Chuyện Trên Trời
NASA thực hiện một phương pháp táo bạo để duy trì sự sống cho Voyager-2
Tìm hiểu cách tiết kiệm năng lượng mang tên "Big Bang" có thể giúp tàu vũ
trụ đã gần 50 tuổi này hoạt động thêm một năm nữa.
Ở một nơi cách Trái Đất hơn 15 tỷ dặm, một tàu vũ trụ đã gần 50 năm tuổi vẫn
đang miệt mài thực hiện nhiệm vụ của nó. Voyager 2 đã được phóng lên không
gian từ năm 1977, vượt qua bốn cuộc tiếp cận hành tinh, tiến vào không gian
liên sao (interstellar space) và vẫn tiếp tục truyền dữ liệu khoa học về Trái
Đất, vượt xa mọi kỳ vọng ban đầu về tuổi thọ hoạt động của nó.
Hiện nay, mối đe dọa lớn nhất đối với nó không phải là không gian sâu thẳm, mà
là tình trạng cạn kiệt năng lượng. Hay nói theo ngôn ngữ thông thường, dễ hiểu
là "hết pin". Tuy nhiên, các kỹ sư của NASA tại Phòng Thí nghiệm Sức đẩy Phản
lực (JPL) vừa tìm ra một giải pháp thông minh để kéo dài thêm một năm hoạt
động cho nguồn năng lượng đang dần cạn kiệt của tàu. Tất cả là nhờ một phương
pháp tiết kiệm năng lượng được tính toán kỹ lưỡng mang tên "Big Bang"; phương
pháp này này sẽ cho phép ba dụng cụ khoa học còn lại trên tàu Voyager 2 tiếp
tục vận hành trong ít nhất một năm nữa.
Voyager 2 sắp "hết pin"
Voyager 2 không có tấm pin mặt trời. Cho dù có thì cũng vô ích vì ở quá xa
với Mặt trời, cho nên áng sáng quá yếu để có thể "xạc pin". Thay vào đó, tàu
vũ trụ lấy điện từ ba máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ, hay RTG. Chúng
chuyển đổi nhiệt sinh ra khi plutonium-238 dần dần phân hủy, thành năng
lượng điện.
Đó là một hệ thống đầy sáng tạo, nhưng chất plutonium vẫn liên tục phân huỷ.
Do đó, Voyager 2 mất đi khoảng bốn watt công suất khả dụng mỗi năm.
Trong suốt những năm qua, NASA đã phải tắt các bộ phận sưởi, trang bị khoa học
và những hệ thống khác không thiết yếu đối với việc duy trì hoạt động của
nhiệm vụ được giao phó. Kể từ năm 2024, nguồn năng lượng ngày càng cạn kiệt đã
buộc nhóm điều hành Voyager phải tắt hai dụng cụ khoa học trên tàu vũ trụ.
Voyager 2 đã đứng trước nguy cơ phải tắt thêm trang bị trước cuối năm 2026,
cho đến khi các kỹ sư tìm ra một giải pháp thay thế.
Phương pháp "Big Bang"
Cái tên nghe đầy kịch tính này thực chất lại ám chỉ một kỹ thuật đòi hỏi sự
tinh tế đến bất ngờ. Các kỹ sư của NASA đã tắt một số dụng cụ tiêu thụ điện
và chuyển đổi hoạt động của chúng sang các phương pháp ít tốn điện hơn. Đồng
thời, cả nhóm cũng phải bảo đảm rằng tàu vũ trụ sẽ không bị quá lạnh trong
khi thực hiện các phương pháp này, bởi vì trong không gia sâu thẳm và đen
tối sẽ rất lạnh vì không có đủ ánh sáng mặt trời để soi sáng và sưởi ấm.
Việc tiết kiệm năng lượng không đơn giản chỉ là bật hay tắt công tắc. Voyager
2 đang hoạt động trong môi trường có nhiệt độ cực kỳ thấp, và một số hệ thống
của nó cần nhiệt để duy trì hoạt động. Nếu tiết kiệm điện quá mức ở những bộ
phận không phù hợp, có thể gây ra một vấn đề hoàn toàn khác.
