Cột mốc trong dịch vụ trên quỹ đạo
Một vệ tinh thương mại của Trung Quốc đã hoàn thành thành công cuộc trình diễn tiếp nhiên liệu mang tính đột phá trên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp, sử dụng cánh tay robot linh hoạt lấy cảm hứng từ xúc tu bạch tuộc để mô phỏng quá trình chuyển nhiên liệu giữa các tàu vũ trụ. Vệ tinh Hukeda-2, còn có tên gọi Yuxing-3 06, tiến hành thử nghiệm sau khi được phóng từ Trung tâm Phóng vệ tinh Tửu Tuyền ở tây bắc Trung Quốc, đánh dấu bước tiến lớn hướng tới năng lực bảo dưỡng trên quỹ đạo trong thực tiễn, có thể kéo dài tuổi thọ vệ tinh và giảm lượng rác vũ trụ tích tụ. Đài truyền hình trung ương Trung Quốc (CCTV) đưa tin hôm thứ Ba rằng vệ tinh trình diễn đã dùng cánh tay chuyên dụng để thực hiện các thử nghiệm điều khiển độ mềm dẻo và tiếp nhiên liệu, kiểm chứng một chuỗi thao tác thiết yếu cho các dịch vụ bảo dưỡng không gian trong tương lai.
Nội dung
Thí nghiệm thành công này kiểm chứng những công nghệ có thể làm thay đổi căn bản cách tàu vũ trụ hoạt động trong suốt các sứ mệnh. Thay vì bỏ vệ tinh khi nhiên liệu sắp cạn, các nhà khai thác có thể tiếp nhiên liệu cho chúng, qua đó kéo dài tuổi thọ hoạt động gấp hai đến ba lần, đồng thời giảm đáng kể chi phí và nguồn lực cần thiết để chế tạo, phóng thiết bị thay thế. Sự chuyển dịch từ mô hình phóng rồi loại bỏ sang dịch vụ bền vững trên quỹ đạo là bước phát triển lớn của nền kinh tế không gian thương mại, có khả năng giúp các nhà khai thác vệ tinh tiết kiệm hàng triệu USD cho mỗi tàu vũ trụ, đồng thời hạn chế tác động môi trường do các vụ phóng gia tăng.
Sứ mệnh được phát triển nhờ hợp tác giữa các cơ sở học thuật và doanh nghiệp hàng không vũ trụ tư nhân, cho thấy lĩnh vực không gian thương mại Trung Quốc đang trưởng thành nhanh chóng. Vệ tinh đóng vai trò trình diễn công nghệ cho Hangtian Yuxing Keji, doanh nghiệp không gian thương mại có trụ sở tại Bắc Kinh, và do Mofang Weixing Keji ở Thâm Quyến chế tạo. Việc thử nghiệm thành công các năng lực này trong môi trường khắc nghiệt của quỹ đạo Trái Đất tầm thấp, nơi lực cản khí quyển và bức xạ luôn gây thách thức, tạo cơ sở tin cậy về mặt kỹ thuật cho các dịch vụ thương mại dự kiến triển khai vào cuối thập niên này.
Công nghệ phía sau cánh tay dạng xúc tu
Trọng tâm của sứ mệnh là cánh tay robot linh hoạt đặc biệt do Trường Cao học Quốc tế Thâm Quyến thuộc Đại học Thanh Hoa phát triển. Khác với các cánh tay robot cứng, có khớp nối thường thấy trên các trạm vũ trụ, gồm những đoạn riêng biệt kết nối bằng bản lề cơ khí, cơ cấu này mô phỏng khả năng uốn cong liên tục, uyển chuyển của vòi voi hoặc xúc tu bạch tuộc. Lấy cảm hứng từ sinh học giúp cánh tay di chuyển linh hoạt vượt trội trong không gian chật hẹp, phức tạp, có thể vòng qua chướng ngại vật và điều chỉnh hướng tiếp cận theo những cách mà hệ thống cứng không làm được.
