Nguyễn Hoàng
Intern Writer
Thỉnh thoảng, NASA công bố một bức ảnh về một thứ gì đó trong không gian được chụp bởi một trong những tàu thăm dò của họ. Nhưng chính xác thì các tàu thăm dò trong không gian sâu thẳm gửi những bức ảnh đó trở lại Trái đất cho chúng ta như thế nào? Vâng, thực ra thì khá đơn giản, và bạn sử dụng công nghệ hoạt động theo các nguyên lý tương tự mỗi ngày mà không nhận ra điều đó.
Truyền dữ liệu không dây nghe có vẻ giống như một thuật ngữ khoa học viễn tưởng, nhưng nó không chỉ rất thực tế mà còn cực kỳ phổ biến. Có lẽ bạn đang sử dụng truyền dữ liệu không dây để đọc bài viết này ngay bây giờ. Truyền dữ liệu không dây chính xác là như tên gọi của nó - truyền bất kỳ loại dữ liệu nào mà không cần sử dụng dây. Nghe radio trên ô tô, truy cập internet bằng Wi-Fi và gọi điện thoại bằng điện thoại đều là những ví dụ về truyền dữ liệu không dây.
Trong hầu hết các trường hợp đó, dữ liệu được truyền qua sóng vô tuyến. Những sóng này, một phần của phổ điện từ, được gửi từ một thiết bị, chẳng hạn như bộ định tuyến Wi-Fi hoặc tháp di động, đến một thiết bị khác, chẳng hạn như máy tính xách tay hoặc điện thoại thông minh của bạn. Những sóng này có thể bị chặn hoặc bị ảnh hưởng bởi các chướng ngại vật và khoảng cách, đó là lý do tại sao kết nối Wi-Fi của bạn có thể kém khi bạn ở xa bộ định tuyến hoặc có nhiều thứ nằm giữa bạn và nó.
Khoa học chính xác về cách dữ liệu được lưu trữ và diễn giải trong các sóng vô tuyến này có thể cực kỳ phức tạp, nhưng đối với mục đích của chúng ta, chỉ cần biết rằng thông tin có thể được truyền qua sóng vô tuyến. Bao gồm âm thanh, hình ảnh, trình tự và nhiều thứ khác. Đó là lý do tại sao NASA sử dụng truyền dữ liệu không dây để giao tiếp với các tàu thăm dò không gian sâu của họ. Tuy nhiên, chúng ở rất xa và nếu khoảng cách ảnh hưởng đến cường độ của sóng vô tuyến, thì đó hẳn là một vấn đề, phải không?
Vâng, thiết bị của NASA mạnh hơn một chút so với những gì chúng ta có thể sử dụng.
Bạn đã bao giờ nhìn thấy một trong những chiếc đĩa radio khổng lồ giữa sa mạc chưa, dù là trong phim, trò chơi hay thậm chí là ngoài đời thực? Những chiếc đĩa có kích thước bằng tòa nhà đó được sử dụng để gửi và nhận tín hiệu từ không gian sâu thẳm. Những chiếc đĩa do Phòng thí nghiệm Động cơ Phản lực của NASA vận hành là một phần của Mạng Không gian Sâu hay DSN của họ.
Những ăng-ten vô tuyến khổng lồ này là thiết bị viễn thông mạnh nhất do con người tạo ra và có ba địa điểm khác nhau trên khắp thế giới. Mỗi địa điểm cách đều nhau, cách nhau khoảng 120 độ về kinh độ và chúng lần lượt nằm gần Canberra, Úc; Madrid, Tây Ban Nha; và Barstow California. Có một lý do chính đáng cho thiết lập vị trí này.
Cách chính để NASA giao tiếp với các tàu thăm dò không gian sâu của họ là gửi thông tin đến chúng qua sóng vô tuyến. Các đĩa vô tuyến lớn của DSN được hướng trực tiếp đến tàu vũ trụ ở xa Trái đất. Chúng có thể truyền sóng vô tuyến trực tiếp đến tàu vũ trụ, tàu vũ trụ sẽ nhận được sóng vô tuyến đó bằng máy phát của riêng chúng. Đây là cách NASA đưa ra hướng dẫn cho nhiều tàu thăm dò đang hoạt động sau khi chúng đã được triển khai và ở xa.
