Ngày 24/4/1970, Trung Quốc đưa Đông Phương Hồng-1 (Dongfanghong-1) lên quỹ đạo bằng tên lửa Trường Chinh-1. Hơn nửa thế kỷ sau, vệ tinh đầu tiên của Trung Quốc vẫn chưa rơi trở lại Trái Đất, dù nguồn điện đã cạn từ rất lâu và các thiết bị trên tàu không còn hoạt động.
Đây là một trong những câu chuyện thú vị nhất của lịch sử hàng không vũ trụ: một vệ tinh chỉ được thiết kế để hoạt động trong thời gian rất ngắn lại có thể tiếp tục “trôi” quanh Trái Đất trong nhiều thập kỷ mà không cần động cơ đẩy, không cần tiếp nhiên liệu và cũng không có bất kỳ “neo không gian” nào giữ nó cố định.
Theo thông tin từ các cơ quan nghiên cứu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Đông Phương Hồng-1 được đưa lên quỹ đạo hình elip với điểm cận nhật khoảng 439 km và điểm viễn nhật khoảng 2.384 km. Các chuyên gia hàng không vũ trụ Trung Quốc từng nhấn mạnh rằng chính quỹ đạo tương đối cao này là một trong những nguyên nhân quan trọng giúp vệ tinh tồn tại lâu đến vậy.
Đông Phương Hồng-1 đã ở trên quỹ đạo hơn 56 năm
Đông Phương Hồng-1 được phóng ngày 24/4/1970, trở thành vệ tinh nhân tạo đầu tiên của Trung Quốc.
Đến năm 2026, vệ tinh này đã ở trên quỹ đạo hơn 56 năm.
Điều đáng nói là tuổi thọ hoạt động và thời gian tồn tại trên quỹ đạo là hai khái niệm hoàn toàn khác nhau.
Nguồn điện của Đông Phương Hồng-1 đã cạn từ năm 1970 và nó không còn phát tín hiệu như trong thời gian thực hiện nhiệm vụ. Tuy nhiên, việc thiết bị điện tử ngừng hoạt động không đồng nghĩa với việc vệ tinh lập tức rơi xuống Trái Đất.
Sau khi được đưa vào quỹ đạo với vận tốc phù hợp, vệ tinh tiếp tục chuyển động quanh Trái Đất dưới tác động của lực hấp dẫn. Chừng nào vận tốc quỹ đạo vẫn đủ để duy trì chuyển động quanh Trái Đất và lực cản khí quyển chưa làm mất đủ năng lượng quỹ đạo, vệ tinh vẫn có thể tiếp tục bay.
Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc xác nhận Đông Phương Hồng-1 dù đã mất điện từ lâu vẫn tiếp tục quay quanh Trái Đất.
Đây chính là điểm khiến nhiều người hiểu nhầm rằng vệ tinh phải liên tục “đốt nhiên liệu” để không rơi xuống.
Thực tế không phải như vậy.
Vệ tinh không cần động cơ để liên tục bay quanh Trái Đất
Một vật thể trên quỹ đạo không giống máy bay đang bay trong khí quyển.
Máy bay cần động cơ liên tục tạo lực đẩy để thắng lực cản không khí. Nhưng vệ tinh trong không gian gần như không có không khí để cản chuyển động.
Khi một vệ tinh được phóng với vận tốc phù hợp, nó thực chất đang ở trạng thái rơi tự do liên tục quanh Trái Đất.
Có thể hình dung đơn giản như sau: lực hấp dẫn luôn kéo vệ tinh về phía Trái Đất, nhưng vận tốc ngang của nó đủ lớn để khi rơi xuống, bề mặt Trái Đất cũng “cong đi” theo bên dưới. Vì vậy, vệ tinh không lao thẳng xuống mặt đất mà liên tục rơi theo đường cong quanh hành tinh.
Đây là nguyên lý cơ bản của quỹ đạo.
Vấn đề thực sự không phải là vệ tinh có động cơ hay không, mà là lực cản khí quyển có làm nó mất năng lượng quỹ đạo nhanh đến mức nào.
Thủ phạm khiến vệ tinh rơi xuống là lực cản khí quyển
Không gian gần Trái Đất không hoàn toàn trống rỗng.
