Khám phá Curiosity - Siêu xe 2,5 tỉ USD thăm dò Sao Hỏa

Nếu cần tìm một hành tinh có tồn tại sự sống hay xa hơn, có đủ điều kiện cho con người sinh sống sau này, "người láng giềng" Sao Hỏa luôn là một cái tên được nhắc đến rất nhiều. Có những điều kiện tự nhiên gần gũi với Trái đất, sao hỏa đôi khi được cho có hoặc chí ít là đã từng tồn tại sự sống. Một điểm quan trọng hơn, Sao Hỏa là một hành tinh rất gần Trái đất, gần đủ để chúng ta có thể tiến hành các cuộc thăm dò trực tiếp trên bề mặt hành tinh này.

Và thực tế, trong hàng chục năm nay, công cuộc thám hiểm, tìm kiếm sự sống trên hành tinh đỏ vẫn diễn ra, ngày một dày dặc hơn với những công cụ ngày càng hiện đại hơn. Hôm nay, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về chiếc máy thăm dò hiện đại nhất của con người hiện nay: chiếc Curiosity.

 

 

Tổng quát

Về căn bản, cỗ máy của chúng ta ngày hôm nay không khác nhiều một xe tải 6 bánh loại nhỏ. Tuy nhiên, chiếc xe tải này lại chạy bằng năng lượng hạt nhân, dò đường bằng tia laser, 6 bánh xe có khả năng thay đổi độ cao để di chuyển trên những địa hình phức tạp một cách linh hoạt, được "tặng kèm" một tên lửa và có giá khoảng 2,5 tỷ đô.

 

Mẫu xe này dài gấp đôi (khoảng 3 mét) và nặng gấp 5 lần (khoảng 900 kg) so với kỷ lục trước đây của chính Nasa, chiếc Spirit and Opportunity (2003).  6 bánh xe, mỗi bánh bằng thép có đường kính 20" (51 cm) có khả năng vượt qua những chướng ngại vật cao 30" (khoảng 75 cm), có khả năng di chuyển khoảng 200 mét mỗi ngày trên Sao Hỏa.

 

 

Chiếc xe có đủ trang thiết bị để đào, phá đá đất đá, thu thập mẫu vật, sắp xếp vào phân tích chúng. Hệ thống laser có khả năng tự động chỉnh hướng của Curiosity được thiết kế để tìm ra sự tồn tại của các hợp chất hữu cơ (có chứa carbon), xác định tỷ lệ của các đồng vị và phân loại chúng. Và nổi bật hơn cả, là hệ thống động cơ hạt nhân, được trang bị nhằm đảm bảo hoạt động của chiếc xe trong thời gian dài.

 

Theo Rob Manning, kỹ sư trưởng bộ phận thiết kế thiết bị bay tại Jet Propulsion Laboratory gọi đây là thứ "phức tạp, tinh tế nhất chúng tôi đã từng làm ra".

 

Ngoài những khó khăn về mặt kỹ thuật trong việc sản xuất và thiết kế, Nasa còn gặp không ít khó khăn trong việc đưa chiếc máy này lên Sao Hỏa bởi độ chính xác và những khó khăn trong việc hạ cánh một thiết bị phức tạp, nặng gần 1 tấn là không nhỏ.

 

 

Sẽ thực hiện một nhiệm vụ kéo dài khoảng hai năm (hoặc nhiều hơn) trên sao hỏa nhưng Curiosity gặp những vấn đề không khác gì chúng ta gặp trong một chuyến đi du lịch 2 tuần nhưng khó khăn hơn nhiều. Nếu như một chiếc xe chẳng may cần bổ sung gì đó, chúng ta chỉ đơn giản là mua linh kiện, lắp cho nó. Nếu xe hỏng, một cú điện thoại bạn sẽ có ngay người sửa xe. Nếu ta chẳng may quên kem đánh răng, ta có thể và bất cứ một tiệm tạp hóa nào, mua một tuýt. Nhưng Curiosity thì không như vậy, khi bạn thực hiện một nhiệm vụ cách đất mẹ cả trăm  triệu km, bạn sẽ không thể gọi một đội sửa chữa, không thể tiếp tế "xăng dầu" ... Mọi tín hiệu chỉ huy từ Trái Đất sẽ mất khoảng 14 phút để đến nơi, khi đó, bạn phải tự lực cánh sinh.

