Tại sao chúng ta đã cố tình làm hỏng những vệ tinh đầu tiên

Sự phá hoại có chủ đích

Thực tế là, khi quân đội Hoa Kỳ phóng vệ tinh GPS thử nghiệm đầu tiên vào năm 1977, họ đã cố tình cài đặt đồng hồ nguyên tử của nó chạy chậm hơn bình thường 38 micro giây mỗi ngày. Đó là một thiết bị phần cứng trị giá hàng triệu đô la. Thế nhưng, các kỹ sư đã chủ ý khiến nó chạy sai tốc độ trước khi đưa lên tên lửa.

Bạn có thể nghĩ rằng trong không gian, độ chính xác là tất cả. Chỉ cần nhìn vào bài viết Phép toán sai sót đã khiến con tàu vũ trụ gặp nạn để thấy những sai số tính toán nhỏ nhất có thể phá hủy các nhiệm vụ đắt đỏ như thế nào. Tuy nhiên, trong trường hợp này, các nhà khoa học lại đang cố tình “phá hoại” các phép toán của chính mình.

Lý do chính là Albert Einstein. Thuyết tương đối của ông dự đoán rằng thời gian sẽ trôi nhanh hơn ở nơi có trọng lực yếu hơn. Ở trên quỹ đạo, cách Trái Đất 20.000 km, một chiếc đồng hồ thực sự sẽ chạy nhanh hơn so với đồng hồ đặt dưới mặt đất.

Cuộc tranh luận vật lý vĩ đại

Quay lại những năm 1970, nhiều quan chức quân đội không tin vào thuyết tương đối. Họ cho rằng những lý thuyết Einstein công bố chỉ là những thứ học thuật viển vông, không có chỗ đứng trong kỹ thuật thực tế. Họ lập luận rằng một chiếc đồng hồ nguyên tử tiêu chuẩn sẽ hoạt động hoàn hảo trong không gian.

Các nhà vật lý thì hiểu rõ hơn. Nếu đồng hồ vệ tinh chạy theo tốc độ bình thường ở Trái Đất, hệ thống định vị sẽ thất bại chỉ trong vòng vài phút. Sai số vị trí sẽ tích tụ khoảng 10 km mỗi ngày. Bạn thử tìm một quán cà phê và điện thoại sẽ báo rằng nó đang ở giữa đại dương. Trong vòng một tuần, toàn bộ mạng lưới sẽ trở nên hoàn toàn vô dụng đối với bất kỳ ai đang cố gắng tìm đường.

Một sự thỏa hiệp kỳ lạ

Hai bên đã đạt được một thỏa thuận bất thường. Các kỹ sư đã tích hợp một bộ tổng hợp tần số vào vệ tinh. Thiết bị này cho phép vệ tinh được phóng đi với một tần số “sai” là 10.22999999543 MHz thay vì mức tiêu chuẩn 10.23 MHz.

Họ thiết kế hệ thống sao cho có thể chuyển đổi từ xa. Nếu các nhà vật lý sai, quân đội chỉ cần bật một công tắc và khôi phục lại tần số bình thường. Đó là một canh bạc khổng lồ bằng tiền thuế của người dân chỉ để giải quyết một cuộc tranh luận vật lý.

Bản thân vụ phóng diễn ra rất căng thẳng. Nhóm nghiên cứu tại Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân đã dành nhiều năm để phát triển các đồng hồ nguyên tử sẽ bay lên quỹ đạo. Họ biết các phép toán của mình là chuẩn xác. Nhưng họ cũng hiểu rằng nếu vệ tinh thất bại vì bất kỳ lý do nào khác, quân đội có thể sẽ đổ lỗi cho việc điều chỉnh tần số kỳ lạ đó.

Bật công tắc

Khi Navigation Technology Satellite 2 lên đến quỹ đạo, họ đã kiểm tra lý thuyết nền tảng. Trong 20 ngày đầu tiên, họ để đồng hồ chạy mà không có sự hiệu chỉnh thuyết tương đối.

Đúng như các nhà vật lý dự đoán, việc theo dõi thời gian của vệ tinh đã bị lệch chính xác 38 micro giây mỗi ngày. Các cấp lãnh đạo quân đội đã hoàn toàn kinh ngạc. Hiệu ứng giãn nở thời gian kỳ lạ đó hoàn toàn có thật.

Họ lặng lẽ bật công tắc để kích hoạt sự bù đắp tần số. Việc này đã sửa lỗi “sai sót có chủ đích” kia và giúp vệ tinh đồng bộ với thời gian trên Trái Đất. Nó đã chứng minh rằng thuyết tương đối không chỉ là lý thuyết trên bảng đen, mà là một quy luật vật lý mà các kỹ sư bắt buộc phải tôn trọng.

Thật khó tin khi nghĩ về việc có bao nhiêu công nghệ hiện đại đang dựa trên những hiệu chỉnh vô hình này. Chúng ta thường coi việc các lực vật lý định hình công cụ của mình là điều hiển nhiên, giống như câu chuyện Tại sao tín hiệu GPS đầu tiên lại đến từ lòng đất. Nếu không có sự thỏa hiệp sớm đó, hệ thống định vị toàn cầu có lẽ đã là một thất bại thảm hại.

Mỗi khi bạn kiểm tra bản đồ trên điện thoại, bạn đang dựa vào một lỗi cơ khí có chủ đích được thiết kế để “đánh lừa” các quy luật tương đối. Những lực vô hình nào khác mà chúng ta hiện đang bỏ qua chỉ vì chúng ta chưa thấy chúng có ý nghĩa?