[비즈한국] Trong lịch sử khám phá Mặt Trăng gần đây của nhân loại, một khung cảnh đầy cảm hứng vừa được tái hiện. Sau một thời gian dài, con tàu vũ trụ chở con người đã bay ra ngoài Mặt Trăng và trở về Trái Đất an toàn. Có thể nói, một kỷ nguyên mới của việc thám hiểm Mặt Trăng có người lái, vốn đã im ắng suốt nửa thế kỷ qua, cuối cùng đã chính thức bắt đầu. Tuy nhiên, đằng sau thành công của sứ mệnh Artemis 2, vẫn còn tồn tại những trăn trở quan trọng khiến các nhà khoa học và kỹ sư không khỏi lo lắng. Việc quay trở lại Mặt Trăng chắc chắn là một thách thức vĩ đại của nhân loại, nhưng thách thức đó không đơn thuần là lặp lại vinh quang của Apollo trong quá khứ. Artemis đã đặt ra trước mắt chúng ta những bài toán phức tạp hơn, to lớn hơn và nguy hiểm hơn nhiều so với Apollo.
Sự khác biệt lớn nhất giữa sứ mệnh Apollo và sứ mệnh Artemis nằm ở thời gian lưu trú trên Mặt Trăng. Apollo là cuộc thám hiểm tương đối ngắn, chỉ kéo dài từ một đến ba ngày. Các phi hành gia đổ bộ xuống bề mặt Mặt Trăng, thu thập mẫu đá, cắm cờ, để lại dấu chân rồi trở về Trái Đất. Tất nhiên, chỉ riêng điều đó đã là một kỳ tích chưa từng có trong lịch sử nhân loại, nhưng xét về tính chất nhiệm vụ, Apollo chỉ giống như một chuyến ‘ghé thăm’.
Ngược lại, Artemis ngay từ đầu đã được khởi xướng với tư duy về một hệ thống có thể lưu trú dài hạn trên Mặt Trăng. Mục tiêu của Artemis không phải là ghé thăm chớp nhoáng mà là đặt nền móng để con người có thể sống và hoạt động bền vững trên đó. Khái niệm ‘lunar presence’ (sự hiện diện trên Mặt Trăng) dài hạn mà NASA chính thức đề cập, hay nói cách khác là sự tồn tại bền vững của con người trên Mặt Trăng, chính là cốt lõi của kế hoạch này.
Trong tầm nhìn xa vời này, một thời từng được coi là trục quan trọng nhất chính là Lunar Gateway (Trạm cổng Mặt Trăng). Đây là một trạm vũ trụ nhỏ quay quanh Mặt Trăng. Đó là một kế hoạch đầy tham vọng nhằm biến nó thành một điểm trung chuyển kết nối Trái Đất, bề mặt Mặt Trăng và xa hơn nữa là không gian sâu. Theo kế hoạch ban đầu, Gateway dự kiến sẽ quay quanh Mặt Trăng theo một quỹ đạo rất đặc biệt gọi là ‘near-rectilinear halo orbit’ (quỹ đạo hào quang gần thẳng), viết tắt là NRHO. Trên quỹ đạo này, Gateway sẽ tiếp cận gần nhất bề mặt Mặt Trăng khoảng 1.500 km và xa nhất khoảng 70.000 km. Đây là cách vận hành theo quỹ đạo hình elip bị kéo dài theo chu kỳ khoảng một tuần.
Lý do lựa chọn quỹ đạo kỳ lạ này rất rõ ràng. Trước hết, nó thuận lợi cho việc tiếp cận khu vực cực Nam của Mặt Trăng, nơi đang nhận được sự quan tâm lớn nhất trong các chuyến thám hiểm gần đây. Ngoài ra, ngay cả khi đang quay quanh Mặt Trăng, tầm nhìn về phía Trái Đất không bị che khuất hoàn toàn nên có thể duy trì liên lạc ổn định. Do có thể tận dụng trọng lực của cả Mặt Trăng và Trái Đất, nhiên liệu cần thiết để duy trì quỹ đạo trong dài hạn cũng tương đối ít hơn. Nhìn bề ngoài, NRHO có vẻ là một lựa chọn rất thông minh cho việc thám hiểm Mặt Trăng lâu dài.
