụp ảnh mà không cần người dùng yêu cầu. Vệ tinh hoạt động theo chế độ thu nhận dữ liệu định kỳ. Ví dụ, vệ tinh bay qua Paris 6 ngày một lần. Như vậy từ khi đi vào hoạt động đến cuối vòng đời của mìnhn, cứ mỗi 6 ngày vệ tinh lại cung cấp một ảnh chụp Paris mới và ảnh được cung cấp miễn phí. Hoạt động này tạo ra một hệ thống thu thập dữ liệu khổng lồ và liên tục. Đây là một lợi thế lớn, vì phần lớn người dùng dữ liệu vệ tinh đều cần được tiếp cận liên tục và ổn định với dữ liệu, chứ không phải chỉ là vài hình ảnh rời rạc.

Vì sử dụng radar chủ động nên « nhìn » được cả vào lúc ban đêm, và vì hoạt động liên tục nên vệ tinh thường xuyên cung cấp hình ảnh về mọi khu vực. Sentinel-1 là vệ tinh radar duy nhất cung cấp dữ liệu toàn cầu thường xuyên và miễn phí.

RFI : Vệ tinh Sentinel-1 cung cấp loại dữ liệu nào trong bối cảnh thiên tai như lũ lụt ? Sentinel-1 đã đóng vai trò gì trong việc theo dõi lũ lụt sông Mêkông tại Việt Nam ? Những thông tin cụ thể nào đã được rút ra từ ảnh vệ tinh ?

Chuyên gia Philippe Bally : Radar vệ tinh rất nhạy cảm với sự hiện diện của nước, như sông, hồ, vùng bị ngập hoặc cả ruộng lúa nước. Khi chụp ảnh định kỳ và so sánh các ảnh để phát hiện thay đổi, ta có thể thấy tín hiệu radar giảm mạnh khi một bề mặt bị ngập nước, vì radar phản xạ giống như ánh sáng với gương. Trong trường hợp đất ngập nước, tín hiệu không quay lại vệ tinh, hệ quả là ảnh trở nên rất tối. Chính nhờ đó, ta có thể lập được bản đồ phạm vi ngập nước, gọi theo thuật ngữ chuyên môn là « dấu vết quan sát lũ lụt » (traces observées d’inondation), được cập nhật từ 3 đến 6 ngày một lần. Các bản đồ này giúp theo dõi phạm vi và sự biến đổi của các vùng bị ngập, dĩ nhiên phải được bổ sung thêm với các nguồn dữ liệu khác. Người dùng có thể kết hợp các bản đồ kiểu này với các dữ liệu khác, được thu thập với tần suất cao hơn, nhưng xét về độ phân giải thì lại không bằng.

Về mặt không gian, Sentinel-1 cung cấp thông tin chi tiết với độ phân giải chính xác đến khoảng 20m x 20m mỗi pixel, có nghĩa là rất chính xác để theo dõi lũ lụt ở vùng đồng bằng. Còn về mặt thời gian, hệ thống phụ thuộc vào chu kỳ quay lại của vệ tinh – khi Sentinel-1A và Sentinel-1C hoạt động cùng nhau, có thể đạt chu kỳ 3 ngày một lần, cả trong giai đoạn vệ tinh bay lên cũng như hạ xuống.

Các mô hình thủy văn của trung tâm khí tượng có thể mô phỏng với nhịp độ dày đặc xét về thời gian, nhưng về độ chính xác thì không bằng, vì dựa vào mô hình. Trong khi đó, Sentinel-1 cung cấp các quan sát trực tiếp thực tế. Do đó, điều mang lại lợi thế ở đây nằm ở chỗ kết hợp dữ liệu vệ tinh với mô hình thủy văn, với lợi thế liên tục về thời gian của mô hình và lợi thế về độ chính xác cao của ảnh vệ tinh.

RFI : Trong việc giám sát bằng vệ tinh các khu vực có rủi ro cao như lũ lụt sông Mêkông ở Việt Nam, đâu là những cách tân được kỳ vọng trong tương lai ?

Chuyên gia Philippe Bally: Những đổi mới được kỳ vọng trong công nghệ không gian đối với rủi ro thiên tai là phương pháp tích hợp thường được gọi là « virtual constellation », tạm dịch là « kết nối các vệ tinh » (hay « chòm sao ảo »). Đây là các hệ thống hoạt động với số lượng lớn cảm biến rất khác nhau (bao gồm cảm biến quang học lẫn cảm biến radar), nhưng được kết nối một cách thống nhất ngay cả khi chúng thuộc về các tổ chức riêng biệt.

