NASA phóng cỗ máy 2,4 tỷ đô ra ngoài vũ trụ: Thành hay bại phụ thuộc vào "7 phút kinh hoàng"

Ngày 30/7/2020 đánh dấu thêm một bước đi mới trong hành trình khám phá sao Hỏa của Mỹ nói riêng và loài người nói chung: Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) phóng thành công sứ mệnh thăm dò sao Hỏa mang tên Mars 2020.

Mars 2020 chở theo tàu thăm dò Perseverance Rover (gọi tắt là Perseverance, nghĩa là Kiên trì) trị giá 2,4 tỷ USD, thực hiện 2 nhiệm vụ: (1) Tìm kiếm dấu hiệu sự sống cổ xưa (vi sinh vật cổ đại); và (2) Thu thập các mẫu đất đá khả năng được gửi trở lại Trái Đất để nghiên cứu trong tương lai.

Ngày 18/2/2021, nếu mọi việc diễn ra theo đúng kế hoạch, robot có bánh xe với kích thước như một chiếc ô tô nhỏ sẽ hoàn thành hành trình dài 6 tháng, trải qua quãng đường không gian dài 470.733.120 km và chạm xuống bề mặt Hành tinh Đỏ một cách an toàn.

Nếu thành công, Perseverance sẽ là tàu thám hiểm thứ năm của NASA từng hạ cánh trên sao Hỏa, sau Sojourner (1997), hai tàu thám hiểm Spirit và Opportunity (2004) và Curiosity (2012). "Người thám hiểm mới", được gọi một cách trìu mến là "Percy", sẽ lùng sục khắp hành tinh đầy bụi bặm, các miệng hố va chạm… để tìm bằng chứng về sự sống cổ đại và chuẩn bị con đường cho những du khách (loài người) đổ bộ trong tương lai.

Đó là hy vọng lớn nhất của NASA lúc này. Điều này không có nghĩa là NASA quên đi thực tại khắc nghiệt: Hạ cánh xuống sao Hỏa RẤT KHÓ!

Kể từ khi các quốc gia bắt đầu cố gắng gửi tàu vũ trụ đến Hành tinh Đỏ vào những năm 1960, chỉ 40% sứ mệnh trong số đó thành công. Một số tàu đổ bộ bay tới sao Hỏa không chỉ bị mất tích trong khoảng không đầy bức xạ mà còn bị phá hủy do va chạm không thành công xuống bề mặt hành tinh này.

G. Scott Hubbard, Giáo sư hàng không và du hành vũ trụ tại Đại học Stanford (Mỹ) cho biết: "Luôn luôn có rủi ro trong bất kỳ sứ mệnh tiến đến một thế giới khác ngoài Trái Đất. Chẳng ai có thể tránh được!"

Hơn ai hết, Giáo sư Hubbard biết quá rõ điều này: Ông trở thành giám đốc đầu tiên của chương trình sao Hỏa của NASA vào năm 1999, sau khi 2 sứ mệnh của NASA lên sao Hỏa đều thất bại liên tiếp.

Kể từ đầu thế kỷ 21 này, NASA đã lập một kỷ lục hoàn hảo với các sứ mệnh trên sao Hỏa, một thành tích mà chính Giáo sư Hubbard cho là nhờ thử nghiệm nghiêm ngặt, đầu tư tiền bạc đúng đắn và sự kiên nhẫn hiếm cơ quan nào có được. "Sau mỗi lần thất bại, chúng tôi lại học hỏi được nhiều điều. Xây dựng kinh nghiệm, liên tục tiếp thu cái mới và kết hợp chúng với công nghệ kỹ thuật, NASA sẽ thành công".

NASA sẽ phát trực tiếp cuộc đổ bộ lịch sử này vào ngày 18/2/2021 trên trang web của chương trình Mars 2020 của họ bắt đầu lúc 2:15 chiều Giờ Miền Đông. Quá trình hạ cánh dự kiến ​​sẽ bắt đầu vào khoảng 3:38 chiều Giờ Miền Đông (dự kiến hoàn thành lúc 3:55) (Độc giả muốn xem trực tiếp cuộc đổ bộ vào ngày 18/2/2021 -> Click).

