Nhìn ra thế giới: Khám phá không gian vũ trụ

Một trong những bí ẩn lớn nhất đối với con người chính là vũ trụ bao la rộng lớn. Với sự ưa thích tìm hiểu, học hỏi không ngừng, con người luôn tự thôi thúc tìm kiếm cách khám phá vũ trụ.

Thời điểm : năm 1974. Địa điểm : bên ngoài không gian giữa sao Kim và sao Thuỷ. Tàu thăm dò không gian Mariner 10 của NASA có một yếu tố nghiêm trọng .

Ông CHRISTIAN READY –  Kênh Launch Pad Astronomy: “Do có một số thao tác không định trước, họ đã phải giảm lượng thuốc phóng xuống khá thấp so với dự kiến, và để có thể duy trì khả năng kiểm soát tàu vũ trụ, NASA đã phải tính đến một cách giải quyết khác.”
Nếu họ không nhanh chóng làm gì đó, tàu thăm dò có thể trượt khỏi quỹ đạo tới sao Thuỷ. Và đó là khi các kỹ sư đã đưa ra một kế hoạch tuyệt vời. Những gì họ đã làm là sử dụng các tấm pin năng lượng mặt trời của tàu vũ trụ. Bằng cách đặt các tấm pin theo hướng về phía mặt trời, áp suất của ánh sáng mặt trời sẽ di chuyển và định hướng tàu vũ trụ khi cần.”

Và nó đã thành công. Tàu Mariner 10 trở thành tàu không gian vũ trụ đầu tiên thăm dò sao Thuỷ và gửi về những hình ảnh cận của hành tinh này. Quyết định trong phút chốc này đã chứng minh áp suất mặt trời có thể được sử dụng để giữ tàu thăm dò đi đúng hướng, giống như một chiếc thuyền buồm sử dụng sức gió. 

“ NASA đã thành công xuất sắc trong việc “ lái ” con tàu Mariner 10, mặc dầu điều đó không nằm trong phong cách thiết kế thiên chức bắt đầu .KHÁM PHÁ KHÔNG GIAN VŨ TRỤ VỚI “ CÁNH BUỒM MẶT TRỜICánh buồm mặt trời sử dụng nguồn nguồn năng lượng sẵn có, gần như là vô hạn từ mặt trời. Nếu bạn đang bật đèn hoặc ở dưới ánh nắng mặt trời, bạn hoàn toàn có thể sẽ kinh ngạc khi biết ánh sáng đó đang ảnh hưởng tác động lên bạn .“ Dù tin hay không, ánh nắng mặt trời có tác động ảnh hưởng lên tất cả chúng ta. Nếu bạn đi ra ngoài vào ban ngày, vào một ngày đầy nắng, bạn hoàn toàn có thể cảm thấy một lực tương tự với một chiếc lông rất nhẹ tác động ảnh hưởng lên lòng bàn tay của bạn. Nó không quá lớn và tất cả chúng ta thậm chí còn không nhận ra, bởi ngay cả những cơn gió nhẹ nhất thoảng qua cũng hoàn toàn có thể ép chế cảm xúc đó. Nhưng bên ngoài không gian, đó là một câu truyện trọn vẹn khác vì không có gì níu giữ bạn cả. Không có gió lớn hay gió nhẹ, hay bất kỳ lực nào tác động ảnh hưởng lên bạn. Do vậy, dù ảnh hưởng tác động rất chậm nhưng chắc như đinh áp suất của ánh nắng mặt trời sẽ tích tụ và sẽ từ từ đẩy bạn đi. ”” Cánh buồm mặt trời ” lần tiên phong được nhà thiên văn học Johannes Kepler nhắc tới vào năm 1610, cho rằng một ngày nào đó cánh buồm không gian hoàn toàn có thể bắt được ánh nắng mặt trời như một cánh buồm đón gió. Mặc dù ông không hề hiểu trọn vẹn chính sách để hiện thực hoá điều này, nhưng nó sau đó đã được kim chỉ nan hoá bởi nhà vật lý học James Clerk Maxwell, người đã chỉ ra theo một cách toán học rằng ánh nắng mặt trời mang theo động lượng tạo ra áp suất lên vật thể .

Tiến sỹ BRUCE BETTS – Nhà khoa học, Hiệp hội Hành tinh: “Khi bạn đến gần khoảng chân không, và bạn có một vật thể có trọng lượng thấp, và một cánh buồm sáng bóng có thể phản chiếu ánh sáng, bạn hoàn toàn có thể sử dụng nó để đẩy một con tàu vũ trụ. Hay ít nhất đó là theo lý thuyết.”

