– Tôi đang ở đâu, và bây giờ là mấy giờ?

Dung sai: 0,000 000 000 000 000 01

Lần lượt từ mọi tòa tháp của Oxford, những chiếc đồng hồ ngân chuông điểm 15 phút tạo thành một thác thanh âm bất đồng trong hòa hảo.

– Dorothy L. Sayers, Gaudy Night (1935)

Thời gian là khoảng cách dài nhất giữa hai địa điểm.

– Tennessee Williams, The Glass Menagerie (1944)

Hai chiếc tàu kéo đang kéo giàn khoan ngoài khơi Orion, một khối sắt thép nặng 9.000 tấn, vượt Biển Bắc, tới điểm khoan dầu tiếp theo.

Tôi đứng trên đài chỉ huy của tàu kéo trước, một con tàu nhỏ nhưng đặc biệt mạnh mẽ tên là Trailblazer của Hà Lan. Orion, bốn chân chổng lên trời và bập bềnh một cách đáng lo trước những đầu sóng, vừa khoan xong một giếng khí thiên nhiên cách đó gần 10 km. Hiện chúng tôi đang kéo nó tới một nơi mà các nhà địa vật lý ở Chicago đã lựa chọn, một nơi mà đặc điểm địa chất có vẻ hứa hẹn.

Đó là tháng 3 năm 1967, một ngày đầu xuân lạnh căm căm với những cơn gió thổi mạnh từ hướng đông bắc. Tôi mới làm việc trên giàn khoan này được một tháng và chưa tròn 23 tuổi. Giàn khoan này trị giá gần 10 triệu đô-la và Amoco Petroleum đang cho thuê nó với giá 8.000 đô-la/giờ. Lạ nhất là việc đặt nó vào đúng vị trí lại phụ thuộc vào tôi.

Tôi gần như không nhận được hướng dẫn và dụng cụ cần thiết để đảm bảo Orion được hạ đặt chính xác. Tôi có một radio hai chiều để liên lạc với người điều khiển trên giàn khoan. Tôi có tấm hải đồ (số 1408) của Hải quân Anh (Harwich tới Rotterdam và Cromer tới Terschelling) dành cho khu vực này của Biển Bắc. Tôi có một bản đồ địa chất bí mật thể hiện đáy đại dương của khu vực, do một nhóm khảo sát đáy biển của Mỹ vẽ ra, và trên đó ai đó đã đánh một dấu X to màu đỏ để chỉ vị trí mà các nhà quy hoạch Chicago muốn đặt giàn khoan. Viết bằng bút chì bên cạnh dấu X là tọa độ của giàn khoan, đại khái 53°20'45” Bắc, 3°30'45” Đông nhưng có một hai chữ số sau dấu phẩy phần giây.

Quan trọng nhất là thuyền trưởng của tàu kéo còn có một bản đồ đặc biệt, vẽ các đường cong màu đỏ, lục và tím, tuân theo hệ thống điều hướng vô tuyến tân tiến nhất của thời đó: biểu đồ Decca Navigator. Và cũng như các tàu ven biển khác, chúng tôi kết hợp bản đồ này với một máy thu lớn đặt trên một bàn quay cao ngang đầu. Máy thu này, thuê của công ty Decca, bao gồm bốn mặt số, ba trong số đó có bộ phận giống như kim đồng hồ, được sơn phản quang để sử dụng trong đêm.

Máy thu nhận tín hiệu radio truyền từ các trạm radio bờ biển mà Decca xây dựng trên các mỏm đất và vách đá dọc bờ Biển Bắc ở Anh và Đức. Tín hiệu được truyền từng đợt ngắn, phát đi từ trạm chủ và được truyền tiếp bởi các trạm phụ. Khoảng thời gian giữa thời điểm máy thu nhận tín hiệu từ trạm chủ và thời điểm máy thu nhận tín hiệu từ trạm phụ sẽ thay đổi tùy theo khoảng cách giữa máy thu và từng trạm phụ. Căn cứ vào đó, máy tính sơ khởi trong máy thu sẽ tính toán vị trí của máy thu trên bản đồ. Các đồng hồ trên máy thu sau đó sẽ thể hiện vị trí của tàu trên mỗi đường đỏ, lục và tím. Vì đây là các đường giao nhau trên bản đồ, chúng tôi có thể dò trên bản đồ Decca tới địa điểm thực tế, với độ chính xác theo như Decca là trong vòng 182m.

Sau khi xác định giàn khoan đã vào đúng vị trí, tôi có nhiệm vụ báo cho người điều hành khoan qua radio để “Hạ chân!” – và vị thuyền trưởng người Hà Lan thông báo là có một dòng chảy mặt hướng về tây bắc tốc độ 11 km/giờ, nên tôi sẽ phải tính đến chuyện này vì dòng chảy sẽ khiến giàn khoan trôi vài chục mét trong quá trình hạ đặt. Người điều hành khoan ở giàn khoan sẽ ngay lập tức thả bốn bộ chốt và các chân của giàn khoan sẽ đổ sầm xuống đáy biển ở độ sâu 60m. Tiếp đó, chúng sẽ quay và cắm chặt vào lớp đất mềm phía trên, và cùng các neo được hạ xuống sau đó cố định giàn khoan trong suốt các tuần thăm dò sắp tới.

Chúng tôi nhích vào gần. Máy đo độ sâu ra tín hiệu vài giây một lần, độ sâu dưới sống tàu ổn định ở mức 32 sải. Vòm Permi, đối với tôi chỉ là một nhóm đường mơ hồ trên bản đồ địa chất mà các chuyên gia Chicago cho rằng đó là dấu hiệu chứng tỏ sự tồn tại của vòm muối, tiến tới gần. Trong một vài khoảnh khắc, có vẻ giàn khoan đã ở ngay trên vòm, và tôi hồi hộp bấm nút Transmit trên mic của radio, ngẩng đầu nhìn giàn khoan, và bằng một giọng nghiêm trang nhất mà một cậu thanh niên 23 tuổi có thể có, ra lệnh “Hạ chân!”

Một khoảnh khắc sau, tôi thấy rỉ sắt nâu đỏ rơi thành bốn luồng và bốn tòa tháp khổng lồ bằng ống sắt trong thoáng chốc biến mất khỏi tầm mắt, chỉ để lại tiếng rít kim loại chói tai và những cột nước lớn phụt lên. Chúng tôi lệnh cho thủy thủ giàn khoan tháo dây kéo từ tàu của chúng tôi cũng như từ tàu phía sau. Sau đó, chúng tôi cho hai con tàu rời khỏi giàn khoan, dừng lại cách đó khoảng gần 2 km và quan sát chỉ huy giàn khoan điều hành quá trình kích giàn – một lần nữa những tiếng ồn như tiếng búa khoan lại nổi lên, giàn khoan được từ từ nâng lên dọc theo bốn chân, lên và lên cho tới khi nó cách mặt biển 120m và thoát khỏi tác động của sóng và gió bên dưới. Ai đó tắt máy, sự yên lặng bao trùm giàn khoan, chỉ còn tiếng gió hú và tiếng sóng vỗ dập dìu.

Người điều hành khoan lên tiếng trên radio. Anh vừa đọc dữ liệu độ sâu. “Tất cả đều ổn,” anh nói. “Dòng biển đẩy chúng ta đi xa một chút. Chúng ta bị lệch khoảng 60m so với vị trí lý tưởng. Khá tốt đối với một người mới vào nghề. Chicago sẽ thấy ổn với việc này. Đủ tốt rồi. Cậu chợp mắt đi.”

Họ bắt đầu khoan đập tối hôm đó, và khoan liên tục ngày đêm trong ba tuần. Chúng tôi phát hiện khí thiên nhiên ở độ sâu gần 2 km, một luồng hydrocacbon thô dồi dào mà vào thập niên 1960 vẫn được coi là một điều tốt lành. Một tuần sau, chúng tôi đậy nắp giếng, để nó lại cho một nhóm công nhân khác có nhiệm vụ nối đường ống vào nhà máy. Orion và thủy thủ đoàn lên đường cùng một cặp tàu kéo khác để săn tìm dầu khí trên đại dương.

Một thời gian sau, tôi rời giàn khoan, rồi rời công ty, và cuối cùng ra khỏi ngành địa chất dầu khí, nhưng trong nhiều năm, tôi vẫn luôn nhớ mình đã tham gia hạ đặt một giàn khoan 9.000 tấn trên một vòm Permi giữa đại dương dậy sóng, và hạ đặt đủ chính xác để cho phép một giếng khí thiên nhiên mới ra đời.

Chúng tôi đã tiếp cận địa điểm nhắm đến trong bán kính 65 m, một thành tựu đáng tự hào trong suy nghĩ của tôi thời đó. Nhưng lệch đích 60m ngày nay được coi là một thất bại thảm hại. Con người đã có thể định vị các điểm trên mặt đất với độ chính xác tính bằng cen-ti-mét (và sẽ sớm là milimét) nhờ sự trợ giúp của một công nghệ mới thay thế Decca, LORAN, Geo, Transit, Mosaic, cũng như tất cả các hệ thống dẫn đường bằng radio khác thời đó, và thay thế cả kính lục phân[∗], la bàn, crô-nô-mét, cùng các dụng cụ trong đài chỉ huy từng giúp thuyền trưởng xác định vị trí tàu nhiều thế kỷ qua.

Công nghệ đó là GPS.

NGUYÊN LÝ CƠ BẢN của công nghệ mới này vô tình nảy sinh từ sự phát triển của một công nghệ khác.

Vào thứ Hai, ngày 7 tháng 10 năm 1957, tại Baltimore, hai nhà khoa học trẻ, William Guier và George Weiffenbach tới Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng ở Đại học Johns Hopkins trong không khí phấn khích bao trùm cộng đồng khoa học Mỹ về việc lần đầu tiên một mặt trăng nhân tạo đã được đưa lên quỹ đạo Trái đất.

