Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) đã thay đổi hoàn toàn cuộc sống của chúng ta. Tất nhiên, khi con người sống trên Mặt trăng thì cũng cần có một hệ thống tương tự như vậy. Sau nhiều thập kỳ nghiên cứu, các nhà khoa học của NASA và ESA đang bắt đầu triển khai dự án cho nhiệm vụ này.
Khi sứ mệnh Artemis 1 của NASA bay thành công quanh mặt trăng vào tháng 11, chứng minh rằng con người đang trên đường quay trở lại.
NASA và Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đặt mục tiêu đổ bộ lên mặt trăng vào năm 2025 và thiết lập một căn cứ lâu dài quay quanh mặt trăng trong vòng vài năm tới. Trung Quốc và Nga cũng đang hợp tác để thiết lập một căn cứ mặt trăng riêng biệt, với các cuộc đổ bộ của phi hành đoàn được ấn định vào năm 2036.
Nhưng hiện nay đang không có hệ thống định vị vệ tinh GPS để điều hướng con người lên đó. Các phi hành gia không thể điều hướng tự động trong không gian sâu; và mọi nhiệm vụ đều dựa vào các chuyên gia chỉ đạo liên tục cho từng nhiệm vụ từ mặt đất.
Điều đó sẽ gây rất nhiều khó khăn cho các nhiệm vụ khi cơ sở nghiên cứu lâu dài hoạt động trên đó.
Các cơ quan không gian đang nghiên cứu để đưa định vị vệ tinh, hay còn gọi là satnav, trên các tên lửa di chuyển 529.000 km giữa Trái đất và mặt trăng. Họ cũng đang lên kế hoạch xây dựng một mạng lưới điều hướng hoàn toàn mới xung quanh mặt trăng. Đây là cách họ sẽ thực hiện để có một hệ thống định vị vệ tinh cho Mặt trăng.
Hệ thống điều hướng vũ trụ hiện nay còn rất cồng kềnh và tốn kém
-
- Phải mất hàng trăm người để giúp tên lửa sứ mệnh Apollo điều hướng đến mặt trăng. Nhân viên điều hướng của tàu Apollo 11 đang hỗ trợ cất cánh vào ngày 16 tháng 7 năm 1969. (Ảnh: NASA)
Ngày nay, cách duy nhất để đi từ điểm A đến điểm B trong không gian là thực hiện các phép tính phức tạp dựa trên vật lý, tùy chỉnh cho từng nhiệm vụ riêng lẻ.
Khi tàu vũ trụ di chuyển trong không gian, điểm tham chiếu duy nhất là Trái đất. Vì vậy, nó cần gửi tín hiệu trở lại Trái đất để hiểu nó đang ở đâu, điều đó có nghĩa là có những điểm mù lớn.
NASA đã có thời gian mất liên lạc hoàn toàn với Orion, tàu vũ trụ được sử dụng trong sứ mệnh Artemis 1, khi nó bay ở phía sau mặt trăng. Trong vài phút, tất cả những gì các kỹ sư có thể làm là nín thở và hy vọng họ sẽ nhìn thấy con tàu vũ trụ xuất hiện bình yên ở phía bên kia.
Hiện nay những nhiệm vụ thám hiểm không gian cần là làm sao để tàu vũ trụ lập được hệ thống định vị tam giác của chúng từ không gian, để chúng có thể điều hướng tự động mà không cần đầu vào từ Trái đất.
Nghiên cứu tận dụng các vệ tinh hiện có đang phục vụ Trái đất
Đáng ngạc nhiên, cách rẻ nhất để đưa satnav vào không gian sâu là khai thác các vệ tinh xung quanh Trái đất, Elizabeth Rooney, kỹ sư cấp cao của Surrey Satellite Technology Ltd cho biết. Công ty đang hợp tác với ESA để phát triển điều hướng vệ tinh trong không gian.
Có một vài vấn đề lớn với cách tiếp cận này. Vấn đề lớn nhất là những vệ tinh này đang hướng về Trái đất.
Điều đó có nghĩa là phần lớn tín hiệu của vệ tinh sẽ bị chặn và mặt trăng chỉ tiếp nhận được rất ít. Tín hiệu mà mặt trăng nhận được yếu hơn rất nhiều so với tín hiệu trực tiếp và thậm chí còn yếu hơn khi càng ở xa Trái đất.
Với tất cả những điều này, có vẻ như việc sử dụng tín hiệu của hệ thống vệ tinh này để điều hướng lên mặt trăng là điều không thể. Nhưng các kỹ sư đã dành nhiều thập kỷ để phát triển các máy dò nhạy cảm có thể khai thác tín hiệu đó từ không gian sâu.
Vào năm 2019, các nhà khoa học đã phát hiện được 4 vệ tinh có thể xác định được vị trí của chúng trong không gian, bằng cách sử dụng tín hiệu từ các vệ tinh GPS của Trái đất.
Các vệ tinh này đang ở cách xa 187.000 km - khoảng nửa đường tới mặt trăng, Ventura-Traveset, kỹ sư trưởng của Văn phòng Khoa học Điều hướng Galileo của ESA, cho biết.