Không giống như những cái ôm ăn mừng và đập tay sau cuộc đổ bộ sao Hỏa thành công của robot tự hành Curiosity vào năm 2012, sự kiện năm 2021 sẽ trầm lắng hơn vì đại dịch Covid-19. Các thành viên thuộc phòng điều khiển sứ mệnh tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL) ở Pasadena, bang California, sẽ được đeo mặt nạ và chỉ một số nhân vật cần thiết có mặt tại JPL.

Đối với hàng ngàn nhà khoa học, những người đã giúp Perseverance đạt được trạng thái tốt nhất để đổ bộ lên sao Hỏa, sự hồi hộp sẽ ở mức cao nhất.

"Sao Hỏa đang dần hiện ra trước mắt. Thời khắc quyết định sắp đến. Điều đó khiến chúng tôi không khỏi mong chờ và lo lắng. Tất cả những gì chúng tôi làm được hiện giờ là tin tưởng vào đồng đội của mình – những nhà khoa học, kỹ sư đã làm việc ngày đêm để Perseverance có thể đáp xuống Hành tinh Đỏ một cách nhẹ nhàng" - Swati Mohan , người đứng đầu chương trình Mars 2020, đóng vai trò là nhà bình luận trực tiếp cuộc đổ bộ của robot tự hành tỷ đô.

7 PHÚT KINH HOÀNG

Sau 6 tháng di chuyển, quá trình thâm nhập bầu khí quyển sao Hỏa, và đổ bộ bề mặt hành tinh này thực sự diễn ra chỉ trong 7 phút. Nhưng vì sao Hỏa ở rất xa Trái Đất, các tín hiệu vô tuyến từ Perseverance mất khoảng 11 phút 22 giây để truyền về phòng điều khiển sứ mệnh. 

Con tàu vũ trụ mang theo Perseverance khi bắt đầu hạ cánh xuống sao Hỏa. Nguồn: NASA / JPL-Caltech

Vì vậy, vào thời điểm phòng điều khiển sứ mệnh nhận được tín hiệu rằng Perseverance đã được đưa đến tầng ngoài bầu khí quyển của sao Hỏa, thì thời gian thực lúc đó sẽ là: Perseverance đã hạ cánh an toàn — hoặc bị rơi và thất bại.

Các nhà khoa học gọi khoảng thời gian thâm nhập và hạ cánh căng thẳng đó là " Bảy phút kinh hoàng ".

Không chỉ giai đoạn đó là phần rủi ro cao nhất trong toàn bộ sứ mệnh, mà sự chậm trễ trong việc truyền liên lạc giữa Trái Đất và sao Hỏa mang đến cho Perseverance một sứ mệnh khác: Đó là phải hạ cánh hoàn toàn tự chủ.

CÁCH PERSEVERANCE ĐỔ BỘ SAO HỎA

Cột mốc quan trọng đầu tiên xảy ra vào khoảng 3:38 chiều theo giờ miền Đông ngày 18/2/2021, khi NASA ước tính họ sẽ biết được rằng khoang lái đã tách ra khỏi tên lửa và phần cứng liên quan của nó.

Mười phút sau, theo kế hoạch, khoang nhỏ chứa Perseverance sẽ thâm nhập bầu khí quyển sao Hỏa và sẽ chịu mức nhiệt nóng khủng khiếp khi di chuyển với vận tốc gần 20.000 km/giờ.

Hình minh họa này cho thấy các sự kiện xảy ra trong những phút cuối cùng của cuộc hành trình kéo dài gần 7 tháng mà tàu thám hiểm Perseverance (Kiên trì) của NASA lên sao Hỏa. Hàng trăm sự kiện quan trọng phải thực hiện hoàn hảo và chính xác đúng thời gian để tàu thám hiểm hạ cánh an toàn trên sao Hỏa vào ngày 18 tháng 2 năm 2021. Nguồn: NASA / JPL-Caltech

Đến một độ cao nhất định, khoang chứa sẽ bật dù khổng lồ. Chiếc dù được thiết kế để giảm tốc nhanh nhất có thể và nhả thiết bị bay chứa Perseverance xuống. Vì khí quyển của sao Hỏa mỏng hơn khí quyển của Trái Đất nên Perseverance phải hạ cánh đặc biệt nhẹ nhàng.

Ở độ cao 21 mét, thiết bị bay sẽ vẫn kết nối với Perseverance bằng hệ thống dây cáp chuyên biệt.

