Bên trong phòng sạch - nơi một vệ tinh vũ trụ mang tính cách mạng đang dần thành hình

Trong một căn phòng sạch khổng lồ ở giữa Denver, thủ phủ kiêm thành phố lớn nhất của tiểu bang Colorado của Mỹ, có một vệ tinh khổng lồ đang nằm im, chờ ngày đi vào quỹ đạo. Các kỹ sư thuộc bộ phận Space (Không gian) của tập đoàn Lockheed Martin liên tục di chuyển xung quanh cơ thể khổng lồ của nó, những người mà bạn không thể phân biệt được với nhau bởi họ đều được che chắn kín mít bởi một lớp mặt nạ và bộ quần áo bảo hộ toàn thân.

Họ đặt vệ tinh vũ trụ này trên một chiếc xe nâng lớn, thực hiện các phép đo có đường dẫn hướng bằng tia laser. Họ xáo trộn bên dưới phần bụng của vệ tinh, kiểm tra ba lần vị trí của dây và các dụng cụ. Họ dựa sát vào phần phản xạ nhiệt bằng bạc khổng lồ của nó, điều chỉnh kỹ lưỡng các thành phần có kích thước nhỏ chỉ bằng một phần nghìn inch.

Để có quyền truy cập vào các cơ sở của tập đoàn Lockheed, bao gồm cả phòng sạch này, bạn sẽ được yêu cầu trải qua một quy trình xác thực bảo mật đầy đủ. Cơ sở vẫn tiếp nhận cả các công dân Mỹ và người nước ngoài, nhưng có sự phân biệt đôi chút bằng màu sắc trên trang phục để mọi người có thể nhận ra đó là một người nước ngoài. Ví dụ, cả công dân Mỹ lẫn Úc sẽ đều mặc toàn đồ trắng, nhưng công dân Úc sẽ nhận được một chiếc dây buộc tóc màu cam, hoặc thứ gì tương tự, để dễ dàng nhận dạng khi ở trong khuôn viên.

Và bạn sẽ phải chấp nhận các quy tắc này, để có cơ hội đến gần và quan sát GOES-T, một vệ tinh thời tiết khổng lồ mà tập đoàn Lockheed Martin đang xây dựng cho Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia Mỹ (NOAA) cùng NASA. Vệ tinh này được dự định sẽ đi vào quỹ đạo địa tĩnh, cách bề mặt Trái đất hơn 35.000 km một chút và chịu trách nhiệm thu thập một lượng lớn dữ liệu về thời tiết ở đây, từ cả Trái đất và trong không gian.

"Chúng tôi sẽ nhận được dữ liệu trên vệ tinh này nhiều gấp 30 lần so với các vệ tinh trước đó", Phó giám đốc chương trình của GOES-T, Alreen Knaub cho biết. "Chúng tôi đang nghiên cứu thời tiết không gian, thời tiết mặt trời và cả thời tiết Trái đất."

Sau khi phóng, dự kiến ​​vào tháng 2/2022 , vệ tinh này sẽ theo dõi các sự kiện khí tượng một cách chi tiết và chính xác, lập bản đồ các tia sét, theo dõi các đường nhiệt và cả các tình trạng thời tiết khắc nghiệt trong thời gian thực. Tất cả dữ liệu này được truyền xuống từ không gian có thể có khả năng cứu sống nhiều người, giúp các nhà khoa học và nhà khí tượng học dự đoán tốt hơn các thảm họa thiên nhiên và bảo vệ tất cả chúng ta ở đây trên mặt đất.

Cẩn thận là không hề thừa khi xây dựng một con tàu vũ trụ và chuẩn bị cho việc phóng nó. Từ quá trình chế tạo ban đầu các bảng mạch bên trong vệ tinh cho đến lần thử nghiệm cuối cùng, nhóm nghiên cứu tại Lockheed Martin Space đều quan tâm đến độ chính xác ở mọi giai đoạn của quá trình xây dựng. Đó không chỉ là việc cẩn thận theo cách "đo hai lần, sau đó cắt một lần". Mà đó sẽ là những phép đo vô số lần bằng tia laser, đặt lại vị trí, đo lại, kiểm tra liên tục, sau đó tận dụng cơ hội duy nhất để tiến hành.

Bởi rốt cuộc, đây không phải là loại phần cứng điện tử mà bạn thường thấy hàng ngày. Nếu một vệ tinh bị hỏng, hầu như không thể sửa chữa nó ở độ cao 35.000 km so với mặt đất.

GOES-T là vệ tinh thứ ba trong chuỗi bốn "vệ tinh môi trường hoạt động địa tĩnh" được NOAA sử dụng để theo dõi thời tiết từ quỹ đạo. Là vệ tinh địa tĩnh, những con tàu vũ trụ đặc biệt này được thiết kế để ở trong một quỹ đạo cố định theo thời gian quay của Trái đất. Và GOES-T được thiết lập để "đóng quân" ở phía trên vùng Bắc và Nam Mỹ, thu thập dữ liệu cho Tây bán cầu.

