Vệ tinh đi lạc, biết đâu mà tìm?

TTCT - Vệ tinh mất liên lạc sau khi phóng không phải chuyện hiếm trên thế giới, và việc tìm ra chúng giữa vũ trụ bao la đòi hỏi không chỉ nỗ lực mà đôi khi còn là sự may mắn.

Ba trong số các vệ tinh cubesat QB50 triển khai từ Trạm vũ trụ quốc tế. Ảnh: UNSW

Kể từ khi Liên Xô phóng Sputnik - vệ tinh nhân tạo đầu tiên trên thế giới - vào không gian năm 1957, số lượng vệ tinh được con người đưa lên quỹ đạo Trái đất ngày càng tăng. Năm 2020 có tổng cộng 114 lần phóng, mang khoảng 1.300 vệ tinh lên vũ trụ, đánh dấu lần đầu tiên nhân loại vượt mốc triển khai 1.000 vệ tinh trong một năm. Kỷ lục này tiếp tục bị xô đổ trong năm 2021 khi tính đến ngày 16-9 đã có khoảng 1.400 vệ tinh mới bắt đầu hành trình dạo quanh Trái đất, theo trang The Conversation.

Trong số hàng ngàn vệ tinh được phóng mỗi năm, số lượng mất liên lạc với mặt đất, mất kiểm soát hoặc mất tích chưa rõ nguyên nhân là không nhỏ. Nỗ lực định vị, nối lại liên lạc và giải cứu các vệ tinh thất lạc này diễn ra hằng ngày nhưng không phải lúc nào cũng đem lại kết quả. Thành công đôi khi tới bất ngờ và có thể mất từ nhiều tháng đến... nửa thế kỷ.

“Bắt bệnh” cho vệ tinh

Tháng 4-2017, 2 vệ tinh nghiên cứu UNSW-EC0 và INSPIRE-2 của Úc “quá giang” một nhiệm vụ quốc tế đi từ bệ phóng ở Mũi Canaveral (Florida, Mỹ) để vào vũ trụ. Chúng là 2 trong số 36 vệ tinh nhỏ dạng cubesat có kích thước bằng ổ bánh mì và nặng chưa đến 2kg, với chức năng đo đạc các thông số của tầng nhiệt Trái đất.

Sau khi tách khỏi Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) ngày 25-5 cùng năm, UNSW-EC0 và INSPIRE-2 đáng lẽ ra phải phát đi một tín hiệu trong vòng 30 phút, nhưng 2 vệ tinh này đã mất hút trên mọi thiết bị theo dõi của bộ phận mặt đất. “Các vệ tinh di chuyển quanh Trái đất với vận tốc 27.000 km/h ở độ cao gần 400km. Chúng tôi không thể nhìn thấy chúng, không thể kiểm tra xem chúng đang ở đâu, và hầu như không có dữ liệu gì để xử lý” - Elias Aboutanios, người đứng đầu dự án UNSW-EC0 của Đại học New South Wales, nhớ lại.

Nhóm của Aboutanios bắt đầu đặt ra các giả thiết để giải thích cho sự cố: pin là nguyên nhân được nghĩ đến đầu tiên. Khoảng thời gian 9 tháng khi các vệ tinh được gửi đến châu Âu để thử nghiệm rồi vận chuyển đến bãi phóng ở Mỹ có thể đủ để gây hao hụt lượng pin dự trữ khiến vệ tinh không còn đủ năng lượng để bung các ăngten cần thiết cho việc giữ liên lạc với mặt đất.

Nhưng giả thiết này nhanh chóng trở nên lung lay. Nếu năng lượng quả thật là vấn đề thì vệ tinh vẫn có các tấm pin mặt trời để tự sạc trong suốt nhiệm vụ. “Quá trình sạc chỉ mất một hoặc hai vòng quỹ đạo. Nhưng sau gần một tuần, chúng tôi vẫn không nghe thấy bất cứ tín hiệu gì từ chúng” - Joon Wayn Cheong, trưởng bộ phận kỹ thuật của nhóm phát triển UNSW-EC0, giải thích. Rõ ràng, vấn đề phải nằm ở chỗ khác.

