NEW ORLEANS — Những cánh buồm năng lượng mặt trời cho phép vệ tinh lướt trên ánh sáng từ mặt trời có thể sớm trở thành hiện thực.
Công nghệ này sẽ cho phép các nhà khoa học đưa ra cảnh báo sớm hơn về các sự kiện thời tiết không gian như bão địa từ, có khả năng phá vỡ các hệ thống công nghệ trên Trái đất.
"Nhiều người trong chúng ta đã từng trải nghiệm chèo thuyền; nó giống hệt như vậy", Irfan Azeem, trưởng bộ phận Nghiên cứu đến Hoạt động và Lập kế hoạch Dự án tại Văn phòng Quan sát Thời tiết Không gian của Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia (NOAA), đã trả lời Space.com trong một cuộc phỏng vấn tại cuộc họp thường niên của Hiệp hội Khí tượng Hoa Kỳ (AMS) vào tháng 1. "Bây giờ, thay vì sử dụng không khí, chúng tôi thực sự sử dụng các photon, ánh sáng phát ra từ mặt trời, để điều khiển các vệ tinh của chúng tôi."
"Đây là một công nghệ rất mới lạ", ông nói thêm. "Chúng ta thường dựa vào lực đẩy để đưa vệ tinh từ nơi này đến nơi khác, và cánh buồm năng lượng mặt trời đang cung cấp một cách mới để di chuyển trong không gian theo cách rất tiết kiệm chi phí."
Liên quan: Các tàu thăm dò buồm năng lượng mặt trời có thể sớm có được khoảnh khắc của chúng dưới ánh mặt trời
Văn phòng Quan sát Thời tiết Không gian của NOAA giám sát các hệ thống vệ tinh hoạt động của cơ quan này trong không gian, cung cấp dữ liệu quan trọng từ các điểm quan sát giữa Trái đất và mặt trời. Thông tin thu thập được từ nhiều loại thiết bị trên vệ tinh sẽ được đưa vào sản xuất dự báo thời tiết không gian. Dữ liệu giúp các nhà dự báo thời tiết không gian đưa ra cảnh báo và theo dõi nếu một vụ bùng phát năng lượng mặt trời có khả năng ảnh hưởng đến Trái đất, các công nghệ không gian khác hoặc các phi hành gia.
Một số sứ mệnh không gian hiện tại cung cấp các phép đo về những gì đang diễn ra trên mặt trời bao gồm Advanced Composition Explorer của NASA và Deep Space Climate Observatory của NOAA, theo dõi gió mặt trời. Không giống như gió thổi ở đây trên Trái đất, gió này được tạo thành từ electron và proton từ vành nhật hoa của mặt trời. Điều quan trọng là phải theo dõi gió mặt trời, vì khi tiếp xúc với hành tinh của chúng ta, nó có thể tương tác với từ trường của Trái đất, tạo ra cực quang gần các vùng cực và nếu đủ mạnh, sẽ tạo ra bão địa từ.
Mặc dù cảnh báo bão được đưa ra trước khi điều này xảy ra, nhưng vẫn cần có thời gian chuẩn bị lâu hơn nếu có khả năng tác động đến các loại hệ thống công nghệ khác nhau, bao gồm lưới điện, GPS, nông nghiệp và giao thông hàng không. Thông qua chương trình Space Weather Next của NOAA, các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu cách các sứ mệnh vệ tinh trong tương lai sẽ hỗ trợ cung cấp thông báo sớm hơn về các cơn bão địa từ. Điều đó có nghĩa là họ cần tìm cách để có được thông tin ngay sau các đợt bùng phát năng lượng mặt trời, với các phép đo gần hơn với mặt trời.
Đó là lúc cánh buồm năng lượng mặt trời phát huy tác dụng.
"Cánh buồm năng lượng mặt trời cho phép chúng ta vượt qua Điểm Lagrange Một (L1), đây là vị trí hiện đại nhất hiện nay với hiệu quả cao hơn", Azeem cho biết. "Hiện tại, L1 cung cấp quỹ đạo bán ổn định để có được tầm nhìn liên tục và không bị cản trở về mặt trời. Nhưng nếu bạn muốn đi xa hơn, bạn phải sử dụng tên lửa hóa học. Cánh buồm năng lượng mặt trời cung cấp cho chúng ta một cách tiết kiệm chi phí để đi ngược dòng điểm L1 đó".
L1 là vị trí giữa mặt trời và Trái đất, cách hành tinh của chúng ta khoảng 932.000 dặm (1,5 triệu km). Tại vị trí này, tàu vũ trụ có thể ở một vị trí cố định để quan sát hoạt động của mặt trời. Nhưng các nhà nghiên cứu có thể đưa vệ tinh đến gần mặt trời hơn thì họ sẽ có thể thu thập dữ liệu trước, trong và sau các sự kiện thời tiết vũ trụ càng nhanh.
