Khám phá mới: Phi hành gia có thể lên Sao Hỏa và quay về trong chưa đầy một năm
Một nghiên cứu mới đầy bất ngờ, lấy cảm hứng từ quỹ đạo của các tiểu hành tinh gần Trái Đất, cho thấy con người hoàn toàn có thể thực hiện chuyến đi khứ hồi lên Sao Hỏa trong vòng chưa đầy một năm – cắt giảm một nửa thời gian so với các kế hoạch hiện tại.
Theo các sứ mệnh truyền thống, để đến được Sao Hỏa – hành tinh nằm xa Mặt Trời hơn Trái Đất khoảng 50% – các phi hành gia phải mất từ 7 đến 10 tháng. Vì Trái Đất và Sao Hỏa chỉ thẳng hàng để thực hiện những chuyến bay tiết kiệm nhiên liệu mỗi 26 tháng, nên các phi hành gia buộc phải chờ đợi “cửa sổ” quay về, kéo dài tổng thời gian của một chuyến đi khứ hồi lên gần ba năm.
Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Acta Astronautica vào tháng 4 vừa qua đã lật ngược suy nghĩ đó. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng những ước tính quỹ đạo ban đầu – vốn thiếu chính xác – của các tiểu hành tinh gần Trái Đất (thường được dùng để đánh giá nguy cơ va chạm trước khi bị loại bỏ để lấy dữ liệu chính xác hơn) lại ẩn chứa những manh mối hình học quý giá để thiết kế các tuyến đường liên hành tinh nhanh hơn.
“Tôi không hề tìm kiếm điều này,” tác giả chính của nghiên cứu, Marcelo de Oliveira Souza – nhà vũ trụ học tại Đại học Bang Northern Rio de Janeiro (Brazil) – chia sẻ với Live Science. “Có lẽ điều này có thể thay đổi suy nghĩ rằng chúng ta cần hơn hai năm để lên Sao Hỏa và quay trở lại.”
Souza tình cờ nảy ra ý tưởng vào năm 2015 khi đang nghiên cứu các tiểu hành tinh gần Trái Đất. Một vật thể đặc biệt, 2001 CA21, đã thu hút sự chú ý của ông vì những ước tính ban đầu cho thấy nó đi theo một con đường hiếm gặp, cắt ngang qua cả quỹ đạo của Trái Đất và Sao Hỏa. Mặc dù các phép đo sau đó đã hiệu chỉnh lại quỹ đạo thực sự của tiểu hành tinh, nhưng hình học ban đầu của nó trong thời điểm đối nghịch tháng 10 năm 2020 – khi Trái Đất và Sao Hỏa nằm thẳng hàng cùng phía với Mặt Trời và ở gần nhau nhất – đã hé lộ khả năng tồn tại những tuyến đường “siêu ngắn” giữa hai hành tinh.
“Đây là một bất ngờ với tôi,” Souza nói. “Có lẽ tôi đã ở đúng nơi, đúng thời điểm.”
Đối với thời điểm đối nghịch tháng 10 năm 2020, tính toán của Souza cho thấy về mặt hình học, một chuyến đi cực nhanh từ Trái Đất lên Sao Hỏa chỉ kéo dài khoảng 34 ngày là hoàn toàn khả thi, nếu tàu vũ trụ đi theo một quỹ đạo tương tự như mặt phẳng quỹ đạo ban đầu của tiểu hành tinh. Tuy nhiên, để làm được điều này, tàu vũ trụ cần đạt tốc độ phóng lên tới 32,5 km/giây – vượt xa khả năng của tên lửa hiện tại – và khi đến Sao Hỏa, nó sẽ lao đi với vận tốc khoảng 108.000 km/h, quá nhanh để các hệ thống hạ cánh hiện có thể xử lý an toàn.
Thay vào đó, Souza đã sử dụng hình học lấy cảm hứng từ tiểu hành tinh để khám phá các chuyến đi khả thi trong những lần đối nghịch tương lai vào các năm 2027, 2029 và 2031. Bằng cách áp dụng phương pháp tính toán tiêu chuẩn cho đường đi giữa hai điểm trong không gian (phân tích Lambert) và giới hạn các đường đi này trong phạm vi nghiêng khoảng 5 độ so với quỹ đạo của tiểu hành tinh, Souza phát hiện rằng chỉ có sự thẳng hàng vào năm 2031 mới mang lại cơ hội khả thi cho một chuyến đi nhanh với công nghệ gần tầm tay.
Trong “cửa sổ” đó, một sứ mệnh khứ hồi từ Trái Đất lên Sao Hỏa có thể hoàn thành chỉ trong 153 ngày, tức khoảng 5 tháng. Cụ thể, tàu vũ trụ sẽ rời Trái Đất vào ngày 20 tháng 4 năm 2031 với tốc độ khoảng 27 km/giây, đến Sao Hỏa vào ngày 23 tháng 5 sau 33 ngày bay, dành khoảng 30 ngày trên bề mặt, rời đi vào ngày 22 tháng 6 và quay về Trái Đất vào ngày 20 tháng 9, với chặng về mất khoảng 90 ngày.
Souza cũng xác định một phương án ít tốn năng lượng hơn trong cùng “cửa sổ” này, yêu cầu tốc độ phóng khoảng 16,5 km/giây cho một sứ mệnh kéo dài khoảng 226 ngày (7,5 tháng) – vẫn ngắn hơn đáng kể so với các kế hoạch hiện tại.
Tất nhiên, khái niệm này vẫn mang tính lý thuyết và phụ thuộc rất nhiều vào các chi tiết cụ thể của sứ mệnh – bao gồm thiết kế tàu vũ trụ, khối lượng hàng hóa và khả năng đẩy – tất cả đều quyết định liệu những chuyến bay nhanh như vậy có khả thi trong thực tế hay không. Tuy nhiên, phương pháp này có thể hữu ích như một cách để thu hẹp phạm vi tìm kiếm các quỹ đạo khả thi.
Tốc độ cần thiết cho các sứ mệnh này có thể so sánh với những gì tàu New Horizons của NASA đã đạt được – khi phóng vào năm 2006 với vận tốc 16,26 km/giây, nó là vật thể nhân tạo nhanh nhất từng được phóng khỏi Trái Đất. Souza tin rằng những quỹ đạo tốc độ cao như vậy hoàn toàn nằm trong tầm với của các thế hệ tên lửa tiếp theo như Starship của SpaceX hay New Glenn của Blue Origin.
