THÁI DƯƠNG HỆ và CUỘC THÁM HIỂM HỎA TINH

Tiến sĩ Nguyễn Tiến Ích

(tiếp theo số 29)

PHẦN HAI: THÁM HIỂM SAO HỎA

3-Chương trình Pathfinder mở đầu cho việc dùng người máy (robot) để thám hiểm Hỏa tinh. Với một ngân sách 265 triệu đô-la, chương trình được hoạch định trong một thời gian kỷ lục 3 năm với mục đích ban đầu là thử nghiệm một kỹ thuật mới, sử dụng dù trong một bầu khí quyển rất loãng để làm chậm vận tốc rớt và túi hơi (airbag) để bảo vệ bộ phận hạ cánh khi đáp xuống mặt Hỏa tinh.

Phi thuyền Pathfinder gồm có: động cơ đường trường (cruise stage) mang theo 94 kg nhiên liệu; khiên chống nhiệt (heat shield); bửng mặt trời (solar panel) ứng dụng hiệu ứng tế bào quang điện (photo-electric cell) chuyển trực tiếp quang năng của mặt trời thành ra điện năng để chạy máy dùng trong lúc đang bay tới cũng như sau khi đáp xuống mặt Hỏa tinh; một cái dù có đường kính 11 mét; nhiều túi hơi sẽ được bơm hơi ngay trước khi hạ cánh; một bộ phận hạ cánh (lander); và một chiếc xe robot (robotic rover), chiếc xe này có khả năng tự hành theo những chương trình điện toán chứa trong một máy tính đặt trong xe.

Toàn bộ hệ thống cân nặng 894 kg và được một hỏa tiễn Delta II, ba tầng, phóng đi ngày 4 tháng 12 năm 1996. Tầng thứ ba là một động cơ hỏa tiễn chạy bằng nhiên liệu đặc (solid propellant) dùng để đưa vận tốc con tàu từ vận tốc vệ tinh (satellization speed) đến vận tốc chuyển tiếp (transfer velocity) để đưa con tàu vào quỹ đạo chuyển tiếp trên đường tới Hỏa tinh. Vì trọng trường mặt trời quá lớn cho nên trọng trường của bất cứ hành tinh nào của Thái dương hệ cũng chỉ tác dụng trong một khoảng không gian giới hạn nào đó mà thôi gọi là măt cầu tác động (activity sphere), bên trong mặt cầu đó thì trọng trường của hành tinh còn có ảnh hưởng đến chuyển động của vệ tinh nhưng khi ra khỏi mặt cầu đó thì trọng trường mặt trời át dọng hết, vệ tinh chỉ nghe theo trọng trường mặt trời mà thôi. Chẳng hạn bán kính mặt cầu tác động của Địa cầu là 929 ngàn km, của Hỏa tinh là 576 ngàn km. Bên ngoài những mặt cầu tác động đó thì phi thuyền liên hành tinh là vệ tinh của mặt trời và quỹ đạo thường là một ellip. Quỹ đạo chuyển tiếp là để đưa con tàu từ quỹ đạo vệ tinh Địa cầu vào quỹ đạo vệ tinh mặt trời nhưng nhằm về Hỏa tinh. Dọc đường, con tàu đã phải tiến hành bốn lần vi chỉnh (fine-tune) quỹ đạo để đến đúng mục tiêu đã định. Sau một chuyến đi gần 7 tháng trời, con tàu đã gần tới Hỏa tinh và ngày 30 tháng 6 năm 1997 đường bay đổi từ quỹ đạo liên hành tinh (interplanetary) vào quỹ đạo Hỏa tinh, rồi xuyên khí quyển Hỏa tinh và hạ cánh xuống Hỏa tinh (entry, descent and landing mode).

Ngày 3 tháng 7 năm 1997 con tàu đi vào vùng hấp lực của Hỏa tinh và sáng sớm ngày 4 tháng 7, phi thuyền Pathfinder được cho hướng về địa điểm hạ cánh. Nếu gọi L là thời điểm hạ cánh thì diễn biến hạ cánh xảy ra như sau:

L-34 phút: phi thuyền Pathfinder được tách khỏi động cơ đường trường

L-4 phút: phi thuyền vào thượng tầng khí quyển của Hỏa tinh

L-2 phút: chiếc dù dài 11 mét mở, bộ hạ cánh tách khỏi vỏ sau (backshell) và được thả xuống một sợi dây nối với dù (tether) dài 20 mét.

L-8 giây: túi hơi được bơm căng, hỏa tiễn giảm tốc khai hỏa, cắt dây dù và bộ hạ cánh rớt tự do (free fall) xuống mặt Hỏa tinh. Vận tốc rớt khi chạm mặt Hỏa tinh là 14 m/giây (50.4 km/giờ). Túi hơi đã nẩy lên đến 15 lần và lần nẩy cao nhất là 15 mét.

