Tàu thăm dò Psyche của Cơ quan Vũ trụ Mỹ (NASA) đã truyền thành công thông tin qua tia laser về trái đất từ khoảng cách 16 triệu km, đánh dấu lần thử nghiệm xa nhất từ trước đến nay của hình thức truyền thông quang học.
 |
| Mô phỏng cơ chế truyền thông tin về trái đất từ không gian. Ảnh minh họa: Shutterstock |
Công nghệ mới này được kỳ vọng tạo cách mạng hóa trong cách thức liên lạc của tàu vũ trụ, đồng thời mở đường cho các sứ mệnh không gian sâu tiềm năng và thực hiện hoài bão đưa con người đến sao Hỏa.
Tạo đột phá với tia laser
Theo trang IFL Science, công cụ Truyền thông quang học không gian sâu (DSOC) trên tàu Psyche truyền thông điệp qua tia laser tới trái đất từ xa ngoài mặt trăng. Theo đó, DSOC đã chiếu thành công tia laser cận hồng ngoại được mã hóa với dữ liệu thử nghiệm từ vị trí của nó cách trái đất khoảng 16 triệu km (gấp 40 lần khoảng cách từ mặt trăng đến trái đất) tới kính viễn vọng Hale thuộc đài quan sát Palomar của Caltech ở California (Mỹ). Trước đây, liên lạc quang học được sử dụng để gửi tin nhắn từ quỹ đạo trái đất nhưng lần thử nghiệm này của NASA đã lập kỷ lục về khoảng cách xa nhất. DSOC là dự án kéo dài hai năm của tàu Psyche trong quá trình tiếp cận tiểu hành tinh cùng tên. Đây là phiên bản mới nhất trong chuỗi trình diễn truyền thông quang học.
NASA thường sử dụng sóng vô tuyến để liên lạc với các tàu ở xa hơn mặt trăng. Dù cũng sử dụng sóng điện từ để truyền dữ liệu nhưng chùm tia laser thể hiện ưu điểm nổi trội hơn, đặc biệt có thể gói gọn nhiều dữ liệu hơn. Trong chùm tia laser, chùm photon chuyển động cùng hướng ở cùng bước sóng. Truyền thông bằng laser có thể truyền lượng dữ liệu khổng lồ với tốc độ chưa từng có bằng cách “đóng gói” dữ liệu vào các dao động của các sóng ánh sáng này, mã hóa tín hiệu quang học có thể truyền tin nhắn đến máy thu thông qua chùm tia hồng ngoại mà con người không thể nhìn thấy. Điều này không có gì ngạc nhiên bởi công nghệ cáp quang là “xương sống” siêu nhanh của mọi hoạt động liên lạc trên mặt đất.
Thông qua bản thử nghiệm DSOC, NASA muốn chứng minh tốc độ truyền tải của công nghệ này lớn hơn 10 - 100 lần so với các hệ thống liên lạc vô tuyến hàng đầu hiện nay. Trong khi truyền thông quang học được thử nghiệm thành công ở quỹ đạo thấp của trái đất tới mặt trăng, DSOC là thử nghiệm đầu tiên trong không gian sâu. Giống như việc sử dụng con trỏ laser để theo dõi đồng xu đang chuyển động từ cách xa một dặm, việc nhắm một chùm tia laser qua khoảng cách hàng triệu dặm đòi hỏi phải “chỉ tay” cực kỳ chính xác.
Tuy nhiên, công nghệ này vẫn đối mặt với một số trở ngại. Khoảng cách liên lạc quang học càng xa thì càng khó hơn vì nó đòi hỏi độ chính xác cao để hướng chùm tia laser. Tàu Psyche càng đi xa trên đường tới tiểu hành tinh thì tín hiệu photon laser càng yếu. Ngoài ra, các photon sẽ mất nhiều thời gian hơn để đến mục tiêu, gây độ trễ hàng chục phút. Đến khi dữ liệu đến trái đất thì trạm điều khiển mặt đất cần điều chỉnh phù hợp với vị trí mới của phi thuyền.
Nền tảng cho những bước nhảy vọt mới
Bước đột phá của NASA lần này được kỳ vọng giúp thay đổi tương lai của quá trình liên lạc với tàu vũ trụ. Bà Trudy Kortes, Giám đốc Trình diễn công nghệ tại trụ sở NASA, ca ngợi: “Thành tựu này là cột mốc quan trọng của DSOC, mở đường cho truyền thông tốc độ dữ liệu cao hơn, có khả năng gửi thông tin khoa học, hình ảnh độ phân giải cao và truyền phát video để hỗ trợ bước nhảy vọt tiếp theo của nhân loại: đưa con người đến sao Hỏa”.
Việc truyền nhiều dữ liệu hơn sẽ cho phép các sứ mệnh trong tương lai mang theo thiết bị khoa học có độ phân giải cao hơn, cũng như hỗ trợ liên lạc nhanh hơn trong các sứ mệnh không gian sâu tiềm năng, chẳng hạn như các luồng video trực tiếp từ bề mặt sao Hỏa. Tiến sĩ Jason Mitchell, Giám đốc Bộ phận Công nghệ Điều hướng và Truyền thông tiên tiến trong chương trình của NASA, cho biết: “Liên lạc quang học là lợi ích cho giới khoa học và nghiên cứu trong nỗ lực chinh phục bí ẩn của không gian và sẽ cho phép con người khám phá không gian sâu. Nhiều dữ liệu hơn đồng nghĩa với việc sẽ có nhiều khám phá hơn”.
Dự kiến, nhóm chuyên gia DSOC sẽ tiếp tục nghiên cứu tinh chỉnh các hệ thống điều khiển hướng của tia laser đường xuống trên bộ thu phát để sau đó bắt đầu trình diễn khả năng duy trì truyền dữ liệu băng thông cao từ bộ thu phát đến đài quan sát Palomar ở nhiều khoảng cách khác nhau từ trái đất. Dữ liệu này có dạng bit (đơn vị dữ liệu nhỏ nhất mà máy tính có thể xử lý) được mã hóa trong các photon của tia laser, các hạt ánh sáng lượng tử.
Sau khi dãy máy dò hiệu suất cao siêu dẫn đặc biệt phát hiện ra các photon, các kỹ thuật xử lý tín hiệu mới được sử dụng để trích xuất dữ liệu từ các photon đơn lẻ truyền tới kính thiên văn Hale. Ông Abi Biswas, nhà công nghệ dự án DSOC tại JPL nhận định: “Các bit ánh sáng đến và đi từ không gian sâu thẳm có thể là tương lai thay đổi cuộc chơi về cách chúng ta giao tiếp trong khám phá không gian”.
THƯ LÊ
