Đột phá công nghệ tinh thể từ Trung Quốc: Kỷ nguyên định vị không cần GPS

Trong kỷ nguyên công nghệ hiện đại, khả năng định vị chính xác là yếu tố sống còn đối với mọi hoạt động từ dân sự đến quân sự. Theo SCMP, một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Tân Cương, Trung Quốc, đã ghi dấu ấn với một bước tiến quan trọng khi phát triển thành công một loại tinh thể mới có khả năng tạo ra tia cực tím.

Đột phá này được kỳ vọng sẽ là mảnh ghép quyết định để chế tạo đồng hồ hạt nhân Thorium siêu chính xác. Sự xuất hiện của công nghệ này có thể thay đổi hoàn toàn cách các phương tiện như tàu ngầm hay tàu thăm dò vũ trụ định hướng, giảm thiểu hoặc thậm chí loại bỏ sự phụ thuộc vào Hệ thống Định vị Toàn cầu.

Điểm yếu chí mạng của hệ thống GPS

Dù công nghệ đồng hồ hạt nhân sẽ không ngay lập tức khiến hệ thống định vị toàn cầu (GPS) trở nên thừa thãi, nhưng việc hoàn thiện nó sẽ giúp giảm đáng kể sự phụ thuộc vào mạng lưới vệ tinh. Cốt lõi của vấn đề định vị thực chất nằm ở khả năng đo lường thời gian.

Trên các thiết bị thông minh hiện nay, vị trí được tính toán bằng cách nhận tín hiệu từ vệ tinh. Thông qua một hệ thống thuật toán phức tạp, thiết bị sẽ đo lường thời gian chính xác mà mỗi tín hiệu di chuyển từ không gian xuống mặt đất, từ đó đối chiếu và xác định tọa độ người dùng. Quá trình này được gọi là định vị dựa trên thời gian. Do đó, chiếc đồng hồ bên trong hệ thống càng chính xác, khả năng định vị sẽ càng hoàn hảo.

Tuy nhiên, dù nguyên lý hoạt động có vẻ đơn giản, GPS lại ẩn chứa những lỗ hổng chí mạng. Các tín hiệu vệ tinh hoàn toàn có thể bị gây nhiễu hoặc bị đánh lừa bởi các tín hiệu giả mạo, biến chúng thành một điểm yếu lớn trong các cuộc xung đột vũ trang. Hơn thế nữa, tín hiệu GPS gần như vô dụng khi phải xuyên qua môi trường nước sâu hoặc dưới lòng đất.

Đối với các cỗ máy chiến tranh như tàu ngầm, sự phụ thuộc vào GPS thực sự là một cơn ác mộng chiến thuật. Để nhận được tín hiệu định vị chuẩn xác, tàu ngầm buộc phải nổi lên mặt nước hoặc tiến sát một khoảng cách nhất định. Hành động này vô tình làm mất đi lớp ngụy trang hoàn hảo của đại dương, khiến chúng trở thành mục tiêu dễ bị phát hiện và tấn công. Để khắc phục, các thế hệ tàu ngầm hiện đại đang sử dụng đồng hồ nguyên tử, một cỗ máy thời gian cực kỳ chính xác hoạt động dựa trên sự rung động của các electron xung quanh nguyên tử.

Từ nguyên tử đến bước nhảy vọt hạt nhân

Dù đồng hồ nguyên tử đã là một kỳ quan công nghệ, giới khoa học tin rằng thế hệ đồng hồ hạt nhân tiếp theo sẽ còn tạo ra những điều không tưởng. Thay vì dựa vào electron, đồng hồ hạt nhân sử dụng sự rung động sâu bên trong hạt nhân nguyên tử. Công nghệ này được đánh giá có thể mang lại độ chính xác cao hơn từ mười đến một nghìn lần so với các tiêu chuẩn hiện tại.