Đó là Sputnik, một khối cầu hợp kim titan bóng loáng nặng 90 kg, đường kính 50 cm mà Liên bang Xô Viết đã phóng lên thứ Sáu tuần trước, trước sự bực dọc của công chúng Mỹ, và hiện đang bay vòng quanh Trái đất 96 phút/lần. Số ra ngày Chủ nhật của tờ New York Times đưa tin (ở trang 193 trong 360 trang) rằng vệ tinh liên tục phát tín hiệu radio từ một máy phát nhỏ. Guier và Weiffenbach (đều là chuyên gia máy tính, công trình gần nhất của họ lần lượt là giả lập bom khinh khí và phổ học vi sóng) tin rằng họ có thể xác định vị trí chính xác của vệ tinh bằng cách ghi lại và phân tích tín hiệu radio của nó.

Nhiều năm tranh cãi giữa các phe cuối cùng đã kết thúc bằng việc công nhận Roger Easton (thứ ba từ trái qua), sinh ở Vermont, đã phát minh ra GPS khi đang làm việc tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ ở Washington, DC (bản quyền hình ảnh thuộc Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ)

Theo đó, họ đã dùng một máy thu radio chuyên dụng trong phòng thí nghiệm để điều chỉnh tần số của Sputnik, lắng nghe chăm chú tín hiệu truyền về đều đặn của nó (một tiếng bíp ở tần số cao, phát ra hai lần dưới một giây) và ghi vào một cuộn băng có độ trung thực cao. Sau đó, họ phân tích tần số của tín hiệu và đúng như họ dự đoán, nghe thấy sự thay đổi rất nhỏ khi vệ tinh bay lên từ đường chân trời, khi vệ tinh di chuyển ngay trên Baltimore, rồi lại khuất sau đường chân trời một lần nữa. Sự thay đổi này là kết quả của hiệu ứng Doppler – điển hình trong sự thay đổi tần số tiếng còi của một con tàu đi ngang qua. Hai nhà vật lý học này là những người đầu tiên chứng minh hiệu ứng Doppler có thể được phát hiện và đo lường được trong tín hiệu vệ tinh.

Ngay sau đó, sử dụng chiếc máy tính mạnh mẽ nhất thời bấy giờ – Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng có sẵn một máy tính Remington UNIVAC mới tinh – hai người họ đã số hóa tín hiệu và căn cứ vào tần số đã được chuyển thành các con số để tính toán khá chính xác khoảng cách tới Sputnik ở mỗi quỹ đạo. Tần số khi vệ tinh ở ngay trên đầu họ là tần số thật của tín hiệu; các thay đổi trong tần số khi nó đi tới gần họ và đi xa khỏi họ (cùng với vận tốc 29.000 km/giờ của vệ tinh) là cơ sở để tính toán khoảng cách từ họ tới vệ tinh.

Các tính toán này (sau đó được ứng dụng thành công vào việc dự đoán quỹ đạo của Explorer I, khi nước Mỹ tham gia vào cuộc chạy đua không gian) đòi hỏi nhiều tuần làm việc của máy tính, và tạo ra một tác động sâu sắc. Tháng 3 năm sau, chủ tịch của Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng, Frank McClure, nhận ra khám phá của hai đồng nghiệp trẻ có thể có ứng dụng toàn cầu.

Ông triệu tập họ tới văn phòng của mình, yêu cầu họ đóng cửa phòng, và nói nếu một người quan sát trên mặt đất có thể xác định chính xác vị trí vệ tinh trên không gian, thì điều ngược lại cũng có thể thực hiện được: từ vị trí của vệ tinh, chúng ta có thể tính toán chính xác vị trí của người quan sát trên mặt đất.

Đây là một kết luận hiển nhiên nhưng Guier và Weiffenbach lại chưa bao giờ nghĩ tới. Họ cũng không nhận ra hệ quả của nó: một hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh dựa trên nguyên lý Doppler có thể đem lại cho tàu thủy, tàu hỏa, ô tô, thậm chí là cả những người dân bình thường – dù làm việc cố định trong văn phòng hay phải di chuyển – điều mà kính lục phân, la bàn, và crô-nô-mét, hay LORAN và Decca, đem lại cho người đi biển: khả năng xác định vị trí hiện tại của mình. Không những thế, nó còn có thể cho họ biết hướng cần di chuyển để tới một điểm cụ thể khác. “Tôi nhận ra,” McClure viết trong một bản ghi mà nhờ đó Guier và Weiffenbach được ghi công, “rằng công trình của họ tạo ra cơ sở cho một hệ thống dẫn đường tương đối đơn giản và có lẽ là khá chính xác.”