Cánh buồm mặt trời giúp đưa ra một giải pháp khả thi cho một trong những trở ngại lớn nhất mà những thiên chức không gian đang phải đương đầu : đó là nguồn cung nguyên vật liệu hạn chế .“ Khi bạn sử dụng hết lượng thuốc phóng, bạn không còn gì để tạo ra lực đẩy. Và đó là hạn chế cơ bản của tên lửa. ”Nhưng với sự thành công xuất sắc của những thiên chức “ cánh buồm mặt trời ” do Cơ quan Hàng không thiên hà Nhật Bản ( JAXA ), NASA, và gần đây nhất là của Thương Hội Hành tinh ( the Planetary Society ) triển khai, những thiên chức giờ đây hoàn toàn có thể kéo lâu dài hơn hơn, ngân sách thấp hơn, nhanh hơn và đi được xa hơn vào không gian so với trước kia .

“Nó đã thực sự mở ra cơ hội khám phá hệ mặt trời trong một phạm vi mà chúng ta chưa thể tiếp cận với công nghệ hiện tại của mình.”
“Các nhà thiên văn học đôi khi cho rằng không gian bị cong”

Những người như Carl Sagan, đồng sáng lập của Thương Hội Hành tinh, đã nhìn ra tiềm năng của nó cho những thiên chức trong tương lai .“ Vậy giờ nó sẽ có tính năng gì ? Nó sẽ đưa anh tới bất kể nơi nào mà anh muốn. Một thiên chức mà đang được nhắc tới gần đây là điểm gặp nhau với sao chổi Halley ( Ha-li ). Tôi luôn muốn được làm điều đó. ”Nhiều năm sau khi mất, ông ấy vẫn truyền cảm hứng cho một thế hệ nhằm mục đích biến giấc mơ của ông thành hiện thực. Nhưng cánh buồm mặt trời tiên phong của Thương Hội Hành tinh, Cosmos 1, chưa khi nào vào được quỹ đạo của nó sau một sự cố tên lửa vào năm 2005. “ Du thuyền mặt trời ” IKAROS của Cơ quan Hàng không thiên hà Nhật Bản mới là con tàu ngoài hành tinh tiên phong sử dụng cánh buồn mặt trời thành công xuất sắc tiến vào không gian vào năm 2010. Và 1 năm sau đó, tàu NanoSail-D của NASA cũng làm được điều tựa như trong quỹ đạo Trái đất tầm thấp .Nhưng sự tăng trưởng của những công nghệ tiên tiến gần đây mới thực sự triển khai những thiên chức trong thực tiễn .

“Chìa khoá công nghệ đằng sau “cánh buồm mặt trời” thực chất lại không nằm ở cánh buồm, mà nằm ở tải trọng càng nhỏ và nhẹ càng tốt. Và trong những năm gần đây, chúng ta đã phát triển được công nghệ có tên gọi CubeSat. Chúng ta thậm chí còn có cả công nghệ có tên NanoSat. Đó là những vệ tinh siêu nhỏ có trọng lượng chưa đến 1kg, chúng chứa tất cả các thiết bị điện tử cần thiết để tiến hành một sứ mệnh không gian. Tất cả mọi thứ từ thiết bị điện tử hàng không, thiết bị liên lạc, thiết bị điều khiển cao độ, thiết bị định hướng, đều được tích hợp vào các con chip silicon. Những vệ tinh CubeSat này, được gắn kèm với một cánh buồm mặt trời, có tải trọng hiệu quả mà không mất quá nhiều chi phí.”

Sự kết hợp giữa cánh buồm mặt trời và các thiết bị nhỏ này, khi lắp ghép vào với nhau, sẽ giúp làm giảm chi phí khám phá không gian và nhiều người cũng dễ tiếp cận hơn. Hiệp hội Hành tinh đã chuẩn bị điều đó để chứng minh đây có thể là một sự lựa chọn hữu ích. 
Năm 2019, vệ tinh siêu nhẹ CubeSat của Hiệp hội này, với kích thước chỉ bằng một ổ bánh mỳ, có tên gọi LightSail 2, đã được phóng thành công cùng tên lửa đẩy Falcon Heavy của Tập đoàn công nghệ thám hiểm không gian SpaceX.