Về cơ bản, các kỹ sư phải quyết định cách phân bổ từng watt điện năng. Kết
quả đạt được là ba dụng cụ khoa học còn lại của Voyager 2 giờ đây có thể
tiếp tục hoạt động thêm ít nhất một năm nữa, thay vì phải ngừng hoạt động
thêm một dụng cụ trước khi kết thúc năm 2026.
NASA có kế hoạch thực hiện một biện pháp tiết kiệm năng lượng tương tự đối
với Voyager 1 trong những tháng tới.
Voyager 2 đang ở một khoảng cách cực kỳ xa xôi.
Hiện tại, tàu vũ trụ này cách Trái Đất hơn 13.2 tỷ dặm (tương đương khoảng
21.4 tỷ km). Ở khoảng cách đó, ngay cả tín hiệu vô tuyến truyền đi với tốc
độ ánh sáng cũng cần gần 20 giờ mới có thể tới được Voyager 2.
Điều này có nghĩa là khi NASA gửi một lệnh đi, các kỹ sư phải chờ gần 40 giờ
để hoàn tất quy trình gửi lệnh và nhận lại phản hồi. Hãy thử tưởng tượng
việc chỉnh sửa điều gì đó trên một chiếc máy tính xách tay mà mỗi cú nhấp
chuột đều cần gần một ngày mới nhận được phản hồi; công việc của đội ngũ
điều hành Voyager về căn bản chính là như vậy. Và bất chấp khoảng cách xa
xôi ấy, Voyager 2 vẫn đang duy trì liên lạc với Trái Đất cũng như gửi về các
dữ liệu khoa học đo lường được.
Vào ngày 5 tháng 11 năm 2018, sau tàu Voyager 1, tàu vũ trụ Voyager 2 đã vượt
qua ranh giới nhật mãn (heliopause) – nơi gió mặt trời (Sun’s solar wind)
nhường chỗ cho không gian liên sao. Nó trở thành tàu vũ trụ thứ hai chạm tới
không gian liên sao (interstellar space).
Nó vốn không được kỳ vọng sẽ hoạt động lâu đến thế.
Voyager 2 được phóng từ Mũi Canaveral vào ngày 20 tháng 8 năm 1977. Nhiệm vụ
ban đầu của nó tập trung vào các hành tinh vòng ngoài, nhưng NASA đã cực kỳ
may mắn về mặt thời điểm. Sự thẳng hàng hiếm hoi của các hành tinh vòng
ngoài đã tạo cơ hội cho tàu vũ trụ tận dụng lực hấp dẫn của chúng để thực
hiện cú "bay vọt" (slingshot) từ hành tinh này sang hành tinh khác.
Voyager 2 đã bay qua Sao Mộc (Jupiter) vào năm 1979, Sao Thổ (Saturn) năm
1981, Sao Thiên Vương (Uranus) năm 1986 và Sao Hải Vương (Neptune) năm 1989.
Nó đã lập nên một kỳ tích chưa từng có tiền lệ khi trở thành tàu vũ trụ đầu
tiên – và cho đến nay vẫn là duy nhất – ghé thăm Sao Thiên Vương và Sao Hải
Vương. Tại Sao Thiên Vương, Voyager 2 đã hé lộ một thế giới kỳ lạ với các
vành đai, các mặt trăng và bầu khí quyển đầy biến động. Nó đã gửi về hàng
nghìn hình ảnh từ cuộc tiếp cận này. Sau đó, nó tiếp tục hành trình đến Sao
Hải Vương.
Vào ngày 25 tháng 8 năm 1989, tàu Voyager 2 đã bay qua khoảng cách khoảng
4.800 km phía trên các tầng mây của Sao Hải Vương. Con tàu đã phát hiện
những luồng gió mạnh, một hệ thống bão khổng lồ được đặt tên là "Vùng Tối
Lớn" (Great Dark Spot), cùng các mặt trăng và vành đai chưa từng được biết
đến trước đó.
Sau khi hoàn tất hành trình khám phá các hành tinh, NASA hoàn toàn có thể đã
dừng lại. Tuy nhiên, Voyager 2 vẫn tiếp tục hành trình của nó.
