Dự án xây bệ phóng từ tính đưa mẫu vật từ Mặt trăng về Trái đất tiết kiệm chi phí

Hệ thống phóng từ tính sẽ hoạt động theo cùng nguyên lý như động tác ném tạ xích trong môn điền kinh nhưng quay với tốc độ ngày càng tăng trước khi phóng tàu về phía Trái Đất.

Bằng cách tận dụng môi trường độc đáo của Mặt trăng, chẳng hạn như chân không cao và trọng lực thấp, hệ thống này có thể phóng hàng hóa hai lần một ngày với chi phí chỉ bằng khoảng 10% so với các phương pháp vận chuyển hiện có, theo các nhà nghiên cứu từ Viện Kỹ thuật Vệ tinh Thượng Hải.

"Hệ thống này có mức độ sẵn sàng về mặt kỹ thuật tương đối cao. Vì chỉ tiêu thụ điện và không cần bất kỳ nhiên liệu đẩy nào nên quy mô của hệ thống tương đối nhỏ và dễ triển khai. Mục tiêu chính là khai thác và đưa heli-3 trở lại Trái đất để giúp giải quyết cuộc khủng hoảng năng lượng của chúng ta. Dự án cũng sẽ thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ khai thác không gian, phương tiện phóng hạng nặng và trí tuệ nhân tạo (AI)", các nhà nghiên cứu viết trên tạp chí Aerospace Shanghai.

Heli-3, đồng vị nhẹ và ổn định của heli-4 vốn phổ biến hơn, được ca ngợi là nhiên liệu sạch, an toàn và hiệu quả có thể tạo ra năng lượng thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể kiểm soát được.

Theo bài viết trên Aerospace Shanghai, chỉ cần 20 tấn heli-3 là có thể đáp ứng nhu cầu điện hàng năm của Trung Quốc.

Trong khi Trái đất chỉ có khoảng 0,5 tấn heli-3 thì ước tính có khoảng 1 triệu tấn vật liệu này ở đất Mặt trăng, đủ để duy trì nhu cầu năng lượng của thế giới hơn 1.000 năm, bài viết cho biết.

Bài viết không nêu rõ heli-3 được chiết xuất như thế nào và ở dạng nào sẽ trở về Trái đất.

Hệ thống phóng từ tính được đề xuất sẽ sử dụng một cánh tay quay dài 50 mét và một động cơ siêu dẫn nhiệt độ cao để phóng các tàu chứa đầy tài nguyên của Mặt Trăng.

Sau 10 phút, cánh tay quay sẽ đạt đến vận tốc thoát của Mặt Trăng là 2,4km/giây, khoảng 1/6 vận tốc thoát của Trái đất, để đưa nó vào đúng quỹ đạo để trở về Trái Đất.

Bệ phóng từ tính sẽ được cung cấp năng lượng bằng năng lượng mặt trời và năng lượng hạt nhân, với hơn 70% năng lượng được thu hồi sau mỗi lần phóng nhờ thiết kế cho phép động năng được chuyển đổi trở lại thành điện trong giai đoạn giảm tốc sau khi phóng.

Mục tiêu cuối cùng là có thể tính toán góc phóng chính xác trong vòng 0,1 độ để giảm thiểu nhu cầu điều chỉnh sau này trong nhiệm vụ.

Hệ thống phóng từ tính được thiết kế để tồn tại ít nhất 20 năm, nhưng nặng khoảng 80 tấn nên cần phải nhờ tên lửa siêu nặng của Trung Quốc hoạt động trước khi có thể đưa nó lên Mặt trăng.

Nhóm nghiên cứu đứng sau dự án này đã gợi ý rằng hệ thống phóng từ tính có thể là một phần của dự án chung giữa Nga và Trung Quốc nhằm xây dựng một trạm nghiên cứu ở cực nam Mặt trăng vào năm 2035.

Chi phí xây dựng hệ thống phóng từ tính vào khoảng 130 tỉ nhân dân tệ (18,2 tỉ USD), nhưng đồng tác giả của nghiên cứu là Chu Yingzhi nói tại cuộc họp năm ngoái của Hiệp hội Khoa học và Công nghệ Trung Quốc rằng khai thác từ 3 đến 5 tấn heli-3 mỗi năm có thể mang lại doanh thu 100 tỉ nhân dân tệ.