“ LightSail 2 được phóng lên như một vệ tinh CubeSat có size như thế này. Đây là phiên bản bằng bìa theo tỷ suất 1 : 1. Và một khi nó đi vào quỹ đạo, nó sẽ mở ra những tấm pin nguồn năng lượng mặt trời, lộ ra cánh buồm bên trong, 1 số ít thiết bị đo đạc, máy ảnh. Sau đó, chúng tôi tiến hành cánh buồm mặt trời, nó có size như một võ đài quyền anh, 32 mét vuông, và mở ra 4 cánh buồm hình tam giác từ chiếc trụ “ bánh mỳ ”. Các cánh buồm được làm bằng Mylar, một loại polyester nhẹ và mỏng mảnh như tơ nhện, giống như những quả bóng Mylar nhưng mỏng mảnh hơn, với bề rộng 4 micromet, 1 micromet bằng 1 / triệu của 1 m. Nó rất mỏng dính và để không bị rách nát, chúng tôi phủ lên Ripstop, là một loại vải nylon chống rách nát rất tốt. ”Ánh sáng từ mặt trời, được tạo nên từ những photons, chiếu vào mặt phẳng vải bóng Mylar, mang theo động lượng, phản xạ lên mặt phẳng cánh buồm và tạo ra lực đẩy. Sau đó, nhóm nghiên cứu và điều tra sử dụng bánh xe động lượng để lái tàu thiên hà. LightSail 2 là thiên chức tiên phong thành công xuất sắc trong việc sử dụng cánh buồm mặt trời để vận động và di chuyển .“ Mục đích chính của LightSail 2 chứng tỏ cánh buồm mặt trời hoàn toàn có thể tinh chỉnh và điều khiển trong một con tàu thiên hà nhỏ, đơn cử là trong CubeSat, và chúng tôi đã đạt được điều đó. ”Nó đã vận động và di chuyển. Nhưng đây mới chỉ là sự khởi đầu. Trong vài năm tiếp theo, thiên chức không gian Artemis 1 của NASA sẽ hướng đến mặt trăng và mang theo vệ tinh cánh buồm mặt trời có tên Near-Earth Asteroid Scout, hay còn gọi là NEA Scout. Một khi đã bay vào không gian, vệ tinh này sẽ tách khỏi Artemis và du hành đến một tiểu hành tinh trong vòng 3 năm tính từ thời gian phóng lên .“ Chúng tôi đã có một thoả thuận với NASA, là chúng tôi thao tác trực tiếp trong thiên chức cánh buồm mặt trời NEA Scout ( Ni-a-s-cao ) và cùng nhau thao tác để liên tục những gì đang nghiên cứu và điều tra. ”Nhưng cánh buồm mặt trời không bị hạn chế bên trong hệ mặt trời, nơi có rất nhiều ánh sáng mặt trời. Mà ngược lại. Nó còn là cách tốt nhất để vươn ra bên ngoài hệ mặt trời và hơn thế. Tuy nhiên nó sẽ cần phải được nâng cấp cải tiến từ công nghệ tiên tiến hiện tại .“ Một trong những điểm yếu kém trong những phong cách thiết kế cánh buồm mặt trời lúc bấy giờ là chúng được làm theo nguyên khối, có nghĩa là ở đầu cuối bạn phải căng, cuộn và kiểm soát và điều chỉnh hàng loạt cánh buồm. Nhưng nếu bạn hoàn toàn có thể chia cánh buồm thành những bộ phận, bạn hoàn toàn có thể nối từng bộ phận lại với nhau và cơ động hơn rất nhiều. Và đó là những gì mà một công ty có tên Xplore đang nghiên cứu và điều tra với sáng tạo độc đáo SunVane của họ. SunVane sử dụng một phần cánh buồm rất lớn và chia nó thành 6 hay 8 cánh gạt. Các cánh gạt từ đó hoàn toàn có thể nối với nhau một cách độc lập, và giúp SunVane trở thành cánh buồm cơ động rất tốt. Ưu điểm của năng lực cơ động cao là bạn hoàn toàn có thể đạt được điểm đến tiềm năng nhanh hơn nhiều, bởi bạn hoàn toàn có thể vạch ra một con đường ngắn và hiệu suất cao hơn để đưa bạn từ điểm A tới điểm B. ”SunVane sẽ di chuyển hướng vào bên trong về phía mặt trời, giống như một chiếc thuyền khơi đi vào hướng gió, và rồi hướng những cánh gạt về phía mặt trời với một tần suất tối đa. Việc tiến hành công nghệ tiên tiến này, dù chỉ mới ở trong quy trình tiến độ lập kế hoạch khởi đầu, đặt tiềm năng đạt được vận tốc từ 5-8 đơn vị chức năng thiên văn mỗi năm. 1 đơn vị chức năng thiên vặn bằng khoảng cách trung bình từ Trái Đất đến Mặt trời. Điều đó sẽ giúp thiên chức của SunVane trở thành con tàu thăm dò tự tạo nhanh nhất từng được phóng lên, chạm đến sao Mộc trong khoảng chừng thời hạn chưa tới 1 năm. Mà không tốn một giọt nguyên vật liệu nào. Tuy nhiên xét đến khoảng cách vô cùng lớn trong không gian, nó thậm chí còn vẫn cần phải đi nhanh hơn và bay gần hơn tới mặt trời để hoàn toàn có thể triển khai xong những thiên chức không gian phức tạp mà những nhà khoa học kỳ vọng đạt được. Nhưng cho đến nay, công nghệ tiên tiến vẫn chưa đạt được đến đó .“ Nhiệt độ môi trường tự nhiên trong đó cực kỳ cao. Do vậy bạn cần phải có một vật tư cực kỳ nhẹ nhưng cũng cực kỳ bền. Một số vật tư nâng cấp cải tiến hoàn toàn có thể được sử dụng như cánh buồm làm từ silic nitride hay silica. Những vật tư này vẫn chưa sống sót nhưng hiện có những công ty đang nghiên cứu và điều tra để tăng trưởng chúng. ”Một hạn chế khác của cánh buồm mặt trời là nó không hề mang theo một vật thể nặng, ví dụ điển hình như con người .Để đẩy được một tải trọng lớn, ví dụ điển hình trọng tải thô, bạn sẽ cần một cánh buồm rất lớn và rất nhiều thời hạn để đạt được đủ tốc độ, tất yếu, trừ phi bạn muốn cử đoàn thám hiểm đi lặn trong mặt trời. Nhưng điều đó thì không được tốt cho sức khoẻ lắm đâu. ”Nhưng với những tàu thiên hà nhỏ, năng lực là vô tận. Sứ mệnh tham vọng nhất sử dụng cánh buồm mặt trời, ngay cả việc thăm dò hệ mặt trời khác, và được cho phép tất cả chúng ta chạm tới mạng lưới hệ thống sao gần nhất, Alpha Centauri, chỉ trong 20 năm, đó là dự án Bất Động Sản Breakthrough Starshot .“ Ý tưởng của dự án Bất Động Sản này là sử dụng một loạt những tia laser có xung lực terawatt, tập trung chuyên sâu ánh sáng vào một con tàu cánh buồm nhỏ có khối lượng chưa tới 1 gr. Trong 1 gr đó sẽ có cánh buồm, tàu thiên hà, máy ảnh, một ăng-ten truyền tín hiệu, toàn bộ mọi thứ, tổng thể đều siêu thu nhỏ. Tàu NanoSails hoàn toàn có thể tăng lên khoảng chừng 10 % tốc độ ánh sáng và có năng lực chạm tới Alpha Centauri ( An-pha Xen-to-ri ) trong khoảng chừng 20 năm. ”

