Sự cố rơi xuống Trái Đất gần đây của một tàu thăm dò Sao Kim của Liên Xô từ những năm 1970 đã trở thành một dạng câu chuyện trinh thám.
Các mô hình máy tính khác nhau đã được sử dụng để dự đoán sự tái nhập. Nhưng tại sao chúng lại khác nhau và làm thế nào chúng ta có thể cải thiện khả năng xác định "nơi ở và thời điểm" khi một vật thể không gian đâm vào bầu khí quyển của Trái Đất?
Các nhà khoa học cho biết, lịch sử lâu dài và đầy rắc rối của tàu vũ trụ Sao Kim tương lai, được gọi là Kosmos-482, có thể làm sáng tỏ một số câu hỏi quan trọng này. Vậy, chúng ta hãy cùng xem nhé.
Theo tính toán của các chuyên gia từ TsNIIMash, một phần của cơ quan vũ trụ Nga Roscosmos, tàu vũ trụ đã đi vào các lớp dày đặc của khí quyển và rơi xuống Ấn Độ Dương phía tây Jakarta.
Phần cứng được đưa lên cao vào mùa xuân năm 1972 để nghiên cứu sao Kim, nhưng do tầng trên của tên lửa bị trục trặc, nó vẫn ở trong quỹ đạo hình elip cao xung quanh Trái Đất, dần dần tiến gần đến hành tinh của chúng ta.
Tàu thăm dò là một trong hai tàu đổ bộ khí quyển sao Kim được phóng lên trời trong lần phóng lên sao Kim tương ứng cửa sổ.
Tàu vũ trụ Venera-8 đôi đã được phóng lên vài ngày trước đó, được gửi đi để trở thành trạm đầu tiên hạ cánh trên mặt được chiếu sáng của sao Kim, truyền dữ liệu thành công về nhiệt độ và áp suất từ bề mặt hành tinh này.
Theo Viện Nghiên cứu Không gian thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga (IKI), một vài tháng sau, Kosmos-482 đã được cố tình tách thành một mô-đun hạ cánh và một mô-đun bay. Mô-đun bay "rời khỏi quỹ đạo" (rơi xuống Trái Đất) vào năm 1981, một bài đăng của IKI cho biết thêm.
Về việc mô-đun hạ cánh lao xuống Trái Đất, Oleg Korablyov, trưởng khoa vật lý hành tinh tại IKI, cho biết nó phải được bảo vệ nhiệt đầy đủ.
"Nếu có thể tìm thấy nó", Korablyov nói, "sẽ rất thú vị khi nghiên cứu nó để hiểu được tác động của việc tiếp xúc lâu dài với bức xạ vũ trụ lên vật liệu cấu trúc".
Shubin đã đặt quỹ đạo cuối cùng của trạm trên bản đồ giao thông đường biển, ghi chú nơi nó đi vào và nơi nó có thể đã bay.
Bài đăng của Shubin có nội dung (bằng tiếng Nga; bản dịch của Google): "Viên nang không có chất lượng khí động học, vì vậy nó sẽ hạ cánh dọc theo tuyến đường. Có thể ai đó sẽ tìm thấy nó. Câu hỏi nằm ở độ nổi của trạm. Hóa ra là ở giới hạn, nhưng có vẻ như nó vẫn có thể nổi trong nước biển. Nếu nó chìm, sẽ không có cơ hội tìm thấy nó. Mặc dù nó có thể chịu được một km nước" (trong trường hợp vật thể chìm khuất khỏi tầm nhìn).
Điều đó nói lên — và xin lỗi David Letterman của TV — nó có nổi không?
Langbroek và Dirkx đã viết một bài tường thuật chi tiết về quá trình tàu vũ trụ hạ cánh trở lại đầy thú vị và sự nhầm lẫn mà nó để lại trên The Space Review, bạn có thể tìm thấy tại đây.
