Đằng sau chuyến bay thành công của Ingenuity

Chuyến bay đó diễn ra như sau: Ingenuity sẽ bay lên độ cao khoảng 3 m, rồi lơ lửng trong không khí khoảng năm giây, sau đó xoay 96 độ, tiếp tục lơ lửng khoảng 20 giây và cuối cùng là đáp xuống đúng vị trí mà nó đã khởi hành.

Những động tác đó, nghe thật đơn giản. Nhưng đây là lần đầu tiên loài người thực hiện chuyến bay trên một địa điểm ngoài Trái đất. Liệu các giải pháp kĩ thuật với những tính toán cẩn trọng đúc rút từ một loạt các chương trình thăm dò sao Hỏa trước đó trong hơn nửa thế kỉ liệu đã đủ để đương đầu với các tình huống bất ngờ trên hành trình hơn 500 triệu km từ Trái đất đến sao Hỏa và thời tiết vô cùng khắc nghiệt và thất thường trên hành tinh đỏ? Một sai sót nhỏ cũng có thể làm hỏng cả nhiệm vụ. Cứu cánh của chuyến bay chỉ nhằm chứng minh tính khả thi của việc bay trên sao Hỏa.

Mặc dù có trọng lực tương đối đáng kể (bằng 1/3 của Trái đất) nhưng áp suất khí quyển trên bề mặt sao Hỏa chỉ bằng 1% so với hành tinh của chúng ta. Chính vì vậy, dù chỉ bay là trên bề mặt hành tinh đỏ cũng cần một lực ngang với việc bay cao hơn 26 nghìn m trên Trái đất, tức là gấp ba lần chiều cao trên mực nước biển của đỉnh núi Everest. Độ cao lớn nhất mà trực thăng trên Trái đất từng thực hiện cũng chỉ chưa đến 12 nghìn mét. Cánh quạt của Ingenuity vì thế phải quay với tốc độ 2400 vòng/phút để giữ nó lơ lửng. Nhưng đó là nếu tốc độ gió trên sao Hỏa đúng như những gì các kĩ sư đã ước tính từ trước, là vào khoảng 6m/s. Nếu tốc độ gió thay đổi bất ngờ, cũng không ai biết điều gì sẽ xảy ra.

Nhiệt độ của sao Hỏa vào ban đêm có thể xuống tới -900C có thể đông đá và bẻ gãy các thiết bị điện tử trong lòng Ingenuity. Chưa kể, chiếc trực thăng này còn phải gần như hoàn toàn tự hành với rất ít lệnh từ Trái đất. Vì gửi tín hiệu từ Trái đất lên sao Hỏa (và ngược lại) hết 5 phút 20 giây phút, những thông tin mà các kĩ sư nhận được từ Ingenuity đều từ quá khứ và lúc đó họ không thể biết tình trạng của chiếc trực thăng này ra sao.

Tuy nhiên, việc chế tạo Ingenuity không phải là thách thức về mặt khoa học mà chỉ là bài toán về mặt kĩ thuật. Và mặc dù bay trên sao Hỏa chứa đầy rủi ro, có việc khác của Ingenuity còn đáng lo hơn thế. “Các thiết bị khoa học đi sao Hỏa thực ra khá…đơn sơ. Người ta không cần máy móc tinh vi, mà cần thiết bị có thể vận hành tốt với độ tin cậy cao” – anh Nguyễn Trọng Hiền, nhà khoa học đang làm việc tại Phòng Thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA, từng có thời gian tham gia dự án Perseverance cho biết. “Vấn đề chính ở đây không phải là các thiết bị khoa học, mà chính là công nghệ để đưa cho được các thiết bị này đến sao Hỏa”.

Để nằm trong lòng của Perseverance (và sau đó mới là để đỡ tốn năng lượng để bay), Ingenuity phải cực nhẹ. Đừng quên rằng chỉ thêm vài cân so với “tiền nhiệm” Pathfinder của mình, chiếc xe tự hành Curiosity có một cách hạ cánh xuống sao Hỏa phức tạp hơn nhiều. Ingenuity chỉ nặng 1.6 kg. Trong chiếc hộp ở thân nó là các cảm biến, pin, chip, máy sưởi để giúp nó định vị khi bay và làm ấm “cơ thể” khi trời lạnh. Ở bên ngoài hộp là các thiết bị quan trọng khác như ăng ten, pin mặt trời, bốn chân chống và hai cánh quạt với chiều dài mỗi cánh là 1.2 m. Gọi là trực thăng, nhưng Ingenuity gần giống như một chiếc drone “mong manh dễ vỡ” và có kích thước chỉ ngang bằng quả bóng chày. Như đúng tên gọi của nó, Ingenuity, làm thế nào để “khéo léo” đóng gói ngần này thiết bị trong một không gian nhỏ như vậy là một bài toán khó. “Trong nhiệm vụ thiết kế xe tự hành trên sao Hỏa, kể cả thêm một bulong cũng đáng để tranh luận rồi” – Chris Salvo, người đứng đầu nhóm làm giao diện trực thăng Ingenuity cho biết.

