Ba nghiên cứu vừa đi theo tàu Falcon Heavy lên Vũ trụ sẽ thay đổi thế giới: buồm ánh sáng, nhiên liệu tên lửa sạch và đồng hồ nguyên tử

Falcon Heavy đã 3 lần lên không thành công:

Lần thứ nhất vào ngày 6 tháng Hai năm 2018, mang theo chiếc Tesla Roadster của Musk. Chắc chắn bạn có nhớ tới sự kiện có một không hai này, và cũng ngay tại thời điểm bạn đang đọc bài viết, chiếc xe điện Roadster vẫn đang bay với tốc độ kinh hoàng trong không gian.

Lần thứ hai Falcon Heavy lên không là ngày 11 tháng Tư năm 2019, mang theo loạt vệ tinh của Arabsat.

Lần thứ ba mới diễn ra thôi, vào 25 tháng Sáu năm 2019.

Bản thân lần phóng tàu thành công mới đây mang nhiều ý nghĩa, khi SpaceX tái sử dụng được những hệ thống tên lửa đẩy lấy về từ lần phóng trước. Nhưng điểm đáng chú ý hơn cả của lần phóng Falcon Heavy này không chỉ nằm tại cấu trúc quả tên lửa, mà còn nằm tại những kiện hàng nó mang lên không.

Bên cạnh vệ tinh thời tiết và vệ tinh do thám của chính phủ, vệ tinh chụp ảnh của một bên tư nhân (tổng cộng 25 vệ tinh), có 3 thứ công nghệ - 3 công trình nghiên cứu đáng chú ý khác theo chân quả tên lửa mạnh nhất hành tinh lên không. Chưa hết, còn có tro cốt của 152 người có ước nguyện yên nghỉ ngoài không gian.

Hộp chứa tro cốt của 152 người.

Tổng những kiện hàng này khiến vụ phóng Falcon Heavy trở thành lần lên vũ trụ đa dạng nhất từ trước tới giờ. Và giờ ta hãy nói về 3 thử nghiệm có tiềm năng thay đổi nhân loại.

Thử nghiệm công nghệ Buồm ánh sáng với LightSail 2

Đây sẽ là vệ tinh ứng dụng công nghệ buồm sáng đầu tiên bay trên quỹ đạo quanh Trái Đất. LightSail sử dụng năng lượng từ hạt photon để đẩy toàn bộ thiết bị đi, đó là lý do tại sao nó được gọi là buồm sáng: vì là một cánh buồm, đón hạt photon - hạt ánh sáng để trôi đi trong biển Vũ trụ bao la.

Vệ tinh sử dụng Lightsail không cần nhiên liệu, không sử dụng năng lượng đẩy để đẩy toàn bộ cấu trúc bay đi, và hiển nhiên không thải ra môi trường không gian bất cứ phụ phẩm đốt nhiên liệu nào.

Ảnh "tự sướng" của LightSail 1.

“Hệ thống buồm sáng sử dụng ánh sáng để đẩy mình đi. Hạt photon va vào một thứ gì đó, cụ thể là va vào rồi nảy lại, thế là bạn sẽ có động lượng truyền vào tàu không gian”, Bruce Betts, trưởng ban khoa học và cũng là người điều hành dự án LightSail 2 của Planetary Society cho hay. “Trong môi trường chân không của Vũ trụ, cú đẩy đó trở nên mạnh đáng kể”.

Cánh buồm sáng được gói gọn trong cấu trúc tàu du hành Prox-1 do Georgia Tech thiết kế và chế tạo. Tại độ cao 720 km so với bề mặt Trái Đất, buồm sẽ bung ra, bắt đầu tiến hành thử nghiệm.

Trạm điều khiển mặt đất sẽ liên tục cố gắng đẩy Prox-1 với cánh buồm sáng ra một quỹ đạo rộng hơn, và đo đạc xem hệ thống buồm sáng có thực sự là một tấm phản chiếu hạt photon, nhận về động lượng để đẩy toàn bộ Prox-1 di chuyển trong không gian.

Hệ thống trạm đo đạc vị trí bằng laser sẽ liên tục theo dõi Prox-1, để xem liệu vệ tinh có di chuyển trên không. Kết quả nghiên cứu sẽ tới chỉ sau vài ngày đo đạc.

Nếu dự án này thành công, Prox-1 sẽ trở thành vệ tinh bay quanh quỹ đạo Trái Đất đầu tiên chỉ sử dụng ánh sáng Mặt Trời làm nguồn năng lượng. Và nếu thành công, các vệ tinh CubeSat tương lai sẽ thay đổi cách con người thăm dò Hệ Mặt Trời cũng như xa hơn nữa.