Ngay sau khi bánh xe của tàu tự hành Perseverance chạm đất — vào lúc khoảng 3:55 chiều theo giờ Miền Đông — hệ thống dây cáp này sẽ tự động cắt và tự bay vào không gian. Nhiệm vụ hoàn thành.

VẪN CÓ THỂ THẤT BẠI?

Ngay cả những kế hoạch được chuẩn bị tốt nhất vẫn có thể thất bại. Khi tên lửa bắn gần bề mặt hành tinh, chúng có khả năng khuấy động bụi, đá và cát có khả năng gây hại cho thiết bị. Chưa kể, một sự kiện thời tiết kỳ lạ như một trong những cơn bão bụi khét tiếng trên sao Hỏa có thể khiến mọi thứ trật bánh, mặc dù John Grant (nhà địa chất cấp cao tại Trung tâm Nghiên cứu Trái đất và Hành tinh tại Bảo tàng Hàng không và Vũ trụ Quốc gia Smithsonian - NASM) nói rằng điều này rất khó xảy ra vì NASA đã có sẵn các mô hình để dự đoán khi nào và ở đâu những điều rủi ro này sẽ xảy ra.

Thậm chí, ngay cả khi Perseverance hạ cánh an toàn xuống bề mặt sao Hỏa, điều đó không có nghĩa là Perseverance hoàn toàn ở trong vùng an toàn.

Thiết bị bay thả Perseverance xuống bề mặt sao Hỏa nhẹ nhàng nhất có thể. Nguồn: NASA / JPL-Caltech

Khi robot tự hành Curiosity hạ cánh vào năm 2012, một bộ phận cảm biến gió đã bị hỏng. Các nhà khoa học nghi ngờ rằng những tảng đá bay lên do tên lửa đẩy xuống của tàu lái có thể đã làm hỏng hệ thống dây của cảm biến và gây ra sự cố nhỏ.

Jessica Samuels, Giám đốc sứ mệnh bề mặt của nhóm Mars 2020, nói rằng biện pháp tốt nhất để tránh thảm họa đã diễn ra đó là thử nghiệm và thử nghiệm.

"Chương trình phát triển Mars 2020 có sự tham gia của mọi người từ khắp nơi trên thế giới. Chúng tôi xây dựng các đơn vị khác nhau và căng thẳng kiểm tra mọi thứ" – cô nói.

Chỉ khi Perseverance hạ cánh và gửi bức ảnh đầu tiên về Trái Đất, các nhà khoa học mới có thể thư giãn.

PERSEVERANCE SẼ HẠ CÁNH Ở ĐÂU, TẠI SAO?

Theo kế hoạch, robot tự hành Perseverance của NASA sẽ chạm xuống miệng hố va chạm Jezero , một lưu vực rộng 45 km, nơi có tầm nhìn ngoạn mục ra những vách đá dựng đứng, cồn cát và những cánh đồng rải đá cuội. 

Hình ảnh miệng hố va chạm Jezero (khoang trắng) nơi Perseverance hạ cánh. Đây là một vùng châu thổ sông cổ xưa, nơi có thể chứa các dấu hiệu của sự sống vi sinh vật đã hóa thạch. Nguồn: NASA / JPL-Caltech

Jezero có thể được hình thành do va chạm khi một thứ gì đó va vào bề mặt sao Hỏa hàng tỷ năm trước.

John Grant cho biết, việc chọn một địa điểm hạ cánh cho Perseverance đã khiến các chuyên gia mất 5 năm để thảo luận. Jezero nổi bật vì lịch sử của nó.

Sao Hỏa quá lạnh và khô để có thể tồn tại sự sống ngày nay, nhưng một trong những nhiệm vụ quan trọng của Perseverance là truy tìm dấu hiệu của sự sống cổ xưa trên hành tinh này.

Mariah Baker , một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại NASM, cho biết: "Chúng tôi biết rằng tại một thời điểm, sao Hỏa trông giống với Trái Đất hơn rất nhiều so với những gì nó hiện có. Đó là quá khứ. Công bằng mà nói, sao Hỏa giống như chị em song sinh với Trái Đất thủa sơ khai".

