'Vật thể' lao về Trái Đất với tốc độ gấp 20 lần vận tốc âm thanh: Vì sao khiến tỉ phú Mỹ hồi hộp mong chờ?

Hành trình trở về Trái Đất của phi hành đoàn Crew Dragon được tỷ phú Elon Musk 'nín thở' mong chờ.

Sau 64 ngày làm việc trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS), hai phi hành gia NASA Douglas G. Hurley và Robert L. Behnken đã trở về Trái Đất an toàn vào ngày 2/8/2020.

Chuyến trở về Trái Đất của 2 phi hành gia Mỹ kết thúc thành công mỹ mãn kế hoạch SpaceX (Mỹ) phóng tàu vũ trụ Crew Dragon đưa người lên ISS làm việc sau gần 1 thập kỷ người Mỹ phụ thuộc vào phương tiện bay của người Nga với cái giá đắt đỏ.

Nếu chuyến bay đến trạm ISS đánh dấu bước ngoặt lần đầu tiên một công ty vũ trụ thương mại tư nhân đưa con người lên quỹ đạo quanh Trái Đất - thì chuyến trở về Trái Đất là hành trình mạo hiểm tột độ, được đánh cược bằng mạng sống của hai cựu đại tá Không quân Mỹ.

Người sáng lập Tập đoàn Công nghệ Khai phá Không gian SpaceX - tỷ phú công nghệ Elon Musk - nói rằng cuộc tái ngộ này thực sự là "mối quan tâm lớn nhất" của ông. Vì sao?

Ranh giới sống - chết

Sự kiện tàu vũ trụ Crew Dragon nặng 6 tấn được tên lửa đẩy hạng nặng Falcon 9 phóng đi diễn ra vào ngày 30/5/2020 từ Trung tâm vũ trụ Kennedy ở bang Florida. Sứ mệnh phóng đi (sứ mệnh 1) diễn ra tốt đẹp khi SpaceX và NASA đã thành công trong việc kết nối Crew Dragon với ISS, để 2 phi hành gia có thể hoàn thành công việc khoa học và bảo trì 4 phi thuyền không gian trên ISS.

Tuy nhiên, đến đây, cả NASA và SpaceX mới chỉ đi được một nửa chặng đường. Chặng đường còn lại (sứ mệnh 2) là đưa hai phi hành gia Douglas G. Hurley và Robert L. Behnken trở về Trái Đất an toàn.

Ngày 1/8/2020, 2 phi hành gia NASA bắt đầu thủ tục 'ngắt kết nối' với ISS, theo lịch trình đáp về Trái Đất. Đây là lúc những nguy hiểm bủa vây phi hành đoàn.

Tiến sĩ vật lý Heather Muir (ĐH Cambridge, Anh) phân tích:

Vận tốc và nhiệt độ cực cao mà phi thuyền phải chịu đựng khi lao vào vùng khí quyển Trái Đất là một thách thức lớn đối với các kỹ sư và khiến cho hành trình tái ngộ trở thành phần nguy hiểm nhất của sứ mệnh bay lần này.

Mối nguy hiểm bắt đầu với việc tìm đúng góc của quỹ đạo khi tàu vũ trụ đi vào bầu khí quyển phía trên. Nếu quá dốc, các phi hành gia sẽ gặp phải lực G lớn (lực gia tốc, chỉ “sức nặng” của lực do việc tăng tốc tác dụng đến cơ thể), có khả năng gây tử vong và ma sát của lực cản không khí có thể khiến tàu vũ trụ nổ tung. Nếu góc quá rộng, thay vào đó, tàu vũ trụ sẽ "bốc hơi" một cách thảm khốc khỏi bầu khí quyển, những mảnh vụn rơi rớt lại sẽ quay trở lại quỹ đạo Trái Đất.

Tàu vũ trụ sẽ lao vào bầu khí quyển phía trên với tốc độ 27.000 km/giờ, tương đương 7,5 km/giây, tức là gấp hơn 20 lần tốc độ âm thanh.

Ở tốc độ khủng khiếp này, một sóng xung kích rất mạnh hình thành xung quanh phía trước của tàu vũ trụ, nén và làm nóng không khí.

Ở giai đoạn khắc nghiệt nhất, nhiệt độ của không khí vượt quá 7.000 độ C. Để so sánh, nhiệt độ ở bề mặt của Mặt Trời là khoảng 5.500 độ C.

Điều này làm cho tấm chắn nhiệt của tàu vũ trụ nóng đến mức nó bắt đầu phát sáng - một quá trình gọi là sự nóng sáng (Incandescence). Tấm chắn nhiệt vật liệu PICA-X mới và tiên tiến của SpaceX được lắp đặt bảo vệ tàu vũ trụ trong các chuyến bay thử nghiệm, sau đó được phục hồi trong trạng thái đã than hóa.

 

SpaceX thử nghiệm tấm chắn nhiệt vật liệu PICA-X trước khi trang bị cho tàu Crew Dragon. Ảnh: Internet

Các phân tử không khí xung quanh tàu vũ trụ cũng phân hủy thành các nguyên tử tích điện dương và các electron tự do - cái gọi là plasma. Khi một số phân tử kết hợp lại, năng lượng dư thừa được giải phóng dưới dạng photon (hạt ánh sáng) - làm cho không khí xung quanh tàu phát sáng màu hổ phách.