Đây cũng là lý do tại sao các trạm DSN cách đều nhau, cách nhau 120 độ—một trong số chúng có thể nhìn thấy các tàu thăm dò của NASA mọi lúc. Không có một khoảnh khắc nào trong ngày mà một đĩa vô tuyến của DSN không có tàu vũ trụ NASA trong tầm nhìn. Điều này cũng có nghĩa là tàu vũ trụ đang nói đến có thể gửi thông tin trở lại Trái đất bằng sóng vô tuyến của riêng nó, vì luôn có một đĩa hướng về nó và sẵn sàng tiếp nhận tín hiệu truyền.
Đó cũng là lý do tại sao các đĩa của DSN lại lớn như vậy. Không gian rất rộng lớn, và mặc dù tín hiệu vô tuyến có thể truyền đi hàng triệu năm ánh sáng, chúng sẽ cực kỳ yếu và khó phát hiện khi đến Trái đất. Điều này đặc biệt đúng đối với sóng vô tuyến do các tàu thăm dò không gian sâu của NASA tạo ra, vốn không có khả năng tự tạo ra sóng vô tuyến cực mạnh. Kích thước của các đĩa DSN đảm bảo chúng có thể thu được ngay cả những tín hiệu yếu nhất.
Tất nhiên, NASA đã nâng cấp các phương pháp liên lạc không gian sâu của mình. Có những đĩa lai tương đối mới trong DSN có khả năng liên lạc qua sóng vô tuyến và tín hiệu quang. Ăng-ten lai này, được gọi là Trạm vũ trụ sâu 13, hoạt động tốt hơn các đĩa cổ điển và chỉ liên lạc vô tuyến bằng cách sử dụng tia laser để truyền dữ liệu.
Cả hai hình thức truyền thông đều di chuyển với tốc độ ánh sáng, do đó việc truyền tín hiệu quang không nhanh hơn về mặt đó, nhưng tốc độ tải lên và tải xuống thông tin thì khác nhau nhiều. Tốc độ truyền dữ liệu để truyền tín hiệu quang là 15 megabit mỗi giây, nhanh hơn khoảng bốn mươi lần so với truyền sóng vô tuyến. Khi NASA tiếp tục phát triển công nghệ này, họ sẽ có thể gửi và nhận thông tin tiên tiến hơn ở tốc độ truyền cao hơn so với khả năng truyền của DSN theo truyền thống.
Tuy nhiên, cuối cùng, truyền quang chỉ là phương pháp hiệu quả hơn của tùy chọn sóng vô tuyến. Đây là cách NASA nhận được ảnh chụp từ các tàu thăm dò không gian sâu của họ. Thường thì chỉ là truyền sóng vô tuyến, không khác gì các thiết bị gia dụng thông thường mà bạn sử dụng hàng ngày, diễn ra ở khoảng cách xa hơn nhiều. Trong tương lai, tia laser có thể sẽ đảm nhiệm hoàn toàn vai trò này.
Mặc dù các tàu thăm dò không gian sâu mà NASA giao tiếp trong nhiều trường hợp rất xa Trái đất, nhưng tương đối mà nói, chúng có thể giao tiếp với chúng ta một cách nhanh chóng. Đó là vì sóng vô tuyến di chuyển với tốc độ ánh sáng—186.000 dặm một giờ. Tốc độ đáng kinh ngạc này có nghĩa là chúng ta có thể gửi và nhận tín hiệu bằng tàu vũ trụ ở xa khá nhanh. Ví dụ, Sao Diêm Vương chỉ cách Trái đất 263,2 phút ánh sáng, vì vậy chúng ta có thể gửi tín hiệu vô tuyến đến đó chỉ trong hơn bốn giờ.
