Cuộc chạy đua khinh khí cầu không gian

Trong tương lai gần: du khách thích thú nhìn ra cửa khoang tàu bay xa ngoài Trái Đất, hướng đến bầu trời đêm lấp lánh ánh sao và đường cong xanh thẳm bên dưới.

Tuy nhiên, đây không phải là tàu vũ trụ, mà là "khinh khí cầu cận không gian". Thiết bị này vừa được phóng ở Mông Cổ, không phải Houston. Và các du khách là người Trung Quốc.

Những khí cầu này là "mặt trận mới trên cao".

Vào năm 1958, người Nga khiến cả thế giới kinh ngạc khi phóng vệ tinh Sputnik đầu tiên lên vũ trụ.

Người Mỹ vội vàng thành lập Nasa để chạy đua vào vũ trụ và trở thành cường quốc không gian ưu việt trên thế giới.

Vệ tinh cực kỳ quan trọng trong thông tin liên lạc, quan trắc thời tiết, định hướng và nhiều lĩnh vực khác. Nhưng 60 năm sau thời Sputnik, khí cầu bay cao đang thách thức vệ tinh.

Khinh khí cầu có vị trí thuận lợi để truyền thông hoặc quan trắc ở độ cao khoảng 30km, thấp hơn vệ tinh rất nhiều. Chúng chỉ tốn một phần chi phí rất nhỏ, và không giống với vệ tinh, người ta có thể dễ dàng đưa chúng đưa trở lại Trái Đất để nâng cấp hay sửa chữa.

Nasa tiên phong với khinh khí cầu ở tầng bình lưu trong thập niên 1950, ngày nay cơ quan này sử dụng chúng cho nghiên cứu khí quyển, quan sát Trát Đất và khám phá các loại tia trong vũ trụ.

Các khí cầu có kích cỡ khổng lồ - một số lớn gấp bảy lần kích cỡ của Thánh đường St Paul của London - làm hoàn toàn từ nhựa với độ dày cỡ chiếc bánh sandwich và được thổi đầy khí helium.

Điểm yếu là chúng chỉ có thể bay theo gió; trong vài năm qua, bước đột phá quan trọng là chúng ta đã nắm được cách điều khiển hướng bay của khí cầu.

"Chúng tôi đang học một lĩnh vực định hướng hoàn toàn mới," Jeffrey Manber, CEO của công ty không gian từ Mỹ có tên Nanocracks, nói. "Với tôi, những gì đang diễn ra bây giờ là quay lại những ngày tuyệt vời khi ta giong buồm theo hướng gió và dõi theo các vì sao - đó là quay trở về tương lai."

"Con mắt mới" trên bầu trời

Vùng khí quyển trên cao gọi là tầng bình lưu vì nó "phân tầng", nghĩa là chia thành rất nhiều lớp khác nhau, gió thổi theo nhiều hướng khác nhau ở độ cao khác nhau.

Về lý thuyết, và cùng với thông tin về thời tiết, khí cầu có thể bay bất cứ hướng nào theo ý muốn chỉ bằng cách di chuyển chúng lên đúng độ cao và để chúng bay theo gió.

Dự án Loon, thuộc công ty mẹ của Google là Alphabet, là một trong những dự án đầu tiên tận dụng những luồng gió đối lập này với khí cầu bay cao để cung cấp thiết bị liên lạc ở những vùng xa xôi hay khu vực bị thảm họa.

Kế hoạch ban đầu là một loạt khí cầu bay theo luồng gió lớn, nhưng các nhà nghiên cứu phát hiện ra khí cầu có thể đứng tại chỗ bằng cách sử dụng các luồng gió đối lập ở độ cao khác nhau.

Các thuật toán tinh tế nhờ vào việc máy tính tự học (machine-learning) có thể thay đổi độ cao và bắt đúng luồng gió.

Dự án Loon đã cung cấp internet cho 300.000 người ở Puerto Rico sau khi cơn bão Maria hủy hoại cơ sở hạ tầng ở nơi này vào năm 2017. Điều này chứng tỏ ý tưởng này khả thi, dù nó vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm.

Công ty World View, có trụ sở ở Tucson, dự kiến sử dụng khí cầu của họ có tên gọi Stratollites, không chỉ là thiết bị chuyển tiếp liên lạc mà còn là nền tảng giám sát. BBC Future đã ghé thăm cơ sở của họ vào năm 2016.

"Ứng dụng thì vô tận, từ việc liên tục giám sát các cánh rừng để cảnh báo cho lực lượng phản ứng nhanh ngay khi có đám cháy, đến việc quan sát những vùng xa xôi của đại dương để chống hải tặc trên biển, hay theo dõi sức khỏe cánh đồng theo thời gian thực," Angelica DeLuccia Morrissey từ công ty World View nhận định.

Ba năm trước, World View nghe như một giấc mơ, nhưng sau một loạt những chuyến bay thử nghiệm ngày càng tham vọng, công ty đã có được hợp đồng với chính phủ và khách hàng thương mại. Cộng đồng quân sự coi Stratollites là con mắt mới trên bầu trời.

