Hệ thống laser 100 gigawatt có khả năng "đốt cháy cả một thành phố" sẽ là nguồn năng lượng đưa ta du hành sang hệ sao khác

Kể từ khi biết tới sự tồn tại của Cận Tinh – Proxima Centauri, ngôi sao gần Mặt Trời nhất, thuộc hệ sao Alpha Centauri, hệ sao gần Mặt Trời nhất, ta vẫn luôn để mắt tới nó. Và thời điểm biết rằng nằm trong Cận Tinh là Proxima b -một hành tinh rất giống Trái Đất, quay quanh Cận Tinh ở vị trí hoàn hảo để phát triển sự sống, ta tìm cách liên lạc với nó, thậm chí tìm cả cách lên đó.

Cận Tinh chỉ cách Hệ Mặt Trời 4,2 năm ánh sáng thôi, khoảng cách gần nhất mà ta có, tập trung vào đó không phải điều gì khó hiểu. Ngoài dự án gửi tin nhắn lên, ta còn có một dự án táo bạo và tham vọng khác.

Bầu trời sao xung quanh hệ Alpha Centauri.

Đó là Breakthrough Starshot, sáng kiến thứ ba thuộc serie Breakthrough – chương trình khoa học hậu thuẫn quá trình tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất, do tỉ phú người Nga Yuri Mulner lập ra. Chương trình được những cái tên sáng giá trong làng khoa học thế giới như Stephen Hawking, Martin Rees hay Frank Drake ủng hộ.

Lần đầu tiên được công bố vào tháng Tư năm 2016, Starshot là chương trình trị giá hơn 100 triệu USD để phát triển buồm ánh sáng, một công nghệ viễn tưởng sử dụng tia laser cực mạnh để bắn vào một "cánh buồm" tiếp nhận ánh sáng - như cách thuyền buồm nhận gió, tiếp năng lượng cho nó để bay xuyên Vũ trụ. Điểm đến của dự án Breakthrough Starshot là Alpha Centauri; dự kiến với tốc độ 20% tốc độ ánh sáng, nó sẽ mất 20 năm để tới nơi và 4 năm để truyền tin về Trái Đất, báo cáo nó đã hoàn thành sứ mệnh.

Dù buồm ánh sáng dựa trên 80 bản nghiên cứu du hành không gian, dự án vẫn chưa thấy kết quả khả quan. Kĩ sư chính của Starshot nói rằng hàng triệu USD tiền nghiên cứu đang được đổ vào, chặng đường nghiên cứu chưa gặp khó khăn gì đáng kể, cả về mặt tài chính và mặt khoa học kỹ thuật.

Tỉ phú Milner và một số nhà đầu tư từ Thung lũng Silicon khác đã đưa vào Starshot 100 triệu USD để chi trả chi phí nghiên cứu và phát triển trong suốt 10 năm.

Yuri Milner.

"Mục tiêu dự án đã khiến chúng tôi phải nghiên cứu một loạt những phương pháp mới, có thể đưa một vật thể tới được một ngôi sao khác", Peter Klupar, giám đốc kĩ thuật của tổ chức phi lợi nhuận Breakthrough Foundation và dự án Starshot nói hồi tháng Mười một, trước những người tới tham dự Hội nghị Vũ trụ.

"Chúng tôi kết luận cách tốt nhất để thực hiện là xây dựng một trạm laser khổng lồ, có lẽ là ở Chile".

Dự án mong muốn phóng tới Alpha Centauri (hoặc gần hơn là Proxima Centauri) khoảng 1000 tàu vũ trụ StarChip tí hon, với tốc độ khoảng 20% tốc độ ánh sáng. Mỗi con tàu chip chỉ nặng trên dưới 1 gram.

Dù điểm cuối là đâu, điểm đầu của nó vẫn sẽ là Trái Đất, dự kiến thời gian phóng sẽ rơi vào đâu đó thập niên 30 của thế kỷ này – 11 năm nữa ta sẽ chạm mốc vừa nêu. Hệ thống laser siêu mạnh sẽ đưa những con tàu tới chân trời mới.