Hàng tỷ năm trước, các nhà khoa học tin rằng Jezero có thể là nơi cư trú của các dạng sống vi sinh vật cổ đại. Địa điểm này mang tất cả các dấu hiệu đặc trưng của việc từng là một vùng châu thổ sông: 3 đến 3,5 tỷ năm trước, nước chảy vào miệng hố va chạm qua các kênh, tích tụ và chảy ra ngoài, lắng đọng các lớp trầm tích có giá trị sau này.

John Grant cho biết, nếu sự sống của vi sinh vật có mặt trong trầm tích, nó có thể đã để lại các dấu vết hóa học về sự hiện diện của nó.

Và Perseverance sẽ tìm kiếm những hóa chất này, mà Hubbard gọi là "dấu vân tay của sự sống".

SO SÁNH VỚI CUỘC ĐỔ BỘ CỦA CURIOSITY NĂM 2012

Khi Curiosity ra mắt vào năm 2012, nó là máy bay thám hiểm tiên tiến nhất được đưa lên sao Hỏa với một biên độ rộng. Ngay từ đầu trong sứ mệnh tới Miệng hố va chạm Gale, tàu thám hiểm đã phát hiện ra các dấu vết hóa học và khoáng chất cho thấy rằng môi trường sao Hỏa từng có các điều kiện cần thiết để duy trì sự sống của vi sinh vật .

Thiết kế của Perseverance trông rất giống với Curiosity, nhưng được trang bị thêm rất nhiều nâng cấp lớn. Phần quan trọng nhất để thâm nhập bầu khí quyển và hạ cánh, thì Perseverance được trang bị tính năng " điều hướng tương đối theo địa hình ".

Mohan nói: "Các nhiệm vụ trước đây chủ yếu dựa vào radar để tìm ra vị trí của chúng so với mặt đất. Mặt khác, tính năng điều hướng tương đối trên địa hình "cho phép Perseverance mở rộng tầm mắt".

Hình minh họa này mô tả robot tự hành Perseverance của NASA, có một số nâng cấp lớn khi so sánh với máy bay Curiosity của năm 2012, hoạt động trên bề mặt sao Hỏa. Nguồn: NASA / JPL-Caltech

Perseverance mang theo một bản đồ chi tiết xác định tất cả các mối nguy hiểm trong miệng hố va chạm Jezero — những tảng đá nguy hiểm, những vách đá dựng. Khi Perseverance quyết định nơi hạ cánh, nó có thể nhìn xuống, hiểu vị trí của nó so với bề mặt, tham khảo bản đồ để điều động một khoảng cách nhỏ và chọn điểm hạ cánh an toàn nhất có thể.

Jezero từng được dự kiến là nơi hạ cánh của tàu Curiosity nhưng đã bị loại bỏ vì cho rằng việc hạ cánh quá rủi ro. Vào thời điểm đó, nhóm của Curiosity ước tính họ sẽ có 80 đến 85% cơ hội hạ cánh xuống Jezero an toàn.

Nhờ khả năng điều hướng địa hình tương đối, các nhà khoa học ước tính rằng Perseverance có 99% cơ hội hạ cánh an toàn.

Mohan nói, điều hướng tương đối theo địa hình, thực sự đã làm cho nó có thể đi đến nơi các nhà khoa học muốn đến, trái ngược với nơi mà các kỹ sư cho là an toàn và khả thi nhất.

SỨ MỆNH TIẾP THEO LÀ GÌ?

Sau khi hạ cánh, Perseverance sẽ tự phát triển, trải qua một số bài kiểm tra nội bộ và sau đó chạy trên bề mặt sao Hỏa. Sứ mệnh kép dài ít nhất 1 năm sao Hỏa (tương đương 687 ngày Trái Đất).

Vài ngày sau khi hạ cánh, Perseverance sẽ gửi lại một số hình ảnh về quá trình thâm nhập và hạ cánh. Thiết bị bay thám hiểm mang theo 19 máy ảnh và tàu đổ bộ của nó (Perseverance) mang thêm 4 máy ảnh nữa — Đây là số lượng máy ảnh lớn nhất từng bay trong một sứ mệnh không gian sâu.

Nếu mọi việc suôn sẻ, các camera được gắn vào tàu đổ bộ sẽ gửi lại hình ảnh có độ phân giải cao về sự trượt dù, hạ cánh của máy bay và các bộ phận quan trọng khác của quá trình vào, xuống và hạ cánh, điều này sẽ giúp các kỹ sư tinh chỉnh quy trình hạ cánh cho các nhiệm vụ trong tương lai.