Hạt nhân nguyên tử sở hữu tính ổn định vượt trội so với electron. Chúng ít bị tác động bởi các yếu tố môi trường khắc nghiệt như sự thay đổi nhiệt độ, độ rung lắc cơ học bên ngoài hay sự can thiệp của các từ trường phức tạp. Để hiện thực hóa điều này, các nhà nghiên cứu đã đặt niềm tin vào nguyên tố Thorium-229. Đây là một nguyên tố đặc biệt bởi hạt nhân của nó dao động ở một mức năng lượng cực thấp, giúp các nhà khoa học tương đối dễ dàng theo dõi và đo lường.

Thách thức lớn nhất là để đo lường được những dao động vi tế đó, giới khoa học cần một hệ thống laser tia cực tím siêu chính xác với bước sóng rơi vào khoảng 148 nanomet, hay chính xác là 148,3 nanomet. Việc tạo ra chùm tia laser với thông số này là vô cùng khó khăn, và đây chính là lúc loại tinh thể mới do các nhà khoa học Trung Quốc phát triển chứng minh giá trị lịch sử của mình.

Đột phá tinh thể tạo nên kỷ lục mới

Theo giải thích từ nhóm nghiên cứu Đại học Tân Cương (Trung Quốc), loại tinh thể mới của họ là một hợp chất borat flo hóa. Vật liệu này có khả năng phi thường trong việc chuyển đổi ánh sáng laser thông thường thành ánh sáng tia cực tím có bước sóng cực ngắn, đạt mức 145,2 nanomet.

Mặc dù con số này ngắn hơn so với mục tiêu lý tưởng là 148,3 nanomet, nhưng nó đã xuất sắc xô đổ kỷ lục thế giới trước đó là 150 nanomet. Các nhà nghiên cứu khẳng định bước sóng này hoàn toàn đủ ngắn để đáp ứng các yêu cầu khắt khe nhất trong việc chế tạo những chiếc đồng hồ siêu chính xác cỡ nhỏ, một mục tiêu công nghệ mà cả Mỹ, Trung Quốc và nhiều cường quốc khác đang ráo riết theo đuổi.

Định hình lại tương lai quân sự và hàng không vũ trụ

Nếu giới khoa học có thể hoàn thiện việc chế tạo đồng hồ hạt nhân dựa trên bước sóng này, nhân loại sẽ nắm trong tay công cụ định vị "suy diễn đường đi" với độ chính xác tuyệt đối. Hệ thống này chỉ cần tính toán dựa trên tốc độ, hướng di chuyển và thời gian di chuyển cực kỳ chuẩn xác để biết chính xác vị trí hiện tại mà không cần bất kỳ tín hiệu bên ngoài nào.

Về mặt lý thuyết, phương pháp này cũng có thể kết hợp với các nguồn tín hiệu tự nhiên trong vũ trụ như các vì sao, ẩn tinh hay sóng vô tuyến để thiết lập một hệ thống hỗ trợ định vị hoàn chỉnh. Khi công nghệ này được làm chủ, những chiếc tàu ngầm chiến lược có thể âm thầm di chuyển tự do dưới đáy đại dương mênh mông trong suốt vòng đời nhiệm vụ mà không bao giờ cần phải nổi lên để định vị vị trí.

Không chỉ dừng lại ở hải quân, công nghệ này sẽ tạo ra những tác động sâu rộng đối với các hệ thống vũ khí hiện đại. Các tên lửa đạn đạo và hành trình sẽ trở nên hoàn toàn miễn nhiễm với mọi nỗ lực gây nhiễu GPS từ đối phương. Đối với lĩnh vực hàng không vũ trụ, các tàu thăm dò và phi thuyền có thể tự chủ định hướng trong không gian sâu thẳm, loại bỏ hoàn toàn sự chậm trễ hoặc phụ thuộc vào các trạm hiệu chỉnh tín hiệu đặt tại Trái Đất.

Mỹ chuẩn bị kịch bản chiến tranh không mạng, không GPS như thế nào?

GPS và Bắc Đẩu tê liệt ở thành phố 10 triệu dân, do bị gây nhiễu mạnh có chủ đích

Nhiễu GPS làm rối loạn Trung Đông, Mỹ có lợi thế bí mật nếu đổ bộ vào Iran

Hoàng Vũ