Tàu vũ trụ Trung Quốc dùng ánh sáng sao để tự dẫn đường không gian sâu

Các nhà nghiên cứu Học viện Công nghệ Vũ trụ Trung Quốc thử nghiệm thành công giai đoạn đầu của phương pháp giúp tàu vũ trụ tự định vị trong không gian sâu mà không phải liên tục chờ tín hiệu điều khiển từ Trái Đất. Công nghệ được thử nghiệm trên vệ tinh Tianhui-7, dựa trên một ý tưởng từng được NASA tài trợ.

Phương pháp sử dụng hiện tượng quang sai ánh sáng sao, tức sự thay đổi rất nhỏ trong vị trí các ngôi sao khi quan sát từ một vật thể đang chuyển động. Bằng cách đo những thay đổi đó, tàu vũ trụ có thể tính toán tốc độ và hướng bay, từ đó xác định vị trí theo thời gian thực.

Nhóm nghiên cứu cho biết công nghệ có thể hỗ trợ sứ mệnh Tianwen-4, dự kiến được phóng năm 2030 để khám phá sao Mộc và các vệ tinh tự nhiên của hành tinh này.

Kết quả thử nghiệm mới được trình bày trong bài báo dự kiến đăng trên tạp chí Journal of Deep Space Exploration.

Sao Mộc cách Trái Đất tới 900 triệu km, khiến tín hiệu vô tuyến mất hơn 50 phút để truyền theo một chiều. Độ trễ này khiến các nhân viên điều khiển dưới mặt đất không thể can thiệp tức thời khi tàu gặp tình huống bất ngờ.

Các nhà nghiên cứu cho biết, dù Trung Quốc có khả năng theo dõi tàu vũ trụ ở khoảng cách xa tới sao Mộc, nước này vẫn chưa thể theo dõi các vật thể trong không gian sâu với độ chính xác ngang NASA hoặc Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA).

Sao Mộc có thể cách Trái Đất tới 900 triệu km. (Ảnh: NASA)

Tianhui-7 được phóng từ Trung tâm Phóng vệ tinh Tửu Tuyền ngày 30/12/2025. Theo nghiên cứu mới, vệ tinh mang theo ba camera quan sát sao có độ chính xác cao và một cảm biến hồng ngoại.

Trong 20 giờ thử nghiệm trên quỹ đạo cách Trái Đất khoảng 500 km, các camera chụp những vùng trời khác nhau, còn cảm biến hồng ngoại quan sát Trái Đất, đóng vai trò mô phỏng sao Mộc. Từ dữ liệu thu được, vệ tinh tự tính toán vị trí và tốc độ. Nhóm nghiên cứu đối chiếu kết quả với GPS để đánh giá độ chính xác.

Hệ thống đạt sai số vị trí khoảng 5 km và sai số vận tốc 5 m/s. Sau khi hiệu chỉnh sai số hệ thống, hai con số giảm xuống dưới 4 km và 4 m/s. Nhóm nghiên cứu cho rằng độ chính xác vị trí ban đầu tương đương mức của Mạng lưới Không gian sâu sử dụng ăng-ten của NASA.

Quang sai ánh sáng sao được nhà thiên văn học người Anh James Bradley phát hiện khoảng 300 năm trước. Hiện tượng này tương tự việc người ngồi trên ô tô đang chạy thấy những hạt mưa rơi thẳng đứng dường như xiên về phía mình. Khi Trái Đất hoặc tàu vũ trụ chuyển động, ánh sáng từ các ngôi sao cũng tạo ra sự dịch chuyển biểu kiến rất nhỏ.

Trong nhiều thế kỷ, các nhà thiên văn phải hiệu chỉnh hiện tượng này khi đo vị trí sao. Về sau, giới nghiên cứu nhận ra có thể dùng chính độ dịch chuyển đó để tính vận tốc và hướng chuyển động của tàu vũ trụ.

Năm 2020, NASA tài trợ dự án thử nghiệm StarNAV nhằm phát triển khả năng định vị bằng ánh sáng sao. Tuy nhiên, thách thức lớn nằm ở chỗ phương pháp này đòi hỏi thiết bị phải đo được những góc cực nhỏ, ở cấp mili giây cung (mas; 1° bằng 3,6 triệu mas).

Camera trên Tianhui-7 đạt độ chính xác khoảng 50 mas. Nhóm Trung Quốc còn bổ sung hệ thống tham chiếu quang học để theo dõi sai lệch của camera do rung động khi phóng và thay đổi nhiệt độ.

Dù vậy, các nhà nghiên cứu lưu ý môi trường quanh sao Mộc khác xa quỹ đạo Trái Đất. Khả năng duy trì độ chính xác của phương pháp tại hành tinh khí khổng lồ vẫn cần được kiểm chứng.

Trung Quốc cũng đang phát triển thế hệ camera quan sát sao chính xác hơn. Theo thông tin công bố năm 2025 trên trang web của Tập đoàn Khoa học và Công nghệ Hàng không Vũ trụ Trung Quốc, một nguyên mẫu đã được chế tạo và thử nghiệm trên mặt đất.