"Và giờ đây cuối cùng nó đã trở lại Trái Đất", Langbroek và Dirkx đã viết. "Câu hỏi lớn trong tâm trí mọi người là: Nó đã quay trở lại Trái Đất ở đâu và chính xác là khi nào?"
Langbroek cho biết rất có thể không gian còn lại vẫn sống sót sau khi tái nhập qua bầu khí quyển của Trái Đất mà không bị ảnh hưởng, trước khi va chạm với tốc độ ước tính từ 65 đến 70 mét mỗi giây sau khi giảm tốc độ khí quyển.
"Có thể, một ngày nào đó, một thứ gì đó kỳ lạ với các ký tự Cyrilian sẽ trôi dạt vào một bãi biển của Úc hoặc Ấn Độ", Langbroek và Dirkx viết.
Vandebergh đã xếp chồng dữ liệu hình ảnh được chụp từ lần quan sát đầu tiên của ông về tàu vũ trụ lạc hướng vào năm 2011, sau đó là xử lý các quan sát gần đây hơn. Tất cả các kết quả đều chỉ ra sự tồn tại của một "cấu trúc gắn liền" với tàu hạ cánh Kosmos-482. Ông suy đoán rằng có lẽ phương tiện hạ cánh đã bung dù. Dù trường hợp nào đi nữa, phần phụ đó đã biến mất từ lâu sau khi tái nhập.
Vandebergh đã công bố đánh giá ảnh chụp Kosmos-482 trước khi tái nhập tại đây.
CORDS cung cấp chuyên môn về mảnh vỡ vũ trụ và quản lý giao thông vũ trụ, đồng thời duy trì cơ sở dữ liệu tái nhập ghi lại các vật thể và tải trọng lao vào bầu khí quyển của Trái đất, chẳng hạn như Kosmos-482.
"Chỉ cần lệch một chút thôi cũng tương đương với khoảng cách hàng trăm hoặc hàng nghìn km trên bề mặt Trái đất", Sorge nói với Space.com. Ông cho biết, cũng có một số "vật lý không hữu ích". Ví dụ, hoạt động của mặt trời ảnh hưởng đến mật độ của khí quyển Trái đất, sau đó tác động đến thời điểm và địa điểm một vật thể sẽ quay trở lại.
"Bạn không biết vật thể đó đang hoạt động như thế nào trong thời gian thực", Henning cho biết. "Nó có đang lộn nhào không? Có mảnh vỡ nào không? Nó có định hướng ổn định không? Vì vậy, bạn không thực sự biết vật thể đó đang thể hiện diện tích bề mặt như thế nào trong thời gian thực với khí quyển".
Bản chất hình cầu của phần hạ xuống của Kosmos-482 thực sự là một "quả bóng kỳ lạ" theo nghĩa đen về sự quay trở lại. Hãy nhớ rằng nó được chế tạo để đi vào và chịu đựng một cú lao khủng khiếp vào bầu khí quyển của sao Kim.
Các chuyên gia của ESA cho biết tàu đổ bộ sao Kim được chế tạo để chịu được các điều kiện cực kỳ khắc nghiệt của bầu khí quyển thù địch của sao Kim và được thiết kế để chịu được gia tốc 300 G và áp suất 100 atm.
"Tôi chưa thấy bất cứ điều gì cho thấy có bất kỳ cảnh tượng nào. Nhưng một lần nữa, vì được thiết kế để sống sót sau khi đi vào sao Kim, nên khả năng nó sống sót là khá cao", Sorge cho biết. "Điều đó có nghĩa là bạn sẽ không thấy toàn bộ màn trình diễn ngoạn mục của một vụ vỡ tan và một loạt các mảnh vỡ bốc cháy khiến những lần tái nhập khác trở nên dễ nhận thấy như vậy", ông nói.
McKnight nói với Space.com rằng sự tái xâm nhập của các vật thể không gian đã là một vấn đề khó khăn kể từ khi kỷ nguyên không gian bắt đầu, vì có ít nhất ba hiện tượng vật lý đều có độ không chắc chắn lớn.
