Tại hẻm núi hoang vắng gần nơi chôn cất Tần Thủy Hoàng, Trung Quốc âm thầm cho chạy 'cỗ máy' sức đẩy 500 tấn: Để làm gì?

Không nhiều người biết rằng, tại một hẻm núi vắng người ở thành phố Tây An - nơi có quần thể lăng mộ Tần Thủy Hoàng nổi tiếng - Trung Quốc đang dần hiện thực hóa một dự án kinh điển (đọc ở phần cuối bài). Dù rằng, tham vọng hiện tại này đã là quá khứ hơn 5 thập kỷ của người Mỹ, nhưng Trung Quốc chắc chắn và độc lập với nước cờ riêng. Và họ có khả năng vượt Mỹ. Hãy xem, đó là gì!

Vào ngày 3/1/2019, tàu đổ bộ Trung Quốc Chang'e-4 (Hằng Nga 4) đổ bộ thành công xuống Mặt Trăng. Vô số miệng núi lửa xuất hiện khi tàu đổ bộ tiếp cận bề mặt vệ tinh Trái Đất.

Su Yan, chịu trách nhiệm tiếp nhận dữ liệu cho cuộc hạ cánh xuống trạm mặt đất Miyun, ở Bắc Kinh, đang chờ đợi - hồi hộp và im lặng cùng nhóm của cô - để tìm những tín hiệu quan trọng cho thấy rằng các cảm biến quang học, laser và vi sóng đã kết hợp hiệu quả với động cơ tên lửa để tạo ra một cuộc đổ bộ lịch sử. "Khi tín hiệu quang phổ hiện rõ, khắp khán phòng nổ lên tiếng reo hò, chúc mừng. Nhiều năm làm việc chăm chỉ đã được đền đáp một cách ngọt ngào nhất", Su Yan nhớ lại.

Chang'e-4 , với sự trợ giúp của một vệ tinh chuyển tiếp quay ở vùng quỹ đạo Mặt Trăng, đã thực hiện một cuộc hạ cánh chưa từng có ở nửa tối Mặt Trăng luôn bị che khuất. Thành tích này đưa Trung Quốc trở thành quốc gia thứ 3 trong lịch sử (sau Mỹ, Liên Xô) đưa tàu đổ bộ Mặt Trăng; đồng thời là quốc gia đầu tiên trên thế giới đổ bộ xuống nửa tối - khu vực mà cả Mỹ và Liên Xô trước đây chưa từng thám hiểm.

Chương trình không gian của Trung Quốc, theo sau chương trình của Mỹ và Liên Xô (nay là của Nga), định hình sẵn tham vọng to lớn về Mặt Trăng của quốc gia châu Á này.

Vào năm 2020, Chang'e-5, một sứ mệnh hoàn trả mẫu Mặt Trăng phức tạp, đã quay trở lại Trái Đất cùng với các vật liệu Mặt Trăng quý hiếm, hoàn thành chương trình Mặt Trăng ba bước "quỹ đạo, hạ cánh và quay trở lại" của Trung Quốc hình thành vào đầu những năm 2000.

Những thành công này, cùng với mối quan tâm khoa học và thương mại quốc tế mới đối với Mặt Trăng, đã khuyến khích Trung Quốc bắt tay vào siêu dự án Mặt Trăng mới dựa trên khả năng mới có được từ chương trình Chang'e.

SIÊU DỰ ÁN MẶT TRĂNG: NGA - TRUNG BẮT TAY

Trạm Nghiên cứu Mặt Trăng Quốc tế (ILRS) là một siêu dự án phức hợp, nhiều giai đoạn mà Cơ quan Quản lý Vũ trụ Quốc gia Trung Quốc (CNSA) hợp tác cùng với Nga. Hai bên đã công bố vào tháng 6/2021 tại St. Petersburg (Nga). Bắt đầu với các nhiệm vụ hạ cánh và quay quanh quỹ đạo Mặt Trăng bằng robot vào những năm 2020, cả Trung Quốc và Nga đều đặt mục tiêu xây dựng một căn cứ Mặt Trăng có người ở vĩnh viễn vào giữa những năm 2030. Các mục tiêu bao gồm khoa học, thăm dò, xác minh công nghệ, khai thác tài nguyên và thương mại, quan sát thiên văn...

1. VIỆC TRUNG QUỐC SẼ LÀM

Cụ thể, ILRS sẽ bắt đầu với giai đoạn trinh sát bằng robot liên tục đến năm 2030; Sử dụng tàu vũ trụ trên quỹ đạo và bề mặt Mặt Trăng để khảo sát các khu vực hạ cánh tiềm năng và các nguồn tài nguyên; Tiến hành các thử nghiệm xác minh công nghệ và đánh giá triển vọng về một căn cứ cuối cùng có phi hành đoàn trên Mặt Trăng.

