Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Vệ tinh hầu như luôn được chiếu sáng bởi mặt trời, ngoài việc chuyển tiếp ngắn sang bóng của Trái đất. Ánh sáng mà vệ tinh phản xạ có thể giúp tiết lộ giải pháp cho sự cố cấu trúc.
Không có vệ tinh nào giữ nguyên khi được phóng lên vũ trụ. Bao nhiêu thay đổi có thể không được chú ý – cho đến khi một cái gì đó xấu xảy ra.
Carolin Frueh là một trong những chỉ một số ít các nhà nghiên cứu, những người đã kiên trì trong việc sử dụng một kỹ thuật phức tạp mà có thể chẩn đoán một vấn đề từ hàng ngàn dặm dựa trên cách vệ tinh phản ánh ánh sáng mặt trời.
“Trong khi bạn đang lái xe, bạn không thể ra khỏi xe để kiểm tra xem có thứ gì bị rơi ra hay bị hỏng hay không. Nhưng bạn biết rằng có thể có vấn đề”, Frueh (phát âm là “free”), một trợ lý giáo sư tại Trường Hàng không và Vũ trụ của Đại học Purdue.
“Một nhà điều hành có thể nhận thấy rằng một vệ tinh không ổn định hoặc không sạc đúng cách. Một viễn cảnh bên ngoài có thể cho biết liệu đó có phải là do một cái gì đó bị hỏng, hoặc nếu một bảng điều khiển hoặc ăng-ten không được định hướng đúng, chẳng hạn.”
Không chẩn đoán vấn đề làm tăng cơ hội mất hoặc không thể thiết lập lại liên lạc với vệ tinh. Khi mất liên lạc, một vệ tinh có thể trở thành những mảnh vụn tồn tại trong không gian hàng trăm năm hoặc vô thời hạn trừ khi chủ động loại bỏ.
“Rác vũ trụ” này gây nguy hiểm cho các tàu vũ trụ khác. Có khoảng 100.000 mảnh vụn lớn hơn một xu quay quanh Trái đất, theo cơ sở dữ liệu của Bộ chỉ huy chiến lược Hoa Kỳ.
Không gian là một khoảng trống ngay lập tức gây căng thẳng lên một vệ tinh. Sự chuyển tiếp liên tục giữa cái lạnh sâu thẳm của bóng đất và sức nóng cực độ của mặt trời cũng gây ra nhiều tổn thất theo thời gian.
“Bạn biết mọi thứ về một vệ tinh khi nó ở trên mặt đất. Nhưng cấu hình đó thay đổi bởi vì, để mang vệ tinh lên, các bộ phận của nó cần được gập lại. Khi ở trong không gian, bạn muốn các tấm được mở ra, hướng ổn định về phía mặt trời và Ăng-ten chỉ về phía Trái đất, “Frueh nói.
“Một vệ tinh ở ngoài đó càng lâu, bạn càng ít biết về nó.”
Vệ tinh hầu như luôn được chiếu sáng bởi mặt trời, ngoài việc chuyển tiếp ngắn sang bóng của Trái đất. Ánh sáng mà vệ tinh phản xạ có thể giúp tiết lộ giải pháp cho sự cố cấu trúc.
Phương pháp này yêu cầu sử dụng kính viễn vọng trên Trái đất để thu thập ánh sáng được phản chiếu bởi vệ tinh hoặc một trong các bộ phận của nó. Do các vệ tinh ở rất xa, những vật thể này có thể chỉ đơn giản xuất hiện dưới dạng các chấm trắng ngay cả trên hình ảnh của kính viễn vọng, tương tự như các ngôi sao trên bầu trời đêm.
Sự thay đổi độ sáng của “chấm” theo thời gian được ghi lại dưới dạng các đường cong ánh sáng. Những đường cong ánh sáng này sau đó được xử lý và sử dụng để trích xuất thông tin về sự xuất hiện hoặc trạng thái quay của vật thể.
Một video mô tả nghiên cứu này tại Purdue có sẵn trên YouTube tại https://youtu.be/9SmhnwxmldA .
