Đường bay vòng quanh Mặt Trời và màn giải cứu ăng-ten kẹt ngoài không gian của tàu JUICE

Con đường ngắn nhất nối hai điểm trong không gian không phải lúc nào cũng là một đường thẳng. Để vươn tới hệ sao Mộc ở khoảng cách hàng trăm triệu kilômét, tàu thám hiểm JUICE của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu phải thực hiện một chuỗi thao tác bay vòng quanh Mặt Trời, liên tục quay lại mượn lực hấp dẫn của Trái Đất và Sao Kim để tăng tốc. Được phóng lên vào tháng 4 năm 2023, con tàu mang theo sứ mệnh tiếp cận và nghiên cứu ba mặt trăng băng giá chứa đại dương ngầm gồm Europa, Ganymede và Callisto vào năm 2031. Hành trình dài gần một thập kỷ này đòi hỏi sự chính xác tuyệt đối trong điều hướng cùng khả năng xử lý các sự cố kỹ thuật bất ngờ ngay giữa không gian sâu. [1]

Nghệ thuật mượn lực hấp dẫn trên đường tới sao Mộc

Để gửi một con tàu vũ trụ nặng hàng tấn đến vùng ngoại vi của Hệ Mặt Trời, việc mang theo đủ nhiên liệu cho một đường bay thẳng là điều không khả thi về mặt kỹ thuật và chi phí. Thay vào đó, các nhà điều hành sứ mệnh áp dụng kỹ thuật mượn lực hấp dẫn. Bằng cách thực hiện các chuyến bay lướt qua một hành tinh ở khoảng cách gần, tàu vũ trụ có thể lợi dụng chuyển động và trường hấp dẫn của hành tinh đó để thay đổi quỹ đạo cũng như gia tăng vận tốc mà không cần tiêu tốn nhiên liệu đẩy. [1]

Hành trình của tàu JUICE bao gồm tổng cộng bốn lần mượn lực hấp dẫn từ các hành tinh. Vào tháng 8 năm 2024, con tàu đã hoàn thành cú diễn tập kép khi bay lướt qua Mặt Trăng rồi đến Trái Đất nhằm hãm tốc và điều chỉnh hướng bay về phía Sao Kim. Tiếp đó, vào tháng 8 năm 2025, chuyến bay lướt qua Sao Kim sẽ giúp tàu gia tăng vận tốc đáng kể. Theo kế hoạch, tàu JUICE sẽ quay lại mượn lực hấp dẫn của Trái Đất thêm hai lần nữa: một lần vào cuối tháng 9 năm 2026 và lần cuối cùng vào tháng 1 năm 2029, tạo lực phóng quyết định đưa con tàu tiến thẳng về phía sao Mộc vào năm 2031. [1]

Chiến dịch giải cứu ăng-ten RIME kẹt giữa không gian

Ngay sau khi rời bệ phóng vào ngày 14 tháng 4 năm 2023, sứ mệnh JUICE đã gặp phải thử thách lớn khi ăng-ten chính của thiết bị radar RIME bị kẹt cứng, không thể mở ra hoàn toàn. Đây là bộ khí cụ khoa học quan trọng có nhiệm vụ phát sóng radar xuyên qua lớp băng bề mặt để thăm dò cấu trúc bên trong của các mặt trăng ở độ sâu lên tới 9 kilômét (tương đương 5,5 dặm). Sự cố kẹt cơ học này đe dọa làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến mục tiêu nghiên cứu đại dương ngầm của chuyến đi. [1]

Trong suốt ba tuần, nhóm kỹ sư điều hành tại mặt đất đã triển khai hàng loạt giải pháp xử lý từ khoảng cách xa. Đầu tiên, họ kích hoạt các động cơ đẩy nhỏ trên tàu để tạo chuyển động rung lắc nhằm làm bật chốt kẹt. Khi phương án này chưa mang lại kết quả, đội ngũ điều khiển tiếp tục xoay toàn bộ thân tàu để ánh sáng Mặt Trời rọi trực tiếp, làm nóng các linh kiện bị kẹt với hy vọng sự co giãn nhiệt sẽ giải phóng chốt. Cuối cùng, vào ngày 12 tháng 5 năm 2023, họ kích hoạt một thiết bị cơ học gọi là bộ chấp hành. Cú sốc lực chính xác từ thiết bị này đã giải phóng thành công ăng-ten RIME khỏi vị trí nghẽn, khôi phục hoàn toàn khả năng vận hành cho khí cụ. [1]