Cánh tay gồm một loạt ống nối với nhau trông như lò xo cuộn, bên trong có các động cơ kéo dây cáp chạy dọc kết cấu. Các động cơ uốn từng khớp một chút để đưa đầu cánh tay dạng vòi phun đến đúng vị trí. Theo nhóm phát triển, thiết kế này có độ mềm dẻo tự nhiên, nghĩa là cánh tay có thể nhường nhẹ khi tiếp xúc với vật thể thay vì giữ nguyên vị trí cứng nhắc. Trong môi trường vi trọng lực của quỹ đạo Trái Đất tầm thấp, nơi ngay cả rung động nhỏ cũng có thể gây sai lệch vị trí đáng kể, khả năng điều khiển độ mềm dẻo này rất cần thiết cho các thao tác ghép nối tinh vi.
Đầu vòi ở cuối cánh tay kết nối với các cổng tiếp nhận trên vệ tinh khác, nhưng độ chính xác cần thiết cho thao tác này là đặc biệt cao. Cả hai vệ tinh di chuyển với tốc độ khoảng 27.000 km/giờ (16.800 dặm/giờ), khiến quá trình căn chỉnh giống như điều mà các nhà phát triển mô tả là xâu kim khi đang lao nhanh trên đường cao tốc. Cánh tay phải duy trì khả năng điều khiển độ mềm dẻo chính xác, liên tục điều chỉnh vị trí và tính đến chuyển động tương đối giữa các tàu vũ trụ cũng như đặc tính đàn hồi của chính kết cấu linh hoạt này.
Diễn tiến sứ mệnh và hai mục tiêu
Hukeda-2, do Đại học Khoa học và Công nghệ Hồ Nam cùng Công ty Công nghệ Hàng không Vũ trụ Sanyuan Tô Châu phối hợp phát triển, được phóng bằng tên lửa Kuaizhou-11 từ cơ sở ở sa mạc Gobi vào giữa tháng Ba. Vệ tinh là thiết bị trình diễn công nghệ cho Hangtian Yuxing Keji, công ty không gian thương mại có trụ sở tại Bắc Kinh, và do Mofang Weixing Keji ở Thâm Quyến chế tạo. Tàu vũ trụ này đại diện cho thế hệ vệ tinh thương mại mới của Trung Quốc, được thiết kế để thử nghiệm nhiều công nghệ tiên tiến trong một sứ mệnh, tối đa hóa giá trị khoa học thu được từ khoản đầu tư cho vụ phóng.
Ngoài thử nghiệm tiếp nhiên liệu, tàu vũ trụ còn mang theo một thiết bị sáng tạo nhằm ứng phó với cuộc khủng hoảng rác vũ trụ ngày càng nghiêm trọng. Cơ cấu trên tàu có thể phồng lên thành quả cầu siêu nhẹ đường kính khoảng 2,5 mét, làm tăng đáng kể lực cản khí quyển sau khi triển khai. Công nghệ này có thể đẩy nhanh quá trình đưa vệ tinh hết hạn hoạt động rời khỏi quỹ đạo, rút ngắn thời gian chúng tồn tại như rác vũ trụ từ vài thập niên xuống chưa đầy một năm. Khi các chòm vệ tinh lớn như Starlink của SpaceX tiếp tục đưa hàng nghìn vệ tinh mới lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp, những công nghệ giảm thiểu rác vũ trụ như vậy ngày càng thiết yếu để duy trì hoạt động không gian bền vững và tránh va chạm.
Thiết kế hai mục đích thể hiện cách tiếp cận thực tiễn đối với tính bền vững trên quỹ đạo, kết hợp khả năng kéo dài tuổi thọ cho vệ tinh đang hoạt động với cơ chế đẩy nhanh việc loại bỏ các vệ tinh đã nghỉ hưu. Bằng cách xử lý cả hai đầu vòng đời vệ tinh, sứ mệnh cho thấy một chiến lược toàn diện để quản lý mật độ vật thể ngày càng tăng trên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp.
