Hành trình viết nên lịch sử của vệ tinh thời tiết Nimbus

Các vệ tinh Nimbus đã thu thập nhiều dữ liệu khí tượng quan trọng và tạo ra những bước ngoặt lớn trong lịch sử khoa học.

Tháng 8/1964, vệ tinh Nimbus đầu tiên được phóng lên vũ trụ, mở đường cho hàng loạt vệ tinh quan sát Trái Đất sau này. Nimbus-1 có trọng lượng 374kg, là thử nghiệm đầu tiên cho những thiết bị nghiên cứu khí tượng hiện đại.

Người ta gọi vệ tinh này là "Bươm bướm" vì hai tấm pin năng lượng mặt trời lớn trông giống đôi cánh bướm. Nimbus-1 được trang bị những hệ thống hình ảnh tiên tiến nhất thời đó.

Vệ tinh Nimbus đánh dấu một bước ngoặt lớn trong ngành khí tượng. (Ảnh: NASA).

Các vệ tinh Nimbus đã tạo nên hàng loạt "lần đầu tiên" trong lịch sử khoa học, ví dụ như lần đầu tiên ghi lại được hình ảnh bão từ vũ trụ, lần đầu tiên lập bản đồ về sự phân bố của các sinh vật quang hợp, lần đầu tiên chứng minh được công nghệ giám sát chuyển động của con người, động vật và vật thể trên Trái Đất qua vệ tinh.

Dữ liệu mà Nimbus thu thập cũng cho phép các nhà khoa học phát triển những chương trình có khả năng dự báo thời tiết trước một, thậm chí hai tuần, việc trước đây gần như bất khả thi. Khả năng dự báo thời tiết dài hạn giúp tiết kiệm hơn hai tỷ USD mỗi năm cho nhiều ngành công nghiệp như vận tải hay thủy sản, theo Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Mỹ.

"Nimbus để lại một dấu ấn lớn trong ngành khí tượng mà dấu ấn đó vẫn tồn tại đến tận hôm nay. Nó đo nhiệt độ không khí, gió và mưa. Nimbus giúp lĩnh vực dự báo thời tiết phát triển vượt bậc", Ralph Shapiro, quản lý vận hành của các vệ tinh Nimbus, ca ngợi.

Tuy nhiên hành trình của vệ tinh đầu tiên rất ngắn. Chỉ một tháng sau khi Nimbus-1 vào quỹ đạo, tấm pin năng lượng mặt trời bị hỏng khiến vệ tinh này không thể tiếp tục hoạt động. Ngày 22/9/1964, nhiệm vụ của Nimbus-1 kết thúc.

Dù hành trình đầu tiên không dài nhưng dữ liệu thu được lại rất ấn tượng và phong phú. Thông tin đó đã chứng minh sức mạnh và tiềm năng của các vệ tinh khí tượng. Sau khi Nimbus-1 ngừng hoạt động, trung tâm Du hành Không gian Goddard lên kế hoạch tiếp tục nhiệm vụ Nimbus.

Vệ tinh Nimbus ghi lại hình ảnh bão từ trên cao. (Ảnh: NASA).

Ngày 15/5/1966, vệ tinh Nimbus thứ hai tiếp tục được phóng lên từ California, Mỹ. Tuy nhiên, một tai nạn nghiêm trọng đã xảy ra với vệ tinh Nimbus thứ ba, Nimbus-B.

Tương tự Nimbus-1, Nimbus-B có hình dáng giống bươm bướm với những tấm pin năng lượng mặt trời lớn gắn hai bên. Nó còn được trang bị một nguồn năng lượng bổ sung mà thời đó chỉ sử dụng cho máy bay quân sự, đó là máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ RTG. RTG có lõi phóng xạ pluton-238 tạo ra điện năng khoảng 50 W, giúp vệ tinh hoạt động thêm một năm sau khi pin mặt trời ngừng lại.

Các nhà khoa học phóng Nimbus-B vào ngày 18/5/1968 từ California. Tuy nhiên, khi Nimbus-B mới rời bệ phóng và đang bay về phía nam, qua Thái Bình Dương thì trục trặc xảy ra. Vệ tinh bắt đầu chệch hướng và lao xuống phía đất liền.

