Phát hiện tuyến 'đường tắt' tới Mặt Trăng giúp tiết kiệm chi phí bay vũ trụ

một giờ trướcBài gốc

Hình ảnh Mặt Trăng (trái) và Trái Đất nhìn từ tàu vũ trụ Orion trong sứ mệnh Artemis II, ngày 6/4/2026. Ảnh: THX/TTXVN

Theo trang Daily Mail (Anh), tương tự ngành hàng không, nhiên liệu là một trong những khoản chi lớn nhất của hành trình tới vệ tinh tự nhiên của Trái Đất. Hệ thống Tên lửa đẩy Vũ trụ của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) tiêu thụ hơn 2 triệu lít nhiên liệu cho mỗi lần phóng, với chi phí ước tính khoảng 4 tỷ USD, trong khi tàu Orion còn cần thêm nhiên liệu để thực hiện hành trình tiếp cận và hạ cánh xuống Mặt Trăng.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu hiện đã phát triển một phương pháp toán học mới nhằm xác định những quỹ đạo tiết kiệm nhiên liệu hơn, qua đó có thể giúp các cơ quan vũ trụ cắt giảm đáng kể chi phí.

Trong ngành hàng không vũ trụ, nhiên liệu thường được đo bằng khả năng thay đổi vận tốc của tàu thay vì thể tích, do mỗi loại nhiên liệu có đặc tính khác nhau. Theo nhóm nghiên cứu, tuyến đường mới giúp giảm thêm 58,8 mét/giây mức thay đổi vận tốc cần thiết so với những quỹ đạo hiệu quả nhất từng được biết đến.

Con số này có vẻ không lớn nếu so với tổng mức tiêu hao khoảng 3.342,96 mét/giây của toàn bộ hành trình. Tuy nhiên, Tiến sĩ Allan Kardec de Almeida Júnior thuộc Đại học Coimbra nhấn mạnh: “Trong du hành vũ trụ, mỗi mét/giây đều tương đương với một lượng nhiên liệu khổng lồ”.

Một trong những phương án hiệu quả nhất để tới Mặt Trăng là tận dụng các điểm cân bằng hấp dẫn tự nhiên trong hệ Mặt Trời, gọi là điểm Lagrange.

Tại năm điểm Lagrange, lực hấp dẫn giữa Trái Đất, Mặt Trăng và Mặt Trời đạt trạng thái cân bằng. Điều này cho phép tàu vũ trụ “neo” tại các vị trí đó và di chuyển trong không gian mà hầu như không cần tiếp tục đốt nhiên liệu.

Tuy nhiên, các quỹ đạo quanh điểm Lagrange vốn rất thiếu ổn định. Chỉ một sai lệch cực nhỏ trong hướng bay cũng có thể dẫn tới khác biệt rất lớn về kết quả. Vì vậy, việc tính toán toàn bộ những quỹ đạo khả thi giữa Trái Đất và Mặt Trăng qua điểm Lagrange từ lâu là bài toán cực kỳ phức tạp và tốn thời gian.

Để giải quyết vấn đề này, Tiến sĩ Almeida cùng các cộng sự đã tiên phong áp dụng một khuôn khổ toán học mới mang tên “lý thuyết kết nối hàm số”, giúp đơn giản hóa đáng kể quá trình tính toán.

Nhờ phương pháp này, nhóm nghiên cứu có thể mô phỏng hàng triệu quỹ đạo thay vì chỉ vài nghìn như trước đây, từ đó chọn ra tuyến đường tối ưu nhất.

Trong nghiên cứu, nhóm đã mô phỏng tới 30 triệu phương án khác nhau nhằm tìm ra lộ trình hiệu quả nhất để tới Mặt Trăng.

Kết quả thu được đi ngược quan niệm trước đây rằng tàu vũ trụ nên tiếp cận quỹ đạo dẫn tới điểm Lagrange L1 từ phía gần Trái Đất nhất. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu phát hiện việc tiếp cận từ phía gần Mặt Trăng lại mang lại hiệu quả cao hơn.