Tuy nhiên, quỹ đạo elip cực đoan này cũng có những nhược điểm chí mạng. Mỗi khi muốn hạ cánh xuống bề mặt Mặt Trăng, việc di chuyển giữa quỹ đạo Gateway và bề mặt đòi hỏi năng lực thay đổi quỹ đạo đáng kể. Đặc biệt, tại phân đoạn Gateway tiếp cận gần Mặt Trăng nhất, tốc độ cũng là nhanh nhất. Lúc này, nếu tàu đổ bộ muốn cất cánh từ bề mặt Mặt Trăng để rendezvous (gặp gỡ) và cập bến (docking) với Gateway, đòi hỏi kỹ thuật trình độ rất cao. Nói cách khác, Gateway là một cách thông minh để giữ phi hành gia ở lại quanh Mặt Trăng lâu dài, đồng thời cũng là phương thức làm tăng thêm độ khó cho việc đổ bộ xuống Mặt Trăng.
Cuối cùng, vào tháng 3 năm 2026, trước khi phóng Artemis 2, NASA đã sửa đổi đáng kể kế hoạch này. Kế hoạch Gateway trên thực tế đã bị tạm dừng hoàn toàn. Thay vào đó, chiến lược chuyển hướng sang việc hạ cánh trực tiếp lên bề mặt Mặt Trăng để xây dựng căn cứ ngay tại đó. Nói một cách đơn giản, thay vì xây dựng trạm vũ trụ làm căn cứ trung chuyển trước, họ sẽ để lại dấu chân trên bề mặt Mặt Trăng và triển khai cơ sở hạ tầng ngay lập tức.
Cách làm này có thể đẩy nhanh tốc độ khai thác Mặt Trăng làm tiền đồn. Tuy nhiên, vùng đệm an toàn trung gian tương đối sẽ biến mất. Ban đầu, Gateway dự kiến đóng vai trò là một trung tâm hậu cần, một nơi lưu trú an toàn và là trạm bảo dưỡng tàu vũ trụ. Việc bỏ qua giai đoạn đó để lập căn cứ trực tiếp trên bề mặt Mặt Trăng ngay từ đầu có thể là một lựa chọn khắc nghiệt và nguy hiểm hơn. Những thay đổi lớn trong kế hoạch này cũng có khả năng trở thành rủi ro lớn nhất trong các sứ mệnh Artemis tiếp theo.
Vậy tại sao nhân loại lại hướng tới cực Nam của Mặt Trăng thay vì vùng xích đạo hay các khu vực khác? Bởi vì ở đó có ‘mảnh đất vàng’ đáng giá nhất trên Mặt Trăng.
Gần cực Nam của Mặt Trăng có những vùng tối vĩnh cửu, tức là những nơi hầu như không có ánh sáng mặt trời trong hàng tỷ năm. Những nơi như vậy có thể lưu giữ các chất bay hơi, đặc biệt là băng nước do sao chổi hoặc tiểu hành tinh để lại trong một thời gian dài. Gần đây, thông qua phân tích dữ liệu LRO, NASA xác nhận rằng băng có thể phân bố rộng rãi hơn chúng ta nghĩ ở những nơi này. Nếu có thể làm tan chảy lớp băng này thành nước, nó có thể được sử dụng làm nước uống cho các phi hành gia. Ngoài ra, nước có thể được phân tách để lấy hydro làm nhiên liệu tên lửa và oxy làm chất oxy hóa. Nước cũng được sử dụng làm vật liệu che chắn bức xạ. Đây chính là lý do tại sao khu vực xung quanh hố va chạm Shackleton và lưu vực Aitken ở cực Nam Mặt Trăng nhận được nhiều sự chú ý.
