Smartphone có hoạt động được ngoài không gian không? Dự án này của NASA sẽ trả lời bạn

Không gian vũ trụ vẫn còn nhiều điều cần khám phá, smartphone là một trong những thứ đó.

Nhờ vào các công ty hàng không vũ trụ tư nhân như Blue Origin, SpaceX và Virgin Galaxy, cánh cửa bước ra ngoài không gian đang mở ra hơn với nhiều người. Nhưng liệu smartphone, vật dụng bất ly thân với mọi người trên Trái đất hiện nay, liệu chúng có thể ra ngoài không gian cùng với chủ sở hữu của mình hay không?

Khi không nhiều người trên Trái Đất có đủ điều kiện ra ngoài không gian để làm một bài review, NASA có lẽ là tổ chức có thể trả lời chính xác nhất cho câu hỏi này khi chính cơ quan này đã có cả một dự án để thử nghiệm khả năng hoạt động của smartphone bên ngoài vũ trụ.

PhoneSat - dự án đưa smartphone ra ngoài không gian

Dự án có tên PhoneSat, một phần trong chương trình Small Spacecraft Technology Program (Chương trình công nghệ tàu vũ trụ cỡ nhỏ) của NASA, nhằm tạo nên các vệ tinh siêu nhỏ, siêu rẻ từ smartphone và nền tảng Arduino có thể hoạt động trên vùng quỹ đạo thấp của Trái Đất. Dự án này được khởi động từ năm 2009 tại trung tâm NASA Ames Research Center.

Với mục đích tạo ra các vệ tinh siêu rẻ từ smartphone và các bản mạch Arduino giá rẻ có thể mua trên thị trường, nhiệm vụ ban đầu của PhoneSat rất đơn giản: sống sót trong môi trường khắc nghiệt ngoài không gian trong một thời gian xác định, và thực hiện một tác vụ phức tạp là chụp ảnh Trái Đất và không gian sau đó gửi lại hình ảnh đó về mặt đất.

Chiếc HTC Nexus One với viên bi điều hướng đặc trưng trong bộ khung vệ tinh PhoneSat.

Chiếc HTC Nexus One là thiết bị được lựa chọn cho chuyến du hành ra ngoài không gian đầu tiên của smartphone. Vào thời điểm đó, bộ xử lý 1GHz của chiếc smartphone này là bộ xử lý nhanh nhất từng đặt chân ra ngoài không gian.

Không chỉ vậy, cấu hình và tính năng của smartphone cũng rất phù hợp với việc trở thành vệ tinh ngoài không gian. Chúng thường có từ một đến hai camera, hàng loạt các cảm biến gia tốc kế và cảm biến xoay, la bàn điện tử, bộ nhận tín hiệu GPS, sóng radio và cả pin Li-Ion cho phép hoạt động độc lập.

Các bước chuẩn bị cho chuyến du hành

Để đánh giá khả năng sống sót của chiếc smartphone này trong môi trường không gian, một loạt các bài kiểm tra đã được thực hiện đối với chiếc HTC Nexus One này. Các bài kiểm tra cho thấy, chiếc điện thoại chịu được mức chân không với áp suất 0,00029 Pascal (bằng khoảng 1/3400 lần áp suất không khí) và các mức nhiệt độ khắc nghiệt (từ -35oC cho đến 60oC).

Chiếc smartphone còn phải vượt qua một bài kiểm tra khắc nghiệt khác, đó là sống sót qua giai đoạn phóng ra ngoài quỹ đạo. Nó được đưa lên một tên lửa tầm ngắn và phóng lên độ cao 10km để kiểm tra. Các dữ liệu từ gia tốc kế và máy đo từ kế của chính điện thoại cho thấy chúng có thể vượt qua các điều kiện để tiếp tục đi vào không gian.

Chiếc PhoneSat 1.0 trong tay Phó Thủ tướng Đức, Philipp Rösler (trái).

Cuối cùng HTC Nexus One cũng vượt qua các bài kiểm tra rung và sốc theo tiêu chuẩn GEVS. Thế nhưng để hoàn thành tất cả các nhiệm vụ của PhoneSat, HTC Nexus One vẫn cần một số thay đổi về phần cứng.