"Chúng tôi nghĩ điều này có tiềm năng trở thành nhân tố bước ngoặt với chúng tôi," Đô đốc Kurt Tidd, chỉ huy Bộ Tư lệnh Miền Nam Hoa Kỳ, cho biết sau hàng loạt chuyến bay thử thành công khí cầu Stratollite. "Một nền tảng giám sát tuyệt vời, bền bỉ và lâu dài."

Công nghệ tương tự cũng có thể giúp quan trắc thời tiết theo thời gian thực, chẳng hạn như cung cấp góc nhìn cận cảnh của một cơn bão từ trên cao.

Cơ quan Khí quyển và Đại dương Hoa Kỳ đang tỏ ra thích thú với công nghệ này.

Khí cầu Stratollites hiện thời chở theo khoảng 50kg thiết bị, và chúng có thể vận hành vĩnh viễn nhờ có pin mặt trời, đủ năng lượng để vận hành radar hoặc truyền tải thông tin mạnh mẽ.

Những khí cầu lớn hơn có khả năng chở khối lượng hàng lớn hơn đang được sản xuất. Kế hoạch dài hạn hơn bao gồm du lịch cận vũ trụ và vận tải hàng hoá. Khi xong nhiệm vụ, khí cầu Stratollite sẽ bay đến điểm tập kết và bung dù để rơi xuống mặt đất.

Công nghệ tương tự cũng được sử dụng để vận tải hàng cứu trợ hoặc hàng hóa đến nơi xa xôi ở bất cứ đâu trên Trái Đất.

Trung Quốc trong cuộc chạy đua

Giờ đây ngày càng có nhiều cạnh tranh, và sự cạnh tranh đó đến từ Trung Quốc.

Công ty KuangChi Science (KC), được thành lập ở Thâm Quyến từ 2010, là hãng chuyên về phi thuyền và công nghệ viễn thông. Công ty đang phát triển khí cầu du lịch và phiên bản định hướng bằng gió trên tầng bình lưu của riêng mình.

"Mối tập trung ban đầu ở Trung Quốc là viễn thông và viễn thám, với những khách hàng gồm các đô thị tìm cách kết nối khí cầu Traveller vào hệ thống Thành phố Thông minh," Zhou Fei, lãnh đạo phòng nghiên cứu phát triển của công ty KC Space nói. Ông cho biết chi phí sẽ chỉ tốn từ khoảng một phần mười cho đến một phần trăm so với hệ thống vệ tinh tương đương.

Traveller sẽ mang theo một khoang gồm sáu hành khách lên tầng bình lưu. Tháng 10 năm ngoái, KuangChi đã phóng một khí cầu chở theo một chú rùa đến độ cao 21km và đưa khí cầu trở về an toàn. Điều này có thể hứa hẹn những chuyến bay có hành khách vào năm 2021, với giá từ 96.000 đô la Mỹ một vé.

Fei cho biết khí cầu Traveller cũng có thể là nền tảng "phóng tàu thứ cấp".

Điều này có nghĩa là đưa một tên lửa lên cao khỏi bầu khí quyển Trái Đất, từ đó nó có thể phóng một tên lửa nhỏ bay xa vào quỹ đạo dễ dàng hơn so với bay từ mực nước biển. Cách làm này có thể hữu ích cho thị trường vệ tinh nhỏ CubeStats đang phát triển.

"Một trong những chén thánh của thế giới là liệu bạn có thể giảm chi phí phóng tên lửa CubeSat nhỏ vào quỹ đạo không," Jeffrey Manber, người sở hữu công ty Nanoracks đang làm việc với KC trong chương trình khí cầu Traveller, nói.

Khí cầu có thể phóng thiết bị xuống dưới. Năm 2017, một nhóm từ Học viện Khoa học Trung Quốc đã chỉ huy đợt phóng hai thiết bị bay từ khí cầu ở tầng bình lưu xuống, biến khí cầu này thành sân bay di động ở trên không.

Thiết kế này có thể được sử dụng trong các nhiệm vụ tìm kiếm cứu nạn, với cảm biến trên khí cầu xác định địa điểm khả thi và thả thiết bị bay để có góc nhìn cận cảnh hơn. Họ tin rằng khí cầu có thể chở theo hàng trăm thiết bị bay drone.

Quân đội Trung Quốc cũng đang để mắt đến vùng "cận không gian". Không ai kiểm soát khu vực này - và - khí cầu bình lưu cung cấp một giải pháp chi phí thấp cho giám sát quân đội và những ứng dụng khác. Điều này có thể dẫn đến hàng loạt hợp đồng quân sự.

Sau khi tàu Sputnik của Nga cho thế giới thấy vệ tinh có khả năng làm được những gì, người Mỹ đã qua mặt họ trong cuộc chạy đua vào không gian.

Ngày càng nhiều khí cầu bình lưu được sử dụng cho du lịch cận không gian, viễn thông và giám sát có vẻ sẽ xuất hiện trong tương lai gần. Cuộc chạy đua vào vùng cận không gian đã bắt đầu, và dù người Mỹ hiện vẫn đang dẫn đầu, thì Trung Quốc đang bắt kịp, rất nhanh.

Bài tiếng Anh đã đăng trên BBC Future.