Nhưng chính điểm đó lại tạo ra một vấn đề khác. Có băng đồng nghĩa với việc không có ánh sáng mặt trời. Dù có thể có nước nhưng đây là môi trường rất bất lợi cho việc sản xuất điện mặt trời. Vì vậy, gần đây cùng với ý tưởng căn cứ trên Mặt Trăng, NASA đang xem xét các kế hoạch táo bạo, bao gồm cả việc xây dựng cơ sở hạ tầng điện trên bề mặt Mặt Trăng, thực chất là các nhà máy điện hạt nhân. Việc nói rằng sẽ bám trụ và sinh sống trên Mặt Trăng không chỉ đơn thuần là gửi một chiếc tàu đổ bộ. Điều đó có nghĩa là xây dựng một khu vực sinh hoạt hoàn chỉnh với đầy đủ nhà máy điện, kho bãi, cơ sở liên lạc và khu vực sửa chữa.
Ở điểm này, sứ mệnh Artemis trở thành một kế hoạch khổng lồ ở một đẳng cấp khác so với Apollo. Đây không phải là dự án chỉ gửi vài phi hành gia. Artemis thực chất gần giống như việc chuyển nhà đến Mặt Trăng. Cách làm giống như Apollo: chở vài người, một ít thiết bị và vài hộp cơm trưa rồi quay về là điều không thể. Chỉ sau khi vận chuyển hàng hóa nhiều lần, lắp đặt cơ sở hạ tầng trước, mở rộng điện năng và ổn định môi trường làm việc trên bề mặt, việc lưu trú dài hạn mới khả thi.
Do đó, gần đây NASA đang tăng cường hợp tác với nhiều doanh nghiệp tư nhân khác nhau. Vấn đề là các tàu đổ bộ tư nhân có vẻ quá đồ sộ và táo bạo. Tàu đổ bộ Mặt Trăng dựa trên Starship của SpaceX là khái niệm đặt gần như toàn bộ con tàu vũ trụ khổng lồ lên Mặt Trăng. Các tàu đổ bộ do Blue Origin và Northrop Grumman đề xuất cũng là những cấu trúc lớn có chiều cao lên tới 10m. Đặc biệt, tàu đổ bộ Mặt Trăng khổng lồ mà SpaceX hình dung có chiều cao hàng chục mét và còn đề xuất cách thức phi hành gia di chuyển lên xuống giữa đỉnh và sàn bằng thang máy. Tất nhiên, trọng lực của Mặt Trăng yếu hơn Trái Đất nhiều. Nhưng dù vậy, vấn đề an toàn khi con người và thiết bị di chuyển lên xuống từ một tàu đổ bộ cao như vậy vẫn là một rào cản thực tế.
Có lẽ trong tương lai, chúng ta có thể thấy những chiếc xe địa hình Mặt Trăng do các công ty như Toyota hay General Motors chế tạo chạy trên bề mặt Mặt Trăng. Kỷ nguyên quảng cáo vũ trụ, nơi các căn cứ trên Mặt Trăng được dán đầy logo của các doanh nghiệp, có thể sẽ mở ra. Việc nhân loại quay trở lại Mặt Trăng vừa là dự án thám hiểm khoa học do quốc gia dẫn đầu, vừa dần trở thành dự án phụ thuộc sâu sắc hơn vào công nghệ và vốn của các doanh nghiệp tư nhân. Liệu đây có phải là lựa chọn hiệu quả hay là sự phụ thuộc quá nguy hiểm, cần phải được xem xét một cách thận trọng hơn.
Một bài toán quan trọng khác là việc trở về. Việc gửi người lên Mặt Trăng, xây dựng căn cứ và sinh sống trên đó đã khó, nhưng công nghệ đưa các phi hành gia đã hoàn thành nhiệm vụ trở về Trái Đất an toàn cũng là điều bắt buộc. Quá trình trở về Trái Đất vẫn rất nguy hiểm. Viên nang Orion của sứ mệnh Artemis khi trở về Trái Đất tiến vào tầng trên của khí quyển với tốc độ gần Mach 35. Ngay tại khoảnh khắc tiếp xúc với khí quyển, phi hành đoàn phải chịu gia tốc trọng trường tối đa khoảng 3,9g. Plasma với nhiệt độ hàng nghìn độ bao quanh viên nang khiến liên lạc bị gián đoạn trong khoảng 6 phút.
