Vì sao Mỹ tốn rất nhiều tiền để phát triển và vận hành GPS nhưng thế giới lại được sử dụng miễn phí?

Ngày nay có rất nhiều thiết bị điện tử được trang bị tính năng GPS để sử dụng cho rất nhiều mục đích khác nhau. Có một sự thật rằng hệ thống GPS được sở hữu và điều hành hoàn toàn bởi chính phủ Mỹ, nó luôn hoạt động 24/7 và chi phí đầu tư cũng như điều hành cho hệ thống này là cực kì tốn kém, thế nhưng không ai bắt chúng ta phải trả tiền hàng tháng hoặc bỏ ra bất kì chi phí nào để sử dụng (trừ phí mua thiết bị), vậy tại sao lại có điều này? Tại sao Mỹ (và một vài quốc giá khác sở hữu hệ thống định vị toàn cầu) lại cung cấp dịch vụ này miễn phí cho toàn thế giới như vậy?

Lịch sử ra đời của GPS

GPS (Global Positioning System) là hệ thống ban đầu được tạo ra với mục đính quân sự và chỉ được dùng cho quân sự. Hệ thống này được ra đời vào khoảng những năm 1970s trong thời kì Chiến Tranh Lạnh với Liên Xô, tiền thân ban đầu được gọi là các hệ thống định vị vệ tinh quá cảnh (Transit Satelite Navigation System) đã được sử dụng trong Hải quân Hoa kỳ vào năm 1965. Mục đích của hệ thống trên là giúp các tàu ngầm có thể định vị và điều hướng trong điều kiện quan sát bị hạn chế. Sau đó, chính phủ Hoa Kỳ nhận thấy rằng họ cần một hệ thống định vị bằng vệ tinh trực quan hơn, dễ dùng hơn, thế là những nhà khoa học và kĩ sư của Lầu Năm Góc đã tập hợp lại để nghiên cứu. Họ đưa ra khái niệm GPS lần đầu tiên vào năm 1973 và chế tạo thành công chiếc vệ tinh GPS đầu tiên vào 5 năm sau đó. Tên gọi chính thức mà Bộ Quốc phòng Mỹ gọi hệ thống này là NAVSTAR. Dần về sau, GPS không còn được sử dụng duy nhất trong quân sự nữa mà được mở rộng ra cho mục đích dân sự toàn cầu. Nhưng không phải khơi khơi mà GPS được chính phủ Mỹ dân dụng hoá, đó là do một sự kiện chiếc máy bay KAL007 của Korean Air Lines bị rơi vào năm 1983.

Ngày 1 tháng 9 năm 1983, chuyến bay 007 của hãng hàng không Korean Air Lines khi đang bay từ New York đến Seoul đã bị máy bay Su-15 của Liên Xô bắn hạ khi bay qua không phận của Liên Xô vào thời kì nhạy cảm giữa Mỹ-Liên Xô. Trong sự kiện này, toàn bộ 269 hành khánh và phi hành đoàn đều bỏ mạng, trong đó có một người là nghị sĩ Nghị Viện Hoa Kỳ Lawrence MacDonald. Phía Liên Xô coi rằng đây là một sự khiêu khích của Mỹ đối với họ, còn Hoa Kỳ thì cho rằng Liên Xô là bên phải chịu trách nhiệm, đồng thời buộc tội nước này đã làm khó khăn trong công tác cứu trợ và tìm kiếm nạn nhân. Sau sự kiện tang thương này, Tổng Thống Mỹ đương nhiệm lúc bấy giờ là Ronald Reagan quyết định dân dụng hoá hệ thống GPS mà chính phủ đang sở hữu để tránh việc tương tự sẽ xảy ra trong tương lai.

GPS hoạt động như thế nào?