Perseverance cũng mang theo một chiếc micrô - nghĩa là trong vòng vài ngày sau khi hạ cánh, các nhà khoa học và khán giả sẽ có thể nghe thấy âm thanh của sao Hỏa.

Trong hình minh họa này, Perseverance sử dụng mũi khoan của mình để khoét lõi một mẫu đá trên sao Hỏa. NASA hy vọng sẽ lấy được những mẫu như vậy trong một nhiệm vụ trong tương lai. Nguồn: NASA / JPL-Caltech

Micrô sẽ ghi lại âm thanh khi vào, xuống và hạ cánh, tiếng "bật" của máy ảnh laser của Perseverance đang hoạt động, âm thanh của Perseverance khi đang làm việc và gió thổi của sao Hỏa, cùng những thứ khác. "Có lẽ sẽ không giống như " The Martian " với Matt Damon, nhưng nó sẽ là một thứ hoàn toàn mới," Hubbard nói.

Điều quan trọng đối với các nhiệm vụ trong tương lai, Perseverance cũng sẽ sử dụng cánh tay robot dài 2 mét của mình để thu thập các mẫu từ bề mặt sao Hỏa có thể chứa bằng chứng về sự sống của vi sinh vật cổ đại. Những thứ này sẽ được lưu trữ tại một địa điểm an toàn trên sao Hỏa và NASA hy vọng sẽ đưa chúng trở lại Trái Đất trong một nhiệm vụ trong tương lai – Điều này có nghĩa là Perseverance là chặng mở đầu trên cuộc đua tiếp sức liên hành tinh, tham vọng nhất từ ​​trước đến nay.

Các thử nghiệm trên rover cũng sẽ mở đường cho các nhà thám hiểm sao Hỏa trong tương lai.

Một trong những công cụ mới tinh vi của Perseverance, Thí nghiệm sử dụng tài nguyên oxy tại chỗ trên sao Hỏa , hay còn gọi là MOXIE, hút carbon dioxide từ khí quyển và biến nó thành oxy.

Ngoài ra, NASA cho thử nghiệm trực thăng sao Hỏa (Mars Helicopter) có tên Ingenuity. Ingenuity được ví như sứ giả thực hiện "khoảnh khắc Anh em nhà Wright" - thử nghiệm chuyến bay chạy bằng năng lượng đầu tiên trên Hành tinh Đỏ.

TIỂU KẾT

Sao Hỏa - hành tinh xếp vị trí thứ 4 tính từ Mặt Trời, cách Trái Đất chúng ta ở khoảng cách gần nhất là 54,6 triệu km, khoảng cách xa nhất là 401 triệu km - đang là 'miền đất hứa' mà nhiều chính phủ, công ty tư nhân, tỷ phú hướng đến giống như thời đại khám phá châu Mỹ bằng đường hàng hải thế kỷ 15.

Hành tinh Đỏ sở hữu một loạt đặc điểm khiến các chuyên gia vũ trụ dấy lên tham vọng về một hành tinh có tiềm năng nuôi dưỡng sự sống lớn nhất Hệ Mặt Trời, bao gồm: Là một hành tinh đất đá, có bầu khí quyển mỏng, địa hình tương đồng với 2 vùng cực Trái Đất, chu kỳ tự quay và các mùa khá giống Địa Cầu; Hơn hết, hành tinh mang tên vị thần Chiến tranh trong thần thoại La Mã này còn được cho là từng tồn tại nước và sự sống nguyên thủy.

Tham vọng 'thuộc địa hóa sao Hỏa' đang là đích đến cao nhất của nhiều cường quốc vũ trụ trên thế giới trong bối cảnh nóng lên toàn cầu và tài nguyên cạn kiệt hiện nay. Trong đó, hẳn nhiên Mỹ và NASA là 'đế chế' không thể nằm ngoài cuộc đua độc nhất vô nhị này (bên cạnh còn có Trung Quốc, Nga, châu Âu, Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất (UAE)...).

Bài viết sử dụng nguồn: Smithsonian Magazine, NASA

* Đọc bài cùng tác giả Trang Ly tại đây.