Robot "thợ máy vũ trụ" của Northrop: Giải pháp mới giúp kéo dài tuổi thọ vệ tinh

Xa tít trên bầu khí quyển Trái Đất, một thế hệ robot mới với sứ mệnh duy trì tuổi thọ vệ tinh đang chính thức "thế chỗ" thế hệ tiền nhiệm - theo đúng nghĩa đen.

Nguồn ảnh: Northrop Grumman.

Tuần này, một tàu vũ trụ mang tên Phương tiện Kéo dài Sứ mệnh (Mission Extension Vehicle - MEV) do tập đoàn Northrop Grumman chế tạo và vận hành đã chính thức tháo khớp nối khỏi một vệ tinh viễn thông của công ty Úc Optus. Trong suốt hơn một năm qua, con tàu MEV này đã bám chặt vào mặt sau vệ tinh Optus, đóng vai trò "mỏ neo" giữ vệ tinh ở đúng quỹ đạo không gian để tiếp tục thực hiện sứ mệnh.

Giờ đây, con tàu chuyên kéo dài tuổi thọ vệ tinh này đang rời đi để nhường chỗ cho người kế nhiệm. Hồi tháng 7, bốn tàu vũ trụ mới của Northrop đã được phóng lên quỹ đạo nhờ tên lửa SpaceX Falcon 9. Trong số đó, một chiếc có tên gọi Phương tiện Robot Sứ mệnh (Mission Robotic Vehicle - MRV) - một vệ tinh mạnh mẽ được trang bị hai cánh tay robot tối tân do DARPA (Cơ quan Chỉ đạo các Dự án Nghiên cứu Quốc phòng Tiên tiến của quân đội Mỹ) phát triển. Ba chiếc còn lại được gọi là Kén Kéo dài Sứ mệnh (Mission Extension Pods - MEPs), đây là những vệ tinh nhỏ gọn và đơn giản hơn, về cơ bản đóng vai trò như các hệ thống lực đẩy mô-đun.

Hiện tại, cả bốn "chiến binh" này đang hướng tới các mục tiêu nằm cách Trái Đất khoảng 27.000 dặm (hơn 43.400 km). Dự kiến vào năm 2027, tàu MRV sẽ sử dụng các cánh tay robot của mình để ghép nối một trong các kén MEP vào vệ tinh Optus, qua đó giúp vệ tinh này tiếp tục bám trụ trên quỹ đạo trong nhiều năm tới.

Các vệ tinh đảm nhiệm chức năng viễn thông hoặc quét bề mặt hành tinh bằng cảm biến vốn chỉ có vòng đời hữu hạn. Thông thường, chúng "nghỉ hưu" khi cạn kiệt nhiên liệu duy trì quỹ đạo, chứ không phải do hệ thống máy tính hay bộ thu phát gặp trục trặc. Điển hình như vệ tinh Optus, được phóng lên từ năm 2009 với thiết kế tuổi thọ 15 năm. Nếu mọi việc suôn sẻ, vệ tinh này hoàn toàn có thể tiếp tục vận hành - và mang lại doanh thu - trong 6 năm tiếp theo.

Giờ đây, bài toán chi phí phóng và giá thành linh kiện không gian ngày càng giảm đang biến các sứ mệnh sửa chữa tàu vũ trụ trở thành hiện thực.

Theo bà Cassie Wong, Giám đốc bộ phận hậu cần và dịch vụ của Northrop: "Mục tiêu của chúng tôi là tạo ra một 'bước ngoặt mô hình', nơi không gian vũ trụ được nhìn nhận dưới góc độ phát triển bền vững, đi kèm với một cấu trúc và nền tảng hạ tầng linh hoạt hơn. Ở đó, chúng ta có thể thực hiện các nghiệp vụ như sửa chữa tàu vũ trụ, kéo dài tuổi thọ, hay thậm chí là nâng cấp và bảo dưỡng các vệ tinh."

Hiện đang có hai tàu MEV hoạt động trên quỹ đạo (được phóng vào các năm 2019 và 2020), đóng góp tổng cộng 10 năm gia hạn tuổi thọ cho ba khách hàng khác nhau, bao gồm hai tàu vũ trụ của Intelsat và một vệ tinh của Optus. Con tàu MEV-1 sẽ chờ đợi ở quỹ đạo chờ (parking orbit) để đón khách hàng tiếp theo, trong khi MEV-2 hiện vẫn đang gắn chặt với khách hàng Intelsat của mình cho đến năm 2030.