 

 

Tất nhiên, Curiosity đến Sao Hỏa không phải để thực hiện một chuyến du lịch với kinh phí 2,5 tỷ đô. Nhiệm vụ của chiếc xe đắt giá này là thu thập các mẫu đất đá từ bề mặt sao hỏa và phân tích trực tiếp bằng tại hiện trường. Nó được trang bị một camera cao 2,1 mét. 3 cánh tay với chiều dài tương đương có khả năng thu thập mẫu vật nhiều hơn một chiếc máy hút bụi công nghiệp. Mẫu vật này sẽ được được xử lý, sắp xếp, sàng lọc bởi một hệ thống các linh kiện phức tạp, tinh vi:

 

- 1 sắc phổ khí nhỏ và một quang phổ kế lớn nhằm phân tích và tính toán các thành phần hóa học trong mẫu vật.

 

- 1 quang phổ kế laser có khả năng tìm các hợp chất hữu cơ (trong thành phần có carbon), xác định cấu trúc và tỷ lệ các đồng vị quan trọng. Cả hai điều này có ý nghĩa rất lớn trong việc khám phá các bí mật của khí quyển và thạch quyển của sao hỏa.

 

- CheMin, một thiết bị nhiễu xạ X-ray, và các dụng cụ huỳnh quang, đo thành phần các mẫu vật với số lượng lớn và tìm ra thành phần khoáng chất cấu thành chúng.

 

- Một camera cực kỳ cao cấp được đặt trên cánh tay của robot này. Chiếc camera này có nhiệm vụ chụp ảnh đất, đá , và cả băng nếu tồn tại. Nó có khả năng chụp close up (chụp cận cảnh) ở mức không thể tưởng tượng được: nó có khả năng ghi lại chính xác những hình ảnh của mẫu vật mỏng hơn cả sợi tóc người hoặc focus và những vật thể ở những vị trí mà những cánh tay không có khả năng chạm tới.

 

 

- Các quang phổ kế Alpha Particle cũng được đặt trên các cánh tay robot sẽ đánh giá các yếu tố khác nhau hiện diện trong đất và đá sao hỏa.

 

 

- Một camera cao cấp ở vị trí cao ngang bằng với mắt người, có khả năng chụp ảnh hoặc quay video có chất lượng cao kèm cả âm thạnh. Chiếc camera này được gọi là Mars Science Laboratory Mast Camera, giúp cho người điều khiển có thể nhìn thấy các mẫu vật được thu thập bằng cánh tay.

 

- Một camera gắn ở dưới giúp phát hiện các chướng ngại vật nguy hiểm dưới thân của chiếc xe này.

 

- Một thiết bị cực hiện đại gắn trên cổ của  Curiosity có khả năng làm bốc hơi lớp vỏ ngoài của mẫu vật ở độ cao tới 9 mét (bằng tia lazer). Việc này làm tăng tính hậu quả của việc phân tích bằng quang phổ kế. Ngoài ra, nó cũng có khả năng chụp ảnh từ rất xa bằng kính thiên văn tích hợp của mình. 

 

 

Ngoài những công cụ phân tích mẫu vật, chiếc xe này còn được tích hợp các tiện ích nhằm kiểm tra cả điều kiện bề mặt, phân tích các yếu tố liên quan để đánh giá khả năng tồn tại sự sống tại hành tinh đỏ:..

 

- Radiation Assessment Detector (Thiết bị đánh giá bức xạ) sẽ theo dõi mức độ bức xạ bề mặt.

 

- Rover Environmental Monitoring Station: thiets bị đánh giá môi trường sẽ đọc áp suất khí quyển, nhiệt độ, độ ẩm, gió, mức độ bức xạ của tia cực tím.

 

- Dynamic Albedo of Neutrons: công cụ giúp phát hiện hydro - một dấu hiệu tiềm năng của nước đá hoặc nước ngầm bị kẹt trong các khoáng chất. Nó có khả năng hoạt động và tìm kiếm ở độ sâu khoảng 1 mét.

 

Tất cả những thiết bị trên đều thuộc hàng cao cấp, hiện đại nhất mà con người đang có được. Tuy nhiên, có một điều là tất cả hệ thống này ngốn một nguồn năng lượng khổng lồ và động cơ của Curiosity cũng thực sự là một điều đáng chú ý.

 

 

 

Không giống như những chiếc xe thông thường sử dụng gas, xăng hoặc các nhiên liệu hóa thạch. Cũng không dùng điện hay khí đốt. Cũng không dùng pin năng lượng mặt trời giống như người tiền nhiệm, lần này, Nasa sử dụng động cơ hạt nhân cho "con quái vật" của thế giới khoa học.

 

Curiosity lấy năng lượng từ phản ứng phân hạch plutonium-oxid. Khi phân rã, nó tạo thành một lượng nhiệt lớn sẽ được Curiosity sử dụng để chuyển thành điện năng phục vụ cho hoạt động của mình. Thiết bị được gọi là Multi‐Mission Radioisotope Thermoelectric Generator này sẽ kiểm soát năng lượng sử dụng ở mức 110 watts.