Duy trì sự sống cho chiếc máy tính từ năm 1977 bằng tài nghệ kỹ thuật phi thường
Tàu Voyager 2 được chế tạo vào thời điểm máy tính cá nhân mới bắt đầu phổ
biến, bộ phim Star Wars đầu tiên vẫn đang được chiếu tại các rạp, và chẳng
ai có chiếc điện thoại thông minh, vì chúng khi đó chỉ là sản phẩm của trí
tưởng tượng khoa học viễn tưởng. Ấy vậy mà, con tàu này vẫn đang duy trì
liên lạc qua khoảng cách hơn 13 tỷ dặm trong không gian!
Các kỹ sư đã dành hàng chục năm để tìm cách xoay xở với phần cứng (hardware)
đang dần lão hóa, nguồn năng lượng ngày càng cạn kiệt và độ chậm trễ liên lạc
cực lớn. Mỗi lần tắt máy hay áp dụng biện pháp tiết kiệm năng lượng mới lại
giúp kéo dài thêm một sứ mệnh vốn chưa từng được thiết kế để hoạt động lâu đến
vậy.
Vào ngày 20 tháng 8 năm 2026, Voyager 2 sẽ đánh dấu cột mốc 49 năm hoạt động
trong không gian và tiếp tục hành trình đi xa hơn nữa. Hiện tại, mục tiêu của
NASA là duy trì nhiệt độ cho tàu vũ trụ, giữ ăng-ten hướng về phía Trái Đất và
bảo đảm ba dụng cụ khoa học còn lại tiếp tục thu thập dữ liệu. Chừng nào
Voyager 2 vẫn còn nguồn năng lượng dù chỉ vài watt, cơ quan này vẫn chưa sẵn
sàng ngừng việc thu tín hiệu từ tàu.
NASA có kế hoạch thực hiện phương pháp “Big Bang” tương tự trên Voyager 1 tiếp theo. Không
phải tàu vũ trụ nào sẽ tồn tại mãi mãi. Nguồn cung cấp năng lượng của chúng
ngày càng bị thu hẹp và cuối cùng sẽ không có đủ điện để vận hành bất kỳ một
dụng cụ nào, và vĩnh viễn chìm vào không gian vô tận.
Với khoảng không gian
rộng lớn thì việc có một loài người thông minh ngoài không gian nào tìm thấy Voyager 1 hoặc 2, xem ra xác xuất gần như là con số không. Cho dù họ có "tìm thấy" hay "bắt
được" một, hay cả hai chiếc Voyager, và đọc được các dữ kiện trên chiếc "đĩa
vàng" thì cũng khó, hoặc không thể nào, bay đi tìm một hành tinh "xanh mờ
(Pale Blue Dot)" ở một nơi nào đó trong khoảng không gian vô tận, đen tối, và
lạnh buốt.
Dải Ngân hà của chúng ta (Milky Way) có đường kính khoảng 100,000 năm ánh sáng và độ dày xấp xỉ 1,000 năm ánh sáng ở vùng đĩa dầy nhất của nó. Ngân hà này chứa tới 400 tỷ ngôi sao, và Mặt Trời của chúng ta nằm cách tâm khoảng 27,000 năm ánh sáng. Xem ra là những con số về khoảng cách quá lớn so với sự hiểu biết của con người. Thế nhưng trong vũ trụ, dải Ngân hà của chúng ta chưa bằng một hạt cát trên sa mạc.
Rất tiếc là hai chiếc Voyager đều "hết pin" trước khi tìm thấy "Thiên Đàng". Có lẽ đây cũng là định luật của thiên nhiên: "Chỉ thấy thiên đàng khi máy hết pin, hay người ngưng thở".
Với vũ trụ mà con người hiện có thể quan sát được, thì ước tính chứa khoảng 2 nghìn tỷ thiên hà (galaxies) và xấp xỉ 300 sextillion hành tinh (3 × 10²³), thì việc ban đêm, ngước nhìn lên trời cao để hy vọng rằng ngay lúc đó cũng có một ai, ở một hành tinh nào đó, cũng đang làm như thế, theo xác xuất của toán học, thì là điều chắc chắn. Tuy nhiên quá xa, thôi thì "nhà ai nấy ở".
Biên soạn: Bùi Phạm Thành
Tham khảo:
NASA pulls off daring trick to keep Voyager 2 alive
Observable universe
Milky Way
Post a Comment