McKnight cho biết những hiện tượng đó kết hợp lại để biểu thị độ không chắc chắn hoàn toàn về vị trí và thời điểm một vật thể cuối cùng sẽ quay trở lại Trái đất.
"Mật độ của khí quyển thay đổi mạnh mẽ đối với một điểm tái nhập nhất định trong không gian dựa trên thông lượng/hoạt động của mặt trời, thời gian trong ngày, v.v. Có những chỗ phình và chỗ lõm trong ngày trong khí quyển thay đổi trong suốt cả ngày, cũng bị ảnh hưởng bởi các cơn bão mặt trời xảy ra, chồng lên trên hoạt động mặt trời nền", McKnight cho biết.
Ông nói thêm rằng quá trình vận chuyển của những biến động này cũng thay đổi khi Trái đất tiến triển qua các mùa trong năm.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN
— Tàu đổ bộ sao Kim Kosmos 482 của Liên Xô thất bại đâm xuống Trái Đất sau 53 năm trên quỹ đạo
— 3 khối rác vũ trụ lớn đâm xuống Trái Đất mỗi ngày — và tình hình sẽ ngày càng tệ hơn
— Những hình ảnh mới về tàu đổ bộ Sao Kim của Liên Xô rơi xuống Trái Đất cho thấy dù của nó có thể đã bung ra
Thêm vào đó, một số lực tác dụng lên vật thể vũ trụ khiến vật thể bay đến bị quay.
McKnight cho biết "Điều này thậm chí có thể gây ra hiệu ứng nâng ròng làm chậm quá trình tái nhập của vật thể vũ trụ". Đôi khi điều này được gọi là nhảy cóc, vì nó tương tự như một hòn đá ném nảy trên mặt ao.
McKnight cho biết ông đã làm việc trong lĩnh vực kỹ thuật hàng không vũ trụ, an toàn vũ trụ và hoạt động vũ trụ kể từ năm 1986. Ông kết luận rằng "Vật lý và dự đoán về sự tái nhập trong lĩnh vực đó đã tiến triển ít nhất trong khoảng thời gian đó".
Các mô hình máy tính khác nhau đã được sử dụng để dự đoán sự tái nhập. Nhưng tại sao chúng lại khác nhau và làm thế nào chúng ta có thể cải thiện khả năng xác định "nơi ở và thời điểm" khi một vật thể không gian đâm vào bầu khí quyển của Trái Đất?
Các nhà khoa học cho biết, lịch sử lâu dài và đầy rắc rối của tàu vũ trụ Sao Kim tương lai, được gọi là Kosmos-482, có thể làm sáng tỏ một số câu hỏi quan trọng này. Vậy, chúng ta hãy cùng xem nhé.
Thất bại
Vào ngày 10 tháng 5 năm nay, mô-đun hạ cánh hình quả trứng Kosmos-482, nặng khoảng 1.091 pound (495 kg), có khả năng đã rơi xuống nước biển.
Theo tính toán của các chuyên gia từ TsNIIMash, một phần của cơ quan vũ trụ Nga Roscosmos, tàu vũ trụ đã đi vào các lớp dày đặc của khí quyển và rơi xuống Ấn Độ Dương phía tây Jakarta.
Phần cứng được đưa lên cao vào mùa xuân năm 1972 để nghiên cứu sao Kim, nhưng do tầng trên của tên lửa bị trục trặc, nó vẫn ở trong quỹ đạo hình elip cao xung quanh Trái Đất, dần dần tiến gần đến hành tinh của chúng ta.
Tàu thăm dò là một trong hai tàu đổ bộ khí quyển sao Kim được phóng lên trời trong lần phóng lên sao Kim tương ứng cửa sổ.
