TRẦN DƯƠNG – New Horizons – thành tựu vĩ đại của NASA

3085462_Tinhte-diem-vuong-tinh-1

Hình ảnh Diêm Vương Tình (Pluto), do phi thuyền New Horizons gởi về.

Ngày 14 tháng 7 vừa qua, một sự kiện đã làm nức lòng giới khoa học toàn thế giới: sau 9 năm rưỡi “lênh đênh” trong không gian, phi thuyền không gian New Horizons đã đến khoảng cách gần nhất (12 500 km) tới Diêm Vương Tinh (DVT, tên tiếng Anh là Pluto), một thiên thể tựa hành tinh (“hành tinh lùn”) ở phần ngoài của Thái Dương Hệ, và truyền về Trái Đất những bức ảnh vô cùng giá trị.

New Horizons là phi thuyền liên hành tinh, và dự án liên quan đến nó là một phần của chương trình vĩ đại New Frontiers của NASA. (New Frontiers có nghĩa là “những biên giới mới”, còn New Horizons có nghĩa là “những chân trời mới”.) Chương trình này được thiết kế và thực hiện bởi Phòng thí nghiệm Vật Lý Ứng Dụng và Viện nghiên cứu Tây-Nam thuộc Đại Học John Hopkins. Đội ngũ các nhà khoa học và cán bộ phục vụ tham gia chương trình được lãnh đạo bởi công trình sư và khoa học gia không gian ALAN STERN. Mục tiêu trực tiếp của New Horizons là khảo sát phần vỏ DVT, các vệ tinh của nó và thu thập ít nhiều thông tin về “vành đai Kuiper” – phần chứa DVT của Thái Dương Hệ. Những thông tin thu thập được cũng sẽ có tác dụng để phát hiện những nét mới trong lý thuyết về lịch sử hình thành và phát triển của Thái Dương Hệ, trong đó có các thiên thể nói trên.

Để hình dung được phần nào tầm vóc phi thường của dự án này, ở đây chỉ xin nói rất sơ lược về những khó khăn của riêng việc làm thế nào để phi thuyền đến được nơi cần đến trong một vùng không gian mà những từ ngữ như “mênh mông”, “bao la” thật không nói lên được điều gì.

Khó khăn có thể thấy ngay là về khoảng cách. Như được biết, quỹ đạo của mỗi hành tinh hoặc hành tinh lùn quanh Mặt Trời là đường gần giống ellipse, nên khoảng cách từ vật thể đó đến Mặt Trời thay đổi theo thời gian. Trong trường hợp DVT, khoảng cách đó thay đổi từ 4.4 tỉ đến 7.3 tỉ km. Như vậy, khoảng cách giữa Trái Đất và DVT có lúc có thể lên tới 8-9 tỉ km. Để hình dung thêm về độ dài của đoạn đường mà New Horizons phải “đi” thì nên biết rằng với vận tốc trung bình khoảng 17 km mỗi giây (gấp 51 lần tốc độ âm thanh), nó đã phải mất gần 10 năm mới đến được vị trí cách DVT 12 500 km. Một con số nữa giúp hình dung thêm là với tốc độ 300 ngàn km mỗi giây, tín hiệu điện từ (tia X) từ New Horizons phải mất 13 giờ mới về được tới Trái Đất!

Mặt khác, phi thuyền không phải chỉ phải vượt qua khoảng cách nói trên, vì đường đi không phải là đường thẳng. Để lợi dụng sức hút của các hành tinh vào việc tăng tốc trên đường đi tới trước cũng như tránh không để sức hút đó kéo lùi lại, các khoa học gia của NASA phải hoạch định trước một đường đi rất phức tạp, với những tính toán mà chắc chắn người ngoài cuộc không tưởng tượng nổi. (Một trong những hành tinh “có ảnh hưởng” nhất trên đường đi là Mộc Tinh (Jupiter).) Sự phức tạp lại tăng lên gấp bội, bởi các hành tinh không nằm im, mà mỗi hành tinh đều chuyển động liên tục dưới tác dụng của sức hút từ Mặt Trời và từ phía những hành tinh khác.