Lúc này, các kỹ sư lại cho rằng 2 vệ tinh rất có thể đã rơi vào một vòng lặp sạc-xả không hồi kết: không đủ năng lượng để bung ăngten, nhưng cũng không thể sạc đầy hoàn toàn vì chúng liên tục cố gắng triển khai ăngten và ổn định hướng bay - hành động làm cạn lượng pin ít ỏi vừa mới nạp. Các kỹ sư quyết định viết lại phần mềm để ra lệnh cho vệ tinh tắt nguồn và đợi cho đến khi pin được sạc đầy. Một kính viễn vọng vô tuyến có đường kính 25m đặt tại Hà Lan được mượn tạm để gửi “bản cập nhật vá lỗi” đến 2 vệ tinh. Nhưng chỉ INSPIRE-2 đáp lại, còn UNSW-EC0 vẫn bặt vô âm tín.

Từ đầu đến giờ, các kỹ sư vẫn dựa vào dữ liệu định vị từ Bộ tư lệnh phòng thủ không gian Bắc Mỹ (NORAD) - đơn vị có chức năng giám sát và lập danh mục mọi vật thể nhân tạo trên quỹ đạo Trái đất. Khả năng dữ liệu của NORAD có vấn đề bắt đầu được cân nhắc.

Phía Úc lục lại hồ sơ và phát hiện ngoài UNSW-EC0 còn có 2 vệ tinh khác là NJUST-1 của Đại học Nam Kinh (Trung Quốc) và Challenger của Đại học Colorado (Mỹ) tách khỏi ISS cùng thời điểm ngày 25-5. Khi thử truyền tín hiệu đến 2 vệ tinh trên, các kỹ sư nhận lại một tín hiệu hồi đáp yếu ớt từ “vệ tinh Challenger” mà đáng lẽ ra phải là UNSW-EC0 nhưng đã bị NORAD định danh nhầm.

Họ lập tức gửi lệnh tái thiết lập đến vệ tinh này, và trong lần hoàn thành quỹ đạo tiếp theo của nó UNSW-EC0 đã phát đi một tín hiệu rõ ràng, khẳng định giả thiết của nhóm giải cứu. “Trong hơn 3 tuần, chúng tôi đã nhìn lên sai chỗ trên bầu trời để tìm kiếm vệ tinh của mình... Nhưng sau cùng thì các quy trình, kịch bản và giải pháp mà chúng tôi đưa ra đều được đền đáp” - Aboutanios nhận xét.

Việc “giải cứu” vậy là đã xong, 2 vệ tinh này sau đó phải trải qua quá trình kiểm tra kỹ thuật kéo dài vài tháng trước khi chính thức bắt tay vào nhiệm vụ, theo thông cáo ngày 25-7-2017 của Đại học New South Wales.

Nhóm nghiên cứu của Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật Không gian Úc sau khi giải cứu thành công vệ tinh cubesat. Ảnh: Grant Turner / UNSW

Thợ săn vệ tinh

Scott Tilley (50 tuổi) có thú vui săn tìm các vệ tinh “mồ côi” bên cạnh công việc chính là một kỹ thuật viên radio. Tận dụng thiết bị sẵn có, Tilley dành thời gian rảnh rỗi rà soát bầu trời, lần theo các tần số sóng radio để tìm kiếm dấu vết từ những vệ tinh đi lạc mà chủ nhân của chúng đã bỏ cuộc.

Năm 2018, Tilley vô tình bắt được tín hiệu từ IMAGE, một vệ tinh thời tiết trị giá khoảng 150 triệu USD do Cơ quan hàng không và vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) phóng lên năm 2000 nhưng đã mất liên lạc từ năm 2005. NASA vốn đã kết thúc nỗ lực tìm kiếm vệ tinh này vào năm 2007 sau 2 năm vô vọng; nhờ các thông tin do Tilley cung cấp, cơ quan này đã nối lại liên lạc thành công với IMAGE.

Nhưng đó chưa phải là vệ tinh “cổ” nhất trong bảng thành tích của nhà thiên văn nghiệp dư người Canada. “Vệ tinh lâu đời nhất mà tôi từng dò thấy là Transit 5B-5, được phóng vào năm 1965” - Tilley nói với Đài NPR hồi tháng 4-2020. Transit 5B-5 là vệ tinh dẫn đường của Hải quân Hoa Kỳ chạy bằng năng lượng hạt nhân, và cho đến nay vẫn quay quanh Trái đất theo quỹ đạo địa cực dù không còn thực hiện nhiệm vụ ban đầu của nó.