Đúng là khá chính xác: Hải quân Hoa Kỳ, nhà tài trợ chính cho Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng của Baltimore, sau một vài tính toán sơ bộ đã nhận định rằng với đủ số vệ tinh, vị trí của một người hoặc vật thể (như tàu thủy hoặc tàu ngầm) có thể được xác định trong bán kính dưới 1km. Và tuy như vậy vẫn không chính xác bằng sai số 200m mà Decca đảm bảo, hệ thống mới có một ưu điểm đặc biệt quan trọng trong bối cảnh Chiến tranh Lạnh. Các hệ thống dựa vào radio như Decca mà các tàu biển và tàu kéo giàn khoan như Trailblazer đang sử dụng thời đó không có tính an toàn cao vì chúng lệ thuộc vào trạm phát sóng mặt đất, và các trạm này luôn có nguy cơ bị kẻ địch can thiệp. Một hệ thống vệ tinh trên không gian về bản chất sẽ nằm ngoài tầm theo dõi, can thiệp, chống phá của địch. Liên Xô, kẻ thù của nước Mỹ thời điểm ấy, sẽ gặp trở ngại không nhỏ nếu muốn quấy rối hay khai thác thông tin từ một hệ thống như vậy.

Đúng lúc đó, Hải quân Hoa Kỳ đang tìm kiếm một phương tiện an toàn, bảo mật, và chính xác để định vị hạm đội tàu ngầm mang đầu đạn hạt nhân, và hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh Doppler ra đời với cái tên Transit. Một vệ tinh nguyên mẫu được phóng thành công vào quỹ đạo năm 1960, và không quá sáu năm sau phát hiện của McClure (bảy năm sau vụ phóng Sputnik) một hạm đội vệ tinh Transit của Hải quân Hoa Kỳ được đưa lên quỹ đạo Trái đất, và hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh đầu tiên chính thức đi vào hoạt động.

Vệ tinh Transit System

Một trong các vệ tinh Transit đời đầu. Được Hải quân Hoa Kỳ phóng lên vào những năm 1950 và 1960, vệ tinh này sử dụng điều hướng Doppler để xác định vị trí tàu ngầm chiến lược của Mỹ trong bán kính 90m. Transit được coi là phiên bản hoạt động được đầu tiên của hệ thống điều hướng vệ tinh mà hậu duệ của nó là Hệ thống định vị Toàn cầu hiện đại, GPS (bản quyền hình ảnh thuộc Bảo tàng Hàng không và Vũ trụ Quốc gia Mỹ, Viện Smithsonian)

15 vệ tinh đã được chế tạo. Hình thức của chúng không thanh nhã lắm, tựa như những con côn trùng với bốn cánh pin mặt trời và một thân dài gắn máy phát có tác dụng giữ ăng-ten luôn hướng về Trái đất. Tại mọi thời điểm, ít nhất ba thiết bị hoạt động cùng lúc trên quỹ đạo cực, cao 960km. Trong khi Trái đất quay bên dưới chúng, chúng quét qua mặt đất và mặt nước, mọc và lặn như mặt trời, và gửi tín hiệu tới máy thu dưới mặt đất, các tín hiệu này sẽ chịu hiệu ứng Doppler khi vệ tinh chuyển động tới gần và ra xa máy thu. Mỗi trạm, được trang bị những máy tính khổng lồ với các cuộn băng quay tới lui, sẽ dự đoán quỹ đạo thực của mỗi vệ tinh khi chúng xuất hiện trên bầu trời, và gửi kết quả qua radio tới các tàu thủy và tàu ngầm cần định vị. Dù có vẻ phức tạp, chậm chạp và chỉ có thể cho kết quả một lần sau vài giờ ở thời gian đầu, hệ thống này cho phép tàu Hải quân Hoa Kỳ ở mọi nơi trên thế giới, mọi thời điểm dù ngày hay đêm, trong mọi thời tiết, biết được tương đối chính xác vị trí của mình.

Trong vòng 15 phút theo dõi một vệ tinh đi qua, tàu có thể định vị với độ chính xác khoảng 90m. Hạm đội tàu ngầm mang đầu đạn hạt nhân Polaris, được trang bị một phiên bản phần mềm tối mật và tiên tiến hơn, được cho là có thể định vị chính xác tới 20m. Hệ thống này chắc chắn bền bỉ hơn[∗] nhiều so với Decca, LORAN và các hệ thống radio khác: Transit được sử dụng tới tận năm 1996, hơn 3 năm liên tiếp. Nó cho phép các tàu thương mại khai thác vào năm 1967 và ở thời kỳ đỉnh cao, nó được sử dụng bởi 80.000 tàu phi hải quân, được coi là “bước tiến lớn nhất trong lĩnh vực điều hướng kể từ sự phát triển của crô-nô-mét,” theo như một giám đốc chương trình phát biểu.

Thế giới di chuyển ngày càng nhanh, vũ khí hạt nhân ngày càng nguy hiểm, kẻ thù ngày càng gian xảo, cơ sở hạ tầng thiết yếu ngày càng đòi hỏi cao và các con số mà Hải quân gọi là chính xác tuyệt đối thực ra chỉ chính xác tương đối (200m, 100m, 60m, 20m). Ngoài ra, định vị chỉ có thể được thực hiện mỗi giờ một lần, và cần ít nhất 15 phút để tính toán. Hệ thống cũng đòi hỏi các trạm mặt đất và các ngân hàng máy tính từ xa, cũng như một tiểu đoàn nhân lực Hải quân, những con người dù được đào tạo tốt đến đâu vẫn có thể mắc lỗi.