Tàu vũ trụ Venera-8 đôi đã được phóng lên vài ngày trước đó, được gửi đi để trở thành trạm đầu tiên hạ cánh trên mặt được chiếu sáng của sao Kim, truyền dữ liệu thành công về nhiệt độ và áp suất từ bề mặt hành tinh này.
Mất tích trong không gian
Trong khi đó, tàu thăm dò hỏng không thể bay từ Trái Đất đến sao Kim đã được "đổi tên" Kosmos-482.Theo Viện Nghiên cứu Không gian thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga (IKI), một vài tháng sau, Kosmos-482 đã được cố tình tách thành một mô-đun hạ cánh và một mô-đun bay. Mô-đun bay "rời khỏi quỹ đạo" (rơi xuống Trái Đất) vào năm 1981, một bài đăng của IKI cho biết thêm.
Về việc mô-đun hạ cánh lao xuống Trái Đất, Oleg Korablyov, trưởng khoa vật lý hành tinh tại IKI, cho biết nó phải được bảo vệ nhiệt đầy đủ.
"Nếu có thể tìm thấy nó", Korablyov nói, "sẽ rất thú vị khi nghiên cứu nó để hiểu được tác động của việc tiếp xúc lâu dài với bức xạ vũ trụ lên vật liệu cấu trúc".
Nó có nổi không?
Nhà sử học vũ trụ người Nga Pavel Shubin đang đưa ra ý tưởng rằng phần cứng hạ cánh Sao Kim của Kosmos-482 có thể được tìm thấy đang trôi nổi trên vùng biển đại dương.Shubin đã đặt quỹ đạo cuối cùng của trạm trên bản đồ giao thông đường biển, ghi chú nơi nó đi vào và nơi nó có thể đã bay.
Bài đăng của Shubin có nội dung (bằng tiếng Nga; bản dịch của Google): "Viên nang không có chất lượng khí động học, vì vậy nó sẽ hạ cánh dọc theo tuyến đường. Có thể ai đó sẽ tìm thấy nó. Câu hỏi nằm ở độ nổi của trạm. Hóa ra là ở giới hạn, nhưng có vẻ như nó vẫn có thể nổi trong nước biển. Nếu nó chìm, sẽ không có cơ hội tìm thấy nó. Mặc dù nó có thể chịu được một km nước" (trong trường hợp vật thể chìm khuất khỏi tầm nhìn).
Điều đó nói lên — và xin lỗi David Letterman của TV — nó có nổi không?
Nguồn mở
Marco Langbroek là một chuyên gia theo dõi vệ tinh hàng đầu và là giảng viên về nhận thức tình huống không gian quang học tại Đại học Công nghệ Delft ở Hà Lan. Ông và nhà động lực học thiên văn Dominic Dirkx đã tạo ra Bộ công cụ động lực học thiên văn TU Delft (Tudat) nguồn mở mà họ sử dụng để dự đoán thời điểm và địa điểm tàu thăm dò sao Kim lạc hướng sẽ hạ cánh.Langbroek và Dirkx đã viết một bài tường thuật chi tiết về quá trình tàu vũ trụ hạ cánh trở lại đầy thú vị và sự nhầm lẫn mà nó để lại trên The Space Review, bạn có thể tìm thấy tại đây.
"Và giờ đây cuối cùng nó đã trở lại Trái Đất", Langbroek và Dirkx đã viết. "Câu hỏi lớn trong tâm trí mọi người là: Nó đã quay trở lại Trái Đất ở đâu và chính xác là khi nào?"
Các ước tính khác nhau
Một số tổ chức đã theo dõi cuộc thăm dò thất bại này, chẳng hạn như Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) và Tập đoàn Hàng không Vũ trụ, Langbroek và Dirkx giải thích. Tất cả các nhóm này đều đăng những ước tính về sự tái nhập khác nhau đôi chút.Langbroek cho biết rất có thể không gian còn lại vẫn sống sót sau khi tái nhập qua bầu khí quyển của Trái Đất mà không bị ảnh hưởng, trước khi va chạm với tốc độ ước tính từ 65 đến 70 mét mỗi giây sau khi giảm tốc độ khí quyển.
