Vào lúc 18:51 giờ Bắc Kinh ngày 14 tháng 10 năm 2021, nước tôi đã phóng thành công Vệ tinh Thí nghiệm Khoa học Công nghệ Siêu nền tảng kép và Phát hiện Phổ Hα Mặt trời bằng tên lửa đẩy Trường Chinh 2D tại Trung tâm Phóng vệ tinh Thái Nguyên. Vệ tinh đã đi vào quỹ đạo đã định trước và nhiệm vụ phóng đã thành công hoàn toàn.
Mặt trời mọc ở hướng đông và bóng tối tan biến. Ánh sáng mặt trời chiếu qua các khe hở, thiêng liêng và ấm áp, và mọi người gọi đó là hy vọng.
Với niềm hy vọng trong tim, con người tiến xa hơn nữa trên hành trình của thời gian, từ việc ăn thịt sống và uống máu đến nấu rồng và nướng phượng hoàng, từ canh tác nương rẫy đến tự động hóa thông minh. Mọi người bắt đầu tự hỏi, mặt trời lan tỏa hy vọng là loại tồn tại gì? Đỏ vào buổi sáng và buổi tối, chói lọi vào buổi trưa, đây là tất cả các hình thức xuất hiện của nó, và đây không phải là hình thức xuất hiện của nó. Từ khi nào, mọi người bắt đầu nghĩ rằng thật tuyệt nếu họ có thể "lên trên" và nhìn ngắm.
Vì vậy, ngày 14 tháng 10, "Tây Hà" đã lên đường. Là sứ giả đầu tiên được Trung Quốc cử đi quan sát mặt trời, ông muốn giúp mọi người biết được ai đang sống dưới mặt trời.
(Nguồn video: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Hàng không Vũ trụ Trung Quốc số 8)
Kiểm tra dưới ánh mặt trời
Trên quỹ đạo đồng bộ với mặt trời lúc bình minh-hoàng hôn ở độ cao 517 km so với bầu trời, vệ tinh "Xihe" nặng 510 kg đang hướng về mặt trời. "Xihe" là cái tên mà cư dân mạng đặt cho vệ tinh thăm dò năng lượng mặt trời đầu tiên của nước tôi sau một chiến dịch đặt tên. Từ đó, biển sao huyền thoại đã được tô điểm thêm một chút màu sắc huyền thoại.
Thông qua siêu nền tảng kép có độ chính xác định vị cực cao và độ ổn định cực cao, "Xihe" được trang bị máy quang phổ hình ảnh Hα có thể quan sát mặt trời tốt hơn theo hai cách: hình ảnh quang phổ liên tục ánh sáng trắng và hình ảnh quét quang phổ.
Ở chế độ chụp ảnh liên tục ánh sáng trắng, có thể chụp được toàn bộ hình ảnh mặt trời chỉ bằng cách nhấn nút chụp trên điện thoại di động để chụp ảnh.
⬆️Hình ảnh mô phỏng vệ tinh Xihe
Ở chế độ chụp ảnh quét quang phổ, máy quang phổ chụp ảnh Hα do "Xihe" mang theo có thể thu được hơn 4.600 quang phổ bằng cách quét toàn bộ đĩa mặt trời trong khoảng 46 giây. Mỗi quang phổ có thể được khôi phục thành hình ảnh của đĩa mặt trời.
Trong thiên văn học và vật lý, vạch quang phổ Hα là vạch phát xạ màu đỏ đặc trưng của hydro. Các vạch quang phổ băng Hα trong quang phổ mặt trời là các vạch quang phổ sắc quyển có phản ứng mạnh nhất trong các vụ nổ mặt trời và có thể phản ánh trực tiếp các đặc điểm của vùng nguồn vụ nổ.
Về lý do tại sao quang phổ Hα được chọn để phát hiện và nghiên cứu, Chen Jianxin, chỉ huy trưởng vệ tinh Xihe của Tập đoàn Khoa học và Công nghệ Hàng không Vũ trụ Trung Quốc, giải thích: "Xihe là vệ tinh đầu tiên trên thế giới thực hiện phát hiện hình ảnh quang phổ của dải Hα của Mặt trời từ không gian. Bằng cách phân tích dữ liệu quang phổ Hα, chúng tôi có thể thu được thông tin về tầng khí quyển thấp hơn của Mặt trời từ quang quyển đến sắc quyển, từ đó suy ra những thay đổi về các đại lượng vật lý như nhiệt độ và vận tốc khí quyển trong quá trình phun trào Mặt trời, đồng thời nghiên cứu quá trình động và cơ chế vật lý của các vụ phun trào Mặt trời".
Chen Changya, giám đốc điều hành và phó kỹ sư trưởng của vệ tinh, chỉ ra rằng "nếu từ trường mặt trời thay đổi mạnh và vành nhật hoa phun trào, nó sẽ ảnh hưởng đến từ trường Trái Đất và các vệ tinh trên Trái Đất, gây nhiễu ở nhiều trường, bao gồm cả tín hiệu liên lạc".