Nhóm vệ tinh nói trên được gọi là vệ tinh "họ GOES-R". Mỗi vệ tinh có tên theo thứ tự bảng chữ cái trên Trái đất, nhưng khi vào không gian sẽ được gán với một số. Ví dụ, các vệ tinh GOES-R và GOES-S được phóng vào năm 2016 và 2018 , hiện chúng được gọi là GOES-16 và GOES-17. Sau khi được phóng lên, GOES-T sẽ trở thành GOES-18. Vệ tinh GOES-U cuối cùng vẫn đang trong giai đoạn xây dựng ban đầu và dự kiến ​​sẽ phóng vào năm 2024.

GOES-T có các công cụ để theo dõi hoạt động của không gian và hiện tượng thời tiết trên mặt trời như pháo sáng mặt trời, hay những thay đổi trong từ quyển và các nguy cơ bức xạ. Tất cả yếu tố này đều có khả năng ảnh hưởng không chỉ đến thời tiết, mà còn ảnh hưởng đến thiết bị điện tử và thông tin liên lạc ở trên Trái đất và cả tại Trạm vũ trụ quốc tế. Trên thực tế, một trong những nhiệm vụ của vệ tinh GOES là cung cấp cảnh báo cho các phi hành gia trên ISS về hoạt động mặt trời sắp tới có thể ảnh hưởng đến hoạt động của họ, hoặc khả năng can thiệp vào các thiết bị của họ.

Vệ tinh GOES-T cũng được tích hợp các công cụ để theo dõi thời tiết Trái đất, như bản đồ tia chớp địa tĩnh để có thể lập bản đồ sét trên toàn thế giới. Hay máy chụp đường cơ sở nâng cao, để lấy hình ảnh của các đám mây, bầu khí quyển và bề mặt Trái đất.

"Chúng tôi không chỉ có thể theo dõi các đám cháy rừng mà có thể đo dấu hiệu nhiệt của chúng, vì vậy chúng tôi có thể xem liệu chúng có đang gia tăng hay không", ông Knaub nói. "Vì vậy, khi bạn nhìn thấy mối đe dọa cháy rừng tăng lên, thường là dựa trên dữ liệu từ vệ tinh này. Đó là một công cụ tuyệt vời trong việc dự đoán cháy rừng, quản lý cháy rừng và cho biết nơi cần gửi lính cứu hỏa tới."

Loại dữ liệu này có tác động rất lớn đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta, ngay cả khi chúng ta không nhận ra. Trong những trường hợp khẩn cấp như cơn bão Ida, đổ bộ vào vùng duyên hải Vịnh Mexico của Mỹ trong mùa hè vừa qua, dữ liệu được đưa xuống từ các vệ tinh GOES đã được sử dụng.

"Ida khi là cơn bão cấp 2, dựa trên ảnh nhiệt của vùng Vịnh, họ biết rằng nó sẽ nhanh chóng mạnh lên thành cấp 4 khi nó đổ bộ vào khu vực đó", Knaub nói. "Và vì vậy chúng tôi đã dự đoán được thời điểm nó sẽ đổ bộ vào đất liền sai lệch trong vòng hai giờ, và chỉ trong vòng vài km so với nơi chúng tôi đã nói, trong vòng 60 giờ. Đây là điều chưa từng có."

Độ chính xác trên bầu trời bắt đầu với độ chính xác trên mặt đất, và đối với nhóm nghiên cứu tại Lockheed Martin, điều đó bắt đầu với các thành phần nhỏ bé cung cấp năng lượng cho vệ tinh.

Và nó nằm ở bên kia đường đối diện phòng sạch, mang tên Trung tâm Điện tử Không gian (SEC) của tập đoàn Lockheed. Đây là nơi các kỹ sư điện sản xuất, lắp ráp và hàn các bảng mạch, mô-đun và hộp điện tử cho vệ tinh vũ trụ.

Angelo Trujillo, một trong những chuyên gia hỗ trợ kỹ thuật tại SEC, cho biết: "Chúng tôi tập trung vào sức mạnh và hệ thống điện tử hàng không, những thứ sẽ trở thành sự sống và bộ não của vệ tinh".

Mặc dù nhiều thành phần trong số này đã từng được hàn bằng tay, nhưng phần lớn việc chế tạo hiện được thực hiện với sự trợ giúp của máy móc tự động hóa. Dạo quanh phòng thí nghiệm của SEC, bạn có thể thấy các máy móc được lập trình để hàn mạch điện và các cánh tay rô bốt hoạt động khi chúng đặt các linh kiện trên bảng mạch. Đã qua rồi thời kỳ các kỹ sư điện xác định các điện trở nhỏ dựa trên những sọc mã màu của chúng - thay vào đó, giờ đây các bảng mạch nhỏ gồm các thành phần bọc nhựa được quấn lại như cuộn phim, luôn sẵn sàng được đưa vào máy để lắp ráp tự động.