Ở độ cao vài trăm kilomet, vẫn còn các phân tử khí cực kỳ thưa thớt. Khi vệ tinh chuyển động với tốc độ hàng kilomet mỗi giây, những phân tử này tạo ra lực cản rất nhỏ.
Lực cản này làm vệ tinh mất dần năng lượng quỹ đạo.
Khi năng lượng giảm, quỹ đạo co lại. Điểm thấp nhất của quỹ đạo ngày càng xuống thấp, khiến vệ tinh đi vào những vùng khí quyển dày hơn. Lực cản sau đó tăng lên và quá trình suy giảm quỹ đạo diễn ra nhanh hơn.
Cuối cùng, vệ tinh đi vào tầng khí quyển đủ dày, chịu nhiệt và lực cản lớn, rồi có thể cháy hoặc phân rã.
Đây là lý do nhiều vệ tinh ở quỹ đạo thấp có tuổi thọ không dài nếu không được nâng quỹ đạo định kỳ.
Trường hợp của Trạm Vũ trụ Quốc tế là một ví dụ dễ hiểu. ISS hoạt động ở độ cao khoảng 400 km, nơi vẫn tồn tại lực cản khí quyển đủ đáng kể để làm quỹ đạo suy giảm. Vì vậy, trạm phải thường xuyên thực hiện các thao tác nâng quỹ đạo.
Đông Phương Hồng-1 lại có một lợi thế rất lớn: phần lớn thời gian nó nằm ở độ cao cao hơn nhiều so với các vệ tinh quỹ đạo thấp thông thường.
Quỹ đạo 439 x 2.384 km chính là “lá chắn” tự nhiên
Ngay sau khi phóng, Đông Phương Hồng-1 được đưa vào quỹ đạo có điểm cận nhật khoảng 439 km và điểm viễn nhật khoảng 2.384 km, với độ nghiêng khoảng 68,5 độ.
Đây là quỹ đạo hình elip chứ không phải quỹ đạo tròn.
Điều này có nghĩa là vệ tinh chỉ đi xuống vùng độ cao khoảng 439 km tại một phần của mỗi vòng bay. Phần lớn thời gian còn lại, nó di chuyển ở độ cao lớn hơn rất nhiều, nơi mật độ khí quyển thấp hơn.
Kết quả là mức năng lượng bị mất do lực cản khí quyển tương đối nhỏ.
Các dữ liệu quỹ đạo được công bố cho thấy quỹ đạo của Đông Phương Hồng-1 thực sự đã suy giảm theo thời gian, nhưng rất chậm. Một bộ dữ liệu quỹ đạo được tổng hợp cho thấy điểm cận nhật giảm từ khoảng 441 km vào thời điểm phóng xuống khoảng 429 km vào năm 2022; điểm viễn nhật cũng giảm từ khoảng 2.286 km xuống khoảng 2.030 km trong cùng chuỗi dữ liệu.
Điều này cho thấy vệ tinh không phải hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi khí quyển. Nó vẫn đang mất năng lượng quỹ đạo, chỉ là quá trình diễn ra rất chậm.
Tuổi thọ của Đông Phương Hồng-1 thực tế là bao lâu?
Đây là câu hỏi khó có một đáp án duy nhất.
Một số mô hình quỹ đạo có thể đưa ra thời điểm tái nhập khí quyển khác nhau, bởi tuổi thọ của một vật thể trên quỹ đạo phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
Trong đó có:
- Độ cao quỹ đạo.
- Hình dạng và diện tích bề mặt vệ tinh.
- Khối lượng.
- Hệ số khí động học.
- Hoạt động của Mặt Trời.
- Mật độ khí quyển tầng cao.
- Những thay đổi dài hạn của quỹ đạo.
- Khả năng xảy ra va chạm với vật thể khác.
Đặc biệt, hoạt động của Mặt Trời có ảnh hưởng đáng kể tới tầng khí quyển trên cao. Khi hoạt động Mặt Trời mạnh, khí quyển tầng trên nóng lên và giãn nở, khiến mật độ ở những độ cao lớn tăng lên. Điều này có thể làm lực cản đối với vệ tinh tăng theo.
