Logo Thư Viện Vật Lý
Banner Thư Viện Vật Lý

Từ khí cầu vệ tinh đến laser mặt trăng: tương lai của truyền thông vũ trụ
Người đăng: 123physics   
02/03/2010

Hồi tuần rồi, NASA đã động thổ xây dựng ba đĩa vô tuyến mới ở gần Canberra, Australia. Trong những năm sắp tới, các anten mới lắp sẽ giúp củng cố thêm khả năng của Hệ thống Deep Space của NASA, hệ thống dùng để thông tin liên lạc với phi thuyền bay xa ngoài quỹ đạo Trái đất. Nhưng NASA còn có những kế hoạch khác, nhiều tham vọng hơn, đang chờ triển khai. Chúng ta hãy nhìn vào đôi nét lịch sử và tương lai của các dự án thông tin liên lạc vũ trụ của NASA.


Năm 1958, đúng một năm sau sự kiện Sputnik truyền những tiếng bíp vô tuyến xuống Trái đất, Bộ quốc phòng Mĩ đã phóng vệ tinh viễn thông đầu tiên tên gọi là Dự án SCORE. Trong 8 giờ hoạt động, phi thuyền đã được sử dụng để lưu trữ và truyền tin nhắn, trong đó có sự truyền tiếng nói đầu tiên từ vũ trụ.

NASA, cơ quan thành lập trong cùng năm ấy, đã phóng vệ tinh viễn thông đầu tiên của mình vào năm 1960. Một khí cầu Mylar rộng 30 mét tên gọi là Echo I (ảnh trên), “khí cầu vệ tinh” (satelloon) đã kiểm tra sự truyền thông thụ động, đơn giản bằng cách sử dụng bề mặt sáng bóng của nó để phản xạ những tín hiệu vô tuyến từ Trái đất gửi đến những mục tiêu bị che khuất bởi độ cong của hành tinh chúng ta. (Ảnh: Trung tâm Nghiên cứu NASA Langley)


Trong vài thập niên qua, NASA đã sử dụng Hệ thống Vệ tinh Theo dõi và Tiếp âm Dữ liệu (TDRSS) để gửi tin nhắn giữa Trái đất với phi thuyền và các nhà du hành trên quỹ đạo. Hệ thống này hiện đang khai thác 8 vệ tinh ở trong quỹ đạo địa tĩnh và một vài trạm mặt đất. Một số trong những vệ tinh này đã được chứng minh có tuổi thọ ngoại hạng. Vệ tinh TDRSS đầu tiên, chẳng hạn, được thiết kế để tồn tại trong 7 năm. Nó ngừng hoạt động vào tháng 10 năm 2009, sau 26,5 năm khai thác.

Nhưng không có vệ tinh TDRSS mới nào được phóng lên thêm kể từ năm 2002, và những trục trặc kĩ thuật ngày càng nhiều với hệ thống đang già cỗi trên làm tăng thêm những lo ngại rằng nó có lẽ không thể tiếp tục đáp ứng yêu cầu của chúng ta nữa. NASA đang nhắm tới thay thế phi thuyền già cỗi và mệt mỏi trên bằng hai vệ tinh mới vào năm 2012 và 2013. (Minh họa: NASA)


Chiếc anten vô tuyến rộng 70 mét này ở Goldstone, California, là một bộ phận của Hệ thống Deep Space của NASA, một tập hợp gồm các kính thiên văn ở Mĩ, Tây Ban Nha, và Australia, dùng để gửi và nhận các tín hiệu từ phi thuyền ở xa. Hệ thống gồm ba đĩa vô tuyến 70 mét và 10 đĩa vô tuyến nhỏ hơn, 34 mét, dùng để thông tin liên lạc với hàng tá phi thuyền, bao gồm cả các xe tự hành trên sao Hỏa và đài thiên văn mặt trời SOHO.