Viên pin mặc định của máy đã được tháo ra và thay thế bằng 12 viên pin Li-Ion được ghép nối song song trong một hộp đựng pin in 3D. Số pin này không chỉ đủ cấp điện cho chiếc Nexus One mà còn cả vệ tinh trong vòng 10 ngày.

Bên cạnh chiếc HTC, vệ tinh PhoneSat còn có một bản mạch Arduino Atmel Atmega 328, đóng vai trò giám soát hoạt động của chiếc điện thoại và khởi động lại nó nếu phát hiện nó hoạt động sai.

PhoneSat 1.0 với cần ăng ten thò ra ngoài và các viên pin AA được gắn bên trong.

Một điều cần chú ý là dù chiếc điện thoại vượt qua các bài kiểm tra trong các điều kiện khắc nghiệt, rõ ràng nó không thể bắt được sóng điện thoại khi đang ở độ cao trên 200 km so với mực nước biển. Do vậy, NASA đã lắp thêm cho chiếc điện thoại bộ phát sóng radio StenSat, nhằm gửi dữ liệu xuống mặt đất. Bộ phát sóng StenSat có thể gửi các gói dữ liệu với tốc độ 1200 bps và có mức tiêu thụ năng lượng khoảng 1W. Ngoài nó còn cần một thước dây được cắt đúng theo chiều dài cần thiết để làm ăng ten.

PhoneSat 2.0

Để thực hiện nhiều thử nghiệm khác nhau trong lần ra ngoài không gian của mình, phi hành đoàn smartphone không chỉ có một thiết bị, mà có đến ba thiết bị khác nhau. Bên cạnh 2 chiếc HTC Nexus One thuộc dự án PhoneSat 1.0, còn có một chiếc Samsung Nexus S thuộc PhoneSat 2.0.

Samsung Nexus S và chiếc PhoneSat 2.0.

Có chung mục đích nhằm tạo ra các vệ tinh giá rẻ, nhưng PhoneSat 2.0 có nhiều nhiệm vụ phức tạp hơn và vì vậy cũng được bổ sung nhiều phần cứng ngoài hơn. Các mục tiêu với PhoneSat 2.0 được đặt ra bao gồm: ra lệnh và xử lý dữ liệu trên smartphone, sản sinh năng lượng và điều khiển tốc độ vệ tinh. Ngoài ra, dự án này còn tập trung vào tuổi thọ của smartphone và các bộ vi xử lý trong điều kiện sóng bức xạ trên Quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất.

Với các mục tiêu đó, bên cạnh Samsung Nexus S, vệ tinh PhoneSat 2.0 (thực ra là 2.0 beta) còn trang bị các tấm pin mặt trời để sạc cho 4 viên pin Li-Ion, bộ phận liên lạc hai chiều, hệ thống điều khiển và xác định độ cao, một mạng lưới các cảm biến trên vệ tinh cũng như kiến trúc giao diện dữ liệu mới.

Trong khi PhoneSat 1.0 hoạt động hoàn toàn bằng pin, PhoneSat 2.0 kết hợp cả với năng lượng mặt trời.

Trong khi chi phí để lắp ráp nên PhoneSat 1.0 vào khoảng 3.500 USD, chi phí cho phiên bản 2.0 beta chưa đến 7.000 USD. Phần mềm và firmware điều khiển cho hai phiên bản vệ tinh này đều tận dụng tối đa các phần mềm mã nguồn mở để giảm chi phí.

Alexander, Graham và Bell

Sau một thời gian dài thử nghiệm và chuẩn bị, cuối cùng vào ngày 21 tháng Ba năm 2013, tên lửa Antares 110 A-ONE đã đưa ba chiếc smartphone này vào quỹ đạo Trái đất để bắt đầu chuyến du hành ra ngoài không gian của mình.

Các vệ tinh Alexander (ngoài cùng bên trái), Graham (ở giữa) và Bell (ngoài cùng bên phải).