Sau 2 phút rưỡi, túi hơi đã nằm yên trên Hỏa tinh, cách điểm đáp nguyên thủy chừng 1 km trên một khu vực gọi là cánh đồng Ares (Ares Vaillis) và cách địa điểm hoạch định là 20 km.

Hình 5.- Phi thuyền Mars Pathfinder gồm có:

1-Bộ hạ cánh (lander) Carl Sagan với các đài hoa đã mở ra

2-Chiếc xe robot tự hành (rover) Sojourner vẫn còn đậu trên một đài hoa

(Hình lấy trong tài liệu NASA Facts, Mars Pathfinder, cung cấp bởi JPL)

Sau khi đáp xuống Hỏa tinh thành công thì bộ phận hạ cánh được chính thức đặt tên là Trạm Kỷ Niệm Carl Sagan (Carl Sagan Memorial Station). Carl Sagan là một nhà khoa học vũ trụ Hoa kỳ mới mất cách đây chừng mươi năm. Chiếc xe robot thì gọi là Sojourner, lấy tên một người Mỹ da đen là Sojourner Truth, là người đã đi khắp Hoa kỳ vào thời Nam Bắc phân tranh để đấu tranh đòi giải phóng nô lệ. Sojourner có nghĩa là người lữ hành (traveler).

Trạm Sagan cao 90 phân và được gói ghém như một cái hoa cụp, gồm một tấm bửng đáy (base panel) và 3 tấm bửng tam giác như là những cánh hoa (petal) và đều là những tấm bửng mặt trời (solar panel). Theo cấu trúc thì dù tấm bửng đáy mà không nằm dưới đáy sau khi yên vị thì khi những tấm bửng cánh hoa mở ra, tấm bửng đáy sẽ được vận chuyển để thành ra nằm dưới đáy. Nhưng trong chuyến bay này, sau khi yên vị thì tấm bửng đáy đã tự nhiên nằm dưới đáy

Hình 6.- Chiếc xe robot tự hành (rover) Sojourner

(Hình lấy trong tài liệu NASA Facts, Mars Pathfinder, cung cấp bởi JPL)

trước thành ra ba chiếc bửng cánh hoa chỉ mở ra mà thôi, không cần phải vận chuyển gì thêm nữa. Trạm Sagan cơ bản là một trạm chuyển tiếp với 2 ăng ten để đưa hình ảnh và kết quả phân tích, đo lường về trái đất và nhận mệnh lệnh từ trái đất gửi lên. Chẳng hạn hình ảnh gửi về cho thấy một túi hơi đã cản đường đi xuống của chiếc xe Sojourner và các chuyên viên đã mất nguyên ngày đầu tiên để dẹp cái túi này. Kế theo là khi chiếc xe tự hành Sojourner đã không làm theo chương trình quy định là liên lạc với trạm Sagan mỗi 10 phút thì dưới đất đã tìm ra được bộ phận hư và hôm sau đã giải quyết được trở ngại này.

Xe Sojourner nặng 5 kg, dài 65 phân, rộng 48 phân và khi vươn lên hết thì cao được 30 phân (khi bị gói lại thì chỉ còn 18 phân, gần một gang tay). Xe có 6 bánh chuyển động độc lập với nhau, bằng nhôm đường kính 13 phân, có riềm bằng thép inox có rãnh để bám đường và để có thể leo lên cao được hơn 20 phân. Vận tốc tối đa của xe là 1 cm/giây (36 m/giờ), chậm hơn kiến bò. Trên xe có hai máy hình và một quang phổ kế dùng tia sáng X để phân chất đá và đất Hỏa tinh.

Kết quả thử nghiệm địa chất cho thấy đất quanh vùng hạ cánh chứa nhiều chất silice (cát). Hóa tính của đất tại đây tương tự như nơi hạ cánh của Viking 1 và 2, khiến người ta có thể nghĩ rằng toàn bộ đất Hỏa tinh là đồng nhất. Những hòn đá cuội hoặc những cục đá như là bị nước sói mòn được tìm thấy khiến người ta có thể suy diễn là trước đây có nước chảy qua.

Bằng cách theo dõi vị trí của trạm Sagan, người ta đã có thể định được vị trí của cực quay của Hỏa tinh (nơi trục quay của Hỏa tinh cắt mặt Hỏa tinh). Từ kết quả này, người ta suy ra rằng bán kính của cái lõi kim loại⁽¹⁰⁾của Hỏa tinh lớn hơn 1 ngàn 300 km và nhỏ hơn 2 ngàn km.

Phi thuyền Pathfinder chuyển dữ kiện đầy đủ lần cuối là vào sáng ngày 27 tháng 9, năm 1997. Sau nhiều cố gắng tái lập liên lạc không thành công, NASA đã chính thức chấm dứt chương trình Pathfinder vào tháng 3 năm 1998.·

(còn tiếp)

Trở lại Trang Nhà: