Voyager 1, tàu thăm dò không gian sâu của NASA, có thể sớm trở thành tàu vũ trụ đầu tiên đạt một cột mốc lịch sử. Vào tháng 11 năm 2026, tàu này sẽ cách Trái Đất một ngày ánh sáng.
Được phóng vào năm 1977, Voyager 1 là tàu vũ trụ xa Trái Đất nhất, hiện đang khám phá không gian liên sao ở khoảng cách 15,8 tỷ dặm.
Thuật ngữ “ngày ánh sáng” dùng để chỉ khoảng cách mà một tín hiệu hoặc lệnh truyền đi với tốc độ ánh sáng sẽ mất 24 giờ để đến được tàu vũ trụ từ Trái Đất, bà Suzy Dodd, quản lý dự án Voyager tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA, cho biết. Một ngày ánh sáng tương đương 16 tỷ dặm (26 tỷ km).
Vì vậy, nếu nhóm điều khiển Voyager gửi lệnh cho tàu khi nó đạt đến khoảng cách đó, sẽ mất thêm một ngày nữa để Voyager phản hồi.
“Nếu tôi gửi một lệnh và nói, ‘chào buổi sáng, Voyager 1,’ vào 8 giờ sáng thứ Hai, thì tôi sẽ nhận được phản hồi của Voyager 1 vào khoảng 8 giờ sáng thứ Tư,” bà Dodd nói.
Voyager 1 và tàu chị em Voyager 2 là hai tàu vũ trụ duy nhất hoạt động vượt ra ngoài nhật quyển (heliosphere) — “bong bóng” của Mặt Trời chứa các trường từ và hạt kéo dài xa hơn cả quỹ đạo Sao Diêm Vương. Sau hàng thập kỷ trong không gian, cả hai đã phải tắt nhiều thiết bị, nhưng vẫn sử dụng các công cụ còn lại để nghiên cứu vùng chưa được khám phá này và cung cấp dữ liệu cho các sứ mệnh tương lai.
Việc duy trì liên lạc với các tàu thăm dò ở khoảng cách cực xa như vậy gặp nhiều thách thức, nhưng bà Dodd và nhóm của bà đang thực hiện các bước cần thiết để đảm bảo “những người cao tuổi” này có thể chạm mốc kỷ niệm 50 năm vào năm 2027.
Duy trì liên lạc qua khoảng cách vũ trụ
Được phóng để khám phá Sao Mộc và Sao Thổ, Voyager 1 đã bay ra xa Trái Đất theo cùng một quỹ đạo và tốc độ — 38.000 dặm/giờ — kể từ lần bay ngang Sao Thổ vào tháng 11 năm 1980.
Dựa trên vị trí của Trái Đất so với Voyager 1, tốc độ của tàu và quỹ đạo của nó, các kỹ sư có thể tính được thời gian tín hiệu truyền đến tàu.
Ví dụ, sau khi bay ngang Sao Thổ, Voyager 1 đi lên và ra khỏi mặt phẳng của các hành tinh, trong khi Voyager 2 bay qua phía trên Sao Hải Vương sau lần tiếp cận năm 1989 và đi xuống khỏi mặt phẳng hành tinh. Cả hai tàu đều không có điều chỉnh quỹ đạo kể từ các lần bay ngang hành tinh cuối cùng, nghĩa là chúng đã di chuyển liên tục suốt nhiều thập kỷ.
Voyager 2 dự kiến sẽ đạt khoảng cách một ngày ánh sáng từ Trái Đất vào tháng 11 năm 2035, và ngay cả những ước tính lạc quan nhất cũng cho rằng khi đó tàu có thể không còn hoạt động. Tuy vậy, cả hai vẫn liên tục gây bất ngờ cho nhóm điều khiển.
Mỗi ngày, với tư cách là những tàu vũ trụ còn hoạt động lâu đời nhất, Voyager vẫn lập kỷ lục chỉ bằng việc tiếp tục hoạt động.
Nhưng điều đó không hề dễ dàng.