Gần đây, Tilley bắt đầu chú ý đến một vệ tinh đi lạc lâu đời khác mà ông cho rằng rất có thể vẫn còn hoạt động, đó là LES-5, được chế tạo bởi Phòng thí nghiệm Lincoln thuộc Viện công nghệ Massachusetts (Mỹ) và phóng vào năm 1967. Cảm hứng của Tilley đến từ sự kiện một thợ săn vệ tinh khác là Phil Williams trước đó đã tìm thấy vệ tinh “anh em” LES-1 một cách bất ngờ vào năm 2016.

Nếu Tilley thành công, LES-5 có thể là vệ tinh nhân tạo lâu đời nhất được chứng minh vẫn còn hoạt động trong quỹ đạo địa tĩnh. Việc bắt đúng tần số vô tuyến mà vệ tinh già cỗi này sử dụng cũng ngốn nhiều thời gian. “Công việc này yêu cầu ăngten và cấu trúc bệ đỡ mới cộng với thiết bị tiền khuếch đại và bộ lọc, những thứ cần thời gian để thu thập và lắp ghép lại với nhau” - Tilley giải thích. Giai đoạn phong tỏa vì dịch COVID-19 ở quê nhà giúp Tilley có thêm thời gian rảnh để chuẩn bị hạ tầng cần thiết và đến ngày 24-3-2020, ông đã bắt được tín hiệu đầu tiên từ vệ tinh LES-5. Theo Tilley, điểm đặc biệt của phát hiện lần này là bộ phát tín hiệu của vệ tinh vẫn còn hoạt động, dù theo tính toán thì lẽ ra thiết bị này đã phải tắt ngúm từ năm 1972. Tilley cho rằng thậm chí có thể gửi lệnh tới vệ tinh này.

Sau tất cả, Tilley cho rằng niềm vui của ông không đến từ việc tìm ra những thứ không ai tìm thấy trong vũ trụ, mà đến từ chính hành trình chinh phục và khám phá vùng đất mênh mông bất tận ấy. “Bạn có cảm giác như mình đã đóng góp một điều gì đó có giá trị cho khoa học” - ông nói với Đài NPR.

Giải cứu vệ tinh: thị trường tỉ đô?

Không chỉ là thú vui của những nhà thiên văn nghiệp dư, tìm kiếm và giải cứu các vệ tinh mất tích còn là một thị trường tiềm năng màu mỡ mà nhiều dự án nghiêm túc đang nhắm đến.

Một trong số đó là công trình hợp tác giữa Phòng thí nghiệm Điểm hẹn không gian (SLAB) của Đại học Stanford (Mỹ) và Cơ quan vũ trụ châu Âu (ESA) để phát triển một hệ thống trí tuệ nhân tạo có khả năng phát hiện vệ tinh đi lạc và dẫn đường cho phương tiện sửa chữa tiếp cận vệ tinh đó để tiếp nhiên liệu, sửa chữa hoặc loại bỏ nó khỏi quỹ đạo mà không cần can thiệp từ mặt đất. Đây là chặng đầu tiên trong một chương trình dài hơi hơn hơn nhằm phát triển các hệ thống định vị chi phí thấp mà những tàu vũ trụ trong tương lai có thể sử dụng để tiếp cận vệ tinh gặp nạn.

Nhiều vệ tinh thương mại hiện nay đang tạo ra doanh thu nhiều triệu USD mỗi năm cho cơ quan chủ quản, nên việc trả tiền dịch vụ cho một bên thứ 3 để kéo dài tuổi thọ của chúng - thay vì cho “nghỉ hưu non” nếu lỡ mất liên lạc - là bài toán “đôi bên cùng có lợi” - Joseph Parrish, giám đốc chương trình dịch vụ bảo dưỡng vệ tinh của Cơ quan quản lý dự án nghiên cứu quốc phòng tiên tiến (DARPA), khẳng định với tạp chí Air & Space.

Doanh thu của thị trường cung cấp các dịch vụ liên quan đến vệ tinh đã triển khai trên quỹ đạo Trái đất dự kiến sẽ đạt 4,5 tỉ USD vào năm 2028, chủ yếu nhờ vào sự tăng trưởng các hoạt động giải cứu, thanh lý vệ tinh quá hạn sử dụng, và sửa chữa, kiểm tra, điều chỉnh quỹ đạo bay cũng như tiếp nhiên liệu cho các vệ tinh còn hoạt động, theo công ty nghiên cứu và tư vấn Northern Sky Research.