Ngược lại, trong những giai đoạn hoạt động Mặt Trời thấp, lực cản có thể giảm.
Vì vậy, những dự đoán về thời điểm Đông Phương Hồng-1 rơi xuống Trái Đất có thể thay đổi khi các mô hình khí quyển và dữ liệu quỹ đạo được cập nhật.
Một số dự đoán từng đưa ra khả năng vệ tinh có thể tái nhập khí quyển trong những thập niên tới, trong khi các chuyên gia tham gia thiết kế vệ tinh như Pan Houren từng cho rằng với điều kiện không xảy ra những tác động bất thường, nó có thể tồn tại trên quỹ đạo trong thời gian rất dài.
Do đó, những câu nói kiểu “có thể bay thêm hàng trăm hoặc hàng nghìn năm” không nên được hiểu như một mốc thời gian khoa học đã được xác nhận.
Điều chắc chắn hơn là: tốc độ suy giảm quỹ đạo của Đông Phương Hồng-1 rất chậm so với nhiều vệ tinh ở quỹ đạo thấp.
Đông Phương Hồng-1 không được thiết kế để bay hàng trăm năm
Một hiểu lầm phổ biến cho rằng các kỹ sư Trung Quốc năm 1970 đã cố tình thiết kế quỹ đạo để Đông Phương Hồng-1 có thể tồn tại trong không gian hàng trăm năm.
Thực tế không đơn giản như vậy.
Theo các tài liệu lịch sử từ Trung tâm Khoa học Không gian thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, mục tiêu của dự án 651 là hoàn thành những yêu cầu cơ bản gồm “lên được, theo dõi được, nhìn thấy được và nghe thấy được”. Hệ thống theo dõi, định vị và truyền tín hiệu cũng là những thành phần quan trọng của nhiệm vụ.
Các chuyên gia tham gia chương trình sau này cho biết quỹ đạo của vệ tinh được lựa chọn dựa trên yêu cầu nhiệm vụ, khả năng phóng và các mục tiêu kỹ thuật thời đó.
Việc nó tồn tại lâu như hiện nay là kết quả của nhiều yếu tố, đặc biệt là quỹ đạo tương đối cao và điều kiện môi trường không gian.
Nói cách khác, đây không phải một “kế hoạch bí mật” nhằm tạo ra vệ tinh tồn tại hàng thế kỷ.
Vì sao vệ tinh nặng 173 kg lại đặc biệt?
Đông Phương Hồng-1 có khối lượng khoảng 173 kg, một con số rất lớn nếu đặt trong bối cảnh các vệ tinh đầu tiên của các cường quốc không gian.
Theo tài liệu của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, khối lượng 173 kg của Đông Phương Hồng-1 thậm chí vượt tổng khối lượng của những vệ tinh đầu tiên do Liên Xô, Mỹ, Pháp và Nhật Bản phóng trước đó.
Để so sánh, Sputnik 1 của Liên Xô nặng khoảng 83,6 kg, Explorer 1 của Mỹ khoảng 8,3 kg và Ōsumi của Nhật Bản khoảng 12 kg.
Khối lượng lớn đặt ra thách thức đáng kể đối với tên lửa Trường Chinh-1 và toàn bộ hệ thống kỹ thuật.
Trong bối cảnh Trung Quốc khi đó chưa có nền công nghiệp vũ trụ phát triển như hiện nay, việc tự thiết kế vệ tinh, hệ thống theo dõi, thiết bị điện tử, nguồn điện, kết cấu và tên lửa phóng là một nhiệm vụ đặc biệt khó khăn.
Từ dự án 581 đến dự án 651
Con đường đi tới Đông Phương Hồng-1 bắt đầu từ cuối những năm 1950.
Sau khi Liên Xô phóng Sputnik 1 vào năm 1957, Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu khả năng phát triển vệ tinh nhân tạo.
Năm 1958, dự án vệ tinh đầu tiên được triển khai với sự tham gia của nhiều nhà khoa học, trong đó có Tiền Học Sâm. Chương trình sau đó gặp những khó khăn về nguồn lực và phải tạm dừng.
