Phi thuyền Artemis II từ Trái Đất ngắm bay thẳng lên Mặt Trăng, hay bay thế nào?

Tàu Artemis II vượt khỏi quỹ đạo Trái Đất sau cú đốt động cơ kéo dài hơn 7 phút của Mô-đun Dịch vụ Châu Âu (ESM) vào ngày 2/4.

Trong những giờ tiếp theo, con tàu cùng bốn phi hành gia sứ mệnh Artemis 2 bước vào lộ trình đặc biệt mang tên "Quỹ đạo tự do trở về" (Free Return Trajectory). Đây là thiết kế quỹ đạo thông minh, cho phép con tàu quay trở lại Trái Đất bằng lực hấp dẫn tự nhiên ngay cả khi hệ thống động cơ gặp sự cố.

Video quá trình đốt nhiên liệu đưa tàu Orion vào quỹ đạo Trái Đất cao. (Nguồn: NASA)

Giảm tốc độ và "cuộc kéo co" trọng lực

Mặc dù đạt vận tốc cực đại lên tới 39.000 km/h ngay sau khi thoát ly, tàu Artemis II sẽ bắt đầu chậm lại đáng kể trong những giờ tới. Hiện tượng này xảy ra do lực hấp dẫn của Trái Đất vẫn đang liên tục "níu" con tàu lại.

Con tàu sẽ trôi đi bằng quán tính trong không gian sâu, hướng về phía "điểm cân bằng" trọng lực (Lagrange L1) giữa Trái Đất và Mặt Trăng, cách Trái Đất khoảng 322.000 km.

Tại điểm cân bằng này, vận tốc của Orion sẽ giảm xuống mức thấp nhất trong toàn bộ sứ mệnh, chỉ còn khoảng 3.500 km/h.

Tuy nhiên, ngay khi vượt qua ranh giới này, trọng lực của Mặt Trăng bắt đầu chiếm ưu thế, đóng vai trò như một "nam châm khổng lồ" hút con tàu về phía nó và làm vận tốc tăng trở lại.

Bản đồ lộ trình bay chi tiết các mốc quan trọng mà sứ mệnh Artemis II cần đạt được. (Nguồn: NASA)

Đáng chú ý, quỹ đạo của Orion không hướng thẳng vào tâm Mặt Trăng mà được thiết lập để bay cắt ngang qua ở độ cao 10.300 km phía trên bề mặt khuất, hay còn gọi là vùng tối.

Việc bay vòng qua mặt khuất ở khoảng cách này mang lại lợi ích kép, vừa giúp phi hành đoàn quan sát những vùng không gian chưa từng thấy trực tiếp bằng mắt người kể từ năm 1972, vừa giúp tận dụng trọng lực của Mặt Trăng như một chiếc "súng cao su" vũ trụ (Gravity Assist).

Cú ngoặt quỹ đạo này sẽ "hất" con tàu quay về Trái Đất với độ chính xác tuyệt đối. Theo tính toán, khi chạm tới bầu khí quyển Trái Đất ở giai đoạn cuối, Orion sẽ đạt vận tốc khoảng 40.233 km/h (tương đương Mach 32), tạo ra thử thách cực hạn cho tấm khiên nhiệt của tàu.

Tàu vũ trụ Artemis II Orion với Mặt Trăng ở phía xa, được chụp bởi một camera ở đầu một trong những cánh pin mặt trời của nó. (Nguồn: NASA)

Thiết lập nhịp sinh hoạt trong không gian sâu

Khi tàu Orion đi vào lộ trình "vàng" hướng tới Mặt Trăng, bốn phi hành gia sẽ bắt đầu chuyển sang chế độ sinh hoạt và làm việc tiêu chuẩn trong môi trường không gian sâu.

Trong hành trình này, tàu Orion sẽ xuyên qua vành đai bức xạ Van Allen lần thứ hai nhưng với vận tốc lớn hơn nhiều so với lần đầu. Hệ thống cảm biến tiên tiến được lắp đặt khắp khoang tàu sẽ ghi lại chi tiết mức độ ảnh hưởng của bức xạ vũ trụ lên cơ thể người.

Những dữ liệu thực tế này được coi là "kho báu" để NASA và các đối tác thiết kế các biện pháp bảo vệ sức khỏe cho phi hành gia trong các sứ mệnh dài ngày lên Sao Hỏa tương lai.

Một chi tiết kỹ thuật thú vị khác mà đội ngũ điều hành dưới mặt đất phải lưu tâm chính là việc kiểm soát các nhiễu động nhỏ từ chính các hoạt động sinh hoạt của con người. Ngay cả những việc đơn giản như xả khí thải hay xử lý chất thải sinh hoạt cũng tạo ra một lực đẩy phản lực nhẹ, có thể làm thay đổi hướng bay của con tàu.

Do đó, các kỹ sư tại Trung tâm Điều khiển Sứ mệnh luôn theo dõi sát sao từng biến động nhỏ nhất để kích hoạt hệ thống động cơ phản lực (RCS) khi cần thiết, đảm bảo Orion luôn giữ đúng quỹ đạo chính xác tuyệt đối trên hành trình xuyên không gian.