Trật tự thế giới mới đòi hỏi một cái gì đó tốt hơn, nhanh hơn, đáng tin cậy hơn, bảo mật hơn, và đặc biệt là chính xác hơn nhiều. Hệ thống điều hướng Doppler, dù tốt và đáng tin cậy, vẫn không thỏa mãn được yêu cầu kỹ thuật của thời đại mới. Năm 1973, Roger Easton, con trai của một bác sĩ, nảy ra ý tưởng về một hệ thống mới có thể thỏa mãn các yêu cầu này. Nó hoạt động theo nguyên lý đo cự ly thụ động dựa trên đặc tính của thời gian và việc đo thời gian của đồng hồ, và về bản chất, nó đơn giản đến khó tin.

Giả sử có hai đồng hồ hoàn toàn đáng tin cậy và chỉ chính xác cùng một thời gian. Giả sử một đồng hồ được đặt ở London và đồng hồ còn lại ở Detroit, và cả hai đồng hồ được kết nối với nhau bằng video, ví dụ như Skype, Facetime hoặc WhatsApp. Ở đây, chúng ta hoàn toàn tin tưởng vào sự chân thực và chính xác của hai đồng hồ và chúng ta biết chắc chúng được đặt để luôn chỉ cùng một thời điểm.

Nếu quan sát tại chỗ sẽ không thấy vấn đề gì. Nhưng người quan sát ở London nhìn vào hình ảnh chiếc đồng hồ ở Detroit trên màn hình sẽ nhận ra một khác biệt nho nhỏ: đồng hồ Detroit có vẻ trễ một chút, chỉ 1/50 của một giây, so với đồng hồ cùng vị trí với anh ta ở London. Nhưng anh biết cả hai đồng hồ này đều chỉ cùng một thời gian. Anh cũng biết tốc độ truyền tín hiệu, chính là tốc độ ánh sáng, là một hằng số. Như vậy sự khác biệt giữa hai đồng hồ chỉ đến từ một biến số duy nhất: khoảng cách giữa Detroit và London mà tín hiệu phải truyền qua.

Roger Easton, làm việc cho một cơ quan của Hải quân Hoa Kỳ, khi ấy là Chi nhánh Ứng dụng Không gian ở Thung lũng Rio Grande, Nam Texas, (và là cha đẻ của “hàng rào không gian” tai tiếng, một tổ hợp khổng lồ các máy dò có khả năng xác định đường đi của bất kỳ vệ tinh nào đi qua bầu trời nước Mỹ) nhận ra sự khác biệt trong thời gian của đồng hồ là một thông tin quý giá. Nó cho ông một con số để tính toán khoảng cách giữa hai thành phố (vì ánh sáng luôn di chuyển với tốc độ không đổi). Trong 1 giây, ánh sáng di chuyển 300.000km. Trong 1/50 giây, ánh sáng di chuyển 6.000km. Như vậy, khoảng cách giữa Detroit và London là 6.000km, và thực tế đúng là như vậy.

Nhận ra điều này, Easton liền thiết kế một thí nghiệm đơn giản và mời các đồng nghiệp sĩ quan hải quân cao cấp tới quan sát. Nhưng ông không sử dụng đồng hồ: vào giữa những năm 1960, các đồng hồ nguyên tử chính xác, tuy đã được phát minh (và sẽ sớm được đề cập tới), vẫn quá cồng kềnh để có thể sử dụng cho thí nghiệm. Thay vào đó, ông dùng một bộ dao động thạch anh và một thiết bị đắt đỏ, phức tạp (nhưng nhỏ và tiện) gọi là maser hydro, có chức năng cho ra một tiêu chuẩn tần số hoàn toàn đáng tin cậy và chính xác không đổi.

Ông chế tạo hai thiết bị như vậy. Ông đặt một chiếc vào trong cốp xe mui trần của một người bạn kỹ sư tên là Matt Maloof; chiếc còn lại được đặt tại trạm hải quân nơi ông làm việc ở Nam Texas. Trong khi những người quan sát đang nhìn màn hình dao động kế trong phòng thí nghiệm, ông yêu cầu Maloof lái xe càng nhanh càng tốt dọc Xa lộ Texas 295, khi ấy chưa hoàn thành và không có xe qua lại. Trong khi xe chạy, tín hiệu từ máy phát trên xe sẽ được chuyển tới bộ dao động đặt tại trạm hải quân có cùng tần số.