Lớp plasma này có thể đẹp nhưng nó có thể gây mất điện radio. Khi một electron di chuyển dọc theo một dây dẫn, chúng ta có điện. Nếu điện trường trở nên quá mạnh, nó có thể phản xạ và làm suy giảm các sóng vô tuyến đang cố gắng tiếp cận tàu vũ trụ.

Mất điện không chỉ dẫn đến mất kết nối với phi hành đoàn và dữ liệu chuyến bay, nó còn có thể khiến điều khiển và hướng dẫn từ xa không thể thực hiện được. Các sứ mệnh Apollo, Mars Pathfinder (robot thăm dò sao Hỏa của NASA) và tên lửa Soyuz 2018 gần đây đã thất bại do sự cố mất liên lạc sau khi phóng đi vài phút.

Kiểm soát nhiệm vụ của NASA trước đó dự đoán: Ngày tái ngộ, trong giai đoạn khắc nghiệt nhất, phi hành đoàn Crew Dragon có thể mất điện trong 6 phút. Nếu có kỳ sự cố nào xảy ra trong thời gian này, vận mệnh của cả con người và con tàu đều nằm trong tay các phi hành gia.

Một giai đoạn rủi ro khác là hạ cánh hỗ trợ bằng (nhảy) dù. Phi hành đoàn Crew Dragon sẽ triển khai 4 chiếc dù trong giai đoạn tái ngộ cuối cùng khi một phần của tàu vũ trụ (viên nang) đáp xuống vùng biển Đại Tây Dương ngoài khơi bang Florida, Mỹ. Sứ mệnh hạ cánh cuối cùng này đã được SpaceX thử nghiệm 27 lần trước đó.

Phần còn lại của tàu vũ trụ Crew Dragon đáp xuống vùng biển thuộc Đại Tây Dương. Ảnh: NASA

Phi hành gia Doug Hurley, bên trái, và Bob Behnken trong một chiếc trực thăng ở Pensacola sau khi họ hạ cánh trên Vịnh Mexico. Ảnh: NASA / via Reuters

Kết quả, ngày 2/8/2020, Crew Dragon trở về Trái Đất nguyên vẹn, an toàn với tốc độ khi chạm mặt biển gần Pensacola, Florida là 24 km/giờ, tờ New York Times thông tin.

Trở về từ môi trường rơi tự do của quỹ đạo, xuống đến khu vực có các lực hấp dẫn bình thường trên mặt đất thường làm mất phương hướng cho các phi hành gia. Việc hạ cánh trên mặt biển cũng gây thêm khả năng say sóng cho phi hành đoàn. Tuy nhiên, vào lúc 4 giờ chiều ngày 2/8, sau khi được đội kỹ thuật hỗ trợ, hai phi hành gia mỉm cười chiến thắng với các đồng nghiệp dưới mặt đất.

Vượt lên tất cả những hiểm nguy chết người, họ đã thực hiện cuộc tái ngộ vĩ đại. Một lần nữa khẳng định vị thế của Mỹ trong hành trình chinh phục không gian và du hành vũ trụ.

Đích đến...

Năm 1961, trong lời hiệu triệu kêu gọi NASA đưa người đổ bộ Mặt Trăng, Tổng thống Mỹ J.F. Kennedy nhấn mạnh vai trò của cơ quan này trong sứ mệnh đưa phi hành gia trở lại Trái Đất an toàn.

Tương tự, đối với SpaceX và NASA trong sứ mệnh tháng 8/2020, sự trở lại an toàn của phi hành đoàn là sứ mệnh tiên quyết. Cuộc tái ngộ thành công mang lại ý nghĩa rất lớn cho nước Mỹ: Giảm chi phí thăm dò không gian thông qua việc sử dụng tên lửa có thể tái sử dụng và cho phép nước này thám hiểm không gian một cách độc lập.

[Năm 2011, tàu con thoi cuối cùng mang tên STS-135 của NASA nghỉ hưu. NASA bắt đầu phải trả một khoản tiền khổng lồ là 9 triệu USD để thuê chỗ ngồi trên tàu vũ trụ Soyuz của Nga để đưa người lên ISS làm việc].

Thành công của Crew Dragon trở thành tiền đề rộng mở cho ngành du hành vũ trụ của Mỹ.

SpaceX tiếp tục hợp tác với công ty hàng không vũ trụ thương mại Axiom Space, công ty có mục tiêu cuối cùng là xây dựng trạm vũ trụ thương mại đầu tiên trên thế giới. Các hoạt động thương mại được đề xuất tại ngôi nhà vũ trụ này rất rộng, từ nghiên cứu và sản xuất trong không gian đến hỗ trợ thám hiểm không gian.

Sau đó là du lịch vũ trụ. Các công dân tư nhân đã xếp hàng để nhận vé vào vũ trụ, và với thành công lịch sử của phi hành đoàn Crew Dragon, họ sẽ không phải chờ đợi lâu.

Công ty du lịch vũ trụ của Mỹ, Space Adventures (hợp tác với SpaceX), đang lên kế hoạch cung cấp các chuyến bay khí quyển không trọng lực, các chuyến bay quỹ đạo với tùy chọn phi thuyền và vòng quanh Mặt Trăng vào cuối năm 2021.

Chưa bao giờ du hành vũ trụ Mỹ lại trở nên rộng mở đến vậy. Thành công của SpaceX đang dần đưa vũ trụ đến trong tầm tay của con người...

Bài dịch từ công trình của: Heather Muir - Tiến sĩ Vật lý, Đại học Cambridge (UK) đăng trên The Conversation.

Theo Tri thức trẻ.