Đến năm 1965, dự án được khởi động lại với tên gọi Dự án 651, trở thành chương trình chính thức dẫn tới việc phát triển Đông Phương Hồng-1.
Các tài liệu hồi cố của Trung tâm Khoa học Không gian Quốc gia Trung Quốc cho biết năm 1965, nhiệm vụ phát triển vệ tinh được chính thức triển khai và nhiều nhóm nghiên cứu được huy động cho các hệ thống như theo dõi, định vị, truyền tín hiệu và thiết bị trên vệ tinh.
Đây là giai đoạn các kỹ sư phải giải quyết hàng loạt vấn đề mà ngày nay có thể được xử lý bằng máy tính, thiết bị mô phỏng và dây chuyền tự động hóa nhưng khi đó còn rất hạn chế.
Việc thiết kế, tính toán và kiểm tra phải dựa nhiều vào lao động thủ công, thiết bị thử nghiệm tự chế tạo và quá trình kiểm tra chéo liên tục.
Đông Phương Hồng-1 thực sự có phát nhạc không?
Có, nhưng cần phân biệt giữa vệ tinh và vật thể sáng được nhìn thấy trên bầu trời.
Đông Phương Hồng-1 mang theo thiết bị phát tín hiệu và phát một phiên bản điện tử của bài “Đông Phương Hồng”. Đây là một phần quan trọng trong mục tiêu chứng minh khả năng hoạt động và truyền tín hiệu của vệ tinh.
Tuy nhiên, bản thân vệ tinh không phải là một vật thể sáng đến mức mắt thường dễ dàng nhìn thấy.
Một số vật thể liên quan tới tầng tên lửa có bề mặt phản xạ mạnh nên có thể sáng hơn khi ánh sáng Mặt Trời chiếu vào. Điều này từng khiến người quan sát nhầm lẫn giữa vệ tinh và phần phản xạ của tầng tên lửa.
Vì vậy, hình ảnh một “ngôi sao sáng” xuất hiện trên bầu trời vào thời điểm đó không nhất thiết là bản thân Đông Phương Hồng-1.
Đông Phương Hồng-1 có phải rác thải vũ trụ?
Xét theo định nghĩa hiện đại, một vật thể nhân tạo không còn hoạt động và vẫn tồn tại trên quỹ đạo có thể được xếp vào nhóm vật thể không còn chức năng hoặc debris, tùy theo hệ thống phân loại.
Tuy nhiên, không nên đánh đồng Đông Phương Hồng-1 với những mảnh vỡ nhỏ, không kiểm soát đang tạo ra rủi ro va chạm.
Đông Phương Hồng-1 là một vật thể có quỹ đạo được theo dõi và có giá trị lịch sử đặc biệt. Nó không phải một mảnh vỡ phát sinh ngẫu nhiên từ vụ nổ của một vệ tinh hay tên lửa.
Điểm quan trọng là nó vẫn nằm trên quỹ đạo có thể theo dõi và dự đoán tương đối tốt.
Trong ngành hàng không vũ trụ hiện đại, việc thiết kế vệ tinh cũng ngày càng chú trọng đến giai đoạn cuối vòng đời, bao gồm khả năng đưa vệ tinh ra khỏi quỹ đạo hoặc vào quỹ đạo xử lý phù hợp nhằm hạn chế phát sinh thêm rác thải không gian.
Không có “khóa không gian” giữ Đông Phương Hồng-1
Một tin đồn khác là vệ tinh có thể được giữ lại trong không gian bằng một dạng “neo” hoặc “khóa không gian”.
Không có cơ chế như vậy.
Đông Phương Hồng-1 duy trì quỹ đạo nhờ vận tốc quỹ đạo và lực hấp dẫn của Trái Đất.
Khi không còn động cơ hoạt động, vệ tinh vẫn tiếp tục chuyển động theo quỹ đạo vì nó đã có động lượng từ quá trình phóng.
Động cơ chỉ cần thiết nếu muốn thay đổi đáng kể quỹ đạo, bù lại lực cản hoặc thực hiện các thao tác điều khiển chủ động.
Với Đông Phương Hồng-1, thiết kế ban đầu không cần nó phải liên tục sử dụng động cơ để duy trì quỹ đạo trong thời gian dài.
