“Sinh viên tạo ra vệ tinh 10.000 đô la với cánh buồm kéo 3D in không gây rác không gian”

Các vệ tinh thông thường có hai vấn đề lớn. Đầu tiên, chúng tiêu tốn hàng triệu đô la để xây dựng và thậm chí nhiều hơn thế để khởi động. Thứ hai, khi các vệ tinh ngừng hoạt động, chúng có thể biến thành rác vũ trụ – một vấn đề đang gia tăng có thể tàn phá trong tương lai bằng cách khiến quỹ đạo của hành tinh chúng ta không thể sử dụng được. Theo Bộ Tư lệnh Không gian của Lực lượng Không quân Hoa Kỳ, một vệ tinh “khối lập phương cỡ bánh mì” được tạo bởi một nhóm gồm 40 sinh viên tại Đại học Brown (BU) có thể giải quyết cả hai vấn đề này cho một số ứng dụng nhất định.

Khoảng 10 tháng trước, một vệ tinh có tên SBUDNIC đã tìm cách nâng được tên lửa SpaceX Falcon 9 và nó đã được triển khai thành công trên quỹ đạo Trái đất. SBUDNIC được xây dựng với ngân sách 10.000 đô la, tuy nhiên, nó có khả năng hoạt động tốt trong điều kiện khắc nghiệt của không gian. Điều thú vị hơn nữa là vệ tinh này được làm hoàn toàn bằng các bộ phận mà bạn có thể dễ dàng tìm thấy ở bất kỳ cửa hàng phần cứng địa phương nào.

Điều gì làm cho SBUDNIC trở nên đặc biệt?

Vào năm 2021, một công ty hàng không vũ trụ của Ý D-Orbit đã thông báo cho nhóm BU về việc phóng một vệ tinh trên tên lửa Falcon 9 sẽ được phóng vào năm sau. Họ cũng biết rằng để có thể bay trên tên lửa SpaceX, vệ tinh này phải vượt qua một loạt các bài kiểm tra nhiệt, chân không và độ rung. Nhưng sinh viên đã không trải qua thử thách này và quyết định bắt đầu làm việc tại SBUDNIC.

Tuy nhiên, không giống như các kỹ sư tại NASA hay SpaceX, nhóm BU không đủ khả năng để thiết kế và chế tạo các vệ tinh trị giá hàng triệu đô la. Vì vậy, họ quyết định tận dụng tốt nhất bất kỳ tài nguyên và thông tin nào có sẵn cho họ. Đáng ngạc nhiên, trong vòng một năm, họ đã tạo ra một vệ tinh từ đầu đáp ứng tất cả các tiêu chuẩn do NASA và SpaceX đặt ra để được gọi là sẵn sàng vào không gian.

Trong khi các vệ tinh thông thường được thiết kế bằng vật liệu tiên tiến, bộ xử lý dữ liệu đắt tiền và giải pháp năng lượng công nghệ cao, SBUDNIC chạy trên bộ vi xử lý trị giá 20 đô la phổ biến trong giới chế tạo rô-bốt nghiệp dư. Bộ cấp nguồn của nó chứa 48 pin lithium AA giống như bạn tìm thấy trong điều khiển từ xa của tivi và như một tấm chắn nhiệt, vệ tinh sử dụng đèn bò sát trong buồng chân không của nó.

Ngoài ra, đây không phải là lần đầu tiên sinh viên Đại học Brown gửi một vệ tinh vào không gian. Vào năm 2020, một nhóm khác từ BU đã phát triển một vệ tinh có tên là EQUiSat. Họ đã triển khai vệ tinh với sự giúp đỡ và chấp thuận của NASA, nó quay quanh Trái đất 14.000 lần và cuối cùng biến thành tro bụi khi quay trở lại bầu khí quyển của Trái đất.

