Vệ tinh siêu nhỏ CosmoCube sẽ dùng mặt tối của Mặt Trăng để 'nghe lén' vũ trụ sơ khai

Một vệ tinh cỡ nhỏ do Vương quốc Anh phát triển, chỉ tương đương một chiếc vali xách tay, có thể giúp giải đáp một trong những câu hỏi lớn nhất của vũ trụ học: điều gì đã xảy ra trong khoảng 150 triệu năm Bóng tối Vũ trụ, trước khi những ngôi sao đầu tiên xuất hiện? Sứ mệnh CosmoCube sẽ lợi dụng mặt tối của Mặt Trăng làm lá chắn để lọc bỏ nhiễu từ Trái Đất, lắng nghe tín hiệu yếu ớt phát ra từ hydro trong giai đoạn sơ khai này.

Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học thiết kế một sứ mệnh không gian với quy mô nhỏ gọn nhưng nhắm đến một trong những giai đoạn bí ẩn nhất của vũ trụ. Thành công của CosmoCube có thể mở đường cho các thế hệ kính thiên văn vô tuyến giá rẻ đặt quanh Mặt Trăng trong tương lai.

Sứ mệnh 'fortress of solitude' giữa không gian

Tín hiệu mà CosmoCube theo đuổi, được gọi là vạch 21 cm, là bức xạ phát ra từ nguyên tử hydro trong giai đoạn từ sau ánh sáng Big Bang đến Bình minh Vũ trụ (Cosmic Dawn) — thời điểm phản ứng tổng hợp hạt nhân thắp sáng những ngôi sao đầu tiên. Việc phát hiện tín hiệu này từ hơn 13,5 tỷ năm trước cực kỳ khó khăn với kính thiên văn trên mặt đất, bởi tầng điện ly của Trái Đất chặn các tần số phù hợp, trong khi nhiễu từ đài FM, vệ tinh và viễn thông lấn át hoàn toàn.

Vì vậy, Mặt Trăng trở thành giải pháp tự nhiên. Khi CosmoCube bay quanh vùng tối của Mặt Trăng, nó sẽ được che chắn khỏi mọi nhiễu từ Trái Đất trong khoảng 40 phút mỗi vòng quỹ đạo 2 giờ. Trong sứ mệnh kéo dài dự kiến 2 năm, vệ tinh sẽ tích lũy 1.000 giờ dữ liệu về một trong những giai đoạn chưa được khám phá cuối cùng của vũ trụ, giúp chúng ta hiểu cách vũ trụ chuyển từ trạng thái tối tăm và gần như trống rỗng sang sự phức tạp như ngày nay.

"Không có nơi nào khác có thể cung cấp sự che chắn cần thiết để phát hiện tín hiệu yếu ớt như vậy, đồng thời quan sát toàn bộ không gian. Mặt tối của Mặt Trăng thực sự là lựa chọn duy nhất: nó giải quyết nhiều vấn đề cùng lúc, mở ra một cửa sổ rõ ràng đến vũ trụ sơ khai." — Giáo sư Eloy de Lera Acedo, Đại học Cambridge, tác giả chính của nghiên cứu.

Công nghệ thu nhỏ, tham vọng lớn

Khác với các sứ mệnh vũ trụ sâu thường có kích thước khổng lồ, CosmoCube sử dụng nền tảng SSTL-21 do Surrey Space Technology Limited (SSTL) phát triển — chuyên sản xuất vệ tinh nhỏ. Vệ tinh sẽ triển khai một ăng-ten vô tuyến dài và siêu nhẹ, đủ nhạy để bắt tín hiệu 21 cm từ hydro trong vũ trụ sơ khai khi bay ở phía tối Mặt Trăng.

Để đảm bảo độ chính xác tuyệt đối, CosmoCube được trang bị bộ hiệu chuẩn Dicke-switched — một hệ thống liên tục kiểm tra và tự sửa lỗi điện tử bên trong vệ tinh, chuyển đổi giữa bầu trời và các nguồn tham chiếu tích hợp để loại bỏ các nhiễu loạn nhỏ có thể giả dạng tín hiệu vũ trụ. Sau khi dữ liệu được truyền về Trái Đất, nhóm nghiên cứu sẽ sử dụng phương pháp thống kê Bayes tiên tiến để loại bỏ nhiễu nền từ thiên hà của chúng ta.

Một điểm đáng chú ý khác là việc sử dụng RF-Systems-on-Chip (RFSoC) — công nghệ tích hợp toàn bộ hệ thống vô tuyến trên một con chip, giúp giảm đáng kể kích thước và chi phí. Các mô hình thử nghiệm đã được vận hành trong phòng thí nghiệm và trải qua kiểm tra môi trường tại STFC RAL Space.

Cạnh tranh cho 'sự im lặng' của Mặt Trăng

Tuy nhiên, mặt tối của Mặt Trăng có thể không giữ được sự yên tĩnh lâu. Nhiều sứ mệnh từ Mỹ, Ấn Độ và các quốc gia khác đang được lên kế hoạch khai thác vùng không gian đặc biệt này. Điều này đặt ra bài toán về quản lý tần số vô tuyến trong không gian sâu.

Sứ mệnh CosmoCube nhận được tài trợ từ Cơ quan Vũ trụ Vương quốc Anh (UK Space Agency) và dự kiến có thể phóng trong vòng 5 năm tới. Nhóm nghiên cứu đã tham gia chương trình mini-Fast Missions của ESA với mục tiêu chi phí dưới 50 triệu Euro. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Astronomy (DOI: 10.1038/s41550-026-02946-y).

Vệ tinh CosmoCube trong mô phỏng không gian

Ý nghĩa đối với giới nghiên cứu và ngành vũ trụ Việt Nam

Mặc dù sứ mệnh do Anh dẫn đầu, công nghệ chế tạo vệ tinh nhỏ với chi phí thấp và khả năng ứng dụng khoa học cơ bản đang là xu hướng mà nhiều quốc gia đang phát triển, trong đó có Việt Nam, quan tâm. Việc làm chủ các thành phần như RFSoC và kỹ thuật hiệu chuẩn tín hiệu trong môi trường khắc nghiệt có thể là bài học quý giá cho các dự án vệ tinh quan sát Trái Đất hoặc nghiên cứu khoa học vũ trụ trong nước.

"Đây có thể là câu chuyện thành công thực sự của Vương quốc Anh: phần cứng, phần mềm, triển khai và công nghệ đều được phát triển tại đây, và nó có thể giúp chúng ta trả lời một trong những câu hỏi sâu sắc nhất về vũ trụ." — Giáo sư Eloy de Lera Acedo.

Ngoài việc khám phá vũ trụ trước thời kỳ sao đầu tiên, CosmoCube còn tìm hiểu vai trò của vật chất tối — lực bí ẩn giữ các thiên hà lại với nhau. Tín hiệu từ hydro sau Big Bang sẽ giúp các nhà khoa học hiểu cách vật chất tối kéo hydro tụ lại thành những ngôi sao và thiên hà đầu tiên. Với thiết kế nhỏ gọn và chi phí hợp lý, CosmoCube đang chứng minh rằng những khám phá lớn không nhất thiết đòi hỏi những cỗ máy khổng lồ.