Chuyên viên phụ trách an toàn ngay lập tức nhấn nút kích hoạt thiết bị tự hủy. Nimbus-B mang theo hai máy phát năng lượng hạt nhân và hàng triệu USD thiết bị khoa học nổ tung và đâm xuống biển. Nó phát nổ cách khu dân cư đông đúc Los Angeles chỉ 150km.

Hành trình của Nimbus-B chỉ kéo dài 120,8 giây ngắn ngủi.

Tất cả thành viên dự án đều vô cùng buồn bã trước sự cố. "Hàng trăm người đã đặt trọn trái tim và tâm huyết vào chương trình này. Đó là một chấn động tinh thần lớn đối với rất nhiều người", Isaiah Sheldon Haas, kỹ sư tham gia dự án Nimbus, kể lại.

Các chuyên gia tại NASA bắt tay điều tra nguyên nhân nhiệm vụ thất bại. Báo cáo NASA đưa ra vào tháng 10/1968 cho biết vệ tinh gặp sự cố do con quay hồi chuyển, thiết bị điều hướng của vệ tinh, bị lắp đặt sai.

Theo Shapiro, tất cả phụ thuộc vào một trục kim loại nhỏ, gọi là chốt định vị, dùng để đánh dấu hướng lắp con quay chuẩn xác. Nhưng một sự cố xảy ra với chốt định vị khi các kỹ sư thử nghiệm con quay, khiến nó xoay sai 90 độ. Sai sót này đã khiến vệ tinh đi chệch quỹ đạo.

Nimbus-B nổ tung và chìm xuống đáy biển. (Ảnh: NASA).

Trong khi đó, người ta tiếp tục tìm kiếm những mảnh vỡ của Nimbus-B với mục tiêu chính là lấy lại máy phát năng lượng hạt nhân. Những người phụ trách cam đoan hộp nhiên liệu sẽ giữ lượng phóng xạ từ lõi pluton-238 bên trong, nhưng chất đồng vị phóng xạ lại phát ra bức xạ alpha có nguy cơ gây ung thư nên họ không muốn để chúng dưới biển. Hơn nữa, RTG trị giá cả triệu đô la.

Ngày 30/9, tàu ngầm định vị được một số mảnh vỡ của Nimbus-B, nhưng công cuộc tìm kiếm lõi năng lượng hạt nhân vẫn tiếp diễn. Ngày 9/10/1968, sau nhiều tháng tìm kiếm và tốn khoảng 200.000 USD, một nhóm thợ lặn và tàu lặn đã trục vớt chúng thành công lên khỏi đáy biển.

Trong khi công cuộc tìm kiếm và trục vớt xác vệ tinh dưới biển diễn ra, đội ngũ phụ trách nhiệm vụ Nimbus cũng lên kế hoạch cho những bước đi tiếp theo.

Các nhà nghiên cứu, nhà khoa học, thợ cơ khí, kỹ sư và rất nhiều người khác đã cùng làm việc suốt gần 10 năm. "Họ chế tạo các thiết bị, chúng tôi lắp đặt vào vệ tinh, phóng đi và rồi nó lao xuống biển. Bạn sẽ làm gì tiếp đây?", Haas nói. Câu trả lời là "phải thử lại".

Trước tiên Haas kiểm tra chương trình thử nghiệm hệ thống điều khiển vệ tinh. Ông lập tức phát hiện ra một vấn đề: Không có phụ tùng thay thế. Vệ tinh mới được trang bị thêm phụ tùng thay thế hệ thống điều khiển và tái sử dụng lõi hạt nhân pluton-238, tốn kém khoảng 20 triệu đô la.

Ngày 14/4/1969, 11 tháng sau thất bại của Nimbus-B, Nimbus-B2 được phóng lên vũ trụ, trở thành vệ tinh Nimbus thứ ba quay xung quanh Trái Đất. Nimbus-B2 thành công trong việc thu thập dữ liệu mới, giúp các nhà khoa học lần đầu tiên có được thông tin chi tiết về những dao động khí quyển.

Sứ mệnh Nimbus chỉ là một phần nhỏ trong vô số thành tựu rực rỡ của khoa học vũ trụ. Tuy nhiên, các vệ tinh Nimbus cùng hàng nghìn con người tham gia chế tạo, thử nghiệm và dõi theo từng chuyển động của chúng trong vũ trụ đã góp phần không nhỏ giúp công nghệ vệ tinh và ngành khí tượng phát triển như ngày nay.