Những chiếc đĩa vô tuyến lớn nhất của hệ thống trên đã hơn 40 năm tuổi và đang đối mặt trước nhu cầu tăng thời gian hoạt động của chúng. Năm 2009, NASA đã bắt đầu tân trang những chiếc kính lớn. Hồi tuần rồi, cơ quan này đã động thổ ở Australia với chiếc kính đầu tiên trong số một loạt kính thiên văn 34 mét nhỏ hơn, hiệu quả hơn. Những trận địa gồm những chiếc kính thiên văn nhỏ hơn này cuối cùng sẽ hợp sức để thay thế cho những chiếc kính khổng lồ đang già đi từng ngày. (Ảnh: NASA)


Thông tin liên lạc với phi thuyền nằm ngoài quỹ đạo Trái đất là một quá trình rất không hiệu quả đòi hỏi sự can thiệp của con người để hỗ trợ lập biểu chính xác. NASA hi vọng sắp xếp tối ưu hóa tiến trình này bằng cách sử dụng một giao thức internet liên hành tinh mới đặc biệt “độ lượng” với sự trễ và gián đoạn tín hiệu. Mỗi phi thuyền trong hệ mặt trời có thể trở thành một nút mạng viễn thông có thể dùng để tiếp âm thông tin một cách tự động.

Lần thử nghiệm vũ trụ đầu tiên của giao thức này đã tiến hành hồi tháng 11 năm 2008, khi các máy tính trên Trái đất và trên phi thuyền Epoxi của NASA đã mô phỏng sự truyền dữ liệu từ sao Hỏa đến Trái đất. Năm 2009, hai nút mạng internet liên hành tinh đã được lắp đặt trên một “rắc” khoa học thuộc Trạm Vũ trụ Quốc tế. (Minh họa: NASA/JPL)


Nhiều phi thuyền vũ trụ ngày nay mang theo nhiều thiết bị vô tuyến đa dạng để thông tin liên lạc với những căn cứ khác, thí dụ như các vệ tinh điều khiển sứ mệnh đang quay trên quỹ đạo quanh Trái đất và Hệ thống Deep Space. Và mỗi hệ thống thường sử dụng một tần số và cơ cấu biến điệu khác nhau để gửi và nhận tin nhắn vô tuyến. Để đơn giản hóa mọi thứ, NASA đang phát triển phần cứng một-lắp-vừa-tất-cả có thể định hình lại với phần mềm để nói chuyện với những trạm vô tuyến khác.

Năm 2006, NASA đã bắt đầu kiểm tra phiên bản vũ trụ đầu tiên của “chiếc radio phần mềm định hình” này trong một kiện hàng trên Tàu quỹ đạo Trinh sát sao Hỏa (xem hình). Năm 2011, NASA dự tính phóng lên một thí nghiệm gọi là CONNECT, sẽ kiểm tra khả năng xử lí và định tuyến khoa học và dữ liệu GPS từ ngôi nhà của nó trên Trạm Vũ trụ Quốc tế. (Minh họa: NASA/JPL)


Ánh sáng khả kiến không phân tán rộng trong không gian như tín hiệu vô tuyến, nghĩa là sự truyền ánh sáng khả kiến mất ít năng lượng hơn. Và ánh sáng khả kiến có bước sóng ngắn hơn nhiều so với sóng vô tuyến, nghĩa là nó có thể mang nhiều thông tin hơn trong cùng một lượng thời gian như nhau.

NASA hi vọng sử dụng laser ở những bước sóng khả kiến để truyền dữ liệu từ tàu quỹ đạo mặt trời tiếp theo của họ, LADEE (xem hình), có lẽ sẽ phóng lên vào đầu năm 2012. Các liên kết laser có thể cho phép các vệ tinh truyền dữ liệu về Trái đất ở tốc độ ít nhất là cao gấp 10 lần các bộ truyền vô tuyến, sử dụng công suất thấp hơn nhiều. Sự truyền thông quang học có thể dễ dàng mang lại sự truyền hình độ nét cao từ sao Hỏa, theo lời Badri Younes, trưởng phòng chương trình Đạo hàng và Truyền thông Vũ trụ của NASA. (Minh họa: NASA)


Theo New Scientist

Cập nhật ( 02/03/2010 )
 
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm


ABC Trắc Nghiệm Vật Lý
Cầu vồng   |   Đăng nhập Đăng nhậpnew
Đang online (174)