Peter Klupar nói thêm rằng hệ thống laser sẽ cực mạnh, đủ khả năng để "đốt cháy cả một thành phố trong vòng vài phút" nếu như nó bắn vào một tấm gương và phản lại Trái Đất. Cũng may dự án Starshot là để đưa tàu lên hệ sao khác, chứ không phải là một thứ vũ khí của nhà bác học điên nào đó.

Nếu như kế hoạch suôn sẻ, tàu được phóng lên vào khoảng năm 2030, thì những hình ảnh đầu tiên sẽ được gửi về vào khoảng năm 2060.

"Có thể bạn nghĩ rằng dự án bất khả thi, nhưng các nhà khoa học tại Caltech, tại Đại học Southampton và Đại học Exeter đang nhận tổng cộng 50 dự án để phục vụ chương trình Starshot", giám đốc Klupar nói. "Chưa có ai gặp trở ngại khiến toàn bộ dự án phải chững lại. Tất cả những gì bạn đang xem là sự thực".

Vũ trụ "sương khói mờ nhân ảnh"

Klupar và các nhà khoa học khác không hề ảo tưởng về những gì Starshot có thể đạt được. Họ tự tìm ra cách thoát khỏi những ngõ cụt.

Một số nghiên cứu do chính họ viết nên nêu lên khó khăn kinh phí khi xây dựng một hệ thống bắn tia laser siêu mạnh. Một số khác phân tích bản chất cái "buồm sáng": thứ sẽ phải bắn tia laser bắn lên từ mặt đất, chuyển năng lượng nhận được thành động năng, bay thẳng về phía ngôi sao xa xôi.

Có những lo ngại nhất định: liệu cánh buồm có tan rã trước sức mạnh khổng lồ của tia laser không? Lực tạo ra phải gấp 60.000 lần lực hấp dẫn của Trái Đất. Chưa kể tới việc những con tàu StarChip sẽ đi lệch quỹ đạo đặt trước, bay đi đâu không rõ.

"Cánh buồm rất mỏng. Chỉ dài khoảng 400 nguyên tử, nặng nửa gram, đường kính khoảng 4 mét", giám đốc Klupar nói. "Tôi coi nó là ‘một làn khói phản chiếu được ánh sáng’".

Chặng đường bay của cánh buồm sáng còn gặp phải khí gas và bụi vũ trụ nữa. Những hạt vật chất có thể ăn mòn toàn bộ hệ thống trước khi nó tới được điểm cuối.

Các nhà khoa học tại dự án Starshot đã lường trước những trường hợp này, chấp nhận luôn tỉ lệ rủi ro: họ sẽ mất kha khá tàu StarChip để có thể tới được Alpha Centauri. Mười năm tới, nếu khoa học có tiến triển vượt bậc, dự án có thể bỏ lại nhiều chướng ngại sau lưng để thẳng tiến tới hệ sao khác.

Ví dụ về bước phát triển của khoa học trợ giúp cho Starshot: vệ tinh thử nghiệm chỉ nặng 4 gram, các "yêu tinh – spirte" mỏng manh nhưng đầy sức mạnh. Chúng được nghiên cứu và phát triển bởi Đại học Kỹ nghệ Cornell. Tháng Sáu năm 2017, một nhóm 6 "con yêu tinh" đã bay lên quỹ đạo bằng một quả tên lửa người Ấn Độ chế tạo.

Một tàu "sprite" thử nghiệm.

"Đây mới chỉ là thử nghiệm đầu tiên, để xem vệ tinh có hoạt động không", giám đốc Klupar nói. Việc phóng tên lửa kèm vệ tinh đã thành công, những thiết bị "yêu tinh" kích hoạt hệ thống cảm biến nhiệt, gửi dữ liệu về Trái Đất dưới dạng tín hiệu vô tuyến.

Những thiết bị nhỏ gọn này chính là tiền thân của StarChip. "Chẳng khác công nghệ CubeSat của 20 năm là trước mấy", ông giám đốc kỹ thuật nói, liên tưởng tới công nghệ đã từng được cho là không tưởng của xưa kia, một vệ tinh có kích cỡ của một hộp bánh.