Mặc dù công nghệ hiện nay chưa thể giúp Breakthrough Starshot trở thành hiện thưc, cánh buồm mặt trời đang bước vào giai đoạn tiếp theo. Những sứ mệnh, từng được coi là rất lớn khi tính đến chi phí và phạm vi, sẽ sớm được phóng lên như những vệ tinh phụ, hỗ trợ cho các sứ mệnh khác. Điều đó có nghĩa việc thăm dò các tiểu hành tinh, mặt trăng của các hành tinh bên ngoài, hay thậm chí là các vật thể giữa các vì sao tiến vào hệ mặt trời, có thể đạt được dễ dàng hơn rất nhiều. 

“ Bạn sẽ có một lượng ánh sáng mặt trời vô hạn không khi nào hết. Bạn không cần tới nguyên vật liệu mà vẫn hoàn toàn có thể liên tục chuyển dời. Không phải chuyển dời bằng ánh sáng mặt trời sẽ sửa chữa thay thế những tên lửa hoá học, nhưng cánh buồm mặt trời sẽ tạo điều kiện kèm theo cho tất cả chúng ta làm được nhiều hơn những gì tất cả chúng ta hoàn toàn có thể làm với mỗi tên lửa hoá học. ”

“Công nghệ này rất quan trọng với các sứ mệnh trong tương lai vì nó là một công nghệ hỗ trợ. Nó cho phép bạn thực hiện những sứ mệnh với việc giám sát thời tiết không gian mà bạn không có cách nào khác thực hiện được, hay quan sát các cực của các hành tinh mà bạn không thực hiện được, tiến hành nhiều cuộc thăm dò và có sự linh hoạt để thích ứng khi bạn không còn cách nào khác. Và một ngày nào đó có thể là những sứ mệnh giữa các vì sao, mà bạn không thể thực hiện được.” 
 

Thực hiện : Quốc tế

Source: https://vh2.com.vn
Category : Trái Đất