Giai đoạn này sẽ bao gồm các sứ mệnh của Trung Quốc là Chang'e-4, Chang'e-6 trở về, và Chang'e-7 đầy tham vọng hơn, cũng như tàu vũ trụ Luna của Nga, cùng với các nhiệm vụ tiềm năng từ các đối tác quốc tế muốn tham gia siêu dự án ILRS.

Chang'e-7 sẽ nhắm mục tiêu vào một cuộc đổ bộ xuống cực nam của Mặt Trăng. Sứ mệnh này bao gồm một tàu quỹ đạo, vệ tinh chuyển tiếp, tàu đổ bộ và máy dò. Nó cũng sẽ bao gồm một tàu vũ trụ nhỏ có khả năng "nhảy" để khám phá các miệng núi lửa bị che khuất để lấy bằng chứng về băng nước tiềm năng - một nguồn tài nguyên mà nếu có, có thể được sử dụng trong tương lai cho cả động cơ đẩy và nguồn cung cấp cho các phi hành gia.

CNSA phía Trung Quốc sẽ chọn địa điểm xây dựng căn cứ ILRS thông qua 2 giai đoạn bao gồm:

- Thử nghiệm sử dụng tài nguyên tại chỗ (ISRU) với Chang'e-8, vận chuyển hàng hóa lớn với hạ cánh chính xác và bắt đầu các hoạt động chung giữa các đối tác.

ISRU - trong trường hợp này sử dụng regolith Mặt Trăng (là bụi mịn, đất và đá tạo nên phần lớn bề mặt của Mặt Trăng) để xây dựng và khai thác các nguồn tài nguyên như oxy và nước - sẽ là một bước đột phá lớn. Việc có thể sử dụng các nguồn tài nguyên đã có trên Mặt Trăng có nghĩa là có ít thứ phải 'giao hàng' hơn, với chi phí lớn, từ Trái Đất.

Các kế hoạch của CNSA đối với ILRS của họ liên quan đến một loạt các sứ mệnh, được đặt tên là ILRS-1 đến ILRS-5, hiện được dự kiến từ năm 2031 đến năm 2035. IRLS-1, theo kế hoạch, vào năm 2031 sẽ thiết lập một trung tâm chỉ huy và cơ sở hạ tầng cơ bản. Các nhiệm vụ tiếp theo trong 4 năm tiếp theo sẽ thiết lập các cơ sở nghiên cứu, hệ thống thu thập mẫu, và các khả năng bảo tồn Trái Đất và vũ trụ. Nguồn: JAMES PROVOST/IEEE

- Giai đoạn sử dụng (giai đoạn thứ hai) sẽ bắt đầu vào đầu những năm 2030. CNSA dự kiến triển khai các nhiệm vụ được đánh số ILRS-1 đến 5 từ năm 2031 đến 2035 và dựa vào các phương tiện phóng hạng nặng để thiết lập cơ sở hạ tầng chỉ huy, năng lượng và viễn thông; cơ sở thí nghiệm, khoa học và IRSU; cũng như khả năng quan sát Trái Đất và thiên văn.

2. ĐUA LÊN MẶT TRĂNG - VÌ SAO?

Vào năm 2036, sau khi việc ILRS hoàn thành theo kế hoạch, Trung Quốc sẽ hỗ trợ các sứ mệnh đưa phi hành đoàn lên Mặt Trăng. Giai đoạn này, CNSA cho biết, sẽ có nghiên cứu và thăm dò Mặt Trăng, xác minh công nghệ, mở rộng và bảo trì các mô-đun khi cần thiết.

Các nhân vật cấp cao trong ngành vũ trụ của Trung Quốc đã ghi nhận những khả năng rất lớn của siêu dự án Mặt Trăng, có thể góp phần to lớn vào sự phát triển trên Trái Đất. Vì sao? Vì:

- Mặt Trăng có tài nguyên vô giá: Bên cạnh khả năng chứa băng nước, Mặt Trăng còn chứa vô số bạch kim, đất hiếm, vàng bạc. Trên hết, nó chứa nguyên liệu rất sạch cho hạt nhân.

Ouyang Ziyuan, một nhà hóa học vũ trụ và là một trong những người ủng hộ sứ mệnh khám phá Mặt Trăng của Trung Quốc, ghi nhận trong một cuộc nói chuyện hồi tháng 7/2021 về khả năng khai thác Helium-3 - một tài nguyên cực kỳ vô giá của nhân loại, trong bối cảnh Trái Đất rất hiếm đồng vị Helium này. Helium-3 được mệnh danh là "nhiên liệu siêu lý tưởng cho năng lượng nhiệt hạch hạt nhân".