Cách hoạt động GPS thì cũng không còn gì quá xa lạ, xin được tóm gọn một vài ý chính từ các bài viết cũ của mod Duy Luân hoặc Nam Air. Hiện tại, trên đầu chúng ta có 31 vệ tinh GPS đang bay một cách chính xác trên quỹ đạo đã được đặt ra. Trong đó, hệ thống phải luôn đảm bảo rằng có ít nhất 24 chiếc đang trong quá trình hoạt động. Một hệ thống GPS hoàn chỉnh sẽ bao gồm 3 yếu tố:

Phần không gian: đó chính là 31 vệ tinh kể trên. Chúng nằm cách Trái Đất khoảng 20 ngàn km và tất cả những vệ tinh này được bố trí làm sao để 1 thiết bị thu nhận tín hiệu trên mặt đất luôn kết nối được tới ít nhất 3 vệ tinh tại bất kì đâu, bất kì thời điểm nào. Chúng sử dụng các pin mặt trời để làm năng lượng hoạt động và mỗi vệ tinh GPS cũng mang theo một đồng hồ nguyên tử cực chính xác để phục vụ cho mục đích tính toán. (Các nguồn khác nhau đưa ra nhiều số liệu khác nhau về số lượng vệ tinh. Số liệu trên mình lấy từ trang gps.gov của bộ phận điều hành GPS của chính phủ Mỹ).

Trạm kiểm soát: Cũng giống như máy bay, các vệ tinh cần các trạm kiểm soát dưới mặt đất để điều phối các hoạt động của chúng. Theo thông tin mình tìm được, có 5 trạm kiểm soát được đặt rải rác trên khắp Trái Đất, trong đó có 4 trạm tự động và một trạm trung tâm điều khiển 4 trạm kia. Nhiệm vụ của các trạm này là nhận các tính hiệu từ vệ tinh, sau đó truyền lại về trạm trung tâm. Ở trạm trung tâm, các dữ liệu thu được sẽ được tính toán và chỉnh sửa sao cho đảm bảo hệ thống luôn hoạt động một cách chính xác. Nếu có lỗi xảy ra, chúng sẽ gửi lại tính hiệu cho các vệ tinh để hiệu chỉnh. Bên cạnh 5 trạm này, chúng ta cũng có 1 trạm trung tâm (dự phòng) và 6 trạm quan sát cũng như nhiều trạm dự phòng khác. Nhìn chung thì các trạm này có nhiệm vụ chính là hiệu chỉnh các sai số, ví dụ sự sai lệch của đồng hồ nguyên tử trên không gian do thuyết tương đối chẳng hạn.

Thiết bị cuối: Đó chính là các điện thoại thông minh, smartwatch, thiết bị theo dõi phương tiện giao thông,… rất nhiều thiết bị điện tử xuất hiện trong đời sống hiện nay đều trang bị GPS cho nhiều mục đích khác nhau.

Để định vị được vị trí của thiết bị cuối trong hệ thống, các thiết bị này sẽ tính toán khoảng cách từ thiết bị đến ít nhất 3 vệ tinh. Tại sao lại thế? Đầu tiên để tính được khoảng cách từ thiết bị cuối đến vệ tinh, cơ bản nhất là chúng ta có thể dùng công thức s=v.t của vật lý phổ thông. Vì vận tốc của sóng GPS truyền đi nhanh tương đương với tốc độ ánh sáng, do đó khoảng thời gian di chuyển là rất ngắn, đòi hỏi phải có một thiết bị đo thời gian có độ chính xác cao. Đây cũng là lí do vì sao trên các vệ tinh này thường được trang bị một đồng hồ nguyên tử cực chính xác. Cứ một một khoảng cách đến một vệ tinh, chúng ta lại có có tạo được một hình cầu mà ở đó, vị trí của thiết bị cuối chắc chắn phải nằm trên mặt cầu này. Do đó càng có được khoảng cách đến càng nhiều vệ tinh khác, các mặt cầu sẽ cắt nhau tạo thành các giao điểm vào giao điểm này chính là vị trí của thiết bị GPS. Thường thì các GPS receiver cần kết nối tới ít nhất 4 vệ tinh để có thể định vị chính xác nhất. Nếu ít hơn thì sẽ kém chính xác, nhưng nếu kết nối tới quá nhiều thì cũng có thể làm cho thiết bị phải xử lý nhiều hơn, dễ sai lệch hơn. Lý thuyết nghe đơn giản là thế nhưng thực tế thì phương trình và phương pháp phức tạp hơn thế nhiều, vì các vệ tinh luôn di chuyển tương đối với nhau, và với bề mặt Trái Đất. Do đó, vị trí của GPS luôn tồn tại sai số, thường là vài mét cho tới vài trăm mét.

GPS có thật sự miễn phí?

