Những cánh buồm Mặt Trời cho phép vệ tinh lướt đi trong không gian, sử dụng năng lượng đẩy từ ánh sáng Mặt Trời có thể sớm trở thành hiện thực. Công nghệ này sẽ giúp các nhà khoa học cung cấp cảnh báo sớm hơn về các hiện tượng thời tiết không gian như bão từ, vốn có khả năng gây gián đoạn các hệ thống công nghệ trên Trái Đất.

“Nhiều người trong chúng ta đã từng trải nghiệm việc đi thuyền buồm; điều này hoạt động theo nguyên lý tương tự,” Irfan Azeem, trưởng bộ phận Nghiên cứu Ứng dụng và Lập kế hoạch Dự án tại Văn phòng Quan sát Thời tiết Không gian của Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia Hoa Kỳ (NOAA), cho biết.

“Thay vì sử dụng không khí, chúng ta thực sự đang sử dụng các photon – ánh sáng phát ra từ Mặt Trời – để đẩy vệ tinh đi,” ông nói trong một cuộc phỏng vấn với Space.com tại hội nghị thường niên của Hiệp hội Khí tượng Hoa Kỳ (AMS) vào tháng Một.

“Đây là một công nghệ rất mới mẻ (very novel technology),” ông nói thêm. “Chúng ta thường dựa vào động cơ đẩy để di chuyển vệ tinh từ nơi này đến nơi khác, nhưng buồm Mặt Trời mang lại một phương thức di chuyển trong không gian hiệu quả về chi phí hơn nhiều.”

Văn phòng Quan sát Thời tiết Không gian của NOAA chịu trách nhiệm giám sát các hệ thống vệ tinh đang hoạt động trong không gian của cơ quan này, cung cấp dữ liệu quan trọng từ các điểm quan sát giữa Trái Đất và Mặt Trời. Dữ liệu thu thập từ nhiều loại thiết bị trên các vệ tinh được sử dụng để lập dự báo thời tiết không gian, giúp các nhà khí tượng đưa ra cảnh báo nếu một vụ bùng phát Mặt Trời có khả năng ảnh hưởng đến Trái Đất, công nghệ vũ trụ hoặc phi hành gia.

Tiến về phía trước

Một số nhiệm vụ không gian hiện tại đang theo dõi các hiện tượng xảy ra trên Mặt Trời bao gồm tàu thăm dò Advanced Composition Explorer của NASA và Đài quan sát Khí hậu Không gian Sâu (Deep Space Climate Observatory) của NOAA, chuyên theo dõi gió Mặt Trời. Không giống như gió trên Trái Đất, gió Mặt Trời bao gồm các electron và proton từ vành nhật hoa của Mặt Trời. Việc giám sát gió Mặt Trời rất quan trọng vì khi nó tiếp xúc với hành tinh của chúng ta, nó có thể tương tác với từ trường Trái Đất, tạo ra cực quang gần các vùng cực và, nếu đủ mạnh, có thể gây ra bão từ.

Mặc dù các cảnh báo về bão từ đã được đưa ra trước khi hiện tượng này xảy ra, vẫn cần có thêm thời gian dự báo sớm hơn nếu có nguy cơ ảnh hưởng đến các 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 có thể hỗ trợ cung cấp cảnh báo sớm hơn về bão từ. Điều này có nghĩa là họ cần tìm cách thu thập thông tin ngay sau khi xảy ra bùng phát Mặt Trời, với các phép đo gần Mặt Trời hơn.

Đây chính là lúc buồm Mặt Trời phát huy tác dụng.

“Buồm Mặt Trời giúp chúng ta đi xa hơn Điểm Lagrange 1 (L1), vốn là vị trí quan sát tiên tiến hiện tại, một cách hiệu quả hơn,” Azeem cho biết. “Hiện tại, L1 cung cấp một quỹ đạo bán ổn định để quan sát Mặt Trời một cách liên tục và không bị che khuất. Nhưng nếu muốn đi xa hơn, chúng ta phải sử dụng tên lửa hóa học. Buồm Mặt Trời cung cấp một phương án di chuyển tiết kiệm chi phí để vượt ra ngoài điểm L1.”

L1 là một vị trí giữa Mặt Trời và Trái Đất, cách hành tinh của chúng ta khoảng 1,5 triệu km. Tại đây, vệ tinh hay thiết bị không gian có thể đứng yên (in a stationary spot) để quan sát các hoạt động của Mặt Trời. Tuy nhiên, càng tiến gần Mặt Trời, các nhà nghiên cứu càng có thể thu thập dữ liệu nhanh hơn trong và sau các sự kiện thời tiết không gian.

Nhờ sử dụng buồm Mặt Trời, vệ tinh có thể di chuyển xa hơn về phía gió Mặt Trời, từ đó tăng thời gian cảnh báo sớm lên đến 50%, Azeem giải thích. Điều này cũng giúp vệ tinh ở một vị trí khác so với vị trí đã được sử dụng trong suốt 45 năm qua.

Tại hội nghị AMS, NOAA đã cập nhật tiến độ của dự án này. Hiện tại, NOAA đang xây dựng một phiên bản toàn diện của buồm Mặt Trời, là một phần của dự án Solar Cruiser hợp tác với NASA. Khi được triển khai, cánh buồm này sẽ có diện tích lên tới 1.653 m².

Ngoài việc có một tàu vũ trụ ở trung tâm với hệ thống triển khai buồm, dự án còn bao gồm bốn cánh buồm, được chế tạo thành từng phần riêng biệt và dự kiến hoàn thành vào tháng 2 năm 2026. Nếu mọi thứ diễn ra đúng kế hoạch, NOAA hy vọng sẽ có cơ hội phóng thử nghiệm vào năm 2029.

“Điều khiến tôi phấn khích nhất là sự phức tạp trong việc kết hợp nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau,” Azeem chia sẻ. “Chứng kiến những tiến bộ mới trong khoa học vật liệu và các lĩnh vực khác, cũng như cách chúng giúp cộng đồng nghiên cứu thời tiết không gian đạt được những bước tiến cần thiết, thực sự rất đáng mong chờ.”

Các nhà khoa học cho biết, các vệ tinh sử dụng buồm Mặt Trời có thể được dùng làm hệ thống cảnh báo sớm cho bão từ trong tương lai. Ảnh: NASA

Hình minh họa về buồm Mặt Trời Solar Cruiser. Ảnh: NASA