Các bài viết liên quan:
— Làm thế nào để dự báo một cơn bão mặt trời? Các chuyên gia thời tiết vũ trụ giải thích
— 'Nhấp nháy' vô hình trên mặt trời có thể dự đoán các đợt bùng phát mặt trời có khả năng gây nguy hiểm trước nhiều giờ
— 10 đợt bùng phát mặt trời mạnh nhất năm 2024
Bằng cách sử dụng cánh buồm mặt trời, tàu vũ trụ có thể di chuyển xa hơn về phía thượng nguồn của gió mặt trời, do đó có thể tăng thời gian chuẩn bị cho các cảnh báo lên 50%, Azeem giải thích. Điều này cũng sẽ ở một vị trí khác so với vị trí đã được sử dụng trong 45 năm qua.
Tại cuộc họp thường niên của AMS, NOAA đã chia sẻ thông tin cập nhật về tiến độ của dự án này. Việc xây dựng phiên bản đầy đủ của cánh buồm năng lượng mặt trời của NOAA đang được tiến hành, đây là một phần của dự án Solar Cruiser hợp tác với NASA. Sau khi triển khai, cánh buồm sẽ bao phủ 17.793 feet vuông (1.653 mét vuông).
Ngoài việc có một tàu vũ trụ ở trung tâm với các cuộn dây và hệ thống triển khai cánh buồm, nó sẽ bao gồm bốn cánh buồm, đang được chế tạo theo từng góc phần tư riêng biệt, tất cả đều được lên lịch hoàn thành vào tháng 2 năm 2026. Nếu mọi thứ diễn ra đúng tiến độ, NOAA hy vọng sẽ có một chuyến ra mắt đi chung vào năm 2029.
"Tôi rất hào hứng về sự phức tạp tuyệt đối khi kết hợp các ngành khác nhau lại với nhau", Azeem cho biết. "Được chứng kiến những tiến bộ mới trong khoa học vật liệu và các ngành khác, cách mà chúng giúp chúng tôi trong cộng đồng thời tiết vũ trụ đạt được những tiến bộ mà chúng tôi cần, tôi nghĩ điều đó thực sự thú vị".
Công nghệ này sẽ cho phép các nhà khoa học đưa ra cảnh báo sớm hơn về các sự kiện thời tiết không gian như bão địa từ, có khả năng phá vỡ các hệ thống công nghệ trên Trái đất.
"Nhiều người trong chúng ta đã từng trải nghiệm chèo thuyền; nó giống hệt như vậy", Irfan Azeem, trưởng bộ phận Nghiên cứu đến Hoạt động và Lập kế hoạch Dự án tại Văn phòng Quan sát Thời tiết Không gian của Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia (NOAA), đã trả lời Space.com trong một cuộc phỏng vấn tại cuộc họp thường niên của Hiệp hội Khí tượng Hoa Kỳ (AMS) vào tháng 1. "Bây giờ, thay vì sử dụng không khí, chúng tôi thực sự sử dụng các photon, ánh sáng phát ra từ mặt trời, để điều khiển các vệ tinh của chúng tôi."
"Đây là một công nghệ rất mới lạ", ông nói thêm. "Chúng ta thường dựa vào lực đẩy để đưa vệ tinh từ nơi này đến nơi khác, và cánh buồm năng lượng mặt trời đang cung cấp một cách mới để di chuyển trong không gian theo cách rất tiết kiệm chi phí."
Liên quan: Các tàu thăm dò buồm năng lượng mặt trời có thể sớm có được khoảnh khắc của chúng dưới ánh mặt trời
Văn phòng Quan sát Thời tiết Không gian của NOAA giám sát các hệ thống vệ tinh hoạt động của cơ quan này trong không gian, cung cấp dữ liệu quan trọng từ các điểm quan sát giữa Trái đất và mặt trời. Thông tin thu thập được từ nhiều loại thiết bị trên vệ tinh sẽ được đưa vào sản xuất dự báo thời tiết không gian. Dữ liệu giúp các nhà dự báo thời tiết không gian đưa ra cảnh báo và theo dõi nếu một vụ bùng phát năng lượng mặt trời có khả năng ảnh hưởng đến Trái đất, các công nghệ không gian khác hoặc các phi hành gia.