Các tàu gửi dữ liệu về với tốc độ rất thấp, chỉ 160 bit/giây — tương đương internet quay số (dial-up), bà Dodd nói.
“Khoảng cách khiến tín hiệu mất nhiều thời gian để đến Trái Đất, và cường độ tín hiệu cũng bị suy giảm,” bà nói. “Cần nhiều hệ thống ăng-ten để thu lại tín hiệu đó.”
Tốc độ dữ liệu thấp khiến nhóm điều khiển chỉ nhận được thông tin rất hạn chế về tình trạng tàu, và nếu có sự cố, họ cũng không thể phản ứng nhanh.
Tuy nhiên, cả hai tàu Voyager đều được thiết kế có khả năng tự hoạt động, với mức tự động hóa cao, để có thể tự bảo vệ khi có vấn đề xảy ra ở cách Trái Đất hàng tỷ dặm.
“Nếu có sự cố, chúng có thể tự chuyển sang trạng thái an toàn để chờ đến khi chúng tôi liên lạc được và tìm hiểu vấn đề,” bà Dodd nói.
Vì sao các tàu Voyager vẫn tồn tại
Trong nhiều năm, nhóm kỹ sư đã phải đưa ra những quyết định khó khăn để giúp tàu hoạt động lâu nhất có thể, bà Dodd nói. Điều đó bao gồm việc tắt các hệ thống kỹ thuật và thiết bị khoa học để tiết kiệm năng lượng, cũng như đảm bảo tàu đủ ấm để vận hành.
Để Voyager tiếp tục liên lạc với Trái Đất, ăng-ten của chúng phải luôn hướng về hành tinh này.
Nếu các đường dẫn nhiên liệu bị đóng băng trên một trong hai tàu, khiến ăng-ten đổi hướng, “chúng tôi sẽ mất sứ mệnh vì không còn nhận được tín hiệu từ tàu,” bà Dodd nói.
Và không chỉ là việc tàu tiếp tục bay — chúng còn phải duy trì hoạt động của các thiết bị khoa học.
Trước mốc 50 năm vào năm 2027, cả hai tàu có thể sẽ phải tắt thêm một số thiết bị và hệ thống. Nhóm đang hy vọng giữ lại Hệ thống Tia Vũ trụ (Cosmic Ray Subsystem) trên Voyager 2, cũng như từ kế (magnetometer) và Hệ thống Sóng Plasma trên cả hai tàu. Các thiết bị này giúp hai tàu hoạt động như những vệ tinh thời tiết trong không gian liên sao, đo đạc môi trường xung quanh, bà Dodd nói.
Các nhà khoa học quan tâm đến việc hiểu cách từ trường của Mặt Trời thay đổi và tương tác tại heliopause — ranh giới của nhật quyển, nơi gió Mặt Trời nóng gặp không gian liên sao lạnh.
Hãy tưởng tượng heliopause giống như đường bờ biển của một đại dương, bà Dodd nói. Khi lội xuống nước, bạn sẽ thấy các gợn sóng, dòng chảy và thay đổi khác nhau khi càng ra xa bờ, và đến một điểm nào đó, mọi thứ trở nên ổn định hơn. Các tàu Voyager đang đo các “gợn sóng” này — tức các tương tác giữa heliopause, Mặt Trời và không gian liên sao — khi càng đi xa.
“Điều quan trọng là duy trì hoạt động của các thiết bị khoa học này càng lâu càng tốt để tạo ra bản đồ về những gì thay đổi khi bạn rời xa Mặt Trời,” bà Dodd nói.
Bà Dodd tin rằng ít nhất một trong hai tàu có thể tiếp tục hoạt động thêm 2 đến 5 năm nữa. Tuy nhiên, việc duy trì các sứ mệnh chưa từng có này ngày càng trở nên khó khăn hơn mỗi năm.
Dù vậy, Voyager có một đội ngũ đáng kinh ngạc phía sau, bao gồm cả những cựu nhân viên NASA ở độ tuổi 80 vẫn cố vấn cho các hệ thống chuyên biệt, và những thành viên trẻ đến mức cha mẹ họ còn chưa ra đời khi các tàu được phóng lên.
