Bên trong sứ mệnh SMILE: Cách ESA và Trung Quốc lập bản đồ lá chắn từ trường của Trái Đất

Từ quỹ đạo thấp ban đầu, tàu sẽ thực hiện nhiều lần điều chỉnh để tiến tới quỹ đạo elip cao – vị trí tối ưu cho các quan sát khoa học.

Vì sao SMILE quan trọng

Các hiện tượng thời tiết không gian như bão Mặt Trời hay bão từ có thể ảnh hưởng tới vệ tinh, hệ thống định vị GPS, liên lạc vô tuyến và thậm chí cả lưới điện trên Trái Đất.

Tuy nhiên, trước đây các nhà khoa học thường chỉ có dữ liệu từ từng tàu vũ trụ bay xuyên qua các vùng khác nhau của từ quyển. Điều đó khiến việc hiểu toàn bộ quá trình tương tác giữa gió Mặt Trời và Trái Đất trở nên khó khăn.

SMILE giải quyết vấn đề này bằng cách kết hợp chụp ảnh toàn cảnh với đo đạc tại chỗ, cho phép liên kết trực tiếp giữa điều kiện gió Mặt Trời và những thay đổi trong từ quyển hoặc cực quang.

Điểm đặc biệt của sứ mệnh là khả năng chụp ảnh từ quyển bằng tia X mềm. Các tia X này xuất hiện khi ion năng lượng cao từ gió Mặt Trời va chạm với các nguyên tử trung hòa quanh Trái Đất. Nhờ đó, các nhà khoa học có thể “nhìn thấy” những cấu trúc lớn như magnetopause (ranh giới từ quyển) và magnetosheath – điều trước đây chỉ suy ra được khi tàu bay ngang qua khu vực đó.

Bốn thiết bị khoa học trên SMILE

SMILE mang theo bốn thiết bị chính, hoạt động phối hợp để cung cấp bức tranh toàn diện.

Soft X‑ray Imager (SXI)
Kính thiên văn tia X góc rộng dùng để lập bản đồ ranh giới từ quyển. Thiết bị phát hiện tia X sinh ra khi ion gió Mặt Trời tương tác với các nguyên tử trung hòa quanh Trái Đất.

Ultraviolet Imager (UVI)
Máy ảnh tia cực tím ghi lại hình ảnh vành cực quang ở bán cầu Bắc, giúp theo dõi cách cực quang phản ứng khi năng lượng từ gió Mặt Trời thay đổi.

Light Ion Analyzer (LIA)
Thiết bị đo plasma dùng để xác định mật độ, vận tốc và nhiệt độ của các ion nhẹ trong gió Mặt Trời và môi trường plasma quanh Trái Đất.

Magnetometer (MAG)
Từ kế fluxgate đo cường độ và hướng của từ trường tại vị trí tàu, giúp xác định cách áp suất gió Mặt Trời làm biến dạng từ quyển.

Khi kết hợp lại, các thiết bị này cho phép so sánh hình ảnh toàn cầu của từ quyển và cực quang với các phép đo trực tiếp về plasma và từ trường.

Quỹ đạo đặc biệt để quan sát toàn cầu

SMILE hoạt động trên một quỹ đạo elip cao được thiết kế riêng cho nghiên cứu từ quyển.

Các thông số chính gồm:

• Điểm gần Trái Đất nhất (perigee): khoảng 5.000 km
• Điểm xa nhất (apogee): khoảng 121.000 km, gần một phần ba khoảng cách tới Mặt Trăng
• Chu kỳ quỹ đạo: khoảng 51 giờ
• Độ nghiêng quỹ đạo: khoảng 70–98° tùy điều kiện phóng.

Quỹ đạo này cho phép vệ tinh ở độ cao lớn trong phần lớn thời gian của mỗi vòng bay, từ đó thực hiện quan sát liên tục hơn 40 giờ đối với các khu vực rộng lớn của từ quyển và vùng cực quang.

Sự hợp tác giữa ESA, Trung Quốc và Vương quốc Anh

SMILE là một trong những dự án khoa học vũ trụ hợp tác cấp sứ mệnh quan trọng giữa châu Âu và Trung Quốc.

Phân công nhiệm vụ chính gồm:

• ESA cung cấp module tải khoa học, dịch vụ phóng và cơ sở tích hợp – thử nghiệm tàu vũ trụ.
• Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) cung cấp nền tảng tàu vũ trụ, module đẩy và điều hành sứ mệnh.
• Vương quốc Anh đóng vai trò khoa học lớn, đặc biệt thông qua Đại học Leicester, nơi phát triển thiết bị SXI và vận hành trung tâm dữ liệu của sứ mệnh.

Nhờ sự phân chia này, dự án tận dụng được thế mạnh về kỹ thuật, thiết bị và nghiên cứu của nhiều quốc gia.

Thời gian hoạt động và dữ liệu khoa học

SMILE được Ủy ban Chương trình Khoa học của ESA phê duyệt năm 2015 nhằm nghiên cứu tương tác giữa Mặt Trời và Trái Đất bằng kỹ thuật quan sát toàn cầu mới.

Sau khi phóng vào tháng 5/2026, tàu sẽ trải qua giai đoạn kiểm tra hệ thống và nâng quỹ đạo. Dự kiến dữ liệu khoa học thường xuyên sẽ bắt đầu được thu thập vào cuối năm 2026 sau khi hoàn tất hiệu chuẩn thiết bị.

Thời gian hoạt động chính của sứ mệnh khoảng 3 năm, nhưng có thể kéo dài nếu tàu vẫn hoạt động tốt.

Các câu hỏi khoa học mà SMILE muốn giải đáp

Sứ mệnh được thiết kế để trả lời nhiều câu hỏi lớn về môi trường không gian quanh Trái Đất, chẳng hạn:

• Từ quyển phản ứng thế nào khi áp suất và hướng từ trường của gió Mặt Trời thay đổi.
• Năng lượng từ Mặt Trời tạo ra cực quang và bão từ bằng cơ chế nào.
• Các ranh giới như magnetopause di chuyển và biến dạng ra sao trong các cơn bão Mặt Trời.

Bằng cách kết hợp hình ảnh toàn cầu với các phép đo tại chỗ, SMILE có thể mang lại bức tranh đầy đủ nhất từ trước tới nay về cách lá chắn từ trường của Trái Đất bảo vệ hành tinh khỏi bức xạ Mặt Trời.

Đối với các nhà khoa học nghiên cứu thời tiết không gian – và các hệ thống công nghệ phụ thuộc vào môi trường không gian ổn định – dữ liệu từ SMILE có thể giúp cải thiện đáng kể khả năng dự báo ảnh hưởng của các cơn bão Mặt Trời.