Chúng ta thực sự cần một hệ thống định vị tự động phục vụ mặt trăng
ESA và NASA đã tinh chỉnh các máy dò của họ có thể khai thác tín hiệu từ các vệ tinh của Trái đất và sẵn sàng thử nghiệm chúng trong các sứ mệnh mặt trăng sắp tới.
-
- Sơ đồ cho thấy, một máy dò sẽ được gắn trên một vệ tinh quay quanh mặt trăng, có tên là Lunar Pathfinder, để xem liệu nó có thể điều hướng tự động hay không. Ảnh: ESA-K Oldenburg/
Máy thu của ESA, được gọi là NaviMoon, sẽ được phóng lên vệ tinh Lunar Pathfinder vào năm 2025 hoặc 2026. ESA dự kiến rằng NaviMoon sẽ có thể xác định vị trí của vệ tinh với độ chính xác trong khoảng 60 mét, Ventura-Traveset cho biết.
Ông nói, hy vọng là nhờ máy dò này, vệ tinh sẽ có thể tự điều hướng xung quanh mặt trăng. Nó cũng rất nhẹ, tổng cộng khoảng 4 kilôgam (8 pound) và có thể thay thế rất nhiều thiết bị nặng hơn trên tàu vũ trụ.
NASA cũng đang nghiên cứu các máy dò, được phát triển cùng với Cơ quan Vũ trụ Ý. Họ đặt mục tiêu phóng thiết bị tiếp nhận đầu tiên trong số này lên bề mặt của mặt trăng vào năm 2024 như một phần của Thí nghiệm máy thu GNSS trên Mặt trăng.
James Joseph "JJ" Miller, phó giám đốc về Chính sách và Truyền thông Chiến lược trong Chương trình Điều hướng và Truyền thông Không gian tại Trụ sở chính của NASA, cho biết có một "cuộc đua cạnh tranh thân thiện" giữa ESA và NASA để đưa tín hiệu vệ tinh của Trái đất lên mặt trăng.
Miller cho biết nhiều quốc gia khác đã bắt đầu tìm cách đầu tư vào công nghệ điều hướng trong không gian sâu.
"Mọi người đã hiểu rằng đây là một thị trường mới nổi và sẽ không biến mất, chúng ta thực sự phải chuẩn bị và tạo ra không gian định vị vệ tinh cho mặt trăng, cả không gian giữa Trái đất và mặt trăng, mạnh mẽ và đáng tin cậy nhất có thể với những tín hiệu này", ông nói.
Chúng ta sẽ cần một mạng định vị vệ tinh xung quanh mặt trăng
Tín hiệu từ các vệ tinh của Trái đất có thể đưa tàu vũ trụ lên tận mặt trăng, nhưng trên bề mặt mặt trăng thì các tín hiệu này sẽ không hữu ích lắm.
Ở trên bề mặt mặt trăng, những tín hiệu này chỉ có thể đến được những gì mà có thể nhìn thấy từ Trái đất, do đó, vùng tối của mặt trăng và các cực của mặt trăng là ngoài vùng có tín hiệu.
Vì vậy, kế hoạch là cần cung cấp cho mặt trăng một hệ thống vệ tinh liên lạc và điều hướng của riêng nó, được gọi là sáng kiến Moonlight. Nút đầu tiên trong Moonlight sẽ là vệ tinh Pathfinder của NASA.
Sáng kiến Moonlight của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) được tạo ra với mục tiêu thiết lập hệ thống kết nối, trao đổi thông tin và điều hướng trên Mặt Trăng tương tự hệ thống liên lạc, định vị toàn cầu (GPS) trên Trái Đất.
Theo Digital Trends, các công ty tư nhân được khuyến khích tham gia Moonlight để xây dựng "chòm sao trên Mặt Trăng" gồm các vệ tinh, trạm vũ trụ giúp trao đổi thông tin giữa Mặt Trăng với Trái Đất.
Ông Ventura-Traveset cho biết ESA đặt mục tiêu thử nghiệm cơ sở hạ tầng cơ bản của Moonlight vào năm 2027 và cơ sở hạ tầng toàn diện hơn vào năm 2030.
NASA cũng đang nghiên cứu xây dựng mạng tín hiệu vệ tinh riêng của mình, được gọi là LunaNet. Cổng của NASA, một trạm vũ trụ mà cơ quan này nhắm đến để gửi lên quỹ đạo mặt trăng, sẽ là một nút khác trong mạng.
Miller của NASA cho biết: “Chúng ta sẽ hình dung về một loại kiến trúc bao gồm cả vệ tinh của NASA và ESA hoạt động cùng nhau”.
Cư dân trên mặt trăng sẽ cần được sử dụng dịch vụ internet tốc độ cao
Có một khía cạnh thương mại hơn để đưa con người trở lại mặt trăng. Về lâu dài, những người định cư trên mặt trăng sẽ cần phải dựng trại, khai thác khoáng chất và nước, để mở đường cho việc tiếp cận tới sao Hỏa.
Ông Ventura-Traveset cho biết, những du khách đến Mặt trăng sẽ cần có khả năng giao tiếp với Trái đất, nói chuyện với nhau một cách hiệu quả và được giải trí; những người định cư trên mặt trăng có thể truy cập internet tốc độ cao, hội nghị truyền hình với những người thân yêu trên Trái đất, phát trực tuyến các chương trình và tạo nội dung của riêng họ từ không gian.
Ánh Dương tổng hợp