"Có thể, một ngày nào đó, một thứ gì đó kỳ lạ với các ký tự Cyrilian sẽ trôi dạt vào một bãi biển của Úc hoặc Ấn Độ", Langbroek và Dirkx viết.
Hình ảnh xếp chồng
Ralf Vandebergh, cũng đến từ Hà Lan, là một nhiếp ảnh gia chuyên chụp ảnh các vật thể nhỏ quay quanh Trái Đất, theo dõi tàu vũ trụ và tạo ra những hình ảnh thông tin bằng kính viễn vọng có khẩu độ từ nhỏ đến trung bình.Vandebergh đã xếp chồng dữ liệu hình ảnh được chụp từ lần quan sát đầu tiên của ông về tàu vũ trụ lạc hướng vào năm 2011, sau đó là xử lý các quan sát gần đây hơn. Tất cả các kết quả đều chỉ ra sự tồn tại của một "cấu trúc gắn liền" với tàu hạ cánh Kosmos-482. Ông suy đoán rằng có lẽ phương tiện hạ cánh đã bung dù. Dù trường hợp nào đi nữa, phần phụ đó đã biến mất từ lâu sau khi tái nhập.
Vandebergh đã công bố đánh giá ảnh chụp Kosmos-482 trước khi tái nhập tại đây.
Vật lý không hữu ích
"Nhìn chung, các dự đoán về sự tái nhập có một số thách thức nhất định. Bạn đang cố gắng xác định chính xác thứ gì đó đang rơi xuống và di chuyển rất nhanh", Marlon Sorge, giám đốc điều hành Trung tâm nghiên cứu mảnh vỡ quỹ đạo và tái nhập (CORDS) của Tập đoàn hàng không vũ trụ cho biết.CORDS cung cấp chuyên môn về mảnh vỡ vũ trụ và quản lý giao thông vũ trụ, đồng thời duy trì cơ sở dữ liệu tái nhập ghi lại các vật thể và tải trọng lao vào bầu khí quyển của Trái đất, chẳng hạn như Kosmos-482.
"Chỉ cần lệch một chút thôi cũng tương đương với khoảng cách hàng trăm hoặc hàng nghìn km trên bề mặt Trái đất", Sorge nói với Space.com. Ông cho biết, cũng có một số "vật lý không hữu ích". Ví dụ, hoạt động của mặt trời ảnh hưởng đến mật độ của khí quyển Trái đất, sau đó tác động đến thời điểm và địa điểm một vật thể sẽ quay trở lại.
Những ẩn số thời gian thực
Gregory Henning, một trưởng nhóm dự án CORDS, đã chỉ ra những vấn đề khác khiến cho việc dự đoán sự quay trở lại trở nên khó khăn."Bạn không biết vật thể đó đang hoạt động như thế nào trong thời gian thực", Henning cho biết. "Nó có đang lộn nhào không? Có mảnh vỡ nào không? Nó có định hướng ổn định không? Vì vậy, bạn không thực sự biết vật thể đó đang thể hiện diện tích bề mặt như thế nào trong thời gian thực với khí quyển".
Bản chất hình cầu của phần hạ xuống của Kosmos-482 thực sự là một "quả bóng kỳ lạ" theo nghĩa đen về sự quay trở lại. Hãy nhớ rằng nó được chế tạo để đi vào và chịu đựng một cú lao khủng khiếp vào bầu khí quyển của sao Kim.
Các chuyên gia của ESA cho biết tàu đổ bộ sao Kim được chế tạo để chịu được các điều kiện cực kỳ khắc nghiệt của bầu khí quyển thù địch của sao Kim và được thiết kế để chịu được gia tốc 300 G và áp suất 100 atm.
