NASA thử trực thăng trên Hỏa Tinh vì sao quan trọng?

Cao Nguyên Lộc thuật theo bài viết “NASA’s Mars Helicopter Completes First Flight on Another Planet” đăng trên trang mạng của báo The New York Times, số ra ngày 19.04.2021.

Một trực thăng robot tí hon của NASA tên Ingenuity hôm Thứ Hai, 19 tháng Tư, vừa thực hiện thành công một cuộc bay thử trên Hỏa Tinh và đây được xem như là một bước tiến lịch sử trong cuộc thám hiểm không gian.

Sự thành công của cuộc bay thử được xem quan trọng tương tự chuyến bay thử thành công đầu tiên của anh em Wilbur và Orville Wright vào năm 1903. Tuy thời gian bay chỉ ngắn ngủi nhưng chứng tỏ cho thấy việc bay trên một hành tinh khác là điều khả thi. Cất cánh bay lên được trong bầu không khí cực loãng như sao Hỏa đối với giới khoa học là một thành tựu kỹ thuật đặc biệt khó khăn, nếu không muốn nói là khó đạt được vì tỉ trọng không khí của Hỏa Tinh chỉ bằng 1% của Trái đất.

Để có thể bay trong môi trường không khí loãng như vậy, các kỹ sư NASA phải dùng đến vật liệu cực nhẹ để chế tạo trực thăng Ingenuity. Cánh quạt của nó phải quay nhanh gấp năm lần so với trực thăng ở Trái Đất và sử dụng đến hệ thống vi xử lý công suất cao để đưa Ingenuity cất cánh khỏi mặt đất, và giữ nó đứng yên trong không khí loãng mà không bị rơi trở xuống. Cuộc thử nghiệm chỉ gồm ba giai đoạn đó là cất cánh lên độ cao chừng ba mét, đứng yên vài giây rồi đáp xuống vững vàng mà không bị ngã nhào. Xem ra quá đơn giản nếu thực hiện ở Trái Đất nhưng ở trên Sao Hỏa thì khó tiên liệu vì mọi điều kiện môi trường đều hoàn toàn khác.

Sự thành công của Ingenuity mở đường cho một phương tiện di chuyển mới mà NASA từ nay về sau sẽ dùng để thám hiểm Thái Dương Hệ của chúng ta, điều mà ông Michael Watkins, giám đốc cơ quan Jet Propulsion Laboratory của NASA nói trong cuộc họp báo, rằng Ingenuity “mang lại cho chúng ta chiều thứ ba.” Thật vậy, xưa nay trong các cuộc thám hiểm Hỏa Tinh NASA chỉ dùng xe tự hành rover để thăm dò bề mặt theo hai chiều ngang dọc, bây giờ kỹ thuật bay mới có thể áp dụng cho các robot bay tương lai để thám hiểm xa hơn.

Hiện chưa có kế hoạch cho một trực thăng robot khác trên Hỏa Tinh nhưng Bob Balaram, kỹ sư trưởng chương trình Ingenuity, cho hay rằng toán nghiên cứu của ông vừa mới bắt đầu phác thảo cho một kiểu trực thăng mới bay trên Hỏa Tinh, với khối lượng 10 lần lớn hơn Ingenuity và có thể mang theo 10 pound thiết bị khoa học.

Hôm Chủ Nhật, phòng điều khiển ở Trái Đất đặt tại trụ sở JPL của NASA ở tiểu bang California, truyền mệnh lệnh cho xe tự hành Perseverance vốn đáp xuống hành tinh đỏ từ hồi tháng Hai. Perseverance từ đó truyền mệnh lệnh này xuống cho Ingenuity, được thả xuống đất từ bụng của chiếc rover từ hai tuần trước và nay đang đứng cách chiếc Perseverance chừng 200 ft trên một mặt đất phẳng, được chọn làm phi đạo cho một loạt năm cuộc bay thử.

Đúng ra cuộc bay thử được thực hiện từ hơn một tuần trước nhưng cuối cùng phải hoãn lại cho đến hôm Thứ Hai vì các kỹ sư cần viết lập trình cập nhật cho nhu liệu.

Lúc 3:34 am giờ miền đông Hoa Kỳ, tức khoảng 12:30 trưa trên Hỏa Tinh, chiếc trực thăng Ingenuity theo mệnh lệnh bắt đầu xoay cặp cánh quạt rồi bay bổng lên từ hố vẩn thạch Jezero Crater.