Điều đó không phải là vấn đề lớn khi giao tiếp với tàu vũ trụ không người lái, nhưng lại là vấn đề lớn khi xem xét các nhiệm vụ có người lái ở bất kỳ nơi nào xa hơn Mặt Trăng. Nếu có trường hợp khẩn cấp trong nhiệm vụ có người lái, sự chậm trễ trong giao tiếp trong nhiều giờ có thể gây ra thảm họa. Theo ví dụ về sao Diêm Vương của chúng ta, không chỉ mất hơn bốn giờ để gửi một tin nhắn đến sao Diêm Vương, mà còn mất cùng khoảng thời gian đó để gửi lại tin nhắn.
Vấn đề này chỉ trở nên nghiêm trọng hơn khi chúng ta muốn khám phá vũ trụ xa hơn, ngay cả với tàu vũ trụ không người lái. Sẽ đến lúc tàu vũ trụ của chúng ta ở rất xa Trái đất đến mức phải mất nhiều năm để gửi hoặc nhận tín hiệu. Một tàu vũ trụ có thể bị phá hủy hoặc không hoạt động được, và chúng ta thậm chí không biết điều đó trong nhiều năm. Nếu cần gửi hướng dẫn mới đến tàu vũ trụ, điều đó cũng sẽ mất nhiều năm.
Xem xét những vấn đề tương lai này với độ trễ liên lạc, không thể phủ nhận rằng, một ngày nào đó, chúng ta sẽ cần thứ gì đó ngoài DSN để tạo điều kiện cho việc khám phá không gian hiệu quả. Nhưng cho đến khi thời điểm đó đến, chúng ta sẽ tiếp tục nhận được một số hình ảnh tuyệt vời từ các tàu thăm dò không gian sâu của NASA , nhờ một số đĩa vô tuyến thực sự lớn.
Nguồn Howtogeek
NASA sử dụng truyền dữ liệu không dây để giao tiếp với các tàu thăm dò
Truyền dữ liệu không dây nghe có vẻ giống như một thuật ngữ khoa học viễn tưởng, nhưng nó không chỉ rất thực tế mà còn cực kỳ phổ biến. Có lẽ bạn đang sử dụng truyền dữ liệu không dây để đọc bài viết này ngay bây giờ. Truyền dữ liệu không dây chính xác là như tên gọi của nó - truyền bất kỳ loại dữ liệu nào mà không cần sử dụng dây. Nghe radio trên ô tô, truy cập internet bằng Wi-Fi và gọi điện thoại bằng điện thoại đều là những ví dụ về truyền dữ liệu không dây.
Trong hầu hết các trường hợp đó, dữ liệu được truyền qua sóng vô tuyến. Những sóng này, một phần của phổ điện từ, được gửi từ một thiết bị, chẳng hạn như bộ định tuyến Wi-Fi hoặc tháp di động, đến một thiết bị khác, chẳng hạn như máy tính xách tay hoặc điện thoại thông minh của bạn. Những sóng này có thể bị chặn hoặc bị ảnh hưởng bởi các chướng ngại vật và khoảng cách, đó là lý do tại sao kết nối Wi-Fi của bạn có thể kém khi bạn ở xa bộ định tuyến hoặc có nhiều thứ nằm giữa bạn và nó.
Khoa học chính xác về cách dữ liệu được lưu trữ và diễn giải trong các sóng vô tuyến này có thể cực kỳ phức tạp, nhưng đối với mục đích của chúng ta, chỉ cần biết rằng thông tin có thể được truyền qua sóng vô tuyến. Bao gồm âm thanh, hình ảnh, trình tự và nhiều thứ khác. Đó là lý do tại sao NASA sử dụng truyền dữ liệu không dây để giao tiếp với các tàu thăm dò không gian sâu của họ. Tuy nhiên, chúng ở rất xa và nếu khoảng cách ảnh hưởng đến cường độ của sóng vô tuyến, thì đó hẳn là một vấn đề, phải không?
