Tàu vũ trụ Trung Quốc sẽ thu thập mẫu đá sao Hỏa để đưa về Trái đất thế nào?

2 giờ trướcBài gốc

Với trọng lượng chỉ 12kg, mô đun này được gắn trên tàu vũ trụ để bắt giữ một hộp chứa mẫu có kích thước gần bằng lon cà phê lớn, theo các nhà nghiên cứu từ Viện Kỹ thuật Hệ thống Hàng không Vũ trụ ở thành phố Thượng Hải (Trung Quốc).

Đầu tiên, đá được thu thập trong thùng chứa từ bề mặt sao Hỏa trước khi được một phương tiện phóng đẩy vào quỹ đạo. Thiết bị sẽ bắt giữ và cố định hộp chứa mẫu, sau đó chuyển nó vào một khoang lưu trữ.

Khoang lưu trữ này sau đó sẽ tách khỏi tàu vũ trụ để thực hiện hành trình trở về Trái đất, các nhà nghiên cứu viết trên tạp chí China Space Science and Technology (Khoa học và Công nghệ Không gian Trung Quốc).

Một nguyên mẫu của thiết bị đã được thử nghiệm, cho thấy khả năng bắt giữ và căn chỉnh hộp chứa mẫu một cách đáng tin cậy, thích ứng với các góc và vị trí khác nhau, rồi chuyển nó một cách mượt mà vào khoang lưu trữ, theo các nhà nghiên cứu.

“Do năng lượng hạn chế để cất cánh từ bề mặt sao Hỏa, nền tảng mang mẫu vật lên quỹ đạo có trọng lượng hạn chế, điều này ngăn cản việc sử dụng các cơ chế kết nối và chuyển giao truyền thống”, các nhà nghiên cứu viết.

Các nhà nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng so với các đề xuất trước đó, thiết kế của Trung Quốc vừa tích hợp hơn vừa nhẹ hơn đáng kể, “mang lại lợi thế so với các hệ thống tương tự của phương Tây”.

Vào tháng 9, các quan chức không gian cấp cao của Trung Quốc đã thông báo rằng sứ mệnh lấy mẫu sao Hỏa Thiên Vấn 3 vẫn đi đúng hướng để thực hiện vào năm 2028, với mục tiêu có khoảng 600 gram đất sao Hỏa vào 2031 từ khu vực Utopia Planitia của hành tinh này hoặc các địa điểm tiềm năng khác.

Utopia Planitia là một khu vực đồng bằng rộng lớn nằm ở bán cầu bắc của sao Hỏa, thuộc về bồn trũng Utopia, khu vực lớn nhất trong ba bồn trũng tác động chính trên hành tinh đỏ cùng với Hellas Planitia và Argyre Planitia. Tên của khu vực này được đặt theo tiếng Latin, có nghĩa là "Cánh đồng Utopia".

Đặc điểm chính của Utopia Planitia

Vị trí và kích thước:

Utopia Planitia trải rộng trên một khu vực khổng lồ, với đường kính ước tính khoảng 3.300km.

Nằm trong tọa độ địa lý từ khoảng 25° đến 55° bắc và 80° đến 120° đông.

Địa hình:

Khu vực này có bề mặt bằng phẳng, nhưng chứa nhiều đặc điểm địa hình nhỏ như hố va chạm, gờ đất, và các cấu trúc dạng mạng lưới.

Đây là một trong những khu vực có dấu hiệu cho thấy có thể từng chứa nước lỏng dưới dạng đại dương hoặc hồ lớn trong quá khứ xa xôi.

Khí hậu và môi trường:

Utopia Planitia là nơi được cho là có chứa băng ngầm dưới bề mặt. Radar từ tàu vũ trụ của NASA đã xác nhận rằng lớp băng này có thể tương đương với một lượng nước lớn, tương tự hồ Superior trên Trái đất.

Điều này làm cho khu vực trở thành mục tiêu quan trọng trong nghiên cứu về khả năng tồn tại của sự sống hoặc khai thác tài nguyên nước trong tương lai.

Sứ mệnh Viking 2

Năm 1976, tàu đổ bộ Viking 2 của NASA (Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ) đã hạ cánh thành công tại Utopia Planitia, trở thành một trong những nhiệm vụ đầu tiên nghiên cứu bề mặt sao Hỏa. Nó cung cấp dữ liệu quan trọng về địa chất và khí hậu của khu vực.

Nghiên cứu và thám hiểm tương lai

Khu vực này đang được Trung Quốc nhắm đến trong sứ mệnh lấy mẫu sao Hỏa Thiên Vấn 3 vì khả năng chứa các mẫu vật đặc trưng của hành tinh, giúp giải mã lịch sử hình thành và khả năng tồn tại nước trên sao Hỏa.