Trên bề mặt Sao Hỏa, bầu không khí chỉ dày bằng 1/100 lần ở Trái Đất. Do đó để đưa chiếc Ingenuity nặng 4 pound (1,8 kg) cất hỏng khỏi mặt đất, hai cánh quạt của nó mỗi cái rộng 4 ft (>1m) xoay ngược chiều nhau ở tốc độ hơn 2.500/phút. Ingenuity bay lơ lửng ở độ cao 10 ft trong khoảng 30 giây rồi đáp xuống trở lại.

Đúng vào lúc ấy không ai dưới Trái Đất, kể cả người làm việc ở phòng điều khiển của NASA, biết được chuyện gì đang xảy ra ở trên đó. Cả Perseverance lẫn Ingenuity đều không liên lạc với Trái Đất trong thời gian thử nghiệm, và Ingenuity đều tự mình thực hiện các động tác. Phải đến ba giờ sau, một phi thuyền khác của NASA, chiếc Mars Reconnaissance Orbiter, bay trên quỉ đạo ngang qua đầu chúng để Perseverance truyền dữ kiện lên để nhờ chuyển về Trái Đất.

Nhiều phút sau, các kỹ sư ở JPL phân tích kết quả, cho thấy cuộc bay thử nghiệm thành công.

Với sự thành công của chuyến bay đầu, thêm bốn chuyến khác có thể sẽ được thử tiếp. Ba chuyến đầu gồm cả chuyến hôm Thứ Hai được dự trù để thử những chức năng căn bản của chiếc trực thăng. Chuyến thứ hai có thể thực hiện sớm nhất vào Thứ Năm tới sẽ bay lên đến độ cao 16 ft tức khoảng 5 mét và bay ngang khoảng 50 ft rồi quay trở về và hạ xuống vị trí ban đầu.

Chuyến thứ ba có thể bay xa đến khoảng cách 160 ft tức khoảng 50 m và trở về. Ngoài ra, toán điều khiển chưa có kế hoạch bay đối với hai chuyến bay còn lại.

Cô Mimi Aung, quản trị dự án Ingenuity, cho biết cô muốn cho việc thực hiện bốn cuộc thử nghiệm còn lại nội trong hai tuần tới. Cô cũng muốn thúc đẩy Ingenuity đạt đến mức khả năng tối đa của nó vào chuyến bay cuối bằng cách bay xa chừng 600 đến 700 mét, hoặc xa đến 2.300 ft.

NASA dự trù hoàn tất phần bay thử nội trong 30 ngày (Hỏa Tinh) tính từ lúc Ingenuity được thả xuống khỏi bụng chiếc Perseverance hôm 3 tháng Tư, để Perseverance rảnh tay để bắt đầu thực hiện công tác trị giá US$2.7 tỉ. Ingenuity chỉ là dự án phụ, tốn chỉ $85 triệu. Bộ óc của Ingenuity là cái processor do Qualcomm chế tạo, vốn được dùng cho cellphone. Năng suất tính toán của nó mạnh hơn nhiều so với tất cả các phi thuyền liên hành tinh trước đây gộp lại. Con chip tích hợp điều giải nầy không thích hợp với tình trạng khắc nghiệt của không gian, dễ bị hư vì phóng xạ, nhưng phải tạm dùng đến vì chiếc trực thăng robot này cần vận tốc xử lý siêu nhanh mới duy trì cuộc bay thử được ổn định.

Một khi các cuộc thử hoàn tất, Perseverance sẽ bỏ chiếc trực thăng con lại đằng sau để tiến đến khu lưu vực của một con sông thuở xa xưa, đi theo rìa miệng hố Jezero nơi có nhiều trầm tích, và có lẽ các thành phần hóa học ở đây hé lộ cho thấy rằng ngày xưa ở đây từng có sự sống.

Giới khoa học và kỹ sư đang sẵn sàng thu thập dữ liệu với những thiết bị khoa học mà Perseverance mang theo. Chúng gồm một máy phát tia laser để phân tích thành phần hóa học của đất đá, đồng thời thực hiện một thử nghiệm phá vỡ carbon dioxide để tạo thành khí ốc-xy. Kỹ thuật này sẽ là chìa khóa cung cấp dưỡng khí cho phi hành gia để thở khi họ đặt chân lên Hỏa Tinh sau này.

Having helped design the Mars rovers Spirit, Opportunity, and Curiosity, NASA engineer Kobie Boykins reveals what these robots are telling us about the existence of life on the red planet.