Khoảng cách giữa chiếc xe và trạm càng lớn thì sự khác biệt giữa hai bộ dao động càng lớn, và biến số duy nhất là khoảng cách vì tần số và tốc độ truyền tín hiệu không đổi. Các sĩ quan hải quân quan sát chăm chú. Kết quả tính toán được cho ra gần như ngay lập tức và họ có thể xác định chính xác xe của Maloof đang ở xa bao nhiêu, đi nhanh đến đâu, và có vừa đổi hướng không. Họ đặc biệt sửng sốt và thích thú khi con số trên màn hình thay đổi đáng kể khi Maloof chuyển làn. Buổi trình diễn thành công rực rỡ: nó chứng minh rằng: về nguyên tắc, hệ thống điều hướng dựa trên sai phân thời gian có thể hoạt động và hoạt động đơn giản hơn kỳ vọng.

Hải quân nhanh chóng xuất quỹ cho các nghiên cứu tiếp theo – một số tiền nhỏ, không đủ phóng vệ tinh để kiểm nghiệm trong môi trường thế giới thực. Cùng lúc ấy, hàng loạt phương thức định vị khác đang được đưa ra tại các phòng thí nghiệm trên khắp nước Mỹ – trong mớ bòng bong của công nghệ và nhà nghiên cứu này, phải mất một thời gian người ta mới nhận ra đây là một cuộc chạy đua giữa hệ thống Doppler và hệ thống đồng hồ. Cho đến ngày nay vẫn tồn tại những cạnh tranh cay cú giữa những người ủng hộ Roger Easton của Hải quân và những người ủng hộ Bradford Parkinson, một sĩ quan dày dạn kinh nghiệm chiến trận của Không quân[∗]. Đến ngày nay vẫn tồn tại những xì xào về “Mafia GPS” và những cuộc bút chiến trên báo chí giữa hai phe. Nhưng cuối cùng phần thắng thuộc về hệ thống dựa trên đồng hồ của Easton và vào năm 1973, Không lực Hoa Kỳ sau khi giành được quyền kiểm soát từ Hải quân, bắt đầu xây dựng hệ thống vệ tinh mà sau đó trở thành cốt lõi của Hệ thống Định vị Toàn cầu Navstar – sau này được đơn giản hóa thành GPS. Vòng nguyệt quế được trao cho Roger Easton: sau này ông được trao Huân chương Công nghệ Quốc gia và hàng loạt danh hiệu khác, bao gồm việc được đưa tên vào Đại sảnh Danh vọng phát minh Quốc gia với tư cách là nhà phát minh chủ chốt của GPS.

Hệ thống đề xuất vướng phải khá nhiều thách thức kỹ thuật. Để thực hiện các điều chỉnh cần thiết, vệ tinh được phóng lên không gian theo nhiều đợt. Mười vệ tinh của Đợt 1 được phóng lên quỹ đạo từ năm 1978 đến năm 1985; Hệ thống GPS chính thức đi vào hoạt động từ tháng 2 năm 1978 nhưng dành riêng cho quân đội Mỹ. Một số cuộc đột kích quân sự (chẳng hạn vào Libya) được thực hiện với sự hỗ trợ của GPS. Vũ khí và bom được chế tạo với tính năng GPS – bom thông minh như cách gọi hồi ấy. Sau đó, GPS trở thành yếu tố trung tâm trong hoạch định và chiến thuật của toàn bộ cuộc chiến (bắt đầu từ Chiến tranh Vùng Vịnh năm 1991, và các xe tăng dẫn đầu lực lượng quân sự tiến vào Kuwait đều được trang bị máy thu GPS.) Kể từ đó, có 7 vệ tinh GPS được đưa vào quỹ đạo tầm trung, cách mặt đất khoảng 19.000km. 31 vệ tinh trong số đó vẫn đang hoạt động, tất cả đều do Lockheed Martin hoặc Boeing sản xuất, phần lớn được không lực Hoa Kỳ phóng bằng tên lửa Atlas V, chủ yếu từ Mũi Canaveral, và đa phần sau năm 1997. Một số vệ tinh đã “lên lão”. Chúng là xương sống của một hệ thống mà ngày nay được coi là công lợi, do chính phủ Mỹ cung cấp miễn phí.

Bradford Parkinson

Người cạnh tranh danh hiệu cha đẻ của GPS với Easton là đại tá không quân Bradford Parkinson, thường được biết tới với các công trình về chiến trường tự động. Tầm nhìn của ông về GPS mang nặng tính quân sự, trong khi Easton coi GPS là sự kế thừa tất yếu từ các công trình thế kỷ XVIII của John Harrison về kinh tuyến và đồng hồ hàng hải có độ chính xác cao.

