Nhiệm vụ du hành vũ trụ Fram2 của SpaceX đã sẵn sàng cất cánh hướng tới quỹ đạo cực, đánh dấu sự thay đổi đáng kể so với mọi chuyến bay vũ trụ có người lái trước đây. Nhưng tại sao điều này chưa từng được thực hiện trước đây?
Nhiệm vụ Fram2 do tư nhân tài trợ — được đặt theo tên của tàu biển Na Uy Fram ("Forward" trong tiếng Na Uy), đã khám phá Bắc Cực và Nam Cực vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20 — sẽ phóng trên tên lửa Falcon 9 và sử dụng tàu con thoi Crew Dragon Resilience của SpaceX để đưa bốn phi hành gia vào quỹ đạo cực lần đầu tiên. Mục tiêu phóng là không sớm hơn ngày 31 tháng 3, bay ở độ cao từ 249 đến 264 dặm (425 đến 450 km).
Lựa chọn quỹ đạo tiên phong này sẽ mang đến những cơ hội khoa học mới — nghiên cứu các hiện tượng khí quyển như STEVE (một họ hàng của cực quang), và thậm chí là một thí nghiệm trồng nấm trong điều kiện vi trọng lực — cùng những cảnh quan ngoạn mục. Nhưng nó cũng đưa ra một loạt các thách thức về kỹ thuật, an toàn và hậu cần độc đáo mà các cơ quan vũ trụ đã tránh từ lâu.
Hầu hết các sứ mệnh du hành vũ trụ có người lái trên thế giới đều hướng đến Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) hoặc trạm vũ trụ Thiên Cung của Trung Quốc, có quỹ đạo với độ nghiêng lần lượt là 51,6 độ và 41,5 độ. Điều này có nghĩa là vĩ độ cao nhất mà các phi hành gia thường vượt qua xa hơn một chút về phía bắc so với Vancouver, Canada và ngay phía nam của Quần đảo Auckland của New Zealand. Chuyến bay có người lái có độ nghiêng cao nhất cho đến nay là sứ mệnh Vostok 6 của Liên Xô, ở độ nghiêng 65 độ, vào năm 1963.
Liên quan: Gặp gỡ các phi hành gia của sứ mệnh Fram2 của SpaceX, sứ mệnh đầu tiên bay qua các cực của Trái đất
Ngược lại, độ nghiêng 90 độ của sứ mệnh Fram2 có nghĩa là nó sẽ bay trực tiếp qua cả Cực Bắc và Cực Nam. Đường đi này cung cấp phạm vi bao phủ toàn diện bề mặt Trái đất, cho phép quan sát các khu vực và hiện tượng mà các sứ mệnh khác không thể tiếp cận được.
Có những lý do chính đáng tại sao không có sứ mệnh có người lái nào thử quỹ đạo cực cho đến nay. Những lý do này bao gồm động lực phóng, chẳng hạn như cần nhiều năng lượng hơn (và do đó là nhiều nhiên liệu hơn) để đạt được quỹ đạo có độ nghiêng cao và đường bay, cần được tính toán cẩn thận để hạn chế rủi ro cho các khu vực có người ở. Ngoài ra, việc lập kế hoạch cứu hộ và phục hồi phức tạp hơn đáng kể, với khả năng cần phải thực hiện một cuộc cứu hộ quan trọng về thời gian ở các vùng cực xa xôi.
Fram2 sẽ phóng về phía nam từ Bờ biển Không gian Florida. Thông thường, các chuyến bay có người lái sẽ hướng về phía đông, ra ngoài Đại Tây Dương. Các sứ mệnh trên quỹ đạo này sẽ đi theo đường bay an toàn trên mặt nước và cũng được thúc đẩy bởi tốc độ quay của Trái đất, giúp tiết kiệm nhiên liệu. Tháng trước, SpaceX đã hạ cánh tầng đầu tiên của Falcon 9 ngoài khơi bờ biển Bahamas lần đầu tiên, mở ra những quỹ đạo mới để phục hồi các tầng đầu tiên, bao gồm cho nhiệm vụ Fram2.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— SpaceX sẽ đưa 4 người vào nhiệm vụ Fram2 lịch sử qua các cực của Trái Đất vào cuối năm 2024
— Các phi hành gia của SpaceX Polaris Dawn thực hiện chuyến đi bộ ngoài không gian tư nhân đầu tiên lịch sử trên quỹ đạo (video)
— Inspiration4: Chuyến bay không gian dân sự đầu tiên trên SpaceX Dragon
Khi đã vào không gian, mức độ phơi nhiễm bức xạ, vốn luôn là mối lo ngại trong các chuyến bay không gian có người lái, sẽ được nâng cao đối với phi hành đoàn Fram2. Từ trường của Trái Đất không bảo vệ được các phi hành gia khỏi các nguồn bức xạ có hại ở hai cực, trong khi cũng có những thách thức về thông tin liên lạc vì các trạm mặt đất được tối ưu hóa cho vĩ độ trung bình.