Một vệ tinh cũ vẫn có giá trị khoa học
Mặc dù không còn truyền dữ liệu khoa học như trong thời gian thực hiện nhiệm vụ ban đầu, Đông Phương Hồng-1 vẫn có một giá trị đặc biệt: chuyển động của nó theo thời gian trở thành một nguồn dữ liệu để nghiên cứu môi trường quỹ đạo.
Khi các nhà nghiên cứu theo dõi sự thay đổi của quỹ đạo, họ có thể tìm hiểu quá trình suy giảm do lực cản khí quyển và những biến động liên quan tới tầng khí quyển trên cao.
Đây là một ví dụ cho thấy một vệ tinh không nhất thiết phải còn hoạt động mới có giá trị khoa học hoặc lịch sử.
Các dữ liệu quỹ đạo kéo dài nhiều thập kỷ có thể giúp kiểm tra và cải thiện các mô hình dự báo chuyển động của vật thể quanh Trái Đất.
Khoảnh khắc Đông Phương Hồng-1 gặp “hậu duệ” trên bầu trời
Một trong những hình ảnh giàu tính biểu tượng nhất liên quan tới Đông Phương Hồng-1 xuất hiện vào năm 2022, khi nhà nghiên cứu Zhu Jin thuộc Đài thiên văn Bắc Kinh ghi lại hình ảnh Đông Phương Hồng-1 và trạm vũ trụ Trung Quốc cùng xuất hiện trên bầu trời.
Theo câu chuyện được truyền thông Trung Quốc đăng tải, khoảng cách gần nhất giữa hai vật thể trong lần quan sát này vào khoảng 51,8 km.
Hình ảnh tạo ra một sự tương phản đặc biệt: một vệ tinh được phóng từ năm 1970 và một công trình vũ trụ hiện đại của Trung Quốc cùng xuất hiện trong một vùng không gian.
Một bên là sản phẩm của giai đoạn đầu khi Trung Quốc mới bước vào kỷ nguyên vũ trụ. Một bên đại diện cho năng lực xây dựng và vận hành trạm vũ trụ nhiều thập kỷ sau đó.
Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc cũng từng ghi nhận Đông Phương Hồng-1 là biểu tượng quan trọng trong quá trình phát triển ngành khoa học vũ trụ Trung Quốc.
Từ Đông Phương Hồng-1 đến chương trình vũ trụ hiện đại
Năm 1970, Đông Phương Hồng-1 đánh dấu lần đầu tiên Trung Quốc đưa vệ tinh nhân tạo của mình lên quỹ đạo.
Ngày nay, chương trình vũ trụ Trung Quốc đã phát triển sang nhiều lĩnh vực hoàn toàn khác, bao gồm hệ thống định vị BeiDou, tàu vũ trụ Thần Châu, trạm vũ trụ Thiên Cung, chương trình thám hiểm Mặt Trăng và sứ mệnh Sao Hỏa.
Sun Jiadong, một trong những nhân vật quan trọng của chương trình Đông Phương Hồng-1, sau đó tiếp tục đảm nhiệm những vai trò quan trọng trong nhiều chương trình không gian khác của Trung Quốc. Tài liệu của Trung tâm Khoa học Không gian thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc cũng ghi nhận vai trò của ông trong lịch sử phát triển chương trình vệ tinh đầu tiên.
Nhìn lại hơn nửa thế kỷ, Đông Phương Hồng-1 vì vậy không chỉ là một vệ tinh đã hết hạn sử dụng.
Nó giống như một “mốc thời gian” đang tiếp tục chuyển động quanh Trái Đất.
Nguồn điện đã cạn, tín hiệu đã im lặng, nhưng quỹ đạo của nó vẫn tiếp tục kể lại câu chuyện về một giai đoạn đặc biệt của ngành hàng không vũ trụ.
Vì sao Đông Phương Hồng-1 chưa rơi xuống Trái Đất?
Câu trả lời ngắn gọn là: vì nó vẫn có đủ vận tốc quỹ đạo và đang ở một quỹ đạo tương đối cao, nơi mật độ khí quyển rất thấp nên lực cản làm mất năng lượng tương đối chậm.