"Nó tốt hơn rất nhiều một tay nghề thành thạo và vẫn hiệu quả, vì chúng tôi nhận được kết quả như nhau", Trujillo chia sẻ. "Việc hàn tay sẽ lâu hơn rất nhiều. Những gì chúng tôi có thể làm trong một giờ hiện nay, sẽ mất một hoặc hai tuần để thử và hàn tay."

Và tự động hóa không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giúp tránh những thất bại tốn kém. Lockheed Martin từ chối tiết lộ chi phí xây dựng GOES-T là bao nhiêu, nhưng toàn bộ chương trình GOES-R có ngân sách 10,8 tỷ USD.

Sau khi rời khỏi SEC, các thiết bị điện tử và bảng mạch sẽ được kết hợp với các thành phần khác trong một quy trình lắp ráp được miêu tả nghe giống như việc chơi một trò chơi Lego khổng lồ, mặc dù với số tiền đặt cược cao hơn rất rất nhiều.

"GOES-T thực sự bắt đầu như một loạt các mảnh bộ phận và chúng sẽ được lắp ráp thành các hộp, và sau đó các hộp trở thành cái mà họ gọi là hệ thống con", Knaub nói. "Vì vậy, giống như ngôi nhà của bạn có máy điều hòa không khí, máy sưởi, vệ tinh này cũng có những điều tương tự. Nó có hệ thống điện. Nó có hệ thống nhiệt. Nó có hệ thống dẫn đường và điều khiển định vị. Và tất cả những thứ đó được ghép lại với nhau... Nó thực sự khá phức tạp."

Trước khi tất cả chúng được lắp ráp thành vệ tinh hoàn thiện, mỗi hệ thống và thành phần này phải được kiểm tra dưới hình thức "tra tấn", để đảm bảo nó có thể tồn tại trong quỹ đạo. Ý tưởng của việc này là tìm ra các vấn đề trên Trái đất, thay vì để chúng trở thành vấn đề trong không gian.

Các thành phần sẽ được kiểm tra độ rung, bằng cách mô phỏng sự rung lắc của một vụ phóng tên lửa. Sau đó, chúng được kiểm tra để xem liệu có chịu được những biến động nhiệt độ cực lớn mà chúng sẽ trải qua trên quỹ đạo hay không.

Vì vậy, Lockheed có bộ mô phỏng không gian của riêng mình gồm các loại như một ống kín chân không, thứ có kích thước bằng một chiếc ô tô nhỏ, được gọi là buồng chân không nhiệt. Các thành phần sẽ được đặt bên trong thiết bị này, với cánh cửa được niêm phong, và sau đó các kỹ sư hút chân không trước khi để nó chạy qua chu kỳ nhiệt độ nóng và lạnh.

Sau đó, khi những thành phần đó được tích hợp vào vệ tinh, và tất cả những thử nghiệm đó lại xảy ra: thử nghiệm môi trường cơ học để mô phỏng phóng, thử nghiệm chân không và nhiệt nhiều hơn. Và tất nhiên, thử nghiệm độ chính xác của thiết bị thông tin liên lạc.

"Chúng tôi thực sự thổi tung nó bằng sóng điện từ để đảm bảo rằng nó có thể nhìn thấy tất cả các thành phần có thể nhìn thấy sau đó", Knaub nói.

Sau khi GOES-T hoàn thành các thử nghiệm, nó sẽ được phóng từ Tổ hợp Phóng Không gian-41 ở Cape Canaveral, bang Florida, trên một tên lửa Atlas V. Nó sẽ lao qua bầu khí quyển để gia nhập một nhóm hơn 3.000 vệ tinh khác đang phóng xung quanh quỹ đạo Trái đất. Và sau đó, vệ tinh này sẽ giữ vị trí của riêng mình ngay trên châu Mỹ, với hy vọng trong nhiều năm, nó sẽ gửi dữ liệu khoa học trở lại Trái đất.

Nếu GOES-T thành công trong sứ mệnh của mình, chắc chắn nó sẽ cứu sống được nhiều người, mang lại nhiều dữ liệu thời tiết hơn trong thời gian ngắn hơn và giúp các nhà khao học dự đoán đường đi và cường độ của các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt như bão và cháy rừng.

Nhưng, rất có thể hầu hết chúng ta sẽ không thực sự biết nó ở đó. Nó sẽ âm thầm phóng xuống dữ liệu mà cuối cùng chúng ta thấy trên các ứng dụng thời tiết, hoặc trong các bản cập nhật về tin tức buổi tối. Nó sẽ trở thành một trong hàng nghìn người lính canh do con người tạo ra, quay quanh hành tinh của chúng ta, 24 giờ một ngày, để giúp chúng ta luôn kết nối và tồn tại.

Bảo Nam