GPS ngày nay được coi là một công lợi vì dù thuộc sở hữu của chính phủ Mỹ, nó được mở hoàn toàn cho các mục đích dân sự. Thoạt đầu, nó được xếp vào hàng tối mật, một thành tố trong hệ thống vũ khí hạt nhân chiến lược, với chức năng giúp máy bay mang bom nguyên tử và tàu ngầm mang đầu đạn hạt nhân định vị và nhắm bắn mục tiêu với sai lệch không quá vài mét. Sau khi máy bay Korean Air Lines Flightoon bị Liên Xô bắn hạ khi vô tình đi lạc vào không phận cấm trên Đảo Sakhalin trên hành trình từ Anchorage đến Seoul năm 1983, Ronald Reagan quyết định rằng người dùng dân sự (ban đầu là các hãng hàng không, sau đó là dân thường) cũng phải được sử dụng hệ thống này. Chính phủ Reagan cho rằng dù GPS đem lại ưu thế chiến lược về quân sự, cấm nó phục vụ mục đích dân sự là một việc thiếu đạo đức. Hơn nữa, Liên Xô khi ấy đã bên bờ vực sụp đổ và đang bận rộn xây dựng hệ thống định vị toàn cầu cho riêng mình. (Hệ thống này đang tồn tại và được gọi là GLONASS. Ngoài ra, châu Âu có một hệ thống riêng gọi là Galileo; và hệ thống của Trung Quốc, Beidou, cũng đã đi vào hoạt động và có lẽ sẽ sớm trở nên phổ biến không kém GPS) Hiện tại, GPS vẫn dẫn đầu và sẽ tiếp tục dẫn đầu trong tương lai gần, nếu không có hacker nào xuyên qua hàng rào phòng vệ của Mỹ.

Nhiều năm sau khi GPS được mở cho mục đích dân sự, Bộ Quốc phòng Mỹ phàn nàn rằng dân thường không nên biết chính xác vị trí của Phòng Bầu dục, chắc chắn không nên biết chính xác đến từng mét, yêu cầu Không quân đưa một lỗi vào hệ thống, giảm độ chính xác của nó sao cho dân thường không thể định vị chính xác hơn 45m theo chiều ngang và 90m theo chiều dọc. Nhưng giới hạn này bị hủy bỏ vào năm 2000 theo lệnh của Tổng thống Clinton. Kể từ đó, người dùng trên toàn thế giới có thể sử dụng GPS trong mọi thứ từ ô tô đến điện thoại đến đồng hồ đeo tay đến các thiết bị cầm tay phục vụ các chuyến đi săn hay chạy thuyền buồm, với sai lệch không quá vài mét. Các đoàn khảo sát, sử dụng các máy thu đặc biệt và có thể chờ vệ tinh đi qua – cần ít nhất bốn vệ tinh trong tầm hoạt động để có kết quả đủ tốt, một số nhà khảo sát chờ đến khi họ có thể liên lạc với 12 vệ tinh – có thể định vị sai lệch không quá vài milimét.

Căn cứ Không quân Schriever, Colorado

Căn cứ Không quân Schriever, nằm trên bình nguyên khô hạn của Colorado, là nơi quản lý và điều khiển GPS, một hệ thống thuộc sở hữu của Bộ Quốc phòng Mỹ, trong điều kiện bảo vệ nghiêm ngặt (bản quyền hình ảnh thuộc Căn cứ Không quân Schriever, Không lực Hoa Kỳ)

Toàn bộ hệ thống được điều hành từ Căn cứ Không quân Schriever, một nơi được bảo vệ nghiêm ngặt và nằm trên các bình nguyên bụi bặm dốc về Đông, bên sườn khô của dãy Rocky gần Colorado Spring – gần một boong-ke khổng lồ dưới núi Cheyenne có nhiệm vụ bảo vệ nước Mỹ khỏi các cuộc tấn công hạt nhân. Schriever kiểm soát gần như tất cả vệ tinh của Bộ Quốc phòng, phần lớn trong số đó phục vụ công tác tình báo và là bí mật quân sự. Song sâu bên trong bộ máy hành chính của Không quân, và nằm đằng sau khu phức hợp khổng lồ có nhiều lớp bảo vệ trong căn cứ này, là Đội Vận hành Không gian Thứ hai, còn gọi là 2 SOPS (Second Space Operations Squadron). Nhiệm vụ của họ, dưới khẩu hiệu đặc chất Mỹ “Đường tới Hòa bình”, là quản lý và bảo trì chùm 31 vệ tinh trong hệ thống GPS. Trạm Điều khiển Chủ ở đây kiểm tra hoạt động của tất cả các vệ tinh khi chúng nhô lên từ đường chân trời. Một mạng lưới 16 trạm giám sát trên toàn thế giới đảm bảo tại mọi thời điểm, mỗi vệ tinh được giám sát bởi ít nhất ba người với sự hỗ trợ của các máy tính siêu nhanh và vô số thiết bị điện tử.

Bốn trạm trong số đó có những ăng-ten phức tạp, có khả năng bắn thông tin lên vệ tinh – thông tin về các điều chỉnh ở mức phần triệu giây cho các đồng hồ nguyên tử trong mỗi vệ tinh. Đối với tín hiệu vệ tinh, độ chính xác của vị trí đã quan trọng, độ chính xác của thời gian còn quan trọng hơn, do GPS không chỉ có tác dụng dẫn đường. Các đồng hồ của GPS còn đảm bảo cho nền kinh tế toàn cầu vận hành chính xác tới từng phần triệu giây.