Khi tàu vũ trụ va chạm với khí quyển và giảm tốc độ, động năng khổng lồ của tàu được chuyển thành nhiệt năng thông qua sóng xung kích và gia nhiệt nén. Người ta thường nghĩ quá trình tái nhập khí quyển chỉ đơn thuần là do ma sát với không khí, nhưng thực tế nó phức tạp hơn nhiều. Không khí phía trước tàu vũ trụ bị nén với tốc độ cực lớn khiến môi trường xung quanh trở thành trạng thái plasma. Chính vì điều này, viên nang tái nhập cần một tấm chắn nhiệt có thể chịu được nhiệt độ cực hạn.
Tuy nhiên, công nghệ tấm chắn nhiệt của viên nang Orion vẫn còn những trăn trở và hạn chế. Tấm chắn nhiệt của Orion không đơn thuần là một tấm cách nhiệt ngăn nhiệt. Ngược lại, nó gần như là điều ngược lại. Tấm chắn nhiệt là một lá chắn bảo vệ tự hy sinh để bảo vệ con tàu bằng cách tự đốt cháy và phân hủy một phần. Orion và sứ mệnh Apollo trong quá khứ đã sử dụng một vật liệu gọi là Avcoat. Khi vật liệu này bị đốt nóng mạnh, phản ứng phân hủy hóa học xảy ra bên trong và giải phóng một lượng lớn khí. Khí thoát ra bề mặt tạo thành một loại lá chắn bảo vệ, và lớp than hóa còn lại ở bên ngoài ngăn chặn nhiệt bổ sung xâm nhập vào bên trong viên nang. Nói cách khác, tấm chắn nhiệt của Orion không phải là thiết bị đơn thuần chịu đựng nhiệt độ mà là cấu trúc ngăn chặn nhiệt xâm nhập vào bên trong bằng cách tự đốt cháy chính nó.
Trong sứ mệnh Artemis 1 vừa qua, một vấn đề nghiêm trọng đã xuất hiện ở phương pháp chắn nhiệt này. Artemis 1 đã sử dụng phương pháp gọi là ‘skip entry’ (nhập cảnh kiểu nhảy cóc). Thay vì đi sâu thẳng vào tầng trên của khí quyển, nó đi vào như lướt trên khí quyển, sau đó bật nhẹ trở lại như hòn đá nảy trên mặt nước, rồi cuối cùng mới tái nhập lần cuối. Phương pháp này có lợi cho việc điều chỉnh chính xác vị trí viên nang rơi xuống đại dương. Tuy nhiên, vấn đề đã xảy ra ở phân đoạn giữa đó.
Tấm chắn nhiệt đã bị nung nóng rất dữ dội ngay trong lần nhập cảnh đầu tiên. Khí liên tục thoát ra từ bên trong. Thế nhưng, khi viên nang tạm thời bay ngược ra ngoài khí quyển một lần nữa, lớp than hóa trên bề mặt tấm chắn nhiệt chưa kịp mở rộng hoàn toàn khiến áp suất khí bên trong tích tụ. Cuối cùng, áp suất bên trong liên tục tăng cao và đẩy phần yếu của tấm chắn nhiệt, dẫn đến hiện tượng nứt và bong tróc ở nhiều nơi. Tóm lại, đó không phải là vấn đề do quá nóng, mà là do điều kiện để khí bên trong thoát ra không được hình thành đúng cách khi đi qua phân đoạn nóng vừa phải.
Vì vậy, Artemis 2 đã thử tái nhập theo quỹ đạo hơi khác. Phương pháp mà Artemis 2 chọn được gọi là ‘lofted reentry’. Đây là cách tiếp cận trực tiếp và đơn giản hơn so với skip entry. Điểm mấu chốt nằm ở việc giảm thiểu thời gian áp suất khí tích tụ bên trong tấm chắn nhiệt. Bằng cách giảm thời gian bay ngược ra ngoài khí quyển, họ tránh được tình huống áp suất bên trong tấm chắn nhiệt tích tụ nguy hiểm. Nhờ thay đổi phương pháp này, tấm chắn nhiệt trên Artemis 2 có thể chịu đựng ổn định hơn.