Trước một sứ mệnh quan trọng đến vậy đối với ngành công nghiệp smartphone, không có gì quá đáng khi mỗi thiết bị đều được đặt theo một tên riêng thay vì mã sản phẩm chung chung như trước. Hai chiếc HTC Nexus One thuộc PhoneSat 1.0 được đặt tên là Graham và Bell, còn chiếc Samsung Nexus S thuộc PhoneSat 2.0 được đặt tên là Alexander. Các cái tên này nhằm vinh danh ngài Alexander Graham Bell, người phát minh ra chiếc điện thoại thực sự đầu tiên.

Do chỉ được triển khai ở quỹ đạo có độ cao 260km và 240km, nên chuyến hành trình của các vệ tinh smartphone này diễn ra ngắn hơn so với dự tính ban đầu – chỉ kéo dài 5 ngày, thay vì 10 ngày như dự tính ban đầu.

Các trạm radio không chuyên đăng ký nhận tín hiệu PhoneSat trên trang www.phonesat.org.

Dù vậy, các smartphone đã cho thấy khả năng trở thành vệ tinh giá rẻ của mình khi chụp được ảnh Trái đất và gửi xuống dưới mặt đất. Dữ liệu hình ảnh được chia thành các gói tin nhỏ và gửi đi thông qua bộ phát sóng radio StenSat gắn trên mình.

Nhưng để thu thập và ghép các gói dữ liệu hình ảnh này lại với nhau để thành một bức ảnh lớn hơn cần phải kể đến vai trò của cộng đồng các trạm theo dõi radio không chuyên trên toàn cầu. Hơn 100 trạm theo dõi radio không chuyên đã hợp tác cùng NASA để liên tục dõi theo hành trình của PhoneSat và nhận các gói dữ liệu hình ảnh vệ tinh gửi về.

Thành tựu từ sự hợp tác đó là bức ảnh chụp như dưới đây:

Hai bức ảnh bên trái do vệ tinh Bell chụp lại, hai bức ảnh bên phải là do vệ tinh Graham chụp lại.

Không chỉ chụp ảnh Trái đất bằng smartphone, thành công của chuyến du hành vào quỹ đạo trái đất còn được minh chứng bằng hàng loạt dữ liệu ghi nhận từ các cảm biến trên điện thoại, như gia tốc kế, la bàn số và con quay hồi chuyển. Các smartphone cũng lưu lại dữ liệu từ các cảm biến khác trên vệ tinh. Các bản mạch giám sát gắn trên điện thoại cũng ghi nhận việc hoạt động ổn định, không phải khởi động lại hệ thống lần nào. Chúng là bằng chứng vững chắc cho thấy smartphone có thể hoạt động tốt ngoài không gian.

Thành công của PhoneSat 1.0 và 2.0 beta đã tạo tiền đề cho NASA tiếp tục thực hiện thêm hai lần phóng khác, với hai chiếc PhoneSat 2.4 phóng vào ngày 20 tháng 11 năm 2013 trên tên lửa Minotaur ORS-3 và hai chiếc PhoneSat 2.5 phóng vào ngày 18 tháng 4 năm 2014 trên tên lửa Falcon 9 của SpaceX.

Các nguyên mẫu của PhoneSat 1.0 và 2.0 được trưng bầy tại Hội chợ Maker Faire năm 2013. Một chiếc HTC Nexus One bị vỡ nát màn hình trong bài kiểm tra tốc độ khi chiếc dù của nó mở quá sớm.

Việc smartphone đóng vai trò như các vệ tinh giá rẻ ngoài không gian cho thấy, chúng không chỉ sống sót được mà còn có thể hoạt động tốt trong môi trường này. Dù bạn khó có thể gọi điện, nhắn tin, trò chuyện hoặc lướt web trong không gian ở hiện tại, nhưng việc các cảm biến hoạt động tốt cho thấy, bạn vẫn có thể  sử dụng nó cho các mục đích khác như xem phim, đọc sách, chụp ảnh hoặc chơi game.

Trong khi dự án này của NASA được dùng cho mục đích nghiên cứu, nhưng có thể trong tương lai không xa nữa, khi việc du lịch vào vũ trụ ngày càng phổ biến và có chi phí dễ tiếp cận hơn, và nếu bạn là người may mắn được bước lên một chuyến tàu du lịch vào không gian nào đó, đừng ngại cầm theo smartphone.