Tiến về phía trước
Một số sứ mệnh không gian hiện tại cung cấp các phép đo về những gì đang diễn ra trên mặt trời bao gồm Advanced Composition Explorer của NASA và Deep Space Climate Observatory của NOAA, theo dõi gió mặt trời. Không giống như gió thổi ở đây trên Trái đất, gió này được tạo thành từ electron và proton từ vành nhật hoa của mặt trời. Điều quan trọng là phải theo dõi gió mặt trời, vì khi tiếp xúc với hành tinh của chúng ta, nó có thể tương tác với từ trường của Trái đất, tạo ra cực quang gần các vùng cực và nếu đủ mạnh, sẽ tạo ra bão địa từ.
Mặc dù cảnh báo bão được đưa ra trước khi điều này xảy ra, nhưng vẫn cần có thời gian chuẩn bị lâu hơn nếu có khả năng tác động đến các loại hệ thống công nghệ khác nhau, bao gồm lưới điện, GPS, nông nghiệp và giao thông hàng không. Thông qua chương trình Space Weather Next của NOAA, các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu cách các sứ mệnh vệ tinh trong tương lai sẽ hỗ trợ cung cấp thông báo sớm hơn về các cơn bão địa từ. Điều đó có nghĩa là họ cần tìm cách để có được thông tin ngay sau các đợt bùng phát năng lượng mặt trời, với các phép đo gần hơn với mặt trời.
Đó là lúc cánh buồm năng lượng mặt trời phát huy tác dụng.
"Cánh buồm năng lượng mặt trời cho phép chúng ta vượt qua Điểm Lagrange Một (L1), đây là vị trí hiện đại nhất hiện nay với hiệu quả cao hơn", Azeem cho biết. "Hiện tại, L1 cung cấp quỹ đạo bán ổn định để có được tầm nhìn liên tục và không bị cản trở về mặt trời. Nhưng nếu bạn muốn đi xa hơn, bạn phải sử dụng tên lửa hóa học. Cánh buồm năng lượng mặt trời cung cấp cho chúng ta một cách tiết kiệm chi phí để đi ngược dòng điểm L1 đó".
L1 là vị trí giữa mặt trời và Trái đất, cách hành tinh của chúng ta khoảng 932.000 dặm (1,5 triệu km). Tại vị trí này, tàu vũ trụ có thể ở một vị trí cố định để quan sát hoạt động của mặt trời. Nhưng các nhà nghiên cứu có thể đưa vệ tinh đến gần mặt trời hơn thì họ sẽ có thể thu thập dữ liệu trước, trong và sau các sự kiện thời tiết vũ trụ càng nhanh.
Các bài viết liên quan:
— Làm thế nào để dự báo một cơn bão mặt trời? Các chuyên gia thời tiết vũ trụ giải thích
— 'Nhấp nháy' vô hình trên mặt trời có thể dự đoán các đợt bùng phát mặt trời có khả năng gây nguy hiểm trước nhiều giờ
— 10 đợt bùng phát mặt trời mạnh nhất năm 2024
Bằng cách sử dụng cánh buồm mặt trời, tàu vũ trụ có thể di chuyển xa hơn về phía thượng nguồn của gió mặt trời, do đó có thể tăng thời gian chuẩn bị cho các cảnh báo lên 50%, Azeem giải thích. Điều này cũng sẽ ở một vị trí khác so với vị trí đã được sử dụng trong 45 năm qua.
Tại cuộc họp thường niên của AMS, NOAA đã chia sẻ thông tin cập nhật về tiến độ của dự án này. Việc xây dựng phiên bản đầy đủ của cánh buồm năng lượng mặt trời của NOAA đang được tiến hành, đây là một phần của dự án Solar Cruiser hợp tác với NASA. Sau khi triển khai, cánh buồm sẽ bao phủ 17.793 feet vuông (1.653 mét vuông).
Ngoài việc có một tàu vũ trụ ở trung tâm với các cuộn dây và hệ thống triển khai cánh buồm, nó sẽ bao gồm bốn cánh buồm, đang được chế tạo theo từng góc phần tư riêng biệt, tất cả đều được lên lịch hoàn thành vào tháng 2 năm 2026. Nếu mọi thứ diễn ra đúng tiến độ, NOAA hy vọng sẽ có một chuyến ra mắt đi chung vào năm 2029.
"Tôi rất hào hứng về sự phức tạp tuyệt đối khi kết hợp các ngành khác nhau lại với nhau", Azeem cho biết. "Được chứng kiến những tiến bộ mới trong khoa học vật liệu và các ngành khác, cách mà chúng giúp chúng tôi trong cộng đồng thời tiết vũ trụ đạt được những tiến bộ mà chúng tôi cần, tôi nghĩ điều đó thực sự thú vị".
