Nghiên cứu tiếp cận công nghệ sử dụng khinh khí cầu thả ở tầng bình lưu tích hợp công nghệ trạm thu phát thông tin để giám sát, dẫn đường tìm kiếm cứu hộ và đo đạc thông số vật lý môi trường tầng khí quyển

Tên đề tài Nghiên cứu tiếp cận công nghệ sử dụng khinh khí cầu thả ở tầng bình lưu tích hợp công nghệ trạm thu phát thông tin để giám sát, dẫn đường tìm kiếm cứu hộ và đo đạc thông số vật lý môi trường tầng khí quyển
Chủ nhiệm đề tài và thành viên chính, Thư ký khoa học PGS.TS. Phạm Hồng Quang
Mục tiêu đề tài Mục tiêu tổng quát:
- Tiếp cận công nghệ chế tạo và thử nghiệm khinh khí cầu tầng bình lưu mang hệ thống thiết bị ứng dụng trong việc đo đạc, giám sát, dẫn đường, tìm kiếm cứu hộ.
Mục tiêu cụ thể:
- Nghiên cứu các vấn đề về động lực học, ổn định cơ - nhiệt, điều khiển với vật thể bay, hướng và tốc độ gió ở các lớp trong tầng khí quyển gần Trái đất sử dụng siêu máy tính để đưa ra thông số điều khiển khing khí cầu hoạt động dài ngày trên tầng bình lưu. Sử dụng các đo đạc thu thập từ khinh khí cầu để kiểm định kết quả tính toán từ mô hình dự báo.
- Tiếp cận một số công nghệ thông tin truyền thông hiện đại, tích hợp với khinh khí cầu thả ở tầng bình lưu phục vụ thông tin liên lạc; mở rộng ứng dụng của hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu.
- Ứng dụng thử nghiệm trong việc tìm kiếm cứu hộ trên biển và đất liền
Nội dung nghiên cứu chính

Kết quả đạt được:

- Thiết kế, tích hợp chế tạo và thử nghiệm 01 quả khinh khí cầu và hệ thống thiết bị, thả lên tầng bình lưu ở độ cao từ 20km đến 34km trên mặt nước biển, có khả năng sử dụng nhiều lần.
- Hệ thống thiết bị được tích hợp trên HAPS, có khả năng hoạt động ổn định trong điều kiện môi trường tầng bình lưu.
- Trạm thu mặt đất và xử lý dữ liệu trung tâm (GCS-Ground Control Station)
- Trạm thu phát dữ liệu di động
- Bộ mẫu thiết bị truyền tin cứu hộ cá nhân (sử dụng cho phi công, thủy thủ, lái xe hoặc đi rừng, núi…)

 

Những đóng góp mới:

Xây dựng và thử nghiệm thành công hệ thống thiết bị thông tin liên lạc giám sát dẫn đường, tìm kiếm cứu hộ cứu nạn và thu thập dữ liệu khí quyển trong phạm vi rộng và hoạt động dài ngày. Hệ thống bao gồm các thành phần chính sau:
- Hệ thống hạ tầng cao không (HAPS) sử dụng bóng thám không (30km) mang các thiết bị đo đạc thám không, truyền tin LPWAN.
- Trạm thu phát liên lạc cao không để theo dõi, truyền tin từ các HAPS và thiết bị mặt đất ở khoảng cách xa.
- Trạm thu phát di động để gắn trên các phương tiện mặt đất hoặc máy bay.
- Thiết bị PLB, EPIRB, giám sát hành trình, chỉ báo vị trí khẩn cấp cứu hộ.
- Thiết bị mặt đất IoT LPWAN.
Xây dựng và thử nghiệm thành công hệ thống dự báo đường bay, quản lý thông tin mạng lưới.
- Sử dụng hệ thống mô hình dự báo khí tượng độ phân giải cao chạy trên máy tính hiệu năng cao để dự báo và lên kế hoạch điều khiển đường bay khí cầu.
- Quản trị thông tin gửi về từ các HAPS, thiết bị mặt đất trên nền bản đồ GIS kết hợp thông tin về thời gian.
Xây dựng và thử nghiệm thành công hệ thống LPWAN trong thông tin liên lạc tìm kiếm cứu hộ cứu nạn, và thu thập dữ liệu cảnh báo thiên tai.
- Hệ thống hạ tầng truyền thông dùng trung: thiết bị mặt đất liên lạc với đơn vị quản lý thông qua đường truyền qua mạng thám không (đài khí tượng thủy văn) mạng lưới trạm thu do nhà nước quản lý hoặc dùng chung của doanh nghiệp kết nối internet.
- Hệ thống mã hóa, bảo mật gói tin được cài hai đầu phát/xử lý tin.
- Thiết bị di động có thể chỉ được xác định bằng ID thiết bị, gửi về đơn vị đăng ký gói tin tự giải mã, bảo đảm an ninh thông tin.
Đưa ra các quy trình, mô hình về hệ thống cứu hộ cứu nạn và đánh giá tiềm năng trong các lĩnh vực quốc phòng và dân dụng (đăng ký sáng chế, chấp nhận đơn số 6060w/QĐ-SHTT ngày 26 tháng 5 năm 2020 của cục trưởng cục sở hữu trí tuệ).
Góp phần vào đào tạo sau đại học, công bố khoa học trên các tạp chí/hội nghị trong nước và quốc tế có uy tín.