Các nhà khoa học thuộc Chương trình thám hiểm Mặt Trăng Trung Quốc (CLEP) ước tính, Mặt Trăng chứa từ 1 đến 5 triệu tấn Helium-3 - Điều này có nghĩa là nó có thể giải quyết nhu cầu năng lượng của loài người trong ít nhất khoảng 10.000 năm. Và cái giá của thì vô cùng đắt đỏ. Theo đánh giá của Bộ Năng lượng Mỹ năm 2010, 1 gram Helium-3 có giá đến 15.000 USD, đắt gấp 300 lần so với giá vàng hoặc bạch kim có cùng trọng lượng.

- Một khả năng khác là việc in 3D các tấm pin Mặt Trời ở đường xích đạo của Mặt Trăng, có thể thu năng lượng Mặt Trời để truyền đến Trái Đất bằng tia laser hoặc vi sóng. Trung Quốc đang tiến hành nghiên cứu ban đầu để hướng tới mục tiêu này.

- Cũng như Chương trình Artemis của NASA, Ouyang Ziyuan lưu ý rằng Mặt Trăng là bước đệm để đến các điểm đến khác trong Hệ Mặt Trời, điểm đến gần nhất có lẽ là sao Hỏa.

Và Trung Quốc đang đi những nước cờ chắc chắn hơn bao giờ hết trong hành trình chinh phục Mặt Trăng. Công nghệ trả mẫu từ Chang'e-5 tiếp theo sẽ được sử dụng để thu thập vật liệu từ một tiểu hành tinh gần Trái Đất vào khoảng năm 2024.

Gần cuối thập kỷ này, công nghệ trả mẫu sẽ đóng góp vào khả năng của sứ mệnh sao Hỏa Thiên Vấn 1 (Tianwen-1) với tham vọng chưa từng có: Mang mẫu sao Hỏa về Trái Đất nghiên cứu. Sau đó, việc ILRS phát triển như thế nào sẽ phụ thuộc vào sự thành công và các phát hiện khoa học của việc nghiên cứu mẫu này.

3. QUÁ KHỨ 54 NĂM MỸ - GIẤC MỘNG TƯƠNG LAI TRUNG QUỐC

Trung Quốc đã sẵn sàng triển khai các giai đoạn đầu của kế hoạch ILRS. Long March 5 (Trường Chinh 5) - dòng tên lửa đẩy hạng nặng mạnh nhất Trung Quốc - đã có chuyến bay đầu tiên vào năm 2016 và kể từ đó cho phép quốc gia này thực hiện hàng loạt dự án không gian đáng gờm.

Đơn cử như việc Trung Quốc bắt đầu lắp đặt Trạm Vũ trụ Trung Quốc (CSS), có tên Thiên Cung. Phóng một loạt các sứ mệnh liên hành tinh, lên Mặt Trăng và lên sao Hỏa...

Khái niệm Làng Mặt Trăng do cựu tổng giám đốc Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) Jan Wörner đề xuất.

Để phát triển dòng tên lửa mạnh mẽ này, Trung Quốc đã phải đột phá trong việc sử dụng thuốc phóng đông lạnh và gia công thân tên lửa mới, đường kính rộng hơn.

Tuy nhiên, đột phá này sẽ không đủ cho các nhiệm vụ phóng lớn hơn, yêu cầu tải trọng nặng hơn.

Huang Jun, một giáo sư tại Đại học Beihang (Bắc Kinh) nói rằng: Trung Quốc cần một siêu tên lửa đẩy hạng nặng, chở được nhiều hàng hóa và con người hơn. Do đó, Trường Chinh 9 ra đời là điều rất cần thiết cho tương lai của hàng không vũ trụ Trung Quốc.

Siêu tên lửa đẩy mạnh nhất hành tinh hiện nay đang thuộc về tay người Mỹ. Đó là Saturn-V của NASA (sử dụng từ năm 1967 đến 1973) - 'cỗ máy quái vật' đã đưa phi hành đoàn Apollo 11 đặt những bước chân đầu tiên của nhân loại xuống Mặt Trăng năm 1969.

Saturn-V dài 100 mét, có khả năng phóng khoảng 50 tấn. Và Saturn-V của 54 năm về trước hiện là giấc mơ của người Trung Quốc ấp ủ trong Trường Chinh 9 - thành viên mạnh nhất trong dòng Trường Chinh.

Cơ quan Vũ trụ Quốc gia Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu tính khả thi của loại siêu tên lửa này vào năm 2010. Theo đó, tên lửa Trường Chinh 9 dài 93 mét, có đường kính 9,5 mét, có khối lượng khi cất cánh là 4.140 tấn. Trường Chinh 9 bao gồm bốn tên lửa đẩy đường kính 5 mét, với mỗi tên lửa mang hai động cơ mêtan oxy lỏng 4.800 kilonewton, Học viện Công nghệ Phương tiện phóng Trung Quốc (CALT) thông tin.