Thách thức của việc ghép nối chính xác
Những thách thức kỹ thuật của việc tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo vượt xa các thao tác đưa tàu lại gần nhau đơn thuần. Để chuyển nhiên liệu thành công giữa các vệ tinh, Hukeda-2 cần ghép nối chính xác với một cổng tiếp nhận mục tiêu trong khi cả hai phương tiện bay quanh Trái Đất với tốc độ hơn 27.000 km/giờ. Thao tác này đòi hỏi độ chính xác định vị ở mức milimét, trong đó cánh tay linh hoạt phải bù trừ mọi chuyển động hoặc rung động còn sót lại có thể làm lệch điểm kết nối.
Dù CCTV đưa tin các thử nghiệm điều khiển độ mềm dẻo và tiếp nhiên liệu đã hoàn tất thành công, thông tin chi tiết về việc Hukeda-2 có ghép nối với một vệ tinh mục tiêu thật hay chỉ mô phỏng bằng thiết bị thử nghiệm vẫn chưa rõ. Dù vậy, cuộc trình diễn đã kiểm chứng toàn bộ chuỗi thao tác, từ tiếp cận và nhận diện đến ghép nối và mô phỏng chuyển nhiên liệu, tạo nền tảng kỹ thuật cho các sứ mệnh dịch vụ thương mại trong tương lai.
Cuộc trình diễn cũng thử nghiệm các hệ thống điều khiển độ mềm dẻo, cho phép cánh tay robot duy trì lực tiếp xúc phù hợp trong quá trình kết nối. Áp lực quá lớn có thể làm hỏng các cổng ghép nối nhạy cảm, trong khi lực quá nhỏ sẽ khiến kết nối thất bại. Việc tìm ra mức cân bằng này trong môi trường vi trọng lực, nơi phản hồi lực hoạt động khác với trên Trái Đất, đòi hỏi tích hợp cảm biến tinh vi và các thuật toán điều chỉnh theo thời gian thực.
Tác động thương mại và dự báo thị trường
Thử nghiệm thành công đưa Trung Quốc lên vị trí dẫn đầu trong thị trường dịch vụ trên quỹ đạo mới nổi, được các nhà phân tích ngành dự báo có thể đạt quy mô hàng chục tỷ USD vào năm 2035. Cheng Lei, trưởng bộ phận nghiên cứu và phát triển của Sanyuan Aerospace, cho biết công nghệ tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo có thể làm thay đổi nền kinh tế không gian bằng cách cho phép bảo dưỡng và nâng cấp liên tục các tài sản trên quỹ đạo thay vì thay thế chúng.
Khác với những cánh tay robot cứng thường được dùng trên các trạm vũ trụ, cánh tay này được thiết kế giống vòi voi hoặc xúc tu bạch tuộc hơn. Nó có thể uốn cong uyển chuyển dọc theo thân, nhờ đó linh hoạt hơn và thích ứng tốt hơn khi tiếp cận mục tiêu.
Theo các dự báo của ngành dựa trên thành công của sứ mệnh, các công ty không gian thương mại Trung Quốc có thể bắt đầu cung cấp dịch vụ trên quỹ đạo trong giai đoạn 2027-2028. Khách hàng ban đầu nhiều khả năng là các đơn vị khai thác vệ tinh của chính phủ Trung Quốc, sau đó mở rộng sang các nhà cung cấp thương mại toàn cầu. Mốc thời gian này đưa các doanh nghiệp tư nhân Trung Quốc vào thế cạnh tranh trực tiếp với những dự án quốc tế như Astroscale của Nhật Bản, công ty cũng đang phát triển năng lực loại bỏ rác vũ trụ và bảo dưỡng cho thị trường toàn cầu.
Sự thay đổi mô hình kinh tế này rất lớn. Hoạt động vệ tinh hiện nay dựa vào hạ tầng dùng một lần, trong đó nhiên liệu cạn quyết định tuổi thọ hoạt động. Dịch vụ trên quỹ đạo có thể kéo dài thời gian thực hiện sứ mệnh, đồng thời cho phép sửa chữa, nâng cấp và điều chỉnh vị trí quỹ đạo. Điều này tạo ra một mô hình trong đó vệ tinh trở thành hạ tầng có thể bảo dưỡng thay vì thiết bị dùng một lần, tương tự cách các tháp viễn thông mặt đất được bảo trì thay vì thay mới khi cần xử lý sự cố ở các bộ phận.
