Radar sơ cấp phát sóng rồi nghe tiếng dội lại từ thân máy bay, nên thấy được mọi vật thể kể cả máy bay tắt thiết bị, nhưng không biết đó là ai và đang bay cao bao nhiêu. Radar thứ cấp "hỏi" bộ phát đáp trên máy bay và nhận câu trả lời chứa mã nhận dạng và độ cao. ADS-B thì không cần hỏi: máy bay tự phát vị trí lấy từ vệ tinh định vị khoảng mỗi giây một lần, trạm mặt đất chỉ việc thu. Một trung tâm kiểm soát hiện đại thường trộn cả ba nguồn trên cùng một màn hình.
Radar sơ cấp: nghe tiếng vọng
Nguyên lý giống tiếng vang trong hang: ăng-ten phát một xung sóng vô tuyến, sóng chạm vật thể và dội về một phần rất nhỏ. Đo thời gian đi về ra khoảng cách, hướng ăng-ten lúc đó cho biết phương vị. Ăng-ten quay đều, mỗi vòng quét lại cập nhật vị trí.
- Ưu điểm: không cần máy bay hợp tác. Máy bay hỏng bộ phát đáp, máy bay nhỏ không trang bị, cả đàn chim hay đám mưa lớn đều hiện ra.
- Nhược điểm: không biết độ cao (trừ loại radar ba chiều chuyên dụng), không biết danh tính; năng lượng phải đi về hai chiều nên cần công suất lớn mà tầm vẫn hạn chế; dễ bị nhiễu bởi địa hình, mưa, đôi khi cả xe chạy trên đường cao tốc gần sân bay.
Radar sơ cấp tại sân bay thường có tầm vài chục hải lý, ăng-ten quay nhanh, khoảng bốn, năm giây một vòng, đủ cho vùng tiếp cận nơi máy bay đổi hướng liên tục. Trong hàng không dân dụng ngày nay, radar sơ cấp chủ yếu đóng vai trò lưới an toàn quanh sân bay lớn và cung cấp thông tin cho phía quốc phòng.
Radar thứ cấp: hỏi và đáp
Radar thứ cấp (SSR) phát một câu hỏi trên tần số 1030 MHz. Bộ phát đáp (transponder) trên máy bay nhận được và trả lời trên tần số 1090 MHz. Vì máy bay chủ động phát câu trả lời với công suất riêng, tín hiệu về mạnh hơn nhiều so với tiếng vọng thụ động, nên radar thứ cấp với tới xa hơn, thường khoảng 200–250 hải lý với máy bay ở độ cao lớn.
Câu trả lời có các chế độ:
| Chế độ | Máy bay trả lời gì | Ghi chú |
|---|---|---|
| Mode A | Mã bốn chữ số do kiểm soát viên chỉ định | Dùng để nhận ra máy bay trên màn hình |
| Mode C | Độ cao khí áp, chia bước 100 ft | Cho kiểm soát viên thấy độ cao mà không cần hỏi |
| Mode S | Địa chỉ riêng 24 bit của từng máy bay, cùng nhiều dữ liệu khác | Radar hỏi chọn lọc từng máy bay, giảm nhiễu khi bầu trời đông |
Với Mode S, mỗi máy bay có một địa chỉ cố định duy nhất, gắn với số đăng ký, giống như số khung của xe. Radar có thể hỏi riêng một chiếc thay vì gọi chung cả vùng, và đọc thêm dữ liệu như mực bay tổ lái đã chọn trên lái tự động, hướng bay, tốc độ. Kiểm soát viên nhờ đó phát hiện sớm khi máy bay chọn nhầm độ cao, trước cả khi nó bắt đầu leo hay xuống.
Vì sao radar thứ cấp chưa đủ
Ăng-ten radar đường dài quay chậm, mỗi vòng có thể mất khoảng mười giây. Vị trí trên màn hình vì thế "nhảy" theo từng nhịp, và độ chính xác về phương vị giảm khi máy bay ở xa. Muốn đặt radar trên núi cao, trên đảo xa, cần đường điện, đường truyền dẫn và người bảo trì. Đó là lý do dải đất hẹp và vùng biển rộng như của Việt Nam rất cần một công nghệ giám sát rẻ hơn, dày hơn.
ADS-B: máy bay tự kể vị trí của mình
ADS-B (giám sát phụ thuộc tự động – phát quảng bá) đảo ngược logic của radar. Máy bay lấy vị trí từ vệ tinh định vị (GPS và các hệ tương tự), rồi tự phát ra liên tục, khoảng nửa giây tới một giây một lần, trên cùng tần số 1090 MHz mà bộ phát đáp Mode S dùng. Bản tin chứa vị trí, độ cao, tốc độ, hướng, số hiệu chuyến bay, địa chỉ 24 bit và chỉ số đánh giá độ tin cậy của vị trí.
Ba chữ trong tên gọi nói lên bản chất:
- Tự động: tổ lái không phải làm gì, thiết bị tự phát.
- Phụ thuộc: vị trí phụ thuộc vào hệ thống định vị trên máy bay. Nếu tín hiệu vệ tinh bị nhiễu, ADS-B cũng sai theo.
- Phát quảng bá: ai có máy thu cũng nghe được, kể cả máy bay khác và cả người dùng phổ thông.
Trạm thu ADS-B nhỏ, không có bộ phận quay, rẻ hơn radar nhiều lần, có thể đặt trên đảo, trên đỉnh đồi, cạnh trạm viễn thông. Ở nhiều nước, ADS-B đã trở thành bắt buộc trong phần lớn vùng trời có kiểm soát: Úc áp dụng ở độ cao lớn từ cuối năm 2013, Hoa Kỳ yêu cầu từ ngày 1/1/2020 cho những vùng trời quy định. Ngoài trạm mặt đất, từ năm 2019 còn có hệ thống thu ADS-B đặt trên chòm vệ tinh, giám sát được cả giữa đại dương.