Siêu tên lửa này được thiết kế có khả năng nâng 140 tấn lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (LEO) hoặc 50 tấn lên Mặt Trăng và 35 tấn vào quỹ đạo sao Hỏa.

Hiện Trung Quốc đang rục rịch thử nghiệm xây dựng các giai đoạn tên lửa đẩy này. Dự án Trường Chinh 9 yêu cầu chế tạo chính xác các giai đoạn tên lửa mỏng nhưng mạnh, đường kính 10 mét và động cơ mới khổng lồ. Tại Bắc Kinh, các viện động cơ thuộc Tập đoàn Khoa học và Công nghệ Hàng không Vũ trụ Trung Quốc gần đây đã sản xuất một nguyên mẫu kỹ thuật của động cơ hydro / oxy lỏng đốt cháy theo giai đoạn có sức đẩy 220 tấn.

Tại một hẻm núi gần Tây An, phía bắc Trung Quốc (nơi có quần thể lăng mộ Tần Thủy Hoảng), giai đoạn đầu tiên của Trường Chinh 9 đã tiến hành bắn thử nghiệm động cơ dầu hỏa / oxy lỏng hai buồng có sức đẩy 500 tấn. Dự kiến, Trường Chinh 9 sẽ được phóng thử vào năm 2028 và sẽ có chuyến bay đầu tiên vào khoảng năm 2030, chuyến bay này sẽ khởi động các sứ mệnh chế tạo ILRS của robot.

Song song, Trung Quốc tiếp tục nâng cấp Trường Chinh 5 (nhằm đưa người lên Mặt Trăng sinh sống) với động cơ dầu hỏa / oxy lỏng YF-100 và sử dụng 3 lõi tên lửa, theo kiểu tương tự như Falcon Heavy của SpaceX.

Theo kế hoạch, nhiệm vụ của Trường Chinh 5 phiên bản nâng cấp là đưa một phi hành đoàn có khả năng bay sâu vào quỹ đạo Mặt Trăng, nơi nó có thể cập bến với một tàu đổ bộ Mặt Trăng được phóng bởi Trường Chinh 9 trước đó.

CNSA gần đây đã công bố kế hoạch xây dựng căn cứ Mặt Trăng vào những năm 2030, có tên Trạm Nghiên cứu Mặt Trăng Quốc tế (ILRS). Giai đoạn đầu tiên bao gồm việc tạo mẫu, thăm dò và trinh sát các vị trí ILRS có thể có. Nguồn: JAMES PROVOST/IEEE

Bản thân con tàu vũ trụ phục vụ cho dự án Trạm Nghiên cứu Mặt Trăng Quốc tế (ILRS) cũng là phiên bản nâng cấp của tàu Thần Châu - [Tàu Thần Châu hiện đang chở các phi hành gia đến và đi từ quỹ đạo thấp của Trái Đất].

Một vụ phóng thử vào tháng 5 năm 2020 đã xác minh rằng con tàu mới dùng cho ILRS có thể chịu được sức nóng lớn hơn của quá trình quay lại khí quyển ở tốc độ cao hơn từ các quỹ đạo cao hơn, yêu cầu nhiều năng lượng hơn.

Trung Quốc và Nga hiện đang mời tất cả các quốc gia và đối tác quan tâm hợp tác trong dự án ILRS. Tuy nhiên, siêu dự án này sẽ tách biệt với Chương trình Mặt trăng Artemis của Mỹ.

Mỹ từ lâu đã phản đối việc hợp tác với Trung Quốc trong không gian, và những diễn biến địa chính trị gần đây liên quan đến cả Bắc Kinh và Moscow đã khiến mọi thứ trở nên tồi tệ hơn.

Do đó, Trung Quốc và Nga (hiện là đối tác Trạm Vũ trụ Quốc tế) đã coi nhau như những đối tác nằm ngoài thế giới. Brian Weeden - Giám đốc lập kế hoạch chương trình cho Tổ chức Thế giới Bảo mật cho biết: "Lý tưởng nhất là chúng ta sẽ có một liên minh quốc tế gồm các quốc gia làm việc trên căn cứ Mặt Trăng, chẳng hạn như khái niệm Làng Mặt Trăng do cựu tổng giám đốc Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) Jan Wörner đề xuất".

Các chi tiết cuối cùng và các đối tác có thể thay đổi, nhưng về phần mình, Trung Quốc dường như đang tiếp tục tích lũy chuyên môn và công nghệ hiện đại cần thiết để lên Mặt Trăng và ở lại đó trong dài hạn.

Chuyển ngữ từ: IEEE MAGAZINE