Ý nghĩa khoa học

Utopia Planitia là một trong những khu vực trọng tâm cho các nghiên cứu về sự tiến hóa khí hậu, băng giá và tiềm năng sinh học của sao Hỏa. Bằng chứng về nước đóng băng và các dấu hiệu cổ xưa về nước lỏng khiến nó trở thành một địa điểm tiềm năng cho việc tìm kiếm dấu hiệu của sự sống trong quá khứ hoặc chuẩn bị cho các nhiệm vụ định cư trong tương lai.

Trong khi Mỹ cũng có kế hoạch cho sứ mệnh lấy mẫu sao Hỏa vào những năm 2030, NASA đang xem xét các thiết kế của các công ty vũ trụ sau khi đề xuất ban đầu tỏ ra quá tốn kém và mất thời gian.

Mỹ và Trung Quốc vẫn là hai quốc gia hiếm hoi hạ cánh mềm thành công trên sao Hỏa.

Hạ cánh mềm trên sao Hỏa là quá trình đưa tàu vũ trụ xuống bề mặt sao Hỏa một cách an toàn và nhẹ nhàng, hạn chế tối đa sự va đập và hư hại. Đây là một kỹ thuật rất phức tạp vì môi trường sao Hỏa khắc nghiệt với bầu khí quyển mỏng, lực hấp dẫn yếu và bề mặt gồ ghề.

Để thực hiện hạ cánh mềm, các tàu vũ trụ thường sử dụng nhiều phương pháp kết hợp, bao gồm:

Hệ thống hãm tốc: Giúp giảm tốc độ của tàu vũ trụ khi nó tiến vào bầu khí quyển sao Hỏa. Hệ thống này có thể gồm dù, tấm hãm tốc hoặc động cơ phản lực.

Hệ thống điều hướng: Giúp điều hướng tàu vũ trụ đến vị trí hạ cánh mong muốn và tránh chướng ngại vật. Hệ thống này thường sử dụng camera, radar và lidar.

Hệ thống giảm xóc: Giúp hấp thụ lực va đập khi tàu vũ trụ chạm đất. Hệ thống này có thể bao gồm túi khí, lò xo hoặc bộ giảm chấn thủy lực.

Trung Quốc cũng là quốc gia duy nhất đã thu thập được mẫu đá từ Mặt trăng những năm gần đây. Song việc phóng từ sao Hỏa khó khăn hơn nhiều so với từ Mặt trăng, do lực hấp dẫn và điều kiện khí quyển mạnh hơn.

Những thách thức này đòi hỏi các nhà khoa học phải phát triển một cơ chế mới để bắt được hộp chứa mẫu sao Hỏa khi nó đi vào quỹ đạo.

Trong nghiên cứu, nhóm chuyên gia Trung Quốc đã mô tả phương pháp bắt giữ rồi tiếp xúc: Khi phát hiện hộp chứa mẫu đang bay đến gần, bốn khu vực của thiết bị sẽ hoạt động giống như bốn "cánh tay" linh hoạt kết hợp lại với nhau để tạo thành một không gian bắt giữ an toàn xung quanh nó.

Khi hộp chứa mẫu hoàn toàn đi vào không gian này, một nắp đậy sẽ nhanh chóng đóng lại để đảm bảo nó không bị trôi đi.

Sau đó, các băng chuyền nhỏ trên mỗi bộ phận sẽ phối hợp để tạo ma sát, ổn định, định hướng và dẫn hộp chứa mẫu vào khoang lưu trữ.

Những thử nghiệm về chức năng bắt giữ của thiết bị nguyên mẫu đã được tiến hành và kết quả cho thấy nắp đậy hoàn thành việc đóng chỉ trong 1,5 giây, theo báo cáo của các nhà nghiên cứu.

Các băng chuyền được điều khiển bằng động cơ đã dẫn hộp chứa mẫu thành công vào khoang lưu trữ, với cảm biến laser xác nhận rằng nó đã được cố định và đặt chính xác vào vị trí được chỉ định.

Thiết bị nhẹ này được gắn vào tàu vũ trụ để bắt giữ một hộp chứa mẫu có kích thước gần bằng lon cà phê lớn

Một loạt các cảm biến, hoặc cánh tay và băng chuyền sẽ giữ rồi di chuyển hộp chứa mẫu để đảm bảo nó được cố định đúng cách. Ảnh: Handout

Chuyên gia tự tin Trung Quốc có thể vượt Mỹ trở thành nước đầu tiên lấy mẫu từ sao Hỏa về Trái đất

Cuối tháng 4, Wu Weiren, nhà thiết kế chính của Chinese Lunar Exploration Programme (Chương trình Thám hiểm Mặt trăng Trung Quốc), dự đoán nước này có thể đánh bại Mỹ trong cuộc đua đưa đá từ sao Hỏa về Trái đất. Đây là gợi ý đầu tiên như vậy từ các cơ quan vũ trụ của Trung Quốc.