Với một đường đi dài và phức tạp như vậy, muốn phi thuyền đi được tới nơi thì không có sự dự trữ nhiên liệu nào có thể đủ dùng thậm chí cho một phần rất nhỏ của hành trình. Những người thiết kế chương trình cần phải cho phi thuyền chuyển động chủ yếu là tự do, theo quán tính và dưới tác dụng của lực hấp dẫn từ các thiên thể lớn. Nhiên liệu chỉ dùng vào việc phóng từ Trái Đất ở vận tốc đủ lớn (16 km mỗi giây) để nó không bị kéo trở lại mặt đất, cũng không bay trên quỹ đạo quanh Trái Đất, và dùng để thỉnh thoảng điều chỉnh hướng bay. Điều này càng làm tăng mức độ khó khăn của việc hoạch định đường đi.

Một khó khăn khác cũng là hệ quả của khoảng cách siêu lớn là việc nhận tín hiệu mang hình ảnh và dữ liệu quan sát được do phi thuyền gửi về và việc phát tín hiệu từ trung tâm điều khiển để “ra lệnh” cho nó. Khó khăn này biểu hiện ở các phương diện sau. Thứ nhất, vì quá xa nên sóng rất yếu. Muốn đỡ mất năng lượng, sóng phát ra phải được định hướng thành chùm rất hẹp. Tuy nhiên, chùm hẹp thì lại khó định hướng để đến trúng nơi cần nhận. Do đó, cần một công nghệ thu phát sóng với độ mạnh và độ chính xác cực kỳ cao, với những máy móc thực sự tối tân. Thứ hai, khoảng cách quá lớn làm cho tín hiệu mất thời gian rất lâu mới tới nơi, và do đó muốn điều khiển kịp thời thì cũng phải tính toán trước rất kỹ lưỡng. Thứ ba, vì quá xa Mặt Trời nên trên phi thuyền không thể dùng pin mặt trời. Điện năng để chạy máy phát tín hiệu trên phi thuyền (và các máy móc khác) phải được sản sinh bởi một loại pin đặc biệt, đó là pin nguyên tử chạy bằng plutonium (mà theo tính toán thì sẽ hết sau khi đến nơi một thời gian ngắn).

Một điều có thể bất ngờ chấm dứt chuyến bay giữa chừng, đó là tai nạn do va chạm với các thiên thể nhỏ rất khó quan sát từ xa trong không gian vũ trụ. Đây không chỉ là vấn đề lý thuyết. Trên thực tế, vào tháng 6 năm 2006, New Horizons đã gặp một tiểu hành tinh đường kính 2.5 km (không thấy được từ Trái Đất). Tín hiệu truyền về, và các nhà khoa học ở trung tâm điều khiển đã “chỉ dẫn” được cho New Horizons bay tránh tiểu hành tinh này một cách thành công.

Một con số khác cũng nói lên độ phức tạp của dự án liên quan đến khối lượng thông tin truyền về. Người ta đã ước tính rằng để nhận được hết thông tin thì hệ thống máy tính hiện đại nhất của NASA cần đến 16 tháng, còn để xử lý được hết các thông tin đó thì cần nhiều năm với hàng trăm chuyên gia siêu đẳng làm việc cật lực.

*

Đây không phải lần đầu tiên NASA phóng một phi thuyền liên hành tinh. Trước đó, trong hai thập niên cuối cùng của thế kỷ trước, các phi thuyền Voyager 1 và 2 cũng đã bay mấy năm trong Thái Dương Hệ. Nhưng tất nhiên, chúng không thể thực hiện sứ mạng thám hiểm DVT và vành đai Kuiper. Một dự án khác mang tên Pluto-350 cũng không thành công như mong muốn. Tiếp sau đó, các khoa học gia của NASA lại xây dựng đề án Pluto Kuiper Express, nhưng chính quyền Bill Clinton đã không ủng hộ nó do thấy quá tốn kém (dự kiến chi phí 1 tỉ USD).

Những năm sau đó, Alan Stern cùng các đồng sự đã tốn không biết bao nhiêu công sức không chỉ để nghiên cứu, thiết kế dự án, mà còn để tiếp xúc liên tục với các nhà chức trách, nhằm tìm kiếm sự hậu thuẫn về chủ trương và về tài chính. Cuối cùng thì đến tháng 11 năm 2001, New Horizons cũng được chính quyền và lãnh đạo NASA chấp thuận đưa vào như một phần của chương trình New Frontiers nói trên.

TRẦN DƯƠNG

Advertisements

One comment on “TRẦN DƯƠNG – New Horizons – thành tựu vĩ đại của NASA

  1. Những nhà thiên văn thì sống với các vì sao, còn chúng ta thì ở dưới mặt đất nghĩ cách hại nhau và tranh ăn với nhau.

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Đăng xuất / Thay đổi )

Connecting to %s