Cơ chế « Hiến chương quốc tế / International Charter », tên đầy đủ là International Charter Space and Major Disasters/ Hiến chương quốc tế về Không gian và những thảm họa lớn) cho phép kết hợp các cảm biến đến từ Hàn Quốc, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Nga, Achentina, châu Âu... và chúng tôi đã thống nhất về cách thông báo và cung cấp dữ liệu, cũng như kết hợp các dữ liệu này với « các nền tảng đám mây » (plateformes cloud) – tức các nền tảng trực tuyến cho phép xem và phân tích ảnh một cách nhanh chóng, bất kể nguồn gốc ảnh hay loại cảm biến nào.

Chúng ta đang thực sự tiến tới những hệ thống đa cảm biến không đồng nhất, nhưng có thể vận hành rất nhanh và rất nhịp nhàng. Các hệ thống ứng phó thiên tai toàn cầu như Copernicus EMS (Emergency Mapping System) ở châu Âu hoặc cơ chế Hiến chương quốc tế về các thảm họa lớn đều sử dụng nguyên tắc gọi là « kết nối các vệ tinh » (chòm sao ảo) vì mục tiêu chung như vậy.

Điều này có nghĩa là chúng tôi vận hành các vệ tinh thuộc nhiều cơ quan khác nhau theo một cách thống nhất, với một cách thu thập dữ liệu duy nhất, xây dựng hình ảnh và chuyển đổi dữ liệu thành thông tin theo cách thức thống nhất.

RFI : Dữ liệu vệ tinh đã được các cơ quan chức năng tại Việt Nam sử dụng như thế nào ?

Chuyên gia Philippe Bally : Liên quan đến Việt Nam, kể từ năm 2015, đã có tổng cộng 10 lần kích hoạt dịch vụ bản đồ vệ tinh bởi UNOSAT – Trung tâm bản đồ vệ tinh của Liên Hiệp Quốc, được đặt tại trụ sở của UNITAR (United Nations Institute for Training and Research), một cơ quan khác của Liên Hiệp Quốc, ở Genève, Thụy Sĩ, và một trung tâm khác tại Thái Lan. Trong số đó, 6 lần được kích hoạt trên cơ sở cơ chế Hiến chương quốc tế về không gian và các thảm họa lớn, mà Cơ quan Vũ trụ Châu Âu ESA cùng 16 cơ quan không gian khác tham gia. Mỗi lần như vậy, chúng tôi đều cung cấp bản đồ lũ dựa trên hình ảnh từ nhiều vệ tinh, đặc biệt là vệ tinh Sentinel-1.

Các lần kích hoạt thường do Liên Hiệp Quốc yêu cầu, nhưng thường với sự phối hợp cùng các cơ quan sử dụng dữ liệu tại chỗ, ở cấp quốc gia hay địa phương, như bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam (MONRE), nơi có cục Viễn thám Quốc gia – đơn vị trực tiếp tiếp nhận và phân tích dữ liệu ảnh vệ tinh.

Một ví dụ tiêu biểu cho việc kích hoạt cơ chế này cụ thể là đợt bão Yagi vào tháng 9/2024, gây lũ nghiêm trọng ở Việt Nam phía bắc Hà Nội. Cơ chế Hiến chương quốc tế này (International Charter Space and Major Disasters) đã nhận được yêu cầu kích hoạt từ bộ Tài nguyên Môi trường Việt Nam vào ngày 10/09/2024. Ngay sau đó, hệ thống Cơ chế Hiến chương quốc tế được kích hoạt, và các bản đồ hình ảnh vệ tinh khẩn cấp các vùng bị ngập được thực hiện với sự cộng tác giữa trung tâm bản đồ vệ tinh khẩn cấp Copernicus Emergency Mapping của Liên Âu, cùng UNITAR ở Genève và bộ Tài nguyên và Môi trường của Việt Nam. « Các bản đồ thiệt hại » được thiết lập để xác định phạm vi vùng lũ, và « các bản đồ tình huống » được thiết kế nhằm hỗ trợ việc triển khai cứu hộ, cứu nạn, cũng như các hoạt động ứng phó thảm họa khác. Những bản đồ này được cung cấp miễn phí và nhanh chóng cho phía Việt Nam để sử dụng trong giai đoạn khẩn cấp.