 

 

Hệ thống năng lượng kể trên cung cấp một lượng năng lượng nhiều hơn hệ thống pin mặt trời mang lại và không có bộ phận nào chuyển động. Điều này sẽ hạn chế khả năng bị hỏng hóc. Nhưng liệu hệ thống này có tốt hơn hệ thống cũ sử dụng panel gallium-arsenide hay không?

 

Hãy nhớ, Spirit hoạt động cho đến tận mùa xuân năm 2012 và Opportunity vẫn tiếp tục sử dụng các công cụ đo lường của chúng, đã di chuyển 21 dặm (100 mét mỗi ngày), vượt qua kỳ vọng 90 ngày của Nasa. Hệ thống năng lượng hạt nhân của Curiosity, dự kiến, sẽ tồn tại được 14 năm - vượt qua cả tuổi thọ của chính chiếc xe. Nó sẽ không bao giờ trở thành nạn nhân của các trận bão Sao Hỏa, ban đêm, mùa đông... (có ít ánh sáng Mặt Trời) như người tiền nhiệm của nó đã phải chịu đựng. Tuy nhiên, nguồn năng lượng khổng lồ này cũng phải đánh đổi không ít: nó nặng nề hơn người tiền nhiệm,  tốc độ tối đa của chiếc xe chỉ bằng phân nửa. Trong một năm Sao Hỏa (khoảng 687 ngày Trái Đất), nó chỉ có thể di chuyển một quãng đường 12 dặm (khoảng 19 km).

 

 

Khi thực hiện một nhiệm vụ trị giá 2,5 tỷ USD, rõ ràng, kỳ vọng đặt lên Curiosity là rất lớn và họ không có quyền thất vọng, vì vậy trước khi chính thức bắt đầu thực hiện nhiệm vụ và 10:02 giờ EST ngày 26/11 vừa qua, nó đã trải qua rất nhiều cuộc thử nghiệm.

 

Chiếc xe này phải trải qua một loạt các cuộc thử nghiệm mô phỏng các lỗi cả bên trong lẫn bên ngoài, bao gồm cả những thử nghiệm bằng máy ly tâm, thả thử nghiệm, kéo kiểm tra, lái xe kiểm tra, kiểm tra tải, kiểm tra chịu lực và thử nghiệm các mạch trong xe. Điều này đảm bảo chắc chắn chuyến đi sẽ diễn ra một cách an toàn.

 

Quá trình phóng cũng không hề đơn giản. Phải biết rằng quỹ đạo quanh mặt trời của hai hành tinh rất khác nhau (sao hỏa là 686.98 còn Trái Đất là 365.25) điều này tức là khoảng cách tương đối giữa hai hành tinh rất khác biệt. Lúc gần nhất, trái đất chỉ cách hành tinh đỏ khoảng 55,7 triệu km trong khi khoảng cách xa nhất lên tới 400 triệu km - hơn gấp 7 lần. Vì vậy, các nhà khoa học phải chọn thời điểm sao cho khoảng cách giữa hai hành tinh là gần nhất. Cuối cùng, "siêu xe" của chúng ta sẽ mất khoảng 255 ngày trước khi đến hành tinh đỏ.

 

 

 

 

Ngay sau khi hạ cánh, những bánh xe này sẽ đưa "con quái vật" đến địa điểm đầu tiên của nó trên Sao Hỏa: một vách đá lộ thiên được gọi là "The Fence". Nasa chọn đây là nơi hạ cách bởi lần thăm dò trước cho thấy đây là một nơi rất có khả năng tồn tại nước. Sau đó, Curiosity sẽ khám khá vách đá này và các khu vực lân cận. Quá trình này có thể mất nhiều năm và các nhà khoa học sẽ có một bức tranh toàn cảnh về khu vực này. Ngoài ra, Curiosity còn có nhiệm vụ phân tích trực tiếp các mẫu vật ngay trên bề mặt sao hỏa và gửi thông tin về trung tâm của Nasa.

 

 

Nhằm giúp Curiosity sử dụng hiệu quả tối đa năng lượng, Nasa đã cải thiện hệ thống bánh xe và khung gầm của nó. Sử dụng các ống nối titan và những lớp nhôm mỏng, giúp 6 bánh xe của nó chịu lực tốt hơn và có khả năng lún xuống như cao su. Tất cả bốn bánh xe có thể xoay 90 độ, giúp chiếc xe có thể quay mình tại chỗ nếu cần. Các kỹ sư cũng tăng cường hệ thống treo giúp cho Curiosity có khả năng vượt qua những địa hình gồ ghề và phức tạp hơn.