Một nghiên cứu phát hiện ra rằng Các chuyến bay tàu con thoi đến vĩ độ cao hơn phải chịu mức bức xạ cao hơn so với các nhiệm vụ ở vĩ độ trung bình, với mức độ tiếp xúc nhiều hơn với bức xạ vũ trụ thiên hà và bức xạ từ mặt trời. Các nhiệm vụ ở vùng cực, theo phát hiện của họ, sẽ bị ảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng.
Tuy nhiên, tin tốt là mức độ tiếp xúc tổng thể sẽ bị hạn chế do thực tế là Fram2 được thiết lập là một nhiệm vụ kéo dài từ ba đến năm ngày. Chuyến bay cũng cung cấp cơ hội cho nghiên cứu y sinh về tác động của việc tiếp xúc với bức xạ tăng lên đối với cơ thể con người.
Về mặt liên lạc, các vệ tinh Starlink của SpaceX sẽ cung cấp phạm vi phủ sóng cho nhiệm vụ, cùng với hệ thống TDRSS của NASA. SpaceX cũng đã xác định nhiều lựa chọn vị trí phục hồi khác nhau là cần thiết cho sự an toàn của phi hành đoàn như một phần của tài liệu bắt buộc để phê duyệt chuyến bay.
Mặc dù Fram2 là sứ mệnh đầu tiên, nhưng các sứ mệnh quỹ đạo cực có người lái đã được cân nhắc trước đó, từ những năm 1950 và 1960 với máy bay vũ trụ Dyna-Soar của Hoa Kỳ và các dự án Phòng thí nghiệm quỹ đạo có người lái. Cả hai đều không thành hiện thực vì một số lý do, bao gồm cả lý do kỹ thuật và chính trị.
Fram2 hiện đã sẵn sàng thực hiện bước đi tiên phong đó và đưa con người qua các cực lần đầu tiên, lấy cảm hứng từ tinh thần khám phá từ thời đại trước.
Nhiệm vụ Fram2 do tư nhân tài trợ — được đặt theo tên của tàu biển Na Uy Fram ("Forward" trong tiếng Na Uy), đã khám phá Bắc Cực và Nam Cực vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20 — sẽ phóng trên tên lửa Falcon 9 và sử dụng tàu con thoi Crew Dragon Resilience của SpaceX để đưa bốn phi hành gia vào quỹ đạo cực lần đầu tiên. Mục tiêu phóng là không sớm hơn ngày 31 tháng 3, bay ở độ cao từ 249 đến 264 dặm (425 đến 450 km).
Lựa chọn quỹ đạo tiên phong này sẽ mang đến những cơ hội khoa học mới — nghiên cứu các hiện tượng khí quyển như STEVE (một họ hàng của cực quang), và thậm chí là một thí nghiệm trồng nấm trong điều kiện vi trọng lực — cùng những cảnh quan ngoạn mục. Nhưng nó cũng đưa ra một loạt các thách thức về kỹ thuật, an toàn và hậu cần độc đáo mà các cơ quan vũ trụ đã tránh từ lâu.
Hầu hết các sứ mệnh du hành vũ trụ có người lái trên thế giới đều hướng đến Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) hoặc trạm vũ trụ Thiên Cung của Trung Quốc, có quỹ đạo với độ nghiêng lần lượt là 51,6 độ và 41,5 độ. Điều này có nghĩa là vĩ độ cao nhất mà các phi hành gia thường vượt qua xa hơn một chút về phía bắc so với Vancouver, Canada và ngay phía nam của Quần đảo Auckland của New Zealand. Chuyến bay có người lái có độ nghiêng cao nhất cho đến nay là sứ mệnh Vostok 6 của Liên Xô, ở độ nghiêng 65 độ, vào năm 1963.
Liên quan: Gặp gỡ các phi hành gia của sứ mệnh Fram2 của SpaceX, sứ mệnh đầu tiên bay qua các cực của Trái đất
Ngược lại, độ nghiêng 90 độ của sứ mệnh Fram2 có nghĩa là nó sẽ bay trực tiếp qua cả Cực Bắc và Cực Nam. Đường đi này cung cấp phạm vi bao phủ toàn diện bề mặt Trái đất, cho phép quan sát các khu vực và hiện tượng mà các sứ mệnh khác không thể tiếp cận được.