"Người ta đã từng nói ‘Thứ đó là đồ chơi, không bao giờ phát triển thành cái gì được đâu, chắc chắn chúng không thể hoạt động được", Klupar nói. "Và nhìn chúng mà xem: giới công nghệ đang đổ cả triệu USD vào nghiên cứu và sản xuất CubeSat".

Starshot dự định phóng thêm 4 vệ tinh "yêu tinh" nữa trong năm nay, với nhiều cải tiến chủ chốt để có thể trở thành một StarChip hoàn thiện. Trước mắt sẽ là camera, sau sẽ là các thiết bị tân tiến khác nữa.

Chỉ trong vài tháng sẽ làm được sứ mệnh NASA mất 10 năm để thực hiện

Ông Klupar nói trong vòng 5 năm tới, Starshot sẽ tìm cách "lắp ghép những hệ thống này lại để hoạt động" đúng theo những kỳ vọng ban đầu. Trước khi tới Alpha Centauri, các con tàu thăm dò cỡ nhỏ của Starshot sẽ bay quanh Hệ Mặt Trời để thử nghiệm trước.

Khoảng năm 2030 và nếu đủ vốn, họ sẽ xây một trạm bắn tia laser 1-gigawatt tại vùng núi Sierra Nevada. Tại đó, những chuyến bay bằng buồm ánh sáng và tia laser đầu tiên sẽ diễn ra. Ban đầu, các vệ tinh sẽ di chuyển với vận tốc 1% vận tốc ánh sáng, vượt qua những chướng ngại vật đầu tiên là các thiên thể trong Hệ Mặt Trời.

"Hóa ra, với hệ thống 1 gigawatt và cánh buồm rộng 10 mét, bạn có thể tới Sao Hỏa trong vài ngày, tới Sao Mộc trong vài tuần với tới Sao Diêm Vương trong vài tháng", Peter Klupar nói. So sánh cho dễ tưởng tượng: tàu New Horizon của NASA mất khoảng 10 năm để tới được Sao Diêm Vương.

Sao Hỏa sẽ là điểm đến đầu tiên ta nghĩ tới.

Tổng số tiền Starshot cần sẽ vào khoảng 1 tỷ USD, đa số sẽ dành cho việc xây dựng trạm bắn tia laser. Một khi có được trạm, chi phí cung cấp năng lượng để đưa vệ tinh bay xa sẽ giảm đi nhiều. Họ dự tính mỗi một StarChip bay lên, chỉ cần tới vài chục ngàn hoặc vài ngàn USD. Quá rẻ so với con số hàng tỷ USD để gửi robot thăm dò lên hành tinh khác.

Các tàu StarChip bay trong Hệ Mặt Trời sẽ nặng khoảng 100 gram, gấp 100 lần những thiết bị bay ngang Vũ trụ để đến được hệ sao khác. Việc phóng tàu tương lai cũng sẽ cần tới nỗ lực hợp tác của tất cả các nước trên thế giới. Lý do: bắn một tia laser 1 gigawatt lên vũ trụ không chỉ sáng chói, mà còn có thể làm hư hại vệ tinh của bất kì nước nào bay qua đó. Việc các nước cần hợp sức lại còn vì một lý do nữa …

"Tia laser mạnh 100 gigawatt sẽ bừng sáng một góc trời, bên kia Dải Ngân hà cũng thấy được. Nó sẽ sáng hơn cả Mặt Trời", ông Klupar nói.

Một nguồn sáng mạnh như vậy sẽ biến Trái Đất thành một ngọn hải đăng khổng lồ, đưa đi thông điệp "nơi đây có sự sống" cho bất cứ nền văn minh nào đó có thể tồn tại ngoài xa.

"Chúng tôi không thực hiện dự án này chỉ cho một nhóm người", giám đốc Klupar nói. "Chúng tôi đang đại diện cho cả hành tinh".