Phòng vận hành thuộc Đội Vận hành Không gian Thứ hai (2 SOPS)

Một kỹ thuật viên trong phòng vận hành của Đội Vận hành Không gian Thứ hai, là cơ quan quản lý 31 vệ tinh GPS cung cấp cho các máy thu trên toàn cầu thông tin định vị và dẫn đường chính xác cao.

Tóm lại, chức năng của hạm đội vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái đất xoay quanh thời gian. Thời gian phát đi của tín hiệu được so sánh với thời gian nhận tín hiệu, hiệu giữa hai con số này là thời gian truyền, và với bốn thời gian truyền của bốn bệ tinh, chúng ta sẽ tính toán được bốn khoảng cách (bằng cách chia cho vận tốc ánh sáng), và dùng phép đạc tam giác để xác định vị trí máy thu, thường trong vòng 5m nhưng độ chính xác sẽ ngày càng tăng và các đồng hồ và tính toán sẽ ngày càng chính xác. Hệ thống GPS của Mỹ cũng như các hệ thống chị em của nó Nga, Trung Quốc, châu Âu vận hành dựa trên các quy tắc hình học rất đơn giản nhưng lại chứa các thiết bị vô cùng tinh vi, đem lại những tính toán chính xác đến kinh ngạc.

Nhiệm vụ của chúng không dừng lại ở việc dẫn tàu cập bến an toàn hay dẫn xe cộ chạy qua những con phố đông đúc giờ cao điểm. Điện thoại di động, nông nghiệp, khảo cổ học, địa kiến tạo học, cứu trợ sau thảm họa, lập bản đồ, chế tạo robot, thiên văn học – tất cả hoạt động con người đòi hỏi thông tin về thời gian và vị trí đều được nâng tầm nhờ sự chính xác ngày càng cao của các công nghệ định vị[∗].

Đó là điều chúng ta thường nghe. Về mặt triết học, đạo đức, tâm lý, trí tuệ, thậm chí về mặt tinh thần, sự lệ thuộc ngày càng lớn của con người vào các thiết bị và kỹ thuật chính xác có những mặt trái. Sự hoài nghi của những người phản đối máy móc ở thế kỷ XVII, của những người tiếc nuối sự mất mát của nghề thủ công và kinh ngạc trước sự kỳ diệu của điện tử, chưa bao giờ được giải đáp ổn thỏa. (Tôi sẽ còn quay lại vấn đề về lợi ích danh nghĩa và lợi ích thực sự của công nghệ chính xác.)

Về phương diện cá nhân, rõ ràng là sau nửa thế kỷ, tôi vẫn cảm thấy bứt rứt vì đã hạ đặt giàn khoan lệch 60m. Phải, nó vẫn hoạt động, vẫn tìm thấy khí thiên nhiên, vẫn thành công, nhưng con số 60m vẫn khiến tôi day dứt khi nhớ lại. Thật không chính xác. Giá mà ngày đó tôi có GPS, một công nghệ lúc ấy đã được các nhà vật lý học ở Baltimore thảo luận khi đánh giá hệ quả của vụ phóng Sputnik. Nếu có GPS, tôi đã có thể đặt giàn khoan không lệch quá 3m, và được thỏa mãn. Thế nhưng, dù ở Baltimore người ta đã nói đến điều hướng vệ tinh cả chục năm, và dù những bước đầu tiên đã được tiến hành phải 20 năm sau các vệ tinh mới được phóng và đem lại cho những người như tôi những công cụ làm việc quý giá.

Nhưng liệu 3m có thực sự tốt hơn đáng kể 60m không? Dù sao, người điều hành giàn khoan cũng nói 60m là “đủ tốt”.

Tôi có một anh bạn người Nhật làm công việc điều hướng trên một tàu nghiên cứu biển sâu tại một số vùng hẻo lánh nhất của tây bắc Thái Bình Dương. Ở đài chỉ huy, anh có một thiết bị tín hiệu GPS liên lạc với 12 vệ tinh – phần lớn iPhone liên lạc với ba hoặc bốn vệ tinh – và nhờ thế có thể biết vị trí của mình chính xác tới 2cm. Không phải 2m hay hai tấc mà là 2cm, giữa biển khơi mênh mông không dấu mốc.

Tôi vẫn nhớ rõ người điều hành khoan Amoco cho rằng 60m là đủ tốt. Khi tôi kể với ông bạn người Nhật về thái độ lạc quan của những người làm việc trên giàn khoan, anh cười. Tất nhiên, anh nói, đó là những năm 1960. Nhưng đó không phải là tôn chỉ của công nghệ chính xác. “Đủ tốt” chắc chắn là không đủ tốt.

Sẽ đến lúc, anh cao giọng nói thêm, cen-ti-mét cũng không đủ tốt và chúng ta sẽ cần biết vị trí của mình trên biển chính xác tới từng milimét. “Không có giới hạn cho sự chính xác, không có điểm cuối cho công cuộc tìm kiếm sự hoàn hảo.”

Những lời anh nói vẫn vang vọng trong tôi, như Kinh thánh của một tôn giáo mới. Cũng có thể là tà giáo, tùy theo cách nhìn.