Nghệ thuật mượn lực hấp dẫn: Tàu Juice lướt qua Trái Đất để đến sao Mộc

Làm thế nào một tàu vũ trụ có thể vượt hàng trăm triệu kilômét tới hành tinh xa xôi mà không cạn kiệt nhiên liệu? Ngày 28 tháng 9 năm 2026, tàu thám hiểm Juice của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) đã thực hiện cú lướt sát Trái Đất ở khoảng cách khoảng 8.640 km phía trên Ấn Độ Dương. Sự kiện này cho thấy cách các nhà khoa học tận dụng lực hấp dẫn của các thiên thể để thay đổi quỹ đạo và tăng tốc cho tàu vũ trụ trong hành trình du hành không gian sâu. [1]

Kỹ thuật hỗ trợ trọng lực: Thay đổi vận tốc và hướng đi

Mục tiêu cốt lõi của chuyến ghé thăm Trái Đất là thực hiện kỹ thuật hỗ trợ trọng lực (gravity assist). Bằng cách đi vào vùng ảnh hưởng hấp dẫn của Trái Đất đúng thời điểm và góc độ, tàu Juice đã bẻ cong quỹ đạo di chuyển 20 độ so với hướng đi trước đó, đồng thời gia tăng tốc độ thêm 3,5 km/s. Quá trình này giúp con tàu thu nạp thêm động lượng từ chuyển động của hành tinh để tiếp tục hành trình hướng về sao Mộc mà tiêu tốn rất ít nhiên liệu. [1]

Để dễ hình dung cơ chế này, có thể tưởng tượng một quả bóng cao su được ném vào một chiếc xe tải đang lao tới. Quả bóng không chỉ bật nảy lại mà còn nhận thêm một phần năng lượng từ khối lượng và vận tốc chuyển động của chiếc xe, khiến nó bay đi nhanh hơn rất nhiều so với vận tốc ban đầu. Trong không gian, Trái Đất đóng vai trò như một vật thể khổng lồ truyền một phần động lượng cho tàu Juice mà không làm ảnh hưởng đáng kể đến chuyển động của chính hành tinh.

Điều phối đường bay chính xác và bảo tồn nhiên liệu

Để cú bay lướt qua đạt hiệu quả tối ưu và đảm bảo an toàn cho thiết bị, đội ngũ điều hành phải duy trì độ chính xác rất cao trong công tác dẫn đường theo thời gian thực. Trong suốt bốn tuần dẫn tới thời điểm tiếp cận gần nhất, các kỹ sư chỉ cần thực hiện một lần điều chỉnh đường bay nhỏ trong số sáu cơ hội đã được lập kế hoạch trước. Việc định tuyến chuẩn xác giúp tàu Juice hạn chế tối đa việc phải tự đốt nhiên liệu động cơ. [1]

Theo Quản lý Vận hành Tàu vũ trụ Juice, bà Angela Dietz, lượng nhiên liệu tiết kiệm được nhờ kỹ thuật hỗ trợ trọng lực sẽ được bảo lưu cẩn thận. Phần nhiên liệu dự trữ này đóng vai trò quyết định khi tàu cập bến hệ sao Mộc, nơi nó phải thực hiện hàng loạt thao tác phức tạp để đi vào quỹ đạo và tiến hành các chuyến bay lướt qua những mặt trăng băng giá. [1]

Thử nghiệm thiết bị khoa học trong môi trường thực tế

Bên cạnh mục tiêu cơ học thiên thể, chuyến tiếp cận Trái Đất mang lại cơ hội hiếm hoi để các nhà nghiên cứu vận hành và hiệu chỉnh 10 thiết bị đo đạc trên tàu Juice đối với một mục tiêu hành tinh thực sự. Đây là cơ hội thử nghiệm quan trọng sau lần hỗ trợ trọng lực Trái Đất - Mặt Trăng năm 2024 và đợt quan sát sao chổi 3I/ATLAS năm 2025. Các công cụ khoa học khi hoạt động ngoài không gian thường có sự sai lệch nhỏ so với thử nghiệm dưới mặt đất, do đó dữ liệu thực tế tại Trái Đất giúp các đội ngũ hiệu chỉnh thiết bị đạt độ chính xác cao hơn. [1]

Chuyên gia Claire Vallat, nhà khoa học thuộc dự án Juice, chia sẻ rằng nhóm nghiên cứu đã ưu tiên các hoạt động hiệu chuẩn có ý nghĩa trực tiếp cho nhiệm vụ tại sao Mộc. Khi con tàu di chuyển vào vùng bóng tối của Trái Đất và phải hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn năng lượng từ pin, việc phân bổ điện năng cho từng công cụ đo đạc đã được tính toán kỹ lưỡng để tối ưu hóa hiệu quả thu thập dữ liệu. [1]

Khảo sát đuôi từ trường và sự phối hợp đa nhiệm vụ

Trong thời gian ghé thăm, tàu Juice cũng dành nhiều ngày đi qua vùng đuôi từ trường của Trái Đất — phần cấu trúc từ trường bị gió Mặt Trời kéo dài về phía xa Mặt Trời. Tàu đã thực hiện các phép đo về từ trường và các hạt mang điện tích ở khoảng cách xa. Hoạt động này được phối hợp cùng nhiệm vụ Smile (dự án hợp tác giữa Châu Âu và Trung Quốc) vốn đang quan sát cực quang ở khoảng cách gần Trái Đất hơn, giúp các nhà khoa học liên kết hiện tượng diễn ra ở vùng cực với các biến động sâu trong đuôi từ trường. [1]

Các nhà khoa học dự kiến công bố hình ảnh và quang phổ thu được từ thiết bị trên tàu Juice trong những tuần tiếp theo, bao gồm hình ảnh độ phân giải cao của Trái Đất và Mặt Trăng từ camera khoa học JANUS sau khi dữ liệu được truyền về và phân tích. [1]

Hành trình dài phía trước và mục tiêu tại sao Mộc

Chuyến lướt qua này là một cột mốc trên hành trình kéo dài 8 năm của Juice kể từ khi rời bệ phóng bằng tên lửa Ariane 5 từ Cảng vũ trụ Châu Âu ở Kourou vào tháng 4 năm 2023. Để thu thập đủ động lượng di chuyển đến hệ sao Mộc xa xôi, hành trình của con tàu được thiết kế để tận dụng nhiều cú lướt mượn lực hấp dẫn từ Trái Đất và sao Kim. [1]

Theo kế hoạch, Juice sẽ còn quay lại Trái Đất một lần cuối vào tháng 1 năm 2029 để nhận lực đẩy cuối cùng trước khi tiến tới hệ sao Mộc vào năm 2031. Tại đây, con tàu dự kiến thực hiện 35 chuyến bay sát ba mặt trăng lớn mang đại dương là Ganymede, Callisto và Europa nhằm nghiên cứu môi trường, địa vật lý và tiềm năng khả năng sống của các thế giới đóng băng này, trước khi chính thức chuyển sang quỹ đạo quanh Ganymede. [1]