Hình minh họa Prox-1 trên quỹ đạo.

LightSail 2 còn có một điểm khác biệt nữa: đây không phải dự án được tổ chức nào hậu thuẫn, đây là giấc mơ xây từ tiền túi của những cá nhân đam mê du hành vũ trụ. Hơn 40.000 người đã ủng hộ tài chính cho dự án LightSail, công nghệ du hành không gian không cần nhiên liệu đốt trưởng thành là nhờ họ.

Sứ mệnh Truyền Chất đốt đẩy tàu Xanh - Green Propellant Infusion Mission (GPIM)

Đây là dự án liên kết giữa NASA, Tập đoàn Công nghệ Không gian Ball, Aerojet Rocketdyne, Không lực Hoa Kỳ và một số tổ chức khác, nhằm tìm ra một thứ chất đốt có độ độc hại thấp, có tên hydroxyl ammonium nitrate, còn có tên khác là AF-M315E. Dự án này đã và đang được phát triển 10 năm nay với kinh phí 45 triệu USD, và giờ tiếp tục được thử nghiệm khi lên Vũ trụ bằng Falcon Heavy.

Theo dữ liệu thu thập được, AF-M315E hiệu quả hơn 50% so với chất đốt đẩy tàu thông dụng, trong khi đó lại giảm được lượng chất độc thải ra môi trường trong quá trình đốt. Đó chính là lý do xuất hiện từ “xanh” trong cái tên dài và lằng nhằng của GPIM.

Nhưng tàu xịn, công nghệ di chuyển hiện đại, nhiên liệu thân thiện với môi trường để làm gì khi không có một hệ thống dẫn đường tân tiến, để sử dụng trong không gian bao la? Và ta có thử nghiệm quan trọng thứ ba đã lên không gian cùng Falcon Heavy trong đợt phóng mới nhất.

Ta có Đồng hồ Nguyên tử Không gian Sâu - Deep Space Atomic Clock

Bản thân là đồng hồ, nhưng sứ mệnh chính của nó không phải là một “Big Ben trên Vũ trụ”, mà là một công cụ đo đạc chính xác nhằm dẫn đường cho các tàu du hành không gian tương lai. Khi ta gửi người và kiện hàng lên Mặt Trăng, Sao Hỏa và xa hơn nữa, ta sẽ cần một hoa tiêu dẫn lối, một hoa tiêu chỉ có kích cỡ ngang ngửa ắc-quy xe máy.

Trong suốt thời gian thử nghiệm kéo dài 1 năm, Đồng hồ Nguyên tử Không gian Sâu sẽ bay trong quỹ đạo, thực hiện những bước chuẩn bị cần thiết cho những chuyến du hành tương lai. Khả năng và cách vận hành của nó cũng tương đương các đồng hồ nguyên tử có trên vệ tinh, làm hệ thống định vị GPS cho điện thoại của bạn.

Nhưng khi càng đi xa khỏi Trái Đất, tín hiệu mất nhiều thời gian hơn để đi từ vệ tinh/trạm kiểm soát mặt đất tới tàu du hành. Vậy nên Đồng hồ Nguyên tử Không gian Sâu sẽ là hệ thống đồng hồ nguyên tử đầu tiên được đặt trên một tàu du hành, vượt xa khỏi quỹ đạo Trái Đất.

Nó sẽ cho phép tàu vũ trụ tự định hướng được trong không gian, bỏ qua bước gửi tín hiệu về Trái Đất, yêu cầu xác nhận vị trí tàu. Đồng hồ nguyên tử kết hợp với hệ thống định vị trên tàu sẽ ngay lập tức cho phi hành gia tọa độ tàu, để họ an tâm đi vào không gian vô tận.

Cũng như mọi đồng hồ nguyên tử khác, độ chính xác của nó gần tuyệt đối: 10 triệu năm mới lệch 1 giây, ổn định hơn đồng hồ nguyên tử gắn vệ tinh tới 50 lần. Nếu thử nghiệm lần này thành công, Đồng hồ Nguyên tử Không gian Sâu sẽ là thiết bị đo đạc thời gian chính xác nhất Vũ trụ.

Tròn 60 năm trước, ta hạ cánh thành công lên Mặt Trăng, ta có một dấu mốc đáng nhớ trong lịch sử. Vụ phóng thành công Falcon Heavy hôm vừa rồi chính là bước đệm quan trọng để ta có một dấu mốc lịch sử nữa.

Những con mắt háo hức nhìn về phía Sao Hỏa, chờ đợi một tương lai mới mở ra cho nhân loại: thời điểm loài người chính thức trở thành giống loài liên hành tinh.