Chính những trang theo dõi chuyến bay cũng nhờ ADS-B
Các trang và ứng dụng xem máy bay trực tuyến chủ yếu dựng bản đồ từ mạng lưới hàng chục nghìn máy thu ADS-B do tình nguyện viên đặt khắp thế giới. Ở nơi máy bay không có ADS-B, họ dùng kỹ thuật đa điểm (MLAT): nhiều máy thu cùng nghe một bản tin Mode S, so chênh lệch thời gian tới để tính ra vị trí, giống cách định vị một tiếng sấm bằng ba người đứng ở ba nơi.
So sánh ba nguồn giám sát
| Tiêu chí | Radar sơ cấp | Radar thứ cấp | ADS-B |
|---|---|---|---|
| Cần thiết bị trên máy bay | Không | Bộ phát đáp | Bộ phát đáp có ADS-B và nguồn định vị |
| Biết độ cao, danh tính | Không | Có | Có |
| Nhịp cập nhật | Vài giây mỗi vòng quét | Khoảng 4–12 giây tùy loại | Khoảng 0,5–1 giây |
| Chi phí trạm | Cao | Cao | Thấp |
| Điểm yếu | Nhiễu, không danh tính | Phương vị kém chính xác khi xa | Phụ thuộc định vị vệ tinh, có thể bị nhiễu tín hiệu |
Trên màn hình kiểm soát viên, các nguồn được trộn thế nào
Hệ thống xử lý dữ liệu giám sát nhận tín hiệu từ nhiều radar và nhiều trạm ADS-B, so khớp chúng với kế hoạch bay rồi ghép thành một "vệt" (track) duy nhất cho mỗi máy bay. Kiểm soát viên không thấy ba chấm riêng mà thấy một biểu tượng kèm nhãn: số hiệu chuyến bay, mực bay hiện tại, mực bay được phép, tốc độ, đôi khi cả sân đến. Nếu hai nguồn đưa ra vị trí lệch nhau quá ngưỡng, hệ thống báo cảnh. Nhờ có nhiều lớp dự phòng như vậy, một radar hỏng không làm mất hình cả vùng trời.
Từ dữ liệu ghép đó, hệ thống còn chạy các "lưới an toàn": cảnh báo xung đột ngắn hạn khi hai máy bay sắp vi phạm phân cách, cảnh báo độ cao tối thiểu khi máy bay thấp quá so với địa hình, cảnh báo máy bay đi vào vùng trời hạn chế. Những cảnh báo này chỉ là chốt chặn cuối, không thay cho việc lập kế hoạch của người trực.
Góc nhìn hôm nay
Ở Việt Nam, VATM đã đầu tư các trạm ADS-B dọc bờ biển và trên đảo để bổ sung cho mạng radar, mở rộng vùng giám sát trên Biển Đông. Xu hướng thế giới là giảm dần radar sơ cấp cho mục đích dân dụng, giữ radar thứ cấp Mode S làm nguồn độc lập, và dựa nhiều hơn vào ADS-B. Mối lo được bàn nhiều nhất là nhiễu và giả mạo tín hiệu định vị vệ tinh ở một số khu vực, nên ngành vẫn giữ nguyên tắc luôn có ít nhất một nguồn giám sát không phụ thuộc GPS. Người tò mò có thể tự lắp một máy thu ADS-B nhỏ bằng thiết bị thu sóng phổ thông và ăng-ten đặt nơi thoáng, xem máy bay quanh nhà mình trên màn hình máy tính, miễn tuân thủ quy định về thu sóng vô tuyến của nơi mình sống.
Câu hỏi thường gặp
ADS-B là gì?
ADS-B là công nghệ giám sát trong đó máy bay tự phát vị trí lấy từ vệ tinh định vị, cùng độ cao, tốc độ và số hiệu chuyến bay, khoảng mỗi giây một lần. Trạm mặt đất và máy bay khác thu được bản tin này mà không cần radar hỏi.
Radar sơ cấp và radar thứ cấp khác nhau thế nào?
Radar sơ cấp thu tiếng vọng từ thân máy bay, thấy mọi vật nhưng không biết danh tính và độ cao. Radar thứ cấp gửi câu hỏi tới bộ phát đáp, nhận lại mã nhận dạng và độ cao, nhưng chỉ thấy máy bay có bộ phát đáp đang bật.
Vì sao trang theo dõi chuyến bay biết máy bay đang ở đâu?
Phần lớn dữ liệu đến từ mạng lưới máy thu ADS-B do người dùng đặt khắp nơi, thu bản tin máy bay tự phát. Ở chỗ máy bay không có ADS-B, họ dùng kỹ thuật đa điểm, tính vị trí từ chênh lệch thời gian tín hiệu tới nhiều máy thu.
Máy bay tắt bộ phát đáp thì kiểm soát viên còn thấy không?
Radar thứ cấp và ADS-B sẽ mất tín hiệu. Chỉ radar sơ cấp còn thấy một chấm không tên, không độ cao, và chỉ ở nơi có radar sơ cấp phủ tới. Vì vậy mất tín hiệu phát đáp được xử lý như một tình huống bất thường cần làm rõ ngay.
ADS-B có an toàn không khi ai cũng thu được?
Bản tin ADS-B dân dụng không mã hóa, ai cũng thu được, và về lý thuyết có thể bị phát giả. Vì thế hệ thống mặt đất đối chiếu ADS-B với radar hoặc đa điểm, kiểm tra tính hợp lý của vị trí, và không dùng ADS-B làm nguồn duy nhất ở những vùng quan trọng.
