Tàu cao tốc vũ trụ giăng buồm trong không gian

Các kĩ sư tại Trung tâm Vũ trụ Thales Alenia ở Pháp cho biết người ta có thể tính được thời gian cần thiết để truyền dữ liệu liên hành tinh trở về Trái đất bằng cách sử dụng một phi thuyền đẩy đi bằng bức xạ mặt trời. Những con tàu cao tốc dữ liệu này, trên nguyên tắc, có thể thoi đưa liên tục giữa Trái đất và các hành tinh nhóm ngoài, mang về những lượng lớn dữ liệu mà hàng thập kỉ trước đây chỉ có thể thực hiện với sự truyền thông tin vô tuyến truyền thống.

Ảnh minh họa tàu cao tốc của Trung tâm Vũ trụ Thales Alenia (Ảnh: Trung tâm Vũ trụ Thales Alenia)

Các vệ tinh nghiên cứu các vật thể hành tinh tương đối gần, thí dụ như Mặt trăng và Hỏa tinh, có thể truyền dữ liệu trở về Trái đất khá nhanh chóng thông qua đường truyền vô tuyến. Tuy nhiên, các sứ mệnh quan sát những hành tinh ở xa hơn gặp phải khó khăn vì sự tắt dần 1/r² ở sóng vô tuyến truyền đi những khoảng cách xa này, khiến cho tín hiệu yếu đi đến mức sự truyền thông tin phải chậm lại để đảm bảo cho các anten trên Trái đất có thể chặn được dữ liệu.

Lấy thí dụ, theo lời Joël Poncy thuộc Trung tâm Thales, một tấm bản đồ phân giải cao trọn vẹn của vệ tinh Europa của Mộc tinh hay vệ tinh Titan của Thổ tinh sẽ cần khoảng 10-20 terabyte dữ liệu. Tuy nhiên, dữ liệu không thể nào truyền qua đường vô tuyến nhanh hơn khoảng 1 gigabyte mỗi ngày, cho nên thời gian truyền lượng dữ liệu đó sẽ mất khoảng nửa thế kỉ! Các đường truyền quang học tiên tiến hơn sẽ nhanh hơn một chút, có lẽ mất khoảng 20 năm để hoàn thành bức thông điệp trên.

Giăng buồm trong gió photon

Poncy cùng các đồng nghiệp tại Thales đã nghiên cứu một lựa chọn khác – đó là các tàu cao tốc dữ liệu. Những phi thuyền này sẽ sử dụng các “cánh buồm” nhẹ cân, cỡ lớn, được đẩy đi bằng áp suất rất nhỏ nhưng liên tục của các photon do Mặt trời phát ra. Với các dụng cụ lái gắn trên tàu, những con tàu cao tốc này có thể đi khắp hệ mặt trời, nên chúng đi qua gần phi thuyền kiểu thường đang quay xung quanh các hành tinh hay vệ tinh ở xa, tải dữ liệu từ phi thuyền sang bộ nhớ flash gắn trên tàu bằng một chùm laser, và rồi thực hiện một chuyến bay ngang qua Trái đất, khi đó, một lần nữa lại sử dụng laser, chúng tải dữ liệu xuống một trạm mặt đất.

Khi đi qua trong cự li cách phi thuyền đang bay trên quỹ đạo hoặc cách Trái đất vài chục nghìn km, thì độ phân kì của chùm laser sẽ đủ nhỏ để đảm bảo có một tốc độ truyền dữ liệu nhanh – lên tớp 1 gigabyte trên giây – và sự truyền dữ liệu, do đó, chỉ bị hạn chế bởi thời gian cần thiết cho con tàu cao tốc đi từ vật thể hành tinh trở về Trái đất.

Phát biểu trước các đại biểu tại Hội nghị Khoa học Hành tinh châu Âu ở Rome mới đây, Poncy cho biết ông cùng các đồng nghiệp của mình đã chứng minh tính khả thi của các tàu cao tốc dữ liệu bằng cách thực hiện các phép tính cơ học quỹ đạo. Ông cho biết họ đã tính ra được một con tàu cao tốc dữ liệu có thể đi tới Europa, sau khi gia tốc bằng vài lần bay qua gần Mặt trời, trong thời gian khoảng sáu năm, và sau đó mất khoảng ba năm để đưa nó vào quỹ đạo thích hợp có thể thực hiện một chuyến bay ngang qua Trái đất. Như ông trình bày, con số ba năm đó đúng là hợp lí hơn nếu so với chừng 50 năm thực hiện bằng công nghệ vô tuyến hiện nay. Trên nguyên tắc, con tàu cao tốc đó có thể thực hiện nhiều chu kì tải dữ liệu lên và xuống, mỗi lần đến thăm một tàu quỹ đạo hành tinh khác nhau.

Cần có vải buồm bền

Cơ quan Vũ trụ Nhật Bản hiện nay đã có một phi thuyền đẩy đi bằng cánh buồm mặt trời, gọi là IKAROS, lái về hướng Kim tinh. Tuy nhiên, theo Poncy, một vài rào cản kĩ thuật cần phải được vượt qua để làm cho các cánh buồm mặt trời thích hợp cho tàu cao tốc dữ liệu. Đó là sự phát triển một chất liệu tỉ trọng nhỏ nhưng bền vững để chế tạo cánh buồm – một khả năng là mạng lưới dệt từ ống nano cacbon. Trong số những thách thức khác là làm thế nào bung dù những cánh buồm khổng lồ 150 x 150 m trong không gian và làm thế nào chế tạo phi thuyền có thể điều khiển dễ dàng để chúng có thể tiếp cận các tàu quỹ đạo hành tinh nhưng đi tới đó mà không cần động cơ đẩy.

Việc phát triển các tàu cao tốc dữ liệu có khả năng mất khoảng 20 năm và chi phí từ 100 triệu đến 200 triệu bảng Anh. Poncy cho biết sự ủng hộ của chính phủ sẽ là thiết yếu; mặc dù công ti của ông đã có kiến nghị xin tài trợ của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA). Phát biểu với physicsworld.com, giám đốc khoa học và thám hiểm rô bôt của ESA, David Southwood, đã mô tả các con tàu cao tốc dữ liệu là “một khái niệm hấp dẫn”, nhưng nó là một khái niệm “cho ngày mốt chứ không phải ngày mai”.

Nguồn: physicsworld.com