Trung Quốc tìm cách dẫn đường vũ khí siêu vượt âm bằng các vì sao
Các nhà khoa học Trung Quốc vừa hoàn thiện một loại cảm biến giúp phương tiện bay siêu vượt âm tự xác định hướng bằng ánh sáng của những ngôi sao, dùng cho tình huống GPS hoặc BeiDou bị gây nhiễu.
Thiết bị nguyên mẫu vẫn nhận ra đúng các chòm sao trong hơn 80% số lần thử ngay cả khi bị lớp khí nóng quanh thân bao phủ, song khoảng cách từ đây tới một quả tên lửa dùng được ngoài chiến trường vẫn còn xa.
Cảm biến sao nguyên mẫu vượt vòng đánh giá cuối
Hôm 10/8, một dự án do Học viện Nghiên cứu Hàng không Vũ trụ Quảng Đông (GARA) dẫn dắt đã vượt qua vòng đánh giá của hội đồng chuyên gia. Theo báo cáo công bố cùng ngày, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu tạo ra hệ thống dẫn đường bằng thiên thể hoạt động được ở tốc độ từ Mach 5, tức hơn 6.000km/h, trở lên.
GARA không phải một viện hàn lâm xa rời thực tế. Đây là một trong các đơn vị đứng sau MD-22, mẫu phương tiện siêu vượt âm tái sử dụng từng trưng bày tại triển lãm hàng không Chu Hải năm 2022, cùng Viện Cơ học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc.
Cách dẫn đường này khác hẳn GPS hay BeiDou ở chỗ nó không cần nhận bất kì tín hiệu nào từ bên ngoài. Thiết bị chỉ việc chụp ảnh bầu trời, so vị trí các ngôi sao chụp được với bản đồ sao lưu sẵn trong bộ nhớ, từ đó suy ra thân phương tiện đang chỉ về hướng nào. Nguyên lí giống hệt cách thủy thủ ngày xưa dùng kính lục phân để định hướng theo sao Bắc Cực, chỉ khác là nay máy tính làm thay.
Nhóm GARA không dừng ở mô phỏng trên máy tính. Họ dựng hai kho dữ liệu về bức xạ của không khí bị nung nóng, viết phần mềm tái tạo môi trường bức xạ quanh một vật thể bay tốc độ cao, rồi từ đó chế tạo cảm biến thật. Theo học viện, sai số của phần mềm mô phỏng được giữ dưới 18,9%.
Kết quả thử nghiệm cho thấy trong điều kiện không có nhiễu, cảm biến nhận đúng bản đồ sao trên 99% số lần. Khi bị bức xạ từ dòng khí nóng làm nhiễu, tỉ lệ này vẫn trên 80%. Độ chính xác khi xác định hướng đạt tốt hơn 5 giây cung. Một giây cung bằng 1/3.600 độ, tương đương bề rộng một đồng xu nhìn từ khoảng cách hơn 4km.
Lớp khí nóng làm các ngôi sao "lệch chỗ"
Trên lí thuyết, định hướng bằng sao rất đơn giản vì các ngôi sao gần như đứng yên và vị trí của chúng đã được lập bản đồ chính xác từ lâu. Khi một vật thể lao qua khí quyển ở tốc độ gấp nhiều lần âm thanh, khối không khí phía trước bị nén lại đến mức nóng vượt 1.000 độ C. Lớp khí này bao quanh thân, chuyển động hỗn loạn và bẻ cong ánh sáng đi xuyên qua nó. Giống như nhìn một ngọn nến qua tấm kính đang bị nung, ngọn nến vẫn đứng yên nhưng mắt lại thấy nó nhảy nhót lung tung.
Mức lệch này đã được đo đạc. Một nghiên cứu đăng trên tạp chí Chinese Journal of Aeronautics tính cho năm điều kiện bay khác nhau. Ở Mach 20 (khoảng 23.000km/h), tại độ cao 62 km, ánh sao chỉ lệch chừng 3 giây cung. Nhưng khi hạ xuống Mach 9, khoảng 10.000km/h, ở độ cao 35 km, mức lệch vọt lên hơn 20 giây cung.
Nguyên nhân là ở độ cao lớn, không khí quá loãng nên dù bay rất nhanh, lớp khí quanh thân vẫn mỏng. Càng xuống thấp, không khí càng đặc và ánh sáng càng bị bẻ mạnh. Độ cao mới là yếu tố quyết định chứ không phải tốc độ. Ánh sáng từ các ngôi sao vốn cực yếu, trong khi môi trường quanh thân phương tiện lại tỏa bức xạ hồng ngoại mạnh chẳng khác gì ngọn đèn pha chiếu thẳng vào ống kính. Sao thật vì thế dễ chìm nghỉm trong nền sáng đó.
Dự án của GARA giải cả hai vấn đề bằng phần cứng. Nhóm tính trước xem ánh sao sẽ lệch bao nhiêu khi xuyên qua lớp khí nóng, đồng thời chế tạo cảm biến đủ nhạy để vẫn tách được điểm sao ra khỏi nền bức xạ.
Một nhóm khác giải cùng bài toán bằng phần mềm
Nghiên cứu trên Chinese Journal of Aeronautics do các tác giả từ Đại học Hàng không Vũ trụ Bắc Kinh, Viện Công nghệ Bắc Kinh và Viện Công nghệ Điều khiển và Điện tử Bắc Kinh thực hiện. Bài được duyệt đăng cuối tháng 1/2026 và đưa lên mạng ngày 30/6. Không có tên nào từ GARA, nghĩa là Trung Quốc đang có ít nhất hai nhóm đi song song trên cùng một bài toán.