Ông cũng giải thích tầm quan trọng của việc thăm dò năng lượng mặt trời của vệ tinh Xihe. "Dự báo thời tiết vũ trụ hiện tại của nước ta đều lấy từ nước ngoài. Dữ liệu thu được tương đối chậm trễ, tính xác thực khó bảo đảm, rất thụ động. Sau khi các vệ tinh thăm dò năng lượng mặt trời như Xihe được đưa vào vũ trụ, nước ta sẽ có thể tự kiểm soát dự báo thời tiết vũ trụ tương đối chính xác mà không bị người khác ràng buộc."
5mm đến một kỷ nguyên mới
"Xihe" là một siêu vệ tinh kép năng lượng mặt trời. "Siêu kép" ám chỉ độ chính xác trỏ cực cao và độ ổn định cực cao.
Tải trọng của vệ tinh truyền thống thường được gắn cố định vào bệ phóng. Tuy nhiên, khi vệ tinh hoạt động, nhiều thiết bị hoạt động cùng lúc và những rung động nhỏ là không thể tránh khỏi trên thân vệ tinh. Môi trường làm việc của tải trọng không ổn định. Là đơn vị thực hiện các nhiệm vụ phát hiện có độ chính xác cao, "Xihe" cần một môi trường ổn định.
Nếu chúng ta không thể hợp nhau thì hãy chia tay. Dưới sự hướng dẫn của phương pháp thiết kế tổng thể mới "cách ly động và tĩnh và không tiếp xúc", nhóm R&D đã tiến hành nghiên cứu kỹ thuật quan trọng và phát triển thành công bộ truyền động đệm từ có các đặc điểm là độ chính xác cao, băng thông lớn và không có nhiễu. Cabin chở hàng được kết nối với cabin bệ thông qua lực đệm từ để tạo ra sự cô lập vật lý. Nếu không tiếp xúc, rung động trên cabin bệ không thể truyền đi được, cabin tải trọng khá ổn định.
Tuy nhiên, thiết kế như vậy đặt ra yêu cầu cao hơn về khả năng kiểm soát tư thế của vệ tinh.
Khi quan sát mặt trời, máy quang phổ hình ảnh Hα trên Xihe sẽ thay đổi tư thế của vệ tinh do nhu cầu của các chế độ làm việc khác nhau. Đôi khi cần phải thực hiện hiệu chuẩn trường phẳng của mặt trời thông qua 9 điểm quan sát, đôi khi cần phải kiểm soát tư thế vệ tinh để tiến hành quan sát quét-quay liên tục của mặt trời, và đôi khi cần phải thực hiện hiệu chuẩn trường tối của vệ tinh và kiểm soát tư thế vệ tinh để chỉ đến một khu vực cụ thể trong không gian. Khi cabin chở hàng thay đổi tư thế, cabin sàn cũng phải thay đổi ngay lập tức để tránh va chạm. Phương pháp điều khiển cộng tác chủ-tớ mới này tách biệt "điều khiển chủ động của cabin tải trọng và điều khiển thụ động của cabin bệ phóng" giúp việc phát hiện tải trọng vệ tinh ổn định và chính xác hơn.
⬆️Vệ tinh "Xihe"
Trần Trường Á cho biết, "Không giống như việc kiểm soát thái độ tổng thể của vệ tinh truyền thống, việc kiểm soát thái độ của cabin tải trọng, cabin bệ phóng và vị trí tương đối của hai cabin của 'Xihe' tạo thành một hệ thống kiểm soát ba vòng".
Khoảng cách điều chỉnh cộng hoặc trừ 5 mm giữa cabin tải trọng và cabin bệ phóng dường như là khoảng cách để vệ tinh nhanh chóng tiến vào kỷ nguyên mới.
Sạc không dây trong không gian
Cabin tải trọng và cabin sàn được tách biệt, các phương pháp cung cấp điện truyền thống không thể đáp ứng được nhu cầu truyền tải năng lượng và trở nên lỗi thời. Vậy là "sạc không dây" đã xuất hiện.
Nếu bạn đi theo một lộ trình khác, khoảng cách giữa “đi có dễ không” và “có thể đi được không” thường không xa. Truyền năng lượng không dây nói thì dễ hơn làm.
Ngay từ giữa đến cuối thế kỷ 20, NASA đã đề xuất công nghệ truyền dẫn không dây cảm ứng từ trong không gian và ứng dụng thành công trên vệ tinh. Cho đến nay, đất nước tôi chỉ tiến hành công tác thử nghiệm có liên quan ở các phòng thí nghiệm trên mặt đất. Khả năng áp dụng công nghệ truyền năng lượng không dây công suất cao, tuổi thọ cao trên vệ tinh là mong muốn của nhiều thế hệ phi hành gia Trung Quốc.