Chu Yingzhi cũng cho biết những thách thức chính với dự án phóng từ tính là lắp đặt nó trên bề mặt Mặt trăng gồ ghề, đảm bảo cánh tay quay ổn định ở tốc độ cao và đảm bảo nó có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ, bức xạ vũ trụ và bụi Mặt trăng.

Ông nói nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu hoàn tất việc phát triển các thành phần chính của hệ thống này vào năm 2030, sau đó là xác minh bề mặt Mặt trăng và triển khai toàn diện vào năm 2045.

Đầu tháng 6, Cơ quan Vũ trụ Quốc gia Trung Quốc thông báo tàu lấy mẫu vật của sứ mệnh Hằng Nga 6 đã vào quỹ đạo Mặt Trăng, ghép nối thành công với tổ hợp tàu quỹ đạo. Theo đó, thùng chứa các mẫu vật đầu tiên được thu thập từ vùng khuất của Mặt trăng đã được chuyển sang tàu lấy mẫu vật một cách an toàn.

Sức mệnh Hằng Nga 6 kéo dài 53 ngày, là nhiệm vụ đầu tiên lấy mẫu đá từ vùng tối của Mặt trăng, nơi luôn luôn quay mặt ra xa với chúng ta vì Mặt trăng bị khóa chặt với Trái đất do lực thủy triều.

Tất cả các mẫu trước đây, được thu thập bởi các sứ mệnh robot hoặc phi hành đoàn từ Mỹ, Liên Xô và Trung Quốc, đều từ phía gần của Mặt trăng.

Tàu vũ trụ Hằng Nga 6 được phóng lên từ sân bay vũ trụ Văn Xương ở đảo Hải Nam, miền nam Trung Quốc vào ngày 3.5.

Tàu vũ trụ đang quay quanh Mặt trăng với mẫu vật quý giá trên khoang và đang chờ thời điểm tốt nhất để bắt đầu hành trình quay trở lại Trái đất.

Sứ mệnh Hằng Nga 6 thu thập các mẫu trên Mặt trăng thông qua hai phương pháp là khoan bằng dụng cụ khoan và khai thác bề mặt bằng cánh tay robot. Các mẫu đá Mặt trăng được thu thập riêng biệt, thực hiện lấy mẫu đa dạng ở nhiều địa điểm.

Camera hạ cánh, camera toàn cảnh, máy dò cấu trúc đất Mặt trăng, máy phân tích phổ khoáng chất Mặt trăng và các trọng tải khác của tàu đổ bộ Hằng Nga 6 đã được khởi động bình thường và hoạt động thăm dò khoa học theo kế hoạch.

Ngoài ra, các thiết bị quốc tế được Hằng Nga 6 mang theo như máy phân tích ion âm bề mặt Mặt trăng của Cơ quan vũ trụ châu Âu (ESA) và máy dò radon Mặt trăng của Pháp đều hoạt động bình thường và thực hiện các nhiệm vụ phát hiện khoa học tương ứng.

Trong số đó, máy dò radon Mặt trăng của Pháp được khởi động trong giai đoạn bay vòng quanh Mặt trăng; máy phân tích ion âm bề mặt Mặt trăng của ESA được khởi động trong khi thực hiện công việc trên bề mặt Mặt trăng. Tấm phản xạ góc laser của Ý gắn trên đỉnh tàu đổ bộ đã trở thành điểm kiểm soát vị trí ở vùng tối của Mặt trăng và có thể được sử dụng để đo khoảng cách.

Sau khi các hạng mục hoàn tất, quốc kỳ Trung Quốc do tàu đổ bộ Hằng Nga 6 mang theo đã được cắm thành công trên vùng tối của Mặt trăng. Đây là lần đầu tiên Trung Quốc treo cờ quốc gia một cách độc lập ở vùng tối của Mặt trăng. Lá cờ được làm bằng vật liệu composite mới với quy trình đặc biệt.