Mặc dù EQUiSat là 1U (vệ tinh khối lập phương hay CubeSats thường được phân loại theo số lượng U, hay đơn vị khối lập phương 10 cm chiếm trong không gian) được thiết kế để kiểm tra xem bóng đèn flash LED có lắp trên vệ tinh hay không (chẳng hạn như loại được sử dụng trong đèn flash máy ảnh) có thể được phát hiện từ đất liền. SBUDNIC là vệ tinh 3U (3U là ba khối lập phương 10 cm xếp chồng lên nhau, vì vậy SBUDNIC có kích thước 10 cm x 10 cm x 30 cm) được thiết kế để thử nghiệm hệ thống kéo giúp tăng tốc thời gian ghi nợ. Với mục đích này, nó có một cánh buồm kéo làm bằng vật liệu polyimide Kapton.

Rick Fleeter, giáo sư kỹ thuật tại BU, người từng làm cố vấn cho cả hai dự án, cho biết Khoa học ZME:

“EQUiSat và SBUDNIC là những ví dụ về cách sử dụng không gian mới và độ phức tạp thấp. Tôi tin rằng chúng tôi đã làm việc quá chăm chỉ để làm cho không gian trở nên phức tạp và không đủ chăm chỉ để làm cho nó đơn giản hơn. Xe đạp đơn giản hơn, rẻ hơn và nhỏ hơn nhiều so với ô tô hạng sang, nhưng chúng vẫn khá hữu ích và trong một số trường hợp sử dụng có thể tốt hơn ô tô. Đó là mục tiêu tổng thể của chúng tôi, đơn giản chi phí thấp và khả năng sử dụng. Chúng tôi cũng nói rằng các vệ tinh hữu ích có thể được xây dựng nhanh chóng bởi các nhóm nhỏ, thiếu kinh nghiệm với ngân sách hạn chế. Ví dụ này rất hữu ích, đặc biệt là ở các quốc gia thiếu nghiên cứu không gian được tài trợ tốt.”

SBUDNIC có thể giải quyết vấn đề rác vũ trụ như thế nào?

Nói chung, hầu hết các vệ tinh có thể hoạt động trong tối đa 25 năm nhưng cũng có thể mất khoảng thời gian tương tự để tự ghi nợ vào quỹ đạo mà không có sự hiện diện của các cánh buồm. Mặt khác, SBUDNIC được thiết kế để chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn. và được trang bị màn hình in 3D. Vệ tinh được triển khai ở độ cao 520 km và không hoạt động sau khi hoàn thành xuất sắc sứ mệnh ngắn hạn của nó. Cánh buồm hiện đang đẩy vệ tinh về phía Trái đất và dữ liệu mới nhất cho thấy nó hiện cách Trái đất 470 km.

Marco Cross, kỹ sư trưởng của dự án SBUDNIC, nói Khoa học ZME: “SBUDNIC là một phương pháp chứng minh khái niệm có thể được sử dụng bởi các vệ tinh khác trong tương lai. SBUDNIC không làm gì để loại bỏ rác không gian hiện có khỏi quỹ đạo – đó chưa bao giờ là mục tiêu. Cánh buồm kéo về cơ bản hoạt động giống như những chiếc dù làm chậm vệ tinh khi nó quay quanh Trái đất. Vệ tinh hiện đã hết điện. Tuy nhiên, màn hình kéo là thụ động và vẫn được sử dụng. Nó sẽ tiếp tục hoạt động cho đến khi vệ tinh cháy hết trong bầu khí quyển khi quay trở lại.”

Vì vậy, ý tưởng cơ bản ở đây là thay vì đóng góp vào rác vũ trụ hiện có, các vệ tinh không còn tồn tại trong tương lai có thể được tạo ra để quay trở lại bầu khí quyển của Trái đất, nơi chúng cuối cùng sẽ bị đốt cháy và phần còn lại của chúng sẽ không trôi nổi trong không gian.

Theo Ross, vấn đề không phải là làm vệ tinh có thể tái sử dụng mà là giải pháp tiết kiệm chi phí để ngăn chặn sự hình thành các mảnh vỡ không gian trong tương lai.

Bạn có thể tìm hiểu thêm về SBUDNIC tại đây.