Các bản đồ được thiết lập trong vòng vài ngày, hoặc vài tuần, để đáp ứng mục tiêu đối phó khẩn cấp với thảm họa. Sau khoảng 4–5 tuần, chúng tôi liên hệ lại với phía người sử dụng để thu thập phản hồi về tính hữu ích của các bản đồ và dữ liệu đã cung cấp. Phía Việt Nam đã phản hồi tích cực về bản đồ lũ, đặc biệt về những khu vực bằng phẳng rộng lớn – nơi radar vệ tinh rất hiệu quả trong việc xác định ranh giới vùng ngập. Tuy nhiên, lưu vực sông Mêkông khá phức tạp về mặt thủy văn, việc phân tách giữa sông ngòi, vùng ngập và ruộng lúa không hề đơn giản. Dù vậy, các bản đồ vẫn đã được sử dụng hiệu quả tại đây.

RFI : Xin ông cho biết thêm về một số ứng dụng tiềm năng khác của Sentinel-1.

Chuyên gia Philippe Bally : Ngoài ứng phó thiên tai, Sentinel-1 còn có thể dùng để phòng ngừa rủi ro – không chỉ đối với rủi ro thủy văn mà còn với các loại rủi ro khác, như sạt lở đất hay sụt lún mặt đất. Chúng tôi từng hợp tác với Ngân hàng Thế giới tại Việt Nam để nghiên cứu độ ổn định của các công trình hạ tầng như đường xá, cầu cống, hệ thống bảo vệ chống lũ. Vẫn sử dụng vệ tinh Sentinel-1, nhưng với một kỹ thuật khác với kỹ thuật phát hiện vùng ngập nước.

Đó là kỹ thuật giao thoa radar (radar interferometry), tức kết hợp nhiều ảnh trong thời gian khác nhau để phân tích một cách tinh tế « pha của tín hiệu » (phase du signal). Nhờ đó có thể đo đạc từ xa các biến động theo chiều dọc của mặt đất với độ chính xác đến khoảng 28 mm. Đây là một phương pháp cực kỳ tinh vi và chính xác để theo dõi độ ổn định của nền đất.

« Pha của tín hiệu » rất nhạy và tinh tế:  Khi so sánh hai ảnh, chênh lệch về pha phản ánh những biến dạng cực nhỏ – chính xác đến nửa bước sóng (tương đương khoảng 28 mm), dù vệ tinh ở cách xa tới 800 km. Hiện tượng này có phần giống như hiệu ứng Doppler : Có nghĩa là sự thay đổi về tần số và về pha phản ánh biến động bề mặt của đất. Với hệ thống radar, ngoài biên độ thì « pha » là yếu tố quan trọng. Khi hai ảnh được chồng lên nhau, độ lệch về pha cho phép đo được những biến dạng cực kỳ nhỏ, với độ chính xác lên tới 28 mm.

RFI : Ông có thể cho biết đâu là những hạn chế hoặc thách thức cụ thể đối với việc giải thích các dữ liệu vệ tinh tại Việt Nam ?

Chuyên gia Philippe Bally : Về các vấn đề cụ thể trong việc sử dụng viễn thám cho lưu vực sông Mêkông, cơ quan hợp tác chính với Cơ quan Vũ trụ Châu Âu là bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam, cụ thể là cục Viễn thám Quốc gia – nơi đang ứng dụng đầy đủ công nghệ không gian trong nhiều lĩnh vực.

Chúng tôi có mối quan hệ hợp tác rất tốt với bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam. Tuy nhiên, chúng tôi chưa có nhiều kết nối cụ thể với người sử dụng ở cấp địa phương hơn. Giới hạn lớn nhất cho việc mở rộng ứng dụng vệ tinh đến các đối tượng người dùng địa phương chính là việc thiếu thông tin và đào tạo về những kỹ thuật mới, như kỹ thuật viễn thám. Nhiều người dùng chưa biết rõ lợi ích của việc sử dụng hình ảnh vệ tinh, hoặc nghĩ rằng họ không có đủ nguồn lực để phát triển kiến thức trong lĩnh vực này. Ngay cả khi ảnh vệ tinh được cung cấp miễn phí, thì vẫn cần đầu tư vào việc học hỏi và đào tạo.  

RFI xin cảm ơn chuyên gia Philippe Bally.