Các phương pháp cũ coi độ lệch của ngôi sao là nhiễu ngẫu nhiên rồi tìm cách lọc bỏ. Nhóm này lập luận ngược lại rằng độ lệch ấy có quy luật, tính được và trừ đi được, nên đưa thẳng nó vào phép tính thay vì né tránh. Kết quả mô phỏng cho thấy sai số hướng giảm từ khoảng 39,6 xuống 9,4 giây cung. Sau khi sắp xếp lại trình tự quan sát, con số tiếp tục xuống 2,8 giây cung. Trên bàn quay thí nghiệm, phương pháp mới cho sai số 1,6 giây cung so với 13,9 giây cung của cách làm cũ.
Yếu tố quyết định hóa ra chỉ là chọn những ngôi sao nằm cách xa nhau trên bầu trời. Khi các sao quan sát được nằm sát nhau, hệ thống không phân biệt nổi đâu là sai lệch do dòng khí gây ra, đâu là sai lệch của bản thân thiết bị. Trải rộng góc nhìn ra, cùng một thuật toán chạy chính xác gấp hơn ba lần.
Toàn bộ thí nghiệm diễn ra trong phòng, trên bàn quay, với bốn máy chiếu sao nhân tạo. Mức lệch của ánh sao cũng do nhóm tự đưa vào chứ không đo từ dòng khí thật. Chính các tác giả thừa nhận rằng trong một lượt bay ngắn khoảng 350 giây, thiết bị quán tính loại tốt vẫn cho kết quả nhỉnh hơn ở một số hướng.
Vì sao vũ khí siêu vượt âm cần thêm một cách dẫn đường?
Một tên lửa hiện đại thường mang nhiều hệ dẫn đường cùng lúc. Cơ bản nhất là hệ quán tính, gồm các con quay hồi chuyển và cảm biến gia tốc, tự tính đường đi dựa trên chính chuyển động của mình mà không cần liên lạc với ai. Ưu điểm là gần như không thể gây nhiễu. Nhược điểm là sai số cứ dồn dần theo thời gian, bay càng lâu càng lệch.
GPS hay BeiDou vốn dùng để sửa những sai lệch đó. Nhưng trong chiến tranh, tín hiệu vệ tinh là thứ đầu tiên bị gây nhiễu hoặc làm giả. Đó là lúc bầu trời sao trở nên có giá trị, vì nó là mốc tham chiếu không ai chặn được và cũng không ai giả mạo được.
Dù vậy, những gì GARA công bố mới là một cảm biến nguyên mẫu, chưa có bằng chứng nào cho thấy nó đã được lắp lên một loại tên lửa cụ thể. Chạy tốt trên bàn thử là một chuyện. Sống sót qua rung lắc, nhiệt độ, gia tốc và các pha cơ động của một chuyến bay thật lại là chuyện hoàn toàn khác.
Theo báo cáo của GARA, năng lực đo và mô phỏng bức xạ đã được dùng cho một số dự án hàng không vũ trụ khác, mang về gần 10 triệu nhân dân tệ, tương đương 1,4 triệu USD. Cùng công cụ ấy còn được điều chỉnh cho mục đích dân sự như thử nghiệm động cơ và theo dõi quá trình cháy trong lò hơi công nghiệp.
Mỹ cũng đang thử dẫn đường bằng thiên thể
Trung Quốc không đơn độc trên hướng này. Trong nhiệm vụ W-6 của công ty Mỹ Varda Space Industries, khoang tàu trở về Trái Đất mang theo hệ thống dẫn đường tự động AutoNav của công ty Rhea Space Activity. Phần mềm này có gốc gác từ chương trình Deep Impact của NASA, nơi nó từng tự lái một vật thể đâm trúng sao chổi ở tốc độ khoảng 35.000km/h.
Bộ thiết bị chỉ gồm hai camera và một máy tính. Nó chụp ảnh không gian, nhận ra các ngôi sao lẫn vệ tinh đang bay trên quỹ đạo thấp, rồi đối chiếu với danh mục vật thể của Lực lượng Không gian Mỹ để suy ra mình đang ở đâu. Kinh phí đến từ chương trình Prometheus, hợp tác giữa Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Không quân Mỹ với các công ty vũ trụ tư nhân.
W-6 rời bệ phóng ngày 30/3 trên chuyến Transporter-16 của SpaceX và trở về Trái Đất ngày 18/5, hạ xuống thao trường Koonibba ở Nam Úc.
Khác biệt lớn nhất giữa hai bên nằm ở đó. Người Mỹ đã cho thiết bị bay thật qua giai đoạn nóng nhất của hành trình trở về, còn phía Trung Quốc mới dừng ở bàn thử và mô phỏng. Ý tưởng ngẩng đầu nhìn sao để tìm đường vốn cũ hàng nghìn năm. Cuộc đua bây giờ là ai biến được nguyên lí ấy thành thiết bị đủ nhỏ, đủ nhanh và đủ lì để hoạt động giữa lớp khí nóng bọc quanh một vật thể lao đi với tốc độ vài chục nghìn kilômet mỗi giờ.