NASA hy vọng cuối cùng có thể tái sử dụng ngay cả viên nang trở về của Artemis nhiều lần. Điều này nhằm giảm chi phí, để có thể đi và về Mặt Trăng thường xuyên hơn và an toàn hơn. Tuy nhiên, để tái sử dụng tàu vũ trụ, độ bền và tính an toàn của tấm chắn nhiệt cần phải phát triển hơn nhiều so với hiện tại. Việc duy trì chất lượng sản xuất tấm chắn nhiệt đồng đều ra sao và liệu có thể tái sử dụng ổn định sau khi thực tế tái nhập hay không vẫn là một bài toán quan trọng còn tồn tại.
Viên nang trở về phải vừa là tàu vũ trụ, vừa phải là một chiếc thuyền. Trong không gian nó là tàu vũ trụ, khi băng qua khí quyển Trái Đất nhanh chóng nó là vật thể bay, và cuối cùng khi đáp xuống biển (splashdown) nó phải là một chiếc thuyền. Trong thời đại Apollo, NASA thực sự đã làm thí nghiệm để phi hành gia ở trong viên nang trôi nổi trên biển trong hai ngày tại Vịnh Mexico. Bởi vì trong trường hợp cứu hộ chậm trễ, viên nang phải trôi nổi trên biển cùng phi hành đoàn tối đa hai ngày. Đôi khi viên nang có thể bị lật. Khi đó, cần phải kích hoạt túi khí để dựng nó lên. Cửa sập phải mở đúng cách trên mặt biển dập dềnh, và phi hành đoàn phải có thể chịu đựng an toàn trong tình trạng say sóng và nắng nóng.
Sứ mệnh Artemis cho thấy một tương lai không xa khi con người tìm lại Mặt Trăng, thậm chí bám trụ và sinh sống trên đó. Nhưng đồng thời, nó cũng làm lộ rõ chúng ta còn phải giải quyết những gì, phải suy nghĩ thận trọng hơn những gì. Liệu có thể cung cấp điện ổn định ở cực Nam Mặt Trăng, nơi ngay cả ánh sáng mặt trời cũng không chạm tới được không? Làm thế nào để lấp đầy khoảng trống của Lunar Gateway, vốn từng định đóng vai trò là điểm trung chuyển? Chiến lược phụ thuộc quá mức vào các doanh nghiệp tư nhân liệu có phải là lựa chọn đúng đắn? Nếu đưa nhiều phi hành đoàn lên Mặt Trăng thường xuyên hơn, liệu viên nang trở về và tàu đổ bộ có đủ sức chịu đựng không? Khi trở về Trái Đất, con người có thể vượt qua địa ngục của áp suất nóng bức và plasma đó an toàn đến mức nào?
Những câu hỏi này không hề tầm thường. Con đường quay lại Mặt Trăng là con đường hướng tới tương lai huy hoàng của nhân loại, nhưng đồng thời cũng là con đường của thực tế lạnh lùng nơi công nghệ, an toàn, chi phí và chiến lược đều đan xen. Trong tương lai, cách thức chúng ta đi lên Mặt Trăng sẽ thay đổi như thế nào? Cuộc sống của các phi hành gia trên Mặt Trăng sẽ sung túc ra sao? Vận mệnh của sứ mệnh Artemis đang vượt qua cả thành công của việc thám hiểm vũ trụ, trở thành một bài kiểm tra quan trọng để đo lường cách thức nhân loại sẽ định cư trong vũ trụ.
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Khi còn nhỏ, sau khi xem ‘Galaxy Express 999’, anh đã nuôi ước mơ truyền bá vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện tại, anh là giáo sư trợ lý tại Khoa Tự do của Đại học Sejong, tham gia vào nhiều hoạt động truyền thông khoa học như giảng dạy và viết lách. Anh đã viết các cuốn sách như ‘Mỗi ngày một mảnh vũ trụ’, ‘Các nhà khoa học vũ trụ tỏa sáng như sao’, ‘Không thể tới nhưng có thể biết’, ‘Những câu hỏi kỳ lạ xuất hiện khi nhìn vào vũ trụ’... và dịch các cuốn sách như ‘Hướng dẫn dành cho người quá giang du hành vũ trụ thực sự’, ‘Sao tôi lại giết sao Diêm Vương’, ‘Quantum Life’, ‘Cosmigraphic’.