Vệ tinh tự tìm đường khi không còn GPS

Bố mẹ bạn đang lái xe thì điện thoại mất sóng dẫn đường. Chuyện đó khó chịu, nhưng không đáng sợ. Cùng lắm là dừng lại hỏi một người đi đường, hoặc nhìn biển báo rồi đoán.

Bây giờ thử tưởng tượng bạn là một vệ tinh. Bạn đang bay quanh Trái Đất với tốc độ hàng nghìn ki lô mét mỗi giờ, cách mặt đất mấy trăm ki lô mét. Tín hiệu dẫn đường im bặt. Xung quanh không có biển báo, không có ngã tư, không có ai để hỏi. Chỉ có bóng tối và vài chấm sáng đang trôi.

Bạn sẽ làm sao để biết mình đang ở đâu?

Chuyện vừa xảy ra trên quỹ đạo

Ngày 26/08/2026, NASA công bố kết quả một cuộc thử nghiệm trả lời đúng câu hỏi đó.

Nhóm vệ tinh nhỏ mang tên Starling, phóng lên từ năm 2023, đã chạy thử một hệ thống tên là FALCON. Tên đầy đủ của nó là Fast Autonomous Lost in space Catalog based Optical Navigation, tạm hiểu là dẫn đường bằng hình ảnh, dựa trên danh mục, dành cho tàu đang lạc trong không gian.

Việc FALCON làm nghe đơn giản đến mức hơi khó tin. Nó nhìn ra ngoài cửa sổ.

Cụ thể hơn, nó dùng camera dò sao (star tracker) có sẵn trên tàu. Đây là loại camera tiêu chuẩn của tàu vũ trụ, chuyên bắt các chấm sáng để biết tàu đang quay mặt về hướng nào. FALCON chụp các chấm sáng đó, rồi nhận ra chúng không phải sao trời, mà là vệ tinh khác và mảnh rác vũ trụ đang bay quanh Trái Đất.

Trước khi thí nghiệm bắt đầu, các kỹ sư nạp lên tàu một danh mục khoảng 20.000 vật thể trong không gian, kèm dự đoán về đường bay của từng vật thể. Danh mục này là bản công khai, do U.S. Department of War duy trì.

FALCON đối chiếu thứ nó nhìn thấy với danh mục đó. Nhận ra vật thể nào là vật thể nào rồi, nó lấy chính chúng làm cột mốc để tính ngược ra vị trí của mình.

Đây là lần đầu tiên một tàu vũ trụ tự xác định được quỹ đạo của chính nó chỉ bằng camera quang học, dựa trên vị trí tương đối so với các vật thể khác trong không gian.

Nhưng phần bất ngờ nhất còn ở phía sau. Trong ba ngày, FALCON không chỉ tìm ra chỗ đứng của mình. Nó còn sửa lại đường bay dự đoán của hơn 200 vật thể trong danh mục, cho ra con số chính xác hơn số liệu cũ. Ở một số phép thử, dự đoán do tàu tự tính còn tốt hơn dự đoán mà trạm mặt đất gửi lên. Suốt ba ngày đó, không ai dưới mặt đất can thiệp.

Tấm bản đồ đã tự sửa lấy chính nó.

Vì sao chuyện này đáng để ý

Cách làm này thật ra rất cũ. Cũ hơn cả máy tính.

Người đi biển ngày xưa cũng định vị y hệt. Giữa đại dương không có cột mốc nào, họ ngẩng lên nhìn sao trời, đo góc, rồi tính ra tàu mình đang ở đâu. Ngôi sao đứng yên, nên nó làm mốc được.

Cái khó của FALCON nằm ở chỗ các "ngôi sao" của nó không đứng yên. Chúng là vệ tinh và mảnh vỡ, tất cả đều đang lao đi rất nhanh, theo những đường bay khác nhau. Bản thân cái tàu đang quan sát cũng đang bay. Và máy tính trên tàu phải nhận ra từng vật thể trong vòng vài giây, giữa hàng nghìn chấm sáng trông giống hệt nhau.

Vậy tại sao phải khổ thế, trong khi đã có GPS?

Vì GPS chỉ là một mạng lưới vệ tinh quay quanh Trái Đất, và tín hiệu của nó phát xuống theo một hướng nhất định. Càng đi xa Trái Đất, tín hiệu càng yếu, càng chập chờn. Quanh Mặt Trăng và trong không gian sâu thì gần như không còn gì để bắt. Một con tàu quen dựa vào GPS, khi rời khỏi vùng phủ sóng, giống hệt người quen đi theo bản đồ điện thoại rồi bước vào rừng.

Thứ FALCON đang tập, là cách sống mà không cần ai chỉ đường.

Nó phục vụ ai

Điều này quan trọng với ba nhóm người.

Thứ nhất là những đoàn vệ tinh bay theo nhóm. Quanh Trái Đất hiện có rất nhiều rác vũ trụ, từ mảnh tên lửa cũ tới vệ tinh đã hỏng. Nếu mỗi tàu tự nhìn thấy vật thể quanh mình và tự tính đường tránh, việc né va chạm không còn phải chờ lệnh từ mặt đất. Ông Roger Hunter, quản lý chương trình vệ tinh nhỏ tại NASA Ames Research Center, nói kết quả này có thể ảnh hưởng tới cả việc theo dõi giao thông trên quỹ đạo lẫn việc tránh va chạm.

Thứ hai là các nhóm nghiên cứu đo đạc bằng nhiều tàu cùng lúc. Muốn ghép số liệu thu từ nhiều chỗ khác nhau thành một bức tranh chung, người ta phải biết thật chính xác mỗi phép đo được lấy ở đâu. Sai vị trí là sai cả kết quả.

Thứ ba là những chuyến bay chở người đi xa, tới Mặt Trăng hoặc Sao Hoả. Ở khoảng cách đó, tín hiệu từ Trái Đất mất nhiều phút mới tới nơi. Mặt đất không kịp chỉ đường theo thời gian thực nữa. Con tàu buộc phải tự lo.

Cuối năm nay, cả bốn tàu của Starling sẽ chia sẻ thông tin quan sát cho nhau, rồi gộp lại để cùng tinh chỉnh vị trí. Bốn cặp mắt thay vì một.

Để bạn nghĩ tiếp

Câu hỏi khó nhất trong toàn bộ câu chuyện này không phải là tính toán. Nó là nhận dạng.

Nếu quanh bạn có hàng nghìn chấm sáng trông y hệt nhau, và tất cả đều đang chuyển động, làm sao bạn biết chắc cái mình vừa nhìn thấy đúng là cái mình nghĩ? Nhận nhầm một vật thể, là tính ra một vị trí sai hoàn toàn, mà vẫn thấy hợp lý.

Có một việc bạn thử được ngay tối nay. Ra sân, chọn ba ngôi sao sáng nhất bạn nhìn thấy. Ghi lại vị trí của chúng so với nóc nhà hoặc ngọn cây lúc 8 giờ, vẽ ra giấy cũng được. Đúng 9 giờ, ra đúng chỗ cũ, nhìn lại.

Chúng đã dịch đi. Ngay cả những cột mốc tưởng là đứng yên nhất cũng không đứng yên. Đó chính là bài toán mà một con tàu cách bạn mấy trăm ki lô mét đang phải giải, trong vài giây, một mình.

Lưu ý

Bài viết dựa trên tin khoa học đã công bố, viết lại cho bạn đọc nhỏ tuổi. Có chỗ nào con muốn tìm hiểu thêm thì rủ bố mẹ đọc cùng nhé.