Thăm dò Europa và truy tìm manh mối sự sống

Khi tiến vào hệ sao Mộc vào năm 2031, tàu JUICE sẽ bắt đầu chuỗi quan sát chi tiết các mặt trăng băng giá, trong đó Europa là một trong những mục tiêu thu hút sự chú ý lớn nhất của giới khoa học. Dưới lớp vỏ băng giá bao bọc bên ngoài, Europa được tin là sở hữu một đại dương nước lỏng khổng lồ. Sứ mệnh của JUICE là tìm kiếm các dấu vết hóa học thiết yếu đối với sự sống, đặc biệt là các phân tử hữu cơ chứa cacbon vốn là nền tảng hình thành sinh học trên Trái Đất. [1]

Bên cạnh việc phân tích thành phần hóa học, tàu thám hiểm còn tập trung nghiên cứu cơ chế hình thành các địa hình đặc trưng trên bề mặt Europa. Khí cụ trên tàu sẽ đo đạc và xác định thành phần của các vật chất không phải là băng nước phân bố trên bề mặt. Những dữ liệu này giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về sự tương tác giữa đại dương ngầm bên dưới và lớp vỏ băng bên trên, từ đó đánh giá khả năng duy trì môi trường sống của mặt trăng này. [1]

Nhiệm vụ quỹ đạo tại mặt trăng khổng lồ Ganymede

Sau khi thực hiện 35 chuyến bay lướt qua các mặt trăng Galilean gồm Europa, Callisto và Ganymede, tàu JUICE sẽ thực hiện một bước ngoặt quan trọng: đi vào quỹ đạo quanh Ganymede ở độ cao khoảng 200 kilômét (125 dặm). Đây là mặt trăng lớn nhất trong Hệ Mặt Trời và là vệ tinh duy nhất được biết đến có từ trường nội tại riêng. Con tàu sẽ duy trì quỹ đạo làm việc này trong khoảng ba năm trước khi kết thúc sứ mệnh bằng một cú va chạm chủ động xuống bề mặt Ganymede. [1]

Trong thời gian vận hành quanh Ganymede, JUICE sẽ thu thập dữ liệu toàn diện về cấu trúc đa tầng của mặt trăng này. Các nhiệm vụ khoa học bao gồm xác định đặc tính của đại dương ngầm, phát hiện các bể chứa nước dưới bề mặt, xây dựng bản đồ địa hình và địa chất, cũng như đo đạc đặc tính vật lý của lớp vỏ băng. Đồng thời, con tàu sẽ nghiên cứu sự phân bố khối lượng bên trong, khí quyển thưa thớt cùng sự tương tác phức tạp giữa từ trường của Ganymede với từ quyển khổng lồ của sao Mộc. [1]

Khảo sát Callisto và mô hình hành tinh khí khổng lồ

Cùng với Europa và Ganymede, mặt trăng Callisto là mục tiêu thứ ba trong bộ ba vệ tinh mang đại dương ngầm mà JUICE tiến hành khảo sát. Bằng hệ thống thiết bị cảm biến từ xa, khí cụ địa vật lý và các phép đo tại chỗ, sứ mệnh sẽ phân tích toàn diện Callisto như một thể hành tinh riêng biệt, đồng thời đánh giá tiềm năng tồn tại môi trường sống trên vệ tinh băng giá này. [1]

Mục tiêu bao trùm của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu khi nghiên cứu hệ sao Mộc không chỉ dừng lại ở bản thân hành tinh này cùng các mặt trăng của nó. Giới khoa học kỳ vọng những phát hiện chi tiết tại sao Mộc sẽ trở thành mô hình chuẩn mực giúp hiểu rõ cấu trúc, động lực học và sự tiến hóa của các hệ hành tinh khí khổng lồ khác trong Dải Ngân Hà, mở ra cái nhìn mới về các thế giới xa xôi ngoài Hệ Mặt Trời. [1]