“Trung Quốc sẽ phóng tàu vũ trụ Thiên Vấn 3 vào khoảng năm 2030 để thực hiện sứ mệnh lấy mẫu sao Hỏa”, Wu Weiren nói trong bài phát biểu quan trọng tại Hội nghị Vũ trụ Trung Quốc ở thành phố Vũ Hán, tỉnh Hồ Bắc.

Wu Weiren, người đồng thời là Giám đốc Phòng thí nghiệm thám hiểm không gian sâu mới thành lập ở thành phố Hợp Phì (tỉnh An Huy), cho biết: “Trước những tiến bộ đang đạt được trên khắp thế giới, chúng tôi dự kiến sẽ trở thành quốc gia đầu tiên lấy mẫu từ sao Hỏa”.

Wu Weiren là quan chức không gian cấp cao đầu tiên của Trung Quốc công khai đưa ra dự đoán như vậy. Ngoài ra, ông tiết lộ Trung Quốc đã bắt đầu lên kế hoạch cho dự án xây dựng phòng thí nghiệm mẫu sao Hỏa đầu tiên trên thế giới.

Sun Zezhou, đồng nghiệp của Wu Weiren và nhà thiết kế chính của sứ mệnh Thiên Vấn 1 năm 2021, vào tháng trước nói rằng tất cả công nghệ chính cần thiết cho Thiên Vấn 3 đều đã sẵn sàng và công việc đang tiến triển suôn sẻ.

“Cho đến nay, chưa có quốc gia nào thực hiện được việc lấy mẫu từ sao Hỏa”, Sun Zezhou nói với Đài truyền hình trung ương CCTV, đồng thời cho biết thêm rằng Trung Quốc phải vượt qua hai thách thức lớn để sứ mệnh Thiên Vấn 3 thành công.

“Một là lấy mẫu đá và sau đó cất cánh từ bề mặt sao Hỏa. Hai là điểm hẹn trên quỹ đạo và chuyển mẫu đến tàu trở về Trái đất. Chúng yêu cầu tàu vũ trụ của chúng ta phải cực kỳ thông minh ở cấp độ thiết kế hệ thống”, Sun Zezhou nói.

Theo Sun Zezhou, khi phân tích những mẫu đá thu được bằng các thiết bị hiện đại trên Trái đất, các nhà khoa học có thể trả lời tốt hơn các câu hỏi cơ bản như liệu còn nước trên sao Hỏa và hành tinh đỏ có tồn tại bất kỳ dạng sống nào trong quá khứ hay không.

Trung Quốc ngày càng có nhiều khả năng trở thành quốc gia đầu tiên thực hiện sứ mệnh lấy mẫu trên sao Hỏa, dù Mỹ có lịch sử khám phá hành tinh đỏ lâu hơn nhiều, từ những năm 1960.

NASA cũng hy vọng sẽ đưa đá sao Hỏa về Trái đất vào khoảng năm 2030. Robot thăm dò Perseverance của NASA đã thu thập được một số mẫu vật trong các ống và đang chờ được lấy đi trên bề mặt sao Hỏa.

Tuy nhiên, ngân sách của chương trình lấy mẫu trên sao Hỏa tăng đột biến, từ khoảng 4 tỉ USD lên 11 tỉ USD, buộc NASA phải từ bỏ kế hoạch ban đầu vào đầu tháng 4, khiến ngày thực hiện sứ mệnh không chắc chắn.

Một đánh giá độc lập vào năm ngoái cho thấy ngay cả khi NASA có đủ khả năng chi trả 11 tỉ USD cần thiết cho sứ mệnh này thì bất kỳ mẫu vật nào cũng sẽ không được đưa trở lại Trái đất cho đến năm 2040.

Bill Nelson, Giám đốc NASA, cho biết cơ quan này đang tìm kiếm đề xuất về những cách nhanh hơn và rẻ hơn để lấy mẫu. “Chúng tôi cần phải nhìn xa hơn để tìm ra hướng đi vừa phải chăng vừa trả lại mẫu trong khung thời gian hợp lý”, ông nói.

Sơn Vân

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/tau-vu-tru-trung-quoc-se-thu-thap-mau-da-sao-hoa-de-dua-ve-trai-dat-the-nao-226172.html