Theo nhóm nghiên cứu, với một hệ thống điều khiển phù hợp, tàu vũ trụ có thể duy trì ổn định trên quỹ đạo này gần như vô thời hạn trước khi thực hiện chặng tiếp theo xuống Mặt Trăng.

Tiến sĩ Almeida cho rằng điểm dừng này có thể mở ra triển vọng mới cho ngành du lịch không gian.

Ông cho biết: “Chiến lược được đề xuất trong nghiên cứu cho phép tàu hoạt động quanh điểm L1, nơi hành khách có thể quan sát Trái Đất và Mặt Trăng nằm ở hai phía đối diện của con tàu”.

Theo ông, tàu có thể lưu lại quỹ đạo quanh L1 theo chu kỳ 13 ngày, tạo điều kiện cho việc trung chuyển hành khách giữa Trái Đất và Mặt Trăng. Trong tương lai, khu vực này có thể trở thành một “trạm trung chuyển” phục vụ du lịch vũ trụ, thậm chí hỗ trợ các hoạt động khai khoáng ngoài không gian.

Tiến sĩ Vitor Martins de Oliveira thuộc Đại học São Paulo nhận định phát hiện này chỉ có thể đạt được nhờ khả năng tính toán số lượng phương án khổng lồ.

“Thay vì mặc định rằng lựa chọn gần Trái Đất là tối ưu hơn, chúng tôi sử dụng các phương pháp phân tích nhanh hơn để tìm ra những lời giải phi truyền thống”, ông nói.

Lượng nhiên liệu tiết kiệm thực tế sẽ phụ thuộc vào kích thước tàu vũ trụ, loại nhiên liệu sử dụng, hiệu suất vận hành và khối lượng hàng hóa mang theo. Tuy nhiên, lợi ích sẽ tăng theo quy mô tàu, đồng nghĩa những tàu lớn có thể tiết kiệm được lượng nhiên liệu đáng kể hơn.

Ví dụ, một tàu SpaceX Starship chở đầy hàng hóa với tải trọng tới 100 tấn có thể giải phóng đáng kể dung tích nhiên liệu chỉ bằng cách điều chỉnh nhẹ quỹ đạo tiếp cận Mặt Trăng.

Ngoài yếu tố chi phí, tuyến đường mới còn đặc biệt hấp dẫn vì tàu vũ trụ sẽ luôn nằm trong tầm liên lạc trực tiếp với Trái Đất, giúp trung tâm điều khiển không bị mất kết nối với phi hành gia.

Tiến sĩ de Oliveira cho biết sứ mệnh Artemis 2 từng bị gián đoạn liên lạc trong thời gian ngắn khi tàu di chuyển ra phía sau Mặt Trăng.

“Quỹ đạo mà chúng tôi đề xuất là giải pháp giúp duy trì liên lạc liên tục”, ông nói.

Dù vậy, nhóm nghiên cứu thừa nhận mô hình hiện tại vẫn chưa hoàn toàn sát thực tế do mới chỉ tính đến lực hấp dẫn của Trái Đất và Mặt Trăng, chưa bao gồm ảnh hưởng của Mặt Trời.

Nếu tính thêm tác động từ Mặt Trời, các nhà khoa học có thể tìm ra những quỹ đạo còn hiệu quả hơn nữa, nhưng đổi lại thời điểm phóng sẽ bị giới hạn nghiêm ngặt hơn.

Tiến sĩ Almeida giải thích: “Khi đó, chúng tôi sẽ phải chạy mô phỏng cho từng vị trí cụ thể của Mặt Trời. Ví dụ, nếu mô phỏng cho ngày phóng 23/12, kết quả chỉ phù hợp với các sứ mệnh được phóng đúng ngày đó”.

Vân Khánh/Báo Tin tức và Dân tộc

Nguồn Tin Tức TTXVN : https://baotintuc.vn/khoa-hoc-doi-song/phat-hien-tuyen-duong-tat-toi-mat-trang-giup-tiet-kiem-chi-phi-bay-vu-tru-20260518165151759.htm