Có một sự thật là trung bình, chính phủ Mỹ tốn 2 triệu USD cho mỗi ngày vận hành hệ thống GPS. Thế nhưng người dùng cuối không phải trả một khoản phí dịch vụ nào. Có ai bị trừ tiền vì sử dụng dịch vụ GPS chưa? Câu trả lời là chưa bao giờ. Vậy tại sao chính phủ Hoa Kỳ tốn rất nhiều nguồn lực, tài nguyên và tiền của nhưng lại cung cấp miễn phí cho toàn thế giới?

Thực tế thì chính phủ Hoa Kỳ cũng nhận lại nhiều nguồn tiền phục vụ cho việc vận hành hệ thống này, trong số đó thì tiền thuế của người dân là một ví dụ. Ngoài ra, bản thân GPS cũng đóng góp rất nhiều cho nền kinh tế toàn cầu. Lấy ví dụ, các ứng dụng giao hàng hoặc vận tải công nghệ sử dụng GPS để tăng cao năng suất làm việc, về vĩ mô sẽ giúp nền kinh tế phát triển mạnh hơn và họ cũng thu được nhiều tiền thuế hơn. Bản thân chính phủ Mỹ cũng làm ăn với nhiều công công nghệ bên thứ 3 để cung cấp dịch vụ cho họ, chính các hợp đồng bản quyền và kinh doanh này cũng đóng góp vào việc giúp hệ thống tiếp tục được hoạt động. Còn việc tại sao những công ty chấp nhận bỏ tiền ra để hợp đồng với chính phủ là vì họ có những cách kiếm tiền khác, ví dụ như lấy data để làm những sản phẩm khác, hoặc bán quảng cáo chẳng hạn.

Ngoài ra, bên cạnh bề nổi là tất cả người dân toàn cầu đều có thể tiếp cận được GPS thì bề chìm của tảng băng là hệ thống này phục vụ cực kì mạnh cho chính quốc gia này. Nó xuất hiện trong quốc phòng, an ninh, công nghiệp,… Cần nói thêm rằng GPS dùng cho quân sự có độ chính xác cao hơn nhiều lần so với GPS dùng cho dân sự. Việc nắm được công nghệ mà phần lớn cả thế giới phải sử dụng cũng giúp Hoa Kỳ có tiếng nói hơn, thể hiện vị thế của một quốc gia phát triển thuộc hàng đầu thế giới cũng như có thể nắm bắt được nhiều khía cạnh quan trọng trong chính trị. Nhiều chuyên gia cũng cho rằng, việc tốn hàng đống tiền để cung cấp dịch vụ này cũng thể hiện đây là một động thái “chủ nghĩa xã hội” thuần tuý mà hiếm có quốc gia nào trên thế giới có thể làm được.

GPS không phải là hệ thống định vị duy nhất của hành tinh

Đúng vậy, mặc dù GPS cực kì phổ biến và được sử dụng trên nhiều quốc gia, nhưng đây không phải là hệ thống định vị duy nhất đang hoạt động. Cần phân biệt rõ giữa GPS và GNSS (Global Navigating Satellite System), trong đó GPS là một hệ thống GNSS do Mỹ chế tạo và điều hành, còn GNSS là tên gọi chung của các hệ thống định vị toàn cầu kiểu như vậy. Bên cạnh GPS của Mỹ, chúng ta còn có GLONASS của Nga, Galileo của Liên minh Châu Âu và BeiDou của Trung Quốc. Đây là những cái tên mà chúng ta ít nhiều đã từng nghe qua, nhưng cũng có hai cái tên khác ít phổ biến hơn là QZSS của Nhật Bản và NavIC (hay IRNSS) của Ấn Độ. Cũng giống như Mỹ, các quốc gia vận hành các hệ thống định vị cũng thường có mục đích chính trị cũng như nhiều chiến lược ẩn ý khác. Nhưng nhìn chung thì cơ bản là giống nhau; vì ở Việt Nam thì GPS là phổ biến nhất nên trong bài này mới đặc biệt tìm hiểu về chúng.

Như vậy có thể thấy, GPS không hoàn toàn miễn phí, nó vẫn được nuôi bởi tiền thuế của dân và những nguồn tiền ẩn khác. Ngoài ra việc cung cấp GPS cũng mang nhiều màu sắc chính trị mà chắc chắn đây là một lợi thế mà ít quốc gia nào có thể đạt được.

Phú Khương