Bên trong kế hoạch của NASA: Dò tìm hang ngầm và chuẩn bị cho căn cứ đầu tiên trên Mặt Trăng

Đằng sau những bức ảnh về bước chân lịch sử trên bề mặt Mặt Trăng là một bài toán sinh tồn vô cùng khắc nghiệt đối với các nhà khoa học. Để con người có thể sống và làm việc lâu dài trên Trái Đất thứ hai này, họ phải vượt qua những đêm Mặt Trăng kéo dài khoảng hai tuần Trái Đất với cái lạnh thấu xương, môi trường bức xạ ion hóa nguy hại và nguy cơ từ những trận mưa mảnh thiên thạch tí hon. Do không có tầng khí quyển dày che chở như Trái Đất, mọi cấu trúc nhà ở xây dựng trên bề mặt đều đối mặt với rủi ro bị hư hại lớn. Để chuẩn bị cho tương lai đó, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) đang triển khai một chiến lược toàn diện: đưa các thiết bị thăm dò đi trước để tìm kiếm những hang ngầm tự nhiên, săn tìm nguồn nước băng ẩn giấu và đo đạc mọi nguy cơ địa chất. Thông qua chương trình PRISM và dịch vụ vận chuyển thương mại CLPS, những mảnh ghép khoa học này đang đặt nền móng vững chắc cho căn cứ đầu tiên của loài người ngoài Trái Đất. [1]

LEMS-SP: Trạm gác tự động theo dõi động đất và thiên thạch tí hon

Một trong những khác biệt lớn nhất giữa Trái Đất và Mặt Trăng là khả năng tự bảo vệ trước các vật thể ngoài không gian. Trên Mặt Trăng, sự thiếu vắng của một tầng khí quyển đủ dày khiến cho các mảnh thiên thạch tí hon di chuyển với tốc độ cực cao có thể đâm thẳng xuống bề mặt mà không bị đốt cháy. Những cú va chạm nhỏ nhưng liên tục này tích tụ mối đe dọa lớn đối với vỏ bọc của nhà giàn sinh hoạt và thiết bị kỹ thuật. Để theo dõi nguy cơ này trong thời gian dài, NASA đã chọn thiết bị LEMS-SP (Lunar Environment Monitoring Station -- South Pole) do Tiến sĩ Mehdi Benna thuộc Đại học Maryland, Baltimore County chủ trì. Trạm quan sát tự động này sẽ hoạt động độc lập tại khu vực Cực Nam Mặt Trăng để ghi nhận mật độ tác động của các mảnh đá vũ trụ. [1]

Bên cạnh việc cảnh báo va chạm thiên thạch, LEMS-SP còn trang bị một máy đo địa chấn chu kỳ ngắn chuyên biệt nhằm phát hiện các rung động và hiện tượng động đất Mặt Trăng (moonquakes). Việc nắm rõ cường độ và tần suất của các trận động đất giúp các nhà thiết kế tính toán độ bền của móng công trình và vị trí đặt các thiết bị nhạy cảm. Không dừng lại ở đó, thiết bị còn phân tích sự biến động của các chất dễ bay hơi—những hợp chất dễ chuyển hóa thành thể khí—trong lớp khí quyển ngoại biên cực mỏng của Mặt Trăng. Việc theo dõi toàn diện các yếu tố môi trường này giúp xây dựng một cuốn cẩm nang an toàn chi tiết trước khi các phi hành gia chính thức đặt chân đến ở lại. [1]

GIMLI: Dò tìm các đường hầm dung nham ẩn sâu dưới lòng đất

Việc vận chuyển vật liệu xây dựng từ Trái Đất lên Mặt Trăng để che chắn bức xạ ion hóa nguy hiểm và chịu đựng sự chênh lệch nhiệt độ khắc nghiệt là một thách thức vô cùng đắt đỏ. Chính vì vậy, các nhà khoa học hướng sự chú ý đến một giải pháp trú ẩn sẵn có do địa chất Mặt Trăng tạo ra từ hàng tỷ năm trước: các đường hầm dung nham ngầm. Khi những dòng dung nham núi lửa cuồn cuộn chảy trên bề mặt thời cổ đại, lớp magma phía trên tiếp xúc với không gian lạnh giá đã đóng băng và cứng lại thành một trần đá vững chắc. Trong khi đó, dòng dung nham nóng chảy phía trong tiếp tục di chuyển và rút sạch khi nguồn cung cạn kiệt, để lại những đường hầm rỗng khổng lồ trải dài dưới lòng đất. [1]