Vâng, thiết bị của NASA mạnh hơn một chút so với những gì chúng ta có thể sử dụng.
Mạng lưới không gian sâu của NASA gửi và nhận sóng vô tuyến
Bạn đã bao giờ nhìn thấy một trong những chiếc đĩa radio khổng lồ giữa sa mạc chưa, dù là trong phim, trò chơi hay thậm chí là ngoài đời thực? Những chiếc đĩa có kích thước bằng tòa nhà đó được sử dụng để gửi và nhận tín hiệu từ không gian sâu thẳm. Những chiếc đĩa do Phòng thí nghiệm Động cơ Phản lực của NASA vận hành là một phần của Mạng Không gian Sâu hay DSN của họ.
Những ăng-ten vô tuyến khổng lồ này là thiết bị viễn thông mạnh nhất do con người tạo ra và có ba địa điểm khác nhau trên khắp thế giới. Mỗi địa điểm cách đều nhau, cách nhau khoảng 120 độ về kinh độ và chúng lần lượt nằm gần Canberra, Úc; Madrid, Tây Ban Nha; và Barstow California. Có một lý do chính đáng cho thiết lập vị trí này.
Cách chính để NASA giao tiếp với các tàu thăm dò không gian sâu của họ là gửi thông tin đến chúng qua sóng vô tuyến. Các đĩa vô tuyến lớn của DSN được hướng trực tiếp đến tàu vũ trụ ở xa Trái đất. Chúng có thể truyền sóng vô tuyến trực tiếp đến tàu vũ trụ, tàu vũ trụ sẽ nhận được sóng vô tuyến đó bằng máy phát của riêng chúng. Đây là cách NASA đưa ra hướng dẫn cho nhiều tàu thăm dò đang hoạt động sau khi chúng đã được triển khai và ở xa.
Đây cũng là lý do tại sao các trạm DSN cách đều nhau, cách nhau 120 độ—một trong số chúng có thể nhìn thấy các tàu thăm dò của NASA mọi lúc. Không có một khoảnh khắc nào trong ngày mà một đĩa vô tuyến của DSN không có tàu vũ trụ NASA trong tầm nhìn. Điều này cũng có nghĩa là tàu vũ trụ đang nói đến có thể gửi thông tin trở lại Trái đất bằng sóng vô tuyến của riêng nó, vì luôn có một đĩa hướng về nó và sẵn sàng tiếp nhận tín hiệu truyền.
Đó cũng là lý do tại sao các đĩa của DSN lại lớn như vậy. Không gian rất rộng lớn, và mặc dù tín hiệu vô tuyến có thể truyền đi hàng triệu năm ánh sáng, chúng sẽ cực kỳ yếu và khó phát hiện khi đến Trái đất. Điều này đặc biệt đúng đối với sóng vô tuyến do các tàu thăm dò không gian sâu của NASA tạo ra, vốn không có khả năng tự tạo ra sóng vô tuyến cực mạnh. Kích thước của các đĩa DSN đảm bảo chúng có thể thu được ngay cả những tín hiệu yếu nhất.
Tất nhiên, NASA đã nâng cấp các phương pháp liên lạc không gian sâu của mình. Có những đĩa lai tương đối mới trong DSN có khả năng liên lạc qua sóng vô tuyến và tín hiệu quang. Ăng-ten lai này, được gọi là Trạm vũ trụ sâu 13, hoạt động tốt hơn các đĩa cổ điển và chỉ liên lạc vô tuyến bằng cách sử dụng tia laser để truyền dữ liệu.
Cả hai hình thức truyền thông đều di chuyển với tốc độ ánh sáng, do đó việc truyền tín hiệu quang không nhanh hơn về mặt đó, nhưng tốc độ tải lên và tải xuống thông tin thì khác nhau nhiều. Tốc độ truyền dữ liệu để truyền tín hiệu quang là 15 megabit mỗi giây, nhanh hơn khoảng bốn mươi lần so với truyền sóng vô tuyến. Khi NASA tiếp tục phát triển công nghệ này, họ sẽ có thể gửi và nhận thông tin tiên tiến hơn ở tốc độ truyền cao hơn so với khả năng truyền của DSN theo truyền thống.
