Hai tàu quỹ đạo Sao Hỏa lâu năm nhất của NASA: Kỳ tích kỹ thuật sau hơn hai thập kỷ

Mars Odyssey và Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) đã bay quanh Sao Hỏa lâu đến mức không ai từng nghĩ tới vào ngày chúng được phóng lên. Cặp tàu này không chỉ viết lại lịch sử về nước trên Hành tinh Đỏ mà còn là cầu nối liên lạc cho mọi robot tự hành của NASA — một di sản ấn tượng, nhưng cũng đặt ra câu hỏi về tương lai.

Tàu thăm dò Sao Hỏa của NASA

Hành trình vượt xa mọi dự tính

Tàu Mars Odyssey của NASA đã hoạt động lâu đến mức nếu là người, nó đủ tuổi thuê xe hơi mà không phải trả phụ phí. Con tàu đến Sao Hỏa ngày 24/10/2001. Cùng với người anh em đã 20 năm tuổi Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), nó đã vận hành lâu hơn bất kỳ ai từng chứng kiến buổi phóng có thể mơ tới.

Chuỗi quan sát dài như vậy từ trên quỹ đạo đã viết lại câu chuyện về nước trên Sao Hỏa, cả trong quá khứ lẫn hiện tại. Để duy trì hai cỗ máy đã "có tuổi" này, các kỹ sư phải liên tục giải quyết vấn đề và cần cả một chút may mắn.

"Cả Odyssey và MRO đều là những tàu vũ trụ hiệu quả nhất từng tồn tại," bà Briony Horgan, nhà khoa học hành tinh tại Đại học Purdue, nhận định và gọi chúng là "then chốt" đối với chương trình nghiên cứu Sao Hỏa của NASA.

Những quan sát của Odyssey về băng trên hành tinh, cùng khả năng theo dõi biến đổi bề mặt của MRO, đã mang lại cho giới khoa học cái nhìn chưa từng có về Sao Hỏa như một hành tinh sống động thay vì một khối đá chết. Hai tàu này còn kết nối con người với mọi robot tự hành của NASA, vốn không thể liên lạc trực tiếp với Trái Đất.

Vì sao một tàu vũ trụ sống được hàng thập kỷ?

Không gian là môi trường khắc nghiệt khủng khiếp, nơi để tồn tại hàng chục năm cần cả may mắn lẫn sức bền. Mối nguy đặc biệt là các hạt năng lượng cao bắn phá thiết bị — một cú đánh đủ mạnh vào linh kiện đủ mong manh có thể là án tử.

Trong khi kỹ sư có thể theo dõi liên tục vệ tinh quanh Trái Đất, băng thông tới Sao Hỏa hạn chế hơn nhiều. Theo ông Rob Lillis, nhà vật lý tại Đại học California, Berkeley, tàu khoa học đôi khi chỉ "điểm danh" một hoặc hai lần mỗi tuần.

"Một con tàu ở Sao Hỏa phải tự xoay xở một mình," ông Lillis nói.

Mất một thiết bị đã tệ, nhưng mất hệ thống nguồn hoặc máy tính có thể khiến cả con tàu "chết" hoàn toàn. Vì vậy NASA thường nhân đôi các bộ phận thiết yếu để nếu một phần quan trọng hỏng, sứ mệnh vẫn chạy bằng bộ dự phòng trong lúc kỹ sư khắc phục.

Những trục trặc "dở khóc dở cười"

Ở trường hợp MRO, có một thách thức lại đến chính từ tuổi thọ của nó. Tàu xác định vị trí và hướng bằng cách so sánh những gì camera nhìn thấy với một bản đồ sao lưu sẵn trên khoang.

"MRO thực sự đã cũ đến mức một số ngôi sao trong bản đồ đã dịch chuyển trên bầu trời đêm — rất nhẹ, nhưng đã dịch chuyển," ông Paul Fieseler, kỹ sư tại Phòng Thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL) của NASA, cho biết.

