Thiết bị dẫn đường mới trong vũ trụ

Hoa tiêu thiên văn là vấn đề quan trọng

Từ hàng nghìn năm trước, khách lữ hành dựa vào các ngôi sao trên bầu trời để xác định vị trí của họ trên mặt đất. Khi bay vào không gian vũ trụ, chúng ta ứng dụng các công nghệ đã được kiểm nghiệm trên Trái đất vào môi trường mới.

Bắt đầu từ những sứ mệnh vũ trụ sớm nhất, nhiều tàu vũ trụ sử dụng các kính lục phân (sextant) được thiết kế đặc biệt để đo góc giữa các thiên thể khác nhau.

Theo bà Alice Liu, kỹ sư hệ thống kiểm tra vị trí ở Trung tâm các chuyến bay không gian Goddard thuộc NASA, các thiết bị theo dõi thiên văn đóng vai trò quan trọng không chỉ đối với hoa tiêu, mà còn vì “càng dẫn đường tốt các vệ tinh nhân tạo, chúng ta càng nhận được các bức ảnh và dữ liệu khoa học chính xác”. Bà Liu nhấn mạnh: “Chúng ta phải có khả năng chỉ hướng chụp ảnh và giữ ổn định vệ tinh trong quá trình chụp ảnh”.

Các vệ tinh nhân tạo ngày càng trở nên rẻ và nhỏ. Công nghệ và các thiết bị liên quan phải thích ứng theo xu hướng đó. Các sứ mệnh vũ trụ của NASA đòi hỏi các công nghệ hiện đại nhất. Thật tiếc là đôi khi các thiết bị không thể được thu nhỏ để đáp ứng yêu cầu của các kỹ sư.

Nhỏ, nhưng chính xác

Công ty Adcole Maryland Aerospace (Mỹ) đề xuất thiết bị theo dõi mới, không chỉ chính xác như các thiết bị cũ mà còn nhỏ gọn, có thể đặt trong các vệ tinh kiểu CubeSat. Mỗi cạnh của thiết bị chỉ dài 5 cm, nhưng nó có khả năng điều khiển tàu vũ trụ với sai số không quá 0,1 độ. “Đây là phương pháp thật sự tiên tiến, mở ra nhiều khả năng mới cho khoa học” – ông Joson Mitchell - Trợ lý Giám đốc phụ trách công nghệ ở Phòng kỹ thuật và hệ thống phân tích ở Trung tâm các chuyến bay không gian Goddard, cho biết.

Các nhà khoa học nói về việc vượt qua một giới hạn nào đó. Trước đó, để có được hình ảnh với độ phân giải cao, NASA buộc phải chi hàng chục, thậm chí hàng trăm triệu USD để chế tạo vệ tinh quan sát một thiên thể nào đó. Hiện giờ, NASA có thể phóng 2 vệ tinh CubeSat giá rẻ để quan sát đối tượng từ các góc khác nhau. “Bây giờ bạn có thể có các bức ảnh lập thể về Mặt trời” – ông Mitchell nói.

Tất nhiên, có thể phóng nhiều vệ tinh CubeSat hơn là 2 chiếc. Nhờ vậy, số lượng các phép đo có thể tăng lên, bởi nhiều tàu vũ trụ thu nhỏ có thể thực hiện quan sát từ nhiều vị trí khác nhau. Thậm chí nếu sứ mệnh không thành công, một phần dữ liệu cũng không bị mất đi.

Vệ tinh CubeSat lấy mẫu vật chất từ tiểu hành tinh

Hoa tiêu thiên văn

Các thiết bị định vị hiện nay, như từ kế và các cảm biến đường chân trời, giúp các vệ tinh CubeSat nhận biết vị trí của chúng trên cơ sở đường chân trời hay từ quyển Trái đất. Tuy nhiên, độ chính xác cao vẫn là vấn đề phải bàn.

Công ty Adcole Maryland Aerospace đề xuất sử dụng các cảm biến có camera để theo dõi các ngôi sao. Nếu thiết bị theo dõi 2 ngôi sao trên bầu trời và đo khoảng cách góc giữa chúng, thì khoảng cách này là không đổi và đặc trưng đối với 2 ngôi sao. Không có các cặp sao có khoảng cách góc giống nhau.

Tiếp theo, chương trình điện toán phân tích các phép đo khoảng cách và điều chỉnh vệ tinh CubeSat vào vị trí phù hợp. Có thể so sánh việc này với việc xác định vị trí sao Bắc cực nhờ kính lục phân và dụng cụ hoa tiêu hàng hải.

Điểm khác biệt là trong hoa tiêu thiên văn, thay cho vài ba ngôi sao nhìn rõ từ mặt đất, chúng ta có 1.825 ngôi sao để làm mốc và 70.000 khoảng cách góc giữa chúng. Chúng ta có thể đo tùy thích vào bất kỳ lúc nào.

Thiết bị đo này còn có một ưu điểm là tốn ít chi phí. Phiên bản đơn giản cùng 1 camera có giá là 32.000 USD; còn phiên bản mở rộng với 2 camera có giá 100.000 USD. NASA khẳng định sẽ tiếp tục tài trợ để phát triển dự án.

Thiết bị hoa tiêu thiên văn là hữu ích đối với các vệ tinh mini cũng như các sứ mệnh liên sao, trong đó các số đo từ quyển Trái đất là không đủ. Thiết bị hoa tiêu thiên văn cũng thay thế các thiết bị đo vũ trụ cồng kềnh và không nhạy bén.

Phương tiện là quan trọng

CubeSat là những vệ tinh rất khôn khéo. Chúng được sáng chế dành cho môi trường hàn lâm với tư cách là phương pháp nghiên cứu vũ trụ không tốn kém. Các CubeSat khá nhỏ. Đơn vị cơ sở (1U) là khối lập phương 10x10x10cm. Vệ tinh CubeSat nhỏ nhất có kích thước 0,25U; còn vệ tinh lớn nhất - 27U.

Hình dạng và độ lớn các vệ tinh chứng tỏ chúng “được đóng gói rất tốt” trong tên lửa đẩy; điều này giúp giảm chi phí phóng nhiều vệ tinh cùng một lúc. Bất kỳ người nào cũng có thể chế tạo CubeSat và đưa nó lên quỹ đạo với chi phí khoảng 200.000 USD.

Vì thế mà trên quỹ đạo quanh Trái đất có rất nhiều vệ tinh nano, trong đó có những vệ tinh do các nhà thiên văn nghiệp dư chế tạo dựa trên việc huy động vốn của cộng đồng trên trang web Kickstarter.

Theo Nauka