Nhưng chưa hết, Ingenuity sẽ nằm như thế nào trong lòng của Perseverance và sẽ tách khỏi chiếc xe tự hành như thế nào để không làm tổn hại gì đến một loạt các thiết bị quan trọng đeo quanh thân mình nó. Với kích thước cánh quạt “quá khổ” và bốn cái chân “quá mảnh mai” so với phần thân hình hộp chữ nhật, nếu không cẩn thận mà “bị thương” thì nhiệm vụ của Ingenuity kết thúc trước khi kịp bắt đầu.

Các kĩ sư của NASA đã tìm mọi cách khả dĩ và cuối cùng là để Ingenuity nằm ở đáy thân của Perseverance. Nhưng, khoảng cách từ đó đến mặt đất chỉ là 67 cm, hệ thống tải Ingenuity đã chiếm 6 cm, bản thân chiều cao của chiếc trực thăng này là 49 cm. Vậy chỉ còn khoảng 12cm, chưa đầy một gang tay để Ingenuity “thoát ra”. Và nếu Ingenuity nằm ngang (thay vì đứng thẳng) thì nó sẽ có nhiều không gian hơn.

Trước khi thực hiện chuyến bay ngắn ngủi vài chục giây (thực ra thì Ingenuity chỉ bay tối đa một lần là 90 giây), nó đã mất sáu sol (sol là đơn vị ngày trên sao Hỏa. Sáu sol tương đương với sáu ngày và bốn tiếng trên Trái đất) chỉ để rời khỏi Perseverance: sol thứ nhất là để mở đáy của Perseverance, sol thứ hai, các kĩ sư NASA sẽ điều khiển một cánh tay máy xoay Ingenuity khỏi vị trí nằm ngang và Ingenuity duỗi 2/4 chân của nó. Đến sol thứ ba, một motor khác sẽ xoay Ingenuity hoàn toàn thẳng đứng. Đến sol thứ tư, Ingenuity duỗi hai chân còn lại và đến sol thứ năm, các kĩ sư sẽ tận dụng Perseverance như một nguồn năng lượng để cung cấp lần đần đầu iteen cho Ingenuity. Đến ngày thứ sáu, Ingenuity phải đặt chân chắc chắn lên mặt đất và Perseverance sẽ lái đi chỗ khác cách đó khoảng năm mét để trực thăng có thể cất cánh.

Trong vòng 30 ngày của sao Hỏa sắp tới, NASA dự định sẽ tiếp tục triển khai thêm bốn chuyến bay của Ingenuity. Chuyến bay sau sẽ “rủi ro” hơn chuyến bay trước và bay cao nhất là khoảng 5m và mỗi lần bay tối đa được xa khoảng 300 m. Sự thành công của Ingenuity sẽ đưa việc khám phá địa hình của sao Hỏa lên một tầm cao mới, cho con người tiếp cận những địa hình mấp mô và dốc mà các xe tự hành và cả con người, khó có thể tới được.

Sau sao Hỏa, NASA dự định sẽ thực hiện và thiết kế một trực thăng tương tự để gửi lên Titan truy tìm nguồn gốc của sự sống, Mặt trăng của sao Thổ vào năm 2027 có tên gọi là Dragonfly ( nghĩa là chuồn chuồn). Dragonfly sẽ bay khoảng 160 km trên Mặt trăng (mà thành phần chủ yếu là băng đá) này để thu thập mẫu vật. Với áp lực khí quyển lớn hơn Trái đất, để bay ở Titan sẽ không cần nhiều lực như sao Hỏa nhưng điều kiện khí hậu với mưa methane và thời tiết cực kì lạnh (gần -2000C) cũng sẽ mở ra những thử thách khác.