Có những lý do chính đáng tại sao không có sứ mệnh có người lái nào thử quỹ đạo cực cho đến nay. Những lý do này bao gồm động lực phóng, chẳng hạn như cần nhiều năng lượng hơn (và do đó là nhiều nhiên liệu hơn) để đạt được quỹ đạo có độ nghiêng cao và đường bay, cần được tính toán cẩn thận để hạn chế rủi ro cho các khu vực có người ở. Ngoài ra, việc lập kế hoạch cứu hộ và phục hồi phức tạp hơn đáng kể, với khả năng cần phải thực hiện một cuộc cứu hộ quan trọng về thời gian ở các vùng cực xa xôi.
Fram2 sẽ phóng về phía nam từ Bờ biển Không gian Florida. Thông thường, các chuyến bay có người lái sẽ hướng về phía đông, ra ngoài Đại Tây Dương. Các sứ mệnh trên quỹ đạo này sẽ đi theo đường bay an toàn trên mặt nước và cũng được thúc đẩy bởi tốc độ quay của Trái đất, giúp tiết kiệm nhiên liệu. Tháng trước, SpaceX đã hạ cánh tầng đầu tiên của Falcon 9 ngoài khơi bờ biển Bahamas lần đầu tiên, mở ra những quỹ đạo mới để phục hồi các tầng đầu tiên, bao gồm cho nhiệm vụ Fram2.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— SpaceX sẽ đưa 4 người vào nhiệm vụ Fram2 lịch sử qua các cực của Trái Đất vào cuối năm 2024
— Các phi hành gia của SpaceX Polaris Dawn thực hiện chuyến đi bộ ngoài không gian tư nhân đầu tiên lịch sử trên quỹ đạo (video)
— Inspiration4: Chuyến bay không gian dân sự đầu tiên trên SpaceX Dragon
Khi đã vào không gian, mức độ phơi nhiễm bức xạ, vốn luôn là mối lo ngại trong các chuyến bay không gian có người lái, sẽ được nâng cao đối với phi hành đoàn Fram2. Từ trường của Trái Đất không bảo vệ được các phi hành gia khỏi các nguồn bức xạ có hại ở hai cực, trong khi cũng có những thách thức về thông tin liên lạc vì các trạm mặt đất được tối ưu hóa cho vĩ độ trung bình.
Một nghiên cứu phát hiện ra rằng Các chuyến bay tàu con thoi đến vĩ độ cao hơn phải chịu mức bức xạ cao hơn so với các nhiệm vụ ở vĩ độ trung bình, với mức độ tiếp xúc nhiều hơn với bức xạ vũ trụ thiên hà và bức xạ từ mặt trời. Các nhiệm vụ ở vùng cực, theo phát hiện của họ, sẽ bị ảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng.
Tuy nhiên, tin tốt là mức độ tiếp xúc tổng thể sẽ bị hạn chế do thực tế là Fram2 được thiết lập là một nhiệm vụ kéo dài từ ba đến năm ngày. Chuyến bay cũng cung cấp cơ hội cho nghiên cứu y sinh về tác động của việc tiếp xúc với bức xạ tăng lên đối với cơ thể con người.
Về mặt liên lạc, các vệ tinh Starlink của SpaceX sẽ cung cấp phạm vi phủ sóng cho nhiệm vụ, cùng với hệ thống TDRSS của NASA. SpaceX cũng đã xác định nhiều lựa chọn vị trí phục hồi khác nhau là cần thiết cho sự an toàn của phi hành đoàn như một phần của tài liệu bắt buộc để phê duyệt chuyến bay.
Mặc dù Fram2 là sứ mệnh đầu tiên, nhưng các sứ mệnh quỹ đạo cực có người lái đã được cân nhắc trước đó, từ những năm 1950 và 1960 với máy bay vũ trụ Dyna-Soar của Hoa Kỳ và các dự án Phòng thí nghiệm quỹ đạo có người lái. Cả hai đều không thành hiện thực vì một số lý do, bao gồm cả lý do kỹ thuật và chính trị.
Fram2 hiện đã sẵn sàng thực hiện bước đi tiên phong đó và đưa con người qua các cực lần đầu tiên, lấy cảm hứng từ tinh thần khám phá từ thời đại trước.