Tuy nhiên, cuối cùng, truyền quang chỉ là phương pháp hiệu quả hơn của tùy chọn sóng vô tuyến. Đây là cách NASA nhận được ảnh chụp từ các tàu thăm dò không gian sâu của họ. Thường thì chỉ là truyền sóng vô tuyến, không khác gì các thiết bị gia dụng thông thường mà bạn sử dụng hàng ngày, diễn ra ở khoảng cách xa hơn nhiều. Trong tương lai, tia laser có thể sẽ đảm nhiệm hoàn toàn vai trò này.
Những hạn chế của DSN đối với các nhiệm vụ trong tương lai
DSN là một tài sản vô cùng giá trị đối với nhân loại và ước mơ khám phá không gian trong tương lai của họ. Mặc dù nó đã thúc đẩy sự tò mò của chúng ta trong hơn năm mươi năm, nhưng một ngày nào đó nó sẽ không đáp ứng được nhu cầu của chúng ta. Ngày đó thậm chí có thể không còn quá xa trong tương lai, và không phải vì DSN cụ thể, mà là vì những hạn chế mà vật lý áp đặt lên chúng ta.Mặc dù các tàu thăm dò không gian sâu mà NASA giao tiếp trong nhiều trường hợp rất xa Trái đất, nhưng tương đối mà nói, chúng có thể giao tiếp với chúng ta một cách nhanh chóng. Đó là vì sóng vô tuyến di chuyển với tốc độ ánh sáng—186.000 dặm một giờ. Tốc độ đáng kinh ngạc này có nghĩa là chúng ta có thể gửi và nhận tín hiệu bằng tàu vũ trụ ở xa khá nhanh. Ví dụ, Sao Diêm Vương chỉ cách Trái đất 263,2 phút ánh sáng, vì vậy chúng ta có thể gửi tín hiệu vô tuyến đến đó chỉ trong hơn bốn giờ.
Điều đó không phải là vấn đề lớn khi giao tiếp với tàu vũ trụ không người lái, nhưng lại là vấn đề lớn khi xem xét các nhiệm vụ có người lái ở bất kỳ nơi nào xa hơn Mặt Trăng. Nếu có trường hợp khẩn cấp trong nhiệm vụ có người lái, sự chậm trễ trong giao tiếp trong nhiều giờ có thể gây ra thảm họa. Theo ví dụ về sao Diêm Vương của chúng ta, không chỉ mất hơn bốn giờ để gửi một tin nhắn đến sao Diêm Vương, mà còn mất cùng khoảng thời gian đó để gửi lại tin nhắn.
Vấn đề này chỉ trở nên nghiêm trọng hơn khi chúng ta muốn khám phá vũ trụ xa hơn, ngay cả với tàu vũ trụ không người lái. Sẽ đến lúc tàu vũ trụ của chúng ta ở rất xa Trái đất đến mức phải mất nhiều năm để gửi hoặc nhận tín hiệu. Một tàu vũ trụ có thể bị phá hủy hoặc không hoạt động được, và chúng ta thậm chí không biết điều đó trong nhiều năm. Nếu cần gửi hướng dẫn mới đến tàu vũ trụ, điều đó cũng sẽ mất nhiều năm.
Xem xét những vấn đề tương lai này với độ trễ liên lạc, không thể phủ nhận rằng, một ngày nào đó, chúng ta sẽ cần thứ gì đó ngoài DSN để tạo điều kiện cho việc khám phá không gian hiệu quả. Nhưng cho đến khi thời điểm đó đến, chúng ta sẽ tiếp tục nhận được một số hình ảnh tuyệt vời từ các tàu thăm dò không gian sâu của NASA , nhờ một số đĩa vô tuyến thực sự lớn.
Nguồn Howtogeek