Kinh phí thực hiện 9.150.000.000đ (Chín tỷ một trăm năm mươi triệu đồng chẵn)
Năm bắt đầu 2017
Năm kết thúc 2019
Phương thức khoán chi
Sản phẩm nghiệm thu Các bài báo đã công bố (liệt kê):
  1. 1. Phạm Hồng Quang, Dư Đức Tiến, Phạm Hồng Công,

Mai Khánh Hưng, Đặng Đình Quân. Ứng dụng sản phẩm mô hình dự báo thời tiết phân giải cao WRF-ARW trong dự báo quỹ đạo và bài toán định hướng tăng cường quan trắc bóng thám không. Tạp chí khí tượng thủy văn, số 701 tháng 5/2019, trang 41-48, ISSN: 25225-2208


2. Pham Hong Quang, Pham Hong Cong. Optimal critical time sequence for maximizing altitude of sounding rocket. Proceeding of the Second Vietnam International Applied Mathematics Conferecnce (VIAMC 2017), pp. 311-323, ISBN: 978-604-80-3259-3


3. Pham Hong Quang, Pham Quang Chinh, Pham Hong Cong. On balloon and rocket research projects in Vietnam: Some primary calculations and designs for multi-stage lunching vehicle. 24th ESA symposium on European Rocket&balloon programmes and related research, 16-20 Junce 2019, Essen, Germary. pp. 234-240, ISBN 978-92-9221-307-7.


4. Tien Du Duc, Cuong Hoang Duc, Lars Robert Hole, Lam Hoang, Huyen Luong Thi Thanh, Hung Mai Khanh. Impacts of Different Physical Parameterization Configurations on Widespread Heavy Rain Forecast over the Northern Area of Vietnam in WRF-ARW Model. Advances in Meteorology Volume 2019, Article ID 1010858, 24 pages https://doi.org/10.1155/2019/1010858 (SCIE, IF=1.491)


Các sản phẩm cụ thể:
- Thiết kế, tích hợp chế tạo và thử nghiệm 01 quả khinh khí cầu và hệ thống thiết bị, thả lên tầng bình lưu ở độ cao từ 20km đến 34km trên mặt nước biển, có khả năng sử dụng nhiều lần.
- Hệ thống thiết bị được tích hợp trên HAPS, có khả năng hoạt động ổn định trong điều kiện môi trường tầng bình lưu.
- Trạm thu mặt đất và xử lý dữ liệu trung tâm (GCS-Ground Control Station)
- Trạm thu phát dữ liệu di động
- Bộ mẫu thiết bị truyền tin cứu hộ cá nhân (sử dụng cho phi công, thủy thủ, lái xe hoặc đi rừng, núi…)
Các sản phẩm khác (nếu có):
- Hệ thống phần mềm mô phỏng phục vụ dự báo hoạt động của các luồng khí trong tầng bình lưu chạy trên nền tảng siêu máy tính hiệu năng cao.
- Tài liệu hướng dẫn vận hành sử dụng các mô hình tính toán các trường khí tượng trên hệ thống tính toán hiệu năng cao.
- Các bằng sáng chế, giải pháp hữu ích:
Tên sáng chế: Hệ thống thám không vô tuyến, trạm thu phát cao không, vật IoT, thiết bị chỉ báo vị trí khẩn cấp và quy trình thu thập dữ liệu tích hợp công nghệ mạng diện rộng năng lượng thấp. Chấp nhận đơn hợp lệ, số 6060w/QĐ-SHTT, ngày 26 tháng 5 năm 2020 của cục trưởng cục sở hữu trí tuệ.