Sự lệch nhỏ này khiến con tàu mất phương hướng, và năm ngoái các kỹ sư đã phải gửi lên bản đồ sao cập nhật để MRO định hướng chính xác trong tương lai.

Rủi ro lớn nhất với Odyssey hiện nay đơn giản là cạn nhiên liệu đẩy, dùng để điều chỉnh nhỏ nhằm giữ hướng trong không gian. Tàu không có đồng hồ đo xăng — không có trọng lực ép nhiên liệu xuống thì không có thể tích để đo — nên NASA không chắc còn bao nhiêu. Các kỹ sư đã nghĩ ra cách vận hành con tàu chỉ với "vài giọt" nhiên liệu mỗi lần để kéo dài tuổi thọ.

Hình ảnh địa hình Sao Hỏa do MRO chụp

Bài học từ những thất bại

Giới chuyên gia cho rằng cả hai tàu đều hưởng lợi từ những thất bại trong thời kỳ "nhanh hơn, tốt hơn, rẻ hơn" tai tiếng của NASA. Năm 1999, NASA mất hai sứ mệnh khi đến Sao Hỏa: Mars Climate Orbiter cháy rụi trong khí quyển, rồi vài tháng sau Mars Polar Lander lao xuống bề mặt.

Điều tra cho thấy cả hai đều do những lỗi tưởng chừng sơ đẳng: vụ đầu do nhầm lẫn đơn vị giữa hệ thống mặt đất dùng đơn vị Anh và hệ thống bay dùng hệ mét; vụ sau do lỗi phần mềm không được phát hiện khi kiểm thử.

"Những thất bại đó luôn in đậm trong tâm trí đội ngũ xây dựng Odyssey," ông Glen Havens, quản lý dự án tại JPL, chia sẻ.

Sau những mất mát ấy, NASA đầu tư nhiều hơn để hoàn thiện Odyssey và MRO trước khi phóng, thiết kế chúng bền bỉ nhất có thể và kiểm thử từng linh kiện nhỏ, từng cấu hình hệ thống.

Nguyên tắc "dự phòng" và tương lai bỏ ngỏ

Một nguyên tắc then chốt là cái NASA gọi là "margin" — tương đương việc mang thêm đồ ăn vặt phòng khi cần. MRO được phóng với pin lớn hơn và nhiều nhiên liệu hơn mức tối cần thiết, và chính phần dự phòng đó giờ đang giúp sứ mệnh tiếp tục, với hy vọng vận hành thêm một thập kỷ nữa.

Nhưng bay quanh Sao Hỏa thì không thể coi điều gì là hiển nhiên. Năm ngoái, NASA mất tàu Mars Atmosphere and Volatile Evolution (11 tuổi) — tàu quỹ đạo trẻ nhất — sau khi nó bất ngờ mất điện ở phía xa hành tinh.

NASA hiện đã thuê Blue Origin chế tạo một vệ tinh liên lạc chuyên dụng để truyền dữ liệu về Trái Đất ít nhất 5 năm, nhưng khác với các bậc tiền bối, tàu này chỉ làm nhiệm vụ chuyển tiếp tín hiệu. Các dự án khoa học mới đều khá khiêm tốn — như sứ mệnh hai tàu quỹ đạo của ông Lillis mà chính ông thừa nhận "nằm ngay ranh giới quá nhỏ để làm khoa học tốt", hay bộ ba trực thăng nhỏ Skyfall.

"Rõ ràng họ đang thúc đẩy nhanh hơn, rẻ hơn. Sẽ khó khăn hơn nhiều để làm khoa học tốt trong môi trường đó," bà Horgan nhận định.

Với độc giả Việt Nam quan tâm tới công nghệ vũ trụ, câu chuyện của Odyssey và MRO là bài học rõ ràng về giá trị của thiết kế dự phòng, kiểm thử kỹ lưỡng và khả năng tự vận hành — những nguyên tắc cũng đáng áp dụng cho mọi hệ thống công nghệ then chốt trên mặt đất.