Đường cong ánh sáng có thể là một cách ít tốn kém và thiết thực hơn để xác định các vấn đề vệ tinh so với radar. Trong khi radar có thể có được hình ảnh chi tiết hơn về vệ tinh nếu điều kiện thuận lợi và vệ tinh ở độ cao thấp, các đường cong ánh sáng có thể cung cấp thông tin cho dù vệ tinh cách mặt đất bao xa. Các đường cong ánh sáng cũng thụ động dựa vào ánh sáng mặt trời, trong khi radar chủ động chiếu sáng một vật thể để khiến nó nhìn thấy được.
Một đối tượng càng phức tạp thì càng khó ước tính hoặc giải quyết cho những gì đối tượng trông giống như sử dụng các đường cong ánh sáng. Kết quả cũng có thể mơ hồ; Điều gì xảy ra nếu một thành phần vệ tinh trông có vẻ bị hỏng vì nó tự tạo bóng trên chính nó?
Việc xác định và mô tả các vật thể do con người tạo ra với các đường cong ánh sáng phức tạp về mặt toán học đến nỗi nhiều nhà nghiên cứu hơn, thay vào đó, sử dụng kỹ thuật để nghiên cứu các tiểu hành tinh. Là cơ thể tự nhiên, các tiểu hành tinh có vật liệu ít đa dạng hơn trên bề mặt và ít cạnh sắc hơn, làm cho phép toán có phần đơn giản hơn.
Nhưng ngay cả câu trả lời một phần từ các đường cong ánh sáng cũng có thể cung cấp thông tin có giá trị về một vệ tinh.
Vào năm 2015, phòng thí nghiệm của Frueh đã quan sát một vật thể bí ẩn được gọi đơn giản là “WT1190F” bằng kính viễn vọng trạm mặt đất quang Purdue. Cô và các cộng tác viên của mình đã phát hiện ra từ các đường cong ánh sáng và mô hình hóa liên quan rằng vật thể này gần như chắc chắn là do con người tạo ra và là ứng cử viên cho một mảnh “Snoopy”, mô-đun Apollo 10 mất tích. Nhiệm vụ này là một phần của cuộc thử nghiệm trước cuộc đổ bộ của Apollo 11 năm 1969, khi Neil Armstrong đi trên mặt trăng.
Một nhóm các nhà thiên văn học xác nhận rằng những phát hiện cho thấy vật thể đến từ Snoopy. Những thành công như thế này cho thấy việc cải thiện nhận dạng đối tượng không gian bằng các đường cong ánh sáng có thể đáng để đấu tranh.
Vấn đề là khi chúng ta có thể nói chắc chắn 80% đối tượng là gì, mặc dù việc nhận được câu trả lời đó có thể cực kỳ khó khăn. Sẽ rất ít hữu ích, nhưng dễ dàng hơn, đưa ra hàng trăm câu trả lời khác nhau cho tất cả các đối tượng là gì xác suất khoảng 1%.
Phòng thí nghiệm của Frueh đang làm việc để cải thiện khả năng một đường cong ánh sáng xác định và mô tả thành công cả các đối tượng không gian đơn giản và phức tạp.
Mục tiêu là trong 5 đến 10 năm, kỹ thuật này không chỉ có thể hỗ trợ người vận hành vệ tinh một cách đáng tin cậy mà còn cung cấp các mô hình xoay và hình dạng đầy đủ ngay cả khi không có thông tin hoặc phỏng đoán về đối tượng. Những mô hình này sẽ hiển thị rõ hơn các vật liệu bề mặt khác nhau và các cạnh sắc nét của vệ tinh, giúp chúng dễ nhận dạng hơn.
Với sự tài trợ của Văn phòng Nghiên cứu Khoa học Không quân, Frueh đang phát triển các cách sử dụng các đường cong ánh sáng để tăng kiến thức về các vật thể nhân tạo trong trường hợp không có thông tin từ một nhà điều hành vệ tinh.
Thông tin mà các đường cong ánh sáng cung cấp về các vệ tinh cũng có thể cải thiện cách chúng được thiết kế trong tương lai. Phòng thí nghiệm của Frueh đã xác định các vật thể quay quanh Trái đất dường như là lá vàng của các vệ tinh bong ra theo thời gian. Những mảnh vỡ này có thể nguy hiểm tạo ra những vật thể nhỏ bé khó theo dõi.
“Toàn bộ ý tưởng là cải thiện nhận thức tình huống không gian,” Frueh nói.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Purdue . Bản gốc được viết bởi Kayla Wiles. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.