“Nhiếp ảnh gia” đằng sau hình ảnh lịch sử về tàu đổ bộ của sứ mệnh Hằng Nga 6 và quốc kỳ Trung Quốc trên mặt tối phía xa Mặt trăng là rover mini (robot thám hiểm mini bốn bánh thông minh) nặng 5kg, sử dụng phần mềm AI.

Báo China Space Daily của nhà nước Trung Quốc cho biết rover mini được phóng ra khỏi tàu đổ bộ sau khi hoàn thành việc lấy mẫu đá tại Lưu vực Nam Cực-Aitken ở vùng tối của Mặt trăng hôm 3.6. Nó di chuyển tự động trên bề mặt Mặt trăng để tìm góc chụp tốt nhất cho bức ảnh.

Theo báo cáo, rover mini đã điều chỉnh bố cục hình ảnh trước khi chụp lại góc nhìn người thứ ba về sự kết hợp giữa tàu đổ bộ với tàu bay lên (tàu vũ trụ quay trở lại Trái đất) và gửi chúng trở lại Trái đất theo cách hoàn toàn tự động.

Trong bức ảnh được công bố, có thể nhìn thấy dấu vết của rover mini do Học viện Công nghệ Vũ trụ Trung Quốc (CAST) phát triển dưới ánh sáng Mặt trời buổi sáng, cùng tàu đổ bộ, các tấm pin Mặt trời và cánh tay robot, với tàu bay lên nằm phía trên.

Rover mini này nhỏ hơn nhiều so với phiên bản trước là Yutu-1 và Yutu-2 (mỗi robot nặng bằng hai người lớn) nhưng có “khả năng tự động tiên tiến và phần cứng nhẹ, tích hợp cao, là minh chứng cho những đột phá của nhóm về AI”, báo cáo cho biết.

So với việc cất cánh từ Trái đất, tàu vũ trụ Hằng Nga 6 không có hệ thống tháp phóng cố định mà sử dụng tàu đổ bộ làm "tháp tạm thời".

So với Hằng Nga 5 cất cánh từ vùng sáng của Mặt trăng, việc cất cánh từ vùng tối của Hằng Nga 6 được đánh giá là khó hơn rất nhiều khi không thể trực tiếp nhận được sự hỗ trợ đo lường và điều khiển mặt đất. Thay vào đó, nó cần sự hỗ trợ của vệ tinh chuyển tiếp Queqiao-2 và sử dụng các cảm biến đặc biệt được mang theo để đạt khả năng định vị cũng như xác định hướng tự động.

Sau khi thành công đi vào quỹ đạo bay quanh Mặt trăng theo kế hoạch, Hằng Nga 6 kết nối với tổ hợp tàu quay trở lại Trái đất và chuyển giao các mẫu vật.

Tàu Hằng Nga 6, mang theo các mẫu vật đầu tiên được thu thập từ vùng tối của Mặt trăng, đã hạ cánh tại Khu tự trị Nội Mông (miền bắc Trung Quốc) ngày 25.6. Sứ mệnh của con tàu này được đánh giá là một thành tựu chưa từng có trong lịch sử nhân loại về khám phá Mặt trăng.

Các nhà khoa học kỳ vọng trong số các mẫu vật mà tàu Hằng Nga 6 mang về sẽ bao gồm đá núi lửa 2,5 triệu năm tuổi và các vật liệu khác, có thể giúp trả lời những câu hỏi về sự khác biệt địa lý ở hai mặt của Mặt trăng.

Ngày 28.6, Cơ quan Vũ trụ quốc gia Trung Quốc tổ chức lễ bàn giao mẫu vật mang về từ vùng tối Mặt trăng. Qua đo đạc, trọng lượng của các mẫu đất, đá lấy từ vùng tối Mặt trăng nặng 1.935,3 gram.

Sau khi hoàn thành lễ bàn giao, các mẫu đất, đá này được chuyển cho các nhà nghiên cứu của hệ thống ứng dụng mặt đất Trung Quốc lưu trữ, xử lý và nghiên cứu theo kế hoạch. Điều này đánh dấu sứ mệnh Hằng Nga 6 của Trung Quốc chuyển từ giai đoạn triển khai kỹ thuật sang giai đoạn nghiên cứu khoa học.