"Tôi chưa thấy bất cứ điều gì cho thấy có bất kỳ cảnh tượng nào. Nhưng một lần nữa, vì được thiết kế để sống sót sau khi đi vào sao Kim, nên khả năng nó sống sót là khá cao", Sorge cho biết. "Điều đó có nghĩa là bạn sẽ không thấy toàn bộ màn trình diễn ngoạn mục của một vụ vỡ tan và một loạt các mảnh vỡ bốc cháy khiến những lần tái nhập khác trở nên dễ nhận thấy như vậy", ông nói.
Vấn đề khó chịu
"Tất cả các mô hình đều sai và một số hữu ích", Darren McKnight, thành viên kỹ thuật cấp cao tại LeoLabs, một công ty giám sát hoạt động trong không gian để phát hiện các mối đe dọa đối với sự an toàn và an ninh, cho biết.McKnight nói với Space.com rằng sự tái xâm nhập của các vật thể không gian đã là một vấn đề khó khăn kể từ khi kỷ nguyên không gian bắt đầu, vì có ít nhất ba hiện tượng vật lý đều có độ không chắc chắn lớn.
McKnight cho biết những hiện tượng đó kết hợp lại để biểu thị độ không chắc chắn hoàn toàn về vị trí và thời điểm một vật thể cuối cùng sẽ quay trở lại Trái đất.
Các chỗ phình và chỗ lõm
Điểm mấu chốt của dấu hỏi về sự tái nhập là các cấu hình mật độ khí quyển, hướng của vật thể không gian, cùng với cách nó tan chảy, bốc hơi và (có thể) vỡ ra."Mật độ của khí quyển thay đổi mạnh mẽ đối với một điểm tái nhập nhất định trong không gian dựa trên thông lượng/hoạt động của mặt trời, thời gian trong ngày, v.v. Có những chỗ phình và chỗ lõm trong ngày trong khí quyển thay đổi trong suốt cả ngày, cũng bị ảnh hưởng bởi các cơn bão mặt trời xảy ra, chồng lên trên hoạt động mặt trời nền", McKnight cho biết.
Ông nói thêm rằng quá trình vận chuyển của những biến động này cũng thay đổi khi Trái đất tiến triển qua các mùa trong năm.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN
— Tàu đổ bộ sao Kim Kosmos 482 của Liên Xô thất bại đâm xuống Trái Đất sau 53 năm trên quỹ đạo
— 3 khối rác vũ trụ lớn đâm xuống Trái Đất mỗi ngày — và tình hình sẽ ngày càng tệ hơn
— Những hình ảnh mới về tàu đổ bộ Sao Kim của Liên Xô rơi xuống Trái Đất cho thấy dù của nó có thể đã bung ra
Độ cao kỳ diệu
Khi một vật thể vũ trụ đạt đến "độ cao kỳ diệu" là 50 dặm (80 km) so với Trái Đất, quá trình gia nhiệt đáng kể bắt đầu xảy ra, McKnight cho biết. "Hướng của vật thể vũ trụ có vai trò cực kỳ quan trọng để đánh giá chính xác hiệu ứng gia nhiệt và lực cản sẽ tăng tốc như thế nào", ông cho biết.Thêm vào đó, một số lực tác dụng lên vật thể vũ trụ khiến vật thể bay đến bị quay.
McKnight cho biết "Điều này thậm chí có thể gây ra hiệu ứng nâng ròng làm chậm quá trình tái nhập của vật thể vũ trụ". Đôi khi điều này được gọi là nhảy cóc, vì nó tương tự như một hòn đá ném nảy trên mặt ao.
McKnight cho biết ông đã làm việc trong lĩnh vực kỹ thuật hàng không vũ trụ, an toàn vũ trụ và hoạt động vũ trụ kể từ năm 1986. Ông kết luận rằng "Vật lý và dự đoán về sự tái nhập trong lĩnh vực đó đã tiến triển ít nhất trong khoảng thời gian đó".