Sự xuất hiện của tàu Phương tiện Robot Sứ mệnh (MRV) đại diện cho một bước tiến hóa trong mô hình kinh doanh này. Các nhà điều hành vệ tinh sẽ trực tiếp mua và sở hữu các kén MEP - vốn được gắn vĩnh viễn vào tàu vũ trụ của họ. Cách làm này sẽ "giải phóng" tàu MRV để nó có thể phục vụ nhiều phương tiện hơn, từ đó tạo ra một gói dịch vụ với chi phí rẻ hơn đáng kể.

Gói dịch vụ này đòi hỏi năng lực công nghệ cực kỳ đáng gờm. Các phương tiện phải có khả năng tự động tiếp cận và "đậu" vào nhau một cách an toàn - một nhiệm vụ không hề đơn giản khi cả hai đều đang di chuyển với vận tốc hàng nghìn dặm mỗi giờ. Nếu như các tàu MEV sử dụng một đầu dò neo đậu (docking probe) để cắm vào và bám chặt lấy các vòi phun lực đẩy của vệ tinh, thì các tàu MRV lại cần thao tác cẩn trọng hơn để gắn các kén MEP bằng đôi tay robot của mình.

Khác với hầu hết các vệ tinh, MRV được thiết kế để có thể tiếp nhiên liệu ngay trên quỹ đạo. Động thái này phần nào đóng vai trò như một bài toán chứng minh khái niệm cho những năng lực mà các vệ tinh khác sẽ cần đến nếu dịch vụ bảo dưỡng trên quỹ đạo trở thành tiêu chuẩn chung. Ở thời điểm hiện tại, chi phí đắt đỏ cùng trọng lượng dôi ra từ các cải tiến này vẫn là rào cản khiến các nhà điều hành tàu vũ trụ e ngại đầu tư.

Thực tế, xu hướng hiện tại trong ngành vệ tinh là phóng hàng loạt các tàu vũ trụ giá rẻ, dễ dàng thay thế lên các quỹ đạo thấp - giống như cách Starlink và Amazon LEO đang triển khai. Tuy nhiên, ở một diễn biến khác, các tàu vũ trụ cũng ngày càng phình to về kích thước, và vẫn còn đó vô số những vệ tinh khổng lồ, đắt tiền đang hoạt động trên quỹ đạo cực kỳ khao khát được kéo dài tuổi thọ. Bà Wong kỳ vọng MRV sẽ đảm nhận thêm nhiều sứ mệnh khác trong tương lai, từ việc lắp ráp thêm linh kiện mới cho vệ tinh cho đến tinh chỉnh lại quỹ đạo của chúng.

Tệp khách hàng này rất có thể sẽ bao gồm cả khối quốc phòng, xét đến số lượng lớn các vệ tinh đắt đỏi mà quân đội sở hữu trên các quỹ đạo cao, cùng với sự can thiệp của DARPA trong việc phát triển cánh tay robot cho MRV. Thật vậy, Lực lượng Không gian Hoa Kỳ (U.S. Space Force) từng mô tả một tàu vũ trụ dịch vụ được trang bị cánh tay robot của Trung Quốc là một loại vũ khí, bởi về mặt lý thuyết, nó có thể kẹp chặt và phá hoại vệ tinh của đối thủ. Dù vậy, phía Northrop khẳng định các phương tiện của hãng chỉ tập trung hoàn toàn vào sứ mệnh bảo dưỡng.

Bà Wong cho biết thêm, phương tiện này cũng có thể được triển khai ở quỹ đạo Trái Đất thấp (LEO) nhằm gia tăng tuổi thọ cho các tài sản giá trị tại đây. Tương tự, startup Katalyst Space hiện cũng đang nỗ lực thực hiện một sứ mệnh kéo dài vòng đời cho kính viễn vọng không gian của NASA, sau khi các sự cố kỹ thuật khiến thiết bị này lộn vòng trên quỹ đạo hồi tháng trước. Công ty đã đưa ra được phương án khắc phục và kỳ vọng sẽ hoàn tất thành công sứ mệnh này.