Quá trình chuyển sang hoạt động không gian dựa trên dịch vụ cũng có thể tác động đến các tiêu chuẩn thiết kế vệ tinh. Tàu vũ trụ trong tương lai có thể tích hợp cổng tiếp nhiên liệu tiêu chuẩn hóa và các bộ phận mô-đun được thiết kế riêng để robot bảo dưỡng, tương tự các cổng sạc tiêu chuẩn đã giúp ngành xe điện phát triển mạng lưới sạc dùng chung.
Ngành công nghiệp không gian Trung Quốc đang chuyển mình
Sứ mệnh Hukeda-2 cho thấy năng lực ngày càng tăng của lĩnh vực không gian thương mại Trung Quốc, vốn đang hoạt động ngày càng độc lập với các cơ quan hàng không vũ trụ truyền thống của chính phủ. Sự hợp tác giữa Hangtian Yuxing, các cơ sở học thuật như Đại học Thanh Hoa và Đại học Khoa học và Công nghệ Hồ Nam, cùng các nhà sản xuất như Mofang Weixing, cho thấy một hệ sinh thái trưởng thành có khả năng phát triển tàu vũ trụ tinh vi mà không cần cơ quan nhà nước giám sát trực tiếp.
Đây là bước chuyển đáng chú ý của ngành công nghiệp không gian toàn cầu. Công nghệ robot linh hoạt, vốn đã được chứng minh trong các ứng dụng công nghiệp và y tế trên mặt đất, nay cho thấy khả năng ứng dụng trong không gian thông qua sáng kiến thương mại của Trung Quốc. Sự kết hợp giữa nghiên cứu được chính phủ hỗ trợ tại Thanh Hoa với hoạt động triển khai của khu vực tư nhân thông qua Sanyuan Aerospace cho thấy một mô hình kết hợp, vừa bảo đảm nguồn lực phát triển ổn định vừa theo đuổi tính khả thi về thương mại.
Các nhà quan sát quốc tế nhận định những thành tựu công nghệ như vậy trong khu vực tư nhân cho thấy chiến lược rộng hơn của Trung Quốc nhằm xây dựng năng lực không gian toàn diện ở cả lĩnh vực nhà nước lẫn thương mại. Khi mật độ hoạt động trên quỹ đạo tăng lên với hàng nghìn vệ tinh mới được phóng mỗi năm, khả năng bảo dưỡng, tiếp nhiên liệu và cuối cùng đưa tàu vũ trụ rời khỏi quỹ đạo trở thành hạ tầng thiết yếu cho sự phát triển không gian bền vững. Thành công của Hukeda-2 cho thấy các công ty Trung Quốc sẽ đóng vai trò lớn trong việc định hình những thị trường dịch vụ này trong tương lai.
Điểm chính
- Vệ tinh Hukeda-2 hoàn thành các thử nghiệm tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp bằng cánh tay robot linh hoạt mô phỏng xúc tu bạch tuộc
- Công nghệ cho phép tàu vũ trụ tiếp nhiên liệu khi di chuyển với tốc độ 27.000 km/giờ, qua đó có thể kéo dài tuổi thọ vệ tinh gấp hai đến ba lần
- Được phát triển với sự phối hợp của Trường Cao học Quốc tế Thâm Quyến thuộc Đại học Thanh Hoa, Đại học Hồ Nam và Công ty Công nghệ Hàng không Vũ trụ Sanyuan
- Vệ tinh còn mang theo thiết bị tạo lực cản có thể bơm phồng để đẩy nhanh quá trình rời quỹ đạo và giảm rác vũ trụ
- Dịch vụ trên quỹ đạo thương mại dự kiến bắt đầu trong giai đoạn 2027-2028, cạnh tranh với các dự án quốc tế
- Đánh dấu bước tiến của lĩnh vực không gian thương mại Trung Quốc, độc lập với các chương trình hàng không vũ trụ do nhà nước điều hành