Nó không cần nhiên liệu để “bay liên tục”.
Nó cũng không được giữ lại bằng một thiết bị neo.
Quỹ đạo ban đầu với điểm cận nhật khoảng 439 km và điểm viễn nhật khoảng 2.384 km đã giúp giảm đáng kể tác động của lực cản khí quyển so với một vật thể chỉ hoạt động ở độ cao vài trăm kilomet.
Tất nhiên, quỹ đạo không vĩnh viễn.
Đông Phương Hồng-1 vẫn đang suy giảm quỹ đạo và cuối cùng sẽ chịu tác động đủ lớn để tái nhập khí quyển nếu không có một sự kiện khác xảy ra trước đó.
Nhưng thời điểm chính xác là câu hỏi phức tạp, bởi nó phụ thuộc vào hoạt động Mặt Trời, mật độ khí quyển tầng cao và sự thay đổi quỹ đạo theo thời gian.
Vì vậy, câu chuyện thú vị nhất của Đông Phương Hồng-1 không phải là việc nó “không bao giờ rơi”, mà là việc một vệ tinh được thiết kế cho một nhiệm vụ ngắn hạn lại có thể trở thành một vật thể lịch sử tồn tại trên quỹ đạo trong hơn nửa thế kỷ.
Nguồn tham khảo
- Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc – thông tin về Đông Phương Hồng-1 và quá trình phát triển chương trình không gian Trung Quốc.
- Trung tâm Khoa học Không gian Quốc gia Trung Quốc – tài liệu lịch sử về dự án 651 và hệ thống theo dõi, định vị Đông Phương Hồng-1.
Câu hỏi thường gặp về Đông Phương Hồng-1
Đông Phương Hồng-1 được phóng khi nào?
Đông Phương Hồng-1 được phóng ngày 24/4/1970 bằng tên lửa Trường Chinh-1 từ Trung tâm Phóng vệ tinh Tửu Tuyền. Đây là vệ tinh nhân tạo đầu tiên của Trung Quốc.
Đông Phương Hồng-1 nặng bao nhiêu?
Vệ tinh có khối lượng khoảng 173 kg, lớn hơn đáng kể so với nhiều vệ tinh đầu tiên của các quốc gia đi trước trong cuộc đua không gian.
Vì sao Đông Phương Hồng-1 không cần nhiên liệu mà vẫn bay?
Sau khi được tên lửa đưa vào quỹ đạo, vệ tinh tiếp tục chuyển động nhờ vận tốc quỹ đạo và lực hấp dẫn của Trái Đất. Không cần động cơ hoạt động liên tục để giữ vệ tinh trên quỹ đạo.
Điều gì khiến vệ tinh cuối cùng rơi xuống?
Lực cản của khí quyển làm vệ tinh mất dần năng lượng quỹ đạo. Khi quỹ đạo hạ thấp, lực cản tăng lên và cuối cùng có thể khiến vệ tinh tái nhập khí quyển.
Đông Phương Hồng-1 có còn hoạt động không?
Không. Nguồn điện và hoạt động truyền tín hiệu của vệ tinh đã kết thúc từ năm 1970. Tuy nhiên, bản thân vật thể vẫn tiếp tục chuyển động quanh Trái Đất.
Đông Phương Hồng-1 có phải được thiết kế để tồn tại hàng trăm năm?
Không có cơ sở để khẳng định đây là mục tiêu thiết kế ban đầu. Tuổi thọ hoạt động của vệ tinh và thời gian tồn tại vật lý trên quỹ đạo là hai vấn đề khác nhau. Việc nó tồn tại lâu chủ yếu liên quan tới đặc điểm quỹ đạo và mức độ thấp của lực cản khí quyển.
Có thể nhìn thấy Đông Phương Hồng-1 bằng mắt thường không?
Bản thân vệ tinh tương đối khó quan sát bằng mắt thường vì độ sáng biểu kiến thấp. Một số vật thể liên quan tới tên lửa hoặc bộ phận phản xạ có thể sáng hơn và từng gây nhầm lẫn trong các câu chuyện quan sát vệ tinh.