Để thực hiện truyền năng lượng không dây công suất cao trên vệ tinh, cần phải vượt qua sự phức tạp của môi trường không gian và xử lý nhiệt độ luôn thay đổi và những thay đổi chưa biết của từ trường. Không giống như sạc không dây cho điện thoại di động, "sạc không dây" trong không gian không chỉ đòi hỏi công suất lớn mà còn đòi hỏi dòng điện phải trải qua nhiều lần chuyển đổi. Tấm pin mặt trời và pin đều cung cấp dòng điện một chiều. Trong quá trình truyền năng lượng không dây giữa cabin tải trọng và cabin sàn, cần phải trải qua quá trình chuyển đổi từ dòng điện một chiều sang dòng điện xoay chiều thành từ trường, rồi từ từ trường sang dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
Nhóm nghiên cứu và phát triển của Viện 811 thuộc Viện Hàn lâm thứ tám và nhóm của Liu Yanming thuộc Đại học Xidian đã cùng nhau làm việc, sau nhiều lần trình diễn và so sánh, họ đã giải quyết thành công các vấn đề kỹ thuật về cung cấp điện chung cho cabin bệ phóng và cabin tải trọng, cung cấp điện cho cabin và truyền năng lượng trong không gian trong hơn một năm, đảm bảo cung cấp năng lượng hiệu quả cho vệ tinh trong nhiều điều kiện khác nhau.
Trần Kiến Tân giới thiệu rằng "'Xihe' là vệ tinh đầu tiên ở Trung Quốc sử dụng truyền năng lượng không dây công suất cao và tuổi thọ cao. Thông qua hệ thống truyền năng lượng không dây, năng lượng của cabin bệ phóng được truyền liên tục đến cabin tải trọng."
⬆️Vệ tinh "Xihe"
Truyền dữ liệu nhanh trực tiếp
Cấu trúc tách biệt hai cabin đặc biệt của "Xihe" cũng đặt ra yêu cầu cao hơn về truyền dữ liệu, do đó công nghệ truyền thông laser không gian đã "tình nguyện". Thiết bị liên lạc laser tốc độ cao giữa các khoang do nhóm Trung tâm Laser thuộc Viện 802 thuộc Viện Hàn lâm thứ 8 phát triển đã bắt đầu hoạt động sau khi tàu vũ trụ "Xihe" đi vào quỹ đạo một cách suôn sẻ. Từ đó trở đi, nó sẽ chịu trách nhiệm truyền dữ liệu giữa các cabin mà không bị gián đoạn.
Không giống như các dữ liệu quan sát khác, cường độ ánh sáng mặt trời đủ mạnh nên lượng dữ liệu được tạo ra rất lớn. Vì vậy, việc truyền tải và lưu trữ dữ liệu nhanh chóng chính là sự đảm bảo cho việc triển khai nghiên cứu khoa học được kịp thời và hiệu quả.
Trần Trường Á giới thiệu rằng "khi bùng phát năng lượng mặt trời đạt đỉnh, lượng dữ liệu quan sát dài hạn sẽ rất lớn. Khi đó, ngoài việc truyền về trung tâm vệ tinh mặt đất, một số dữ liệu sẽ được lưu trữ tạm thời trong bộ nhớ của vệ tinh".
Hệ thống truyền thông laser được trang bị giao diện truyền laser tốc độ cao, có thể tăng đáng kể tốc độ truyền dữ liệu của tải trọng khoa học và cải thiện đáng kể băng thông truyền dữ liệu trong vệ tinh.
Trần Trường Á cho biết: "Khoảng cách truyền dẫn của liên lạc laser giữa các cabin ngắn, nhưng góc lệch lớn. Có thể truyền dữ liệu khi cabin tải trọng và cabin bệ không cần phải thẳng hàng". Đồng thời, một máy có 10 giao diện khác nhau, có thể đáp ứng các yêu cầu đặc biệt về tốc độ truyền khác nhau của nền tảng, xử lý dữ liệu nhanh chóng và thực hiện "truyền nhanh trực tiếp" trơn tru hơn.
Trong tương lai, đất nước tôi cũng sẽ phóng một vệ tinh thăm dò năng lượng mặt trời toàn diện - Đài quan sát năng lượng mặt trời tiên tiến trên không gian (ASO-S). Trần Kiến Tân giới thiệu rằng "vệ tinh sẽ mang theo nhiều kính viễn vọng không gian hơn để tập trung quan sát trạng thái của tầng khí quyển trên của mặt trời và sẽ bổ sung hiệu quả cho Xihe về mặt cấp độ quan sát và dải quan sát".
Trần Trường Á cho biết, "Việc kiểm chứng nền tảng siêu kép có ý nghĩa to lớn. Trong tương lai, chúng ta thậm chí có thể biến Xihe thành một loạt vệ tinh lớn hoặc nhỏ. Việc thăm dò Mặt trời có ý nghĩa to lớn. Trong tương lai, chúng ta cần phóng nhiều vệ tinh thăm dò Mặt trời hơn để thu thập nhiều thông tin về Mặt trời hơn một cách kịp thời và cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của dự báo thời tiết không gian của đất nước tôi."
Tương lai là hiện tại.
"Hy Lạp" lại nhìn mặt trời rồi nhấn nút chụp.
(Tin tức hàng không vũ trụ Trung Quốc)