Nhiệm vụ GIMLI (Geophysical Instruments for Marius Lunar pit Investigation) do Tiến sĩ Nathaniel Putzig từ Viện Khoa học Hành tinh dẫn đầu được thiết kế để khám phá Marius Hills Pit—một miệng hố sụt bất thường trên bề mặt Mặt Trăng. Các nhà nghiên cứu nghi ngờ hố này chính là giếng trời dẫn xuống một hệ thống hầm dung nham quy mô lớn. Bằng cách sử dụng các công cụ đo địa vật lý chuyên sâu từ bề mặt, GIMLI sẽ quét lớp đất đá bên dưới nhằm xác định xem miệng hố có thực sự nối với khoang ngầm rỗng hay không và đo đạc kích thước của chúng. Nếu các hang ngầm này được xác nhận, chúng sẽ trở thành nơi đặt căn cứ lý tưởng. Lớp trần đá tự nhiên dày hàng mét sẽ chắn toàn bộ bức xạ nguy hại, chặn đứng mảnh thiên thạch và giữ nhiệt độ bên trong luôn ở mức ổn định hơn nhiều so với bề mặt khắc nghiệt bên ngoài. [1]

DISCO: Săn tìm băng nước và nghiên cứu bề mặt phục vụ hạ cánh

Trong mọi kế hoạch định cư dài hạn ngoài Trái Đất, nước là tài nguyên mang tính quyết định. Việc mang theo toàn bộ lượng nước sinh hoạt và sản xuất từ Trái Đất lên Mặt Trăng là điều bất khả thi về mặt chi phí. Do đó, thiết bị DISCO (Depth Imager with Spectral and Color Optics) do Tiến sĩ Ariel Deutsch thuộc Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA lãnh đạo sẽ thực hiện các phép đo trực tiếp đầu tiên từ bề mặt đối với lượng băng nước ẩn trong các hố lạnh vi mô (micro-cold traps). Đây là những vùng địa hình trũng nhỏ nằm hoàn toàn trong bóng tối vĩnh cửu, nơi ánh nắng Mặt Trời không bao giờ chạm tới, giúp duy trì mức nhiệt độ đủ thấp để giữ cho băng nước không bị bốc hơi suốt hàng tỷ năm qua. [1]

Việc DISCO xác định chính xác vị trí, hàm lượng và hình thức phân bố của băng nước sẽ cho phép các kỹ sư lên kế hoạch khai thác tại chỗ. Nước băng không chỉ cung cấp nước uống cho phi hành gia mà còn có thể tách thành ôxy để thở và hydro làm nhiên liệu cho tàu vũ trụ. Bên cạnh nhiệm vụ tìm nước, DISCO còn nghiên cứu cấu trúc vật lý của lớp đất bề mặt. Khi tàu vũ trụ đáp xuống, luồng khí phụt từ động cơ tên lửa có thể thổi bay lớp bụi thô và vật liệu xốp, gây nguy hiểm cho công trình xung quanh. Việc hiểu rõ độ ổn định của bề mặt và phản ứng của đất đá khi hạ cánh sẽ giúp NASA thiết kế bãi đáp an toàn hơn cho các chuyến xe tự hành và tàu chở người trong chương trình Artemis. [1]

Mô hình vận chuyển CLPS và bước đệm dài hạn hướng tới Sao Hỏa

Cả ba nhiệm vụ LEMS-SP, GIMLI và DISCO đều được NASA lựa chọn thông qua chương trình PRISM (Payloads and Research Investigations on the Surface of the Moon). Để đưa các thiết bị khoa học này tới địa điểm nghiên cứu, NASA hợp tác với các doanh nghiệp tư nhân thông qua sáng kiến CLPS (Commercial Lunar Payload Services). Mô hình này giúp tối ưu hóa chi phí vận chuyển thương mại, tăng tần suất đưa các tải trọng khoa học lên bề mặt Mặt Trăng và đẩy nhanh tiến độ thử nghiệm công nghệ. Sự kết hợp đồng bộ giữa quan sát địa chấn của LEMS-SP, dò tìm hang ngầm của GIMLI và khai thác băng nước của DISCO sẽ cung cấp dữ liệu toàn diện để hạ thấp tối đa rủi ro cho con người. [1]

Những chuẩn bị kỹ lưỡng này không chỉ phục vụ cho sứ mệnh đưa phi hành gia quay trở lại Mặt Trăng và thiết lập căn cứ ở lại lâu dài trong Chương trình Artemis. Dữ liệu thực địa thu được từ môi trường khốc liệt của Mặt Trăng còn đóng vai trò là một bộ tài liệu sinh tồn quan trọng, giúp các nhà khoa học hoàn thiện công nghệ đóng tàu, xây dựng trạm trú ẩn và khai thác tài nguyên ngoài Trái Đất. Đây chính là bước đệm chiến lược hoàn hảo để nhân loại chuẩn bị cho hành trình đầy tham vọng tiếp theo: đưa con người tiến sang hành trình chinh phục Sao Hỏa. [1]