Nhật Bản dự kiến phóng tàu vũ trụ vào ngày 20/10 để thực hiện sứ mệnh đầu tiên trên thế giới thu thập mẫu vật từ Phobos, một trong hai vệ tinh tự nhiên của Sao Hỏa, và đưa về Trái Đất. Tàu dự kiến đến khu vực Sao Hỏa vào năm 2027, dành khoảng 3 năm nghiên cứu và thu thập mẫu vật trước khi trở về vào năm 2031. Các nhà khoa học kỳ vọng sứ mệnh sẽ giúp làm sáng tỏ nguồn gốc của hai vệ tinh, đồng thời cung cấp thêm manh mối về lịch sử hình thành Hệ Mặt Trời và khả năng từng tồn tại sự sống trên Sao Hỏa.
Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) dự kiến phóng tàu vũ trụ vào ngày 20/10 bằng tên lửa đẩy H3, trong bối cảnh Mỹ, Trung Quốc và nhiều quốc gia khác đang nghiên cứu kế hoạch đưa con người lên Sao Hỏa.
Theo ông Yasuhiro Kawakatsu, Giám đốc dự án Thám hiểm các vệ tinh Sao Hỏa (MMX), mẫu vật từ Phobos sẽ cung cấp dữ liệu quan trọng để các nhà khoa học đánh giá khả năng sử dụng vệ tinh này làm căn cứ phục vụ những sứ mệnh đưa con người lên Sao Hỏa trong tương lai.
Ông Kawakatsu cho biết, dù có ý nghĩa khoa học lớn, hai vệ tinh của Sao Hỏa vẫn chưa trải qua quá trình nghiên cứu toàn diện. Ông ví chúng như những ngọn núi quan trọng nhất trong Hệ Mặt Trời mà con người chưa từng chinh phục.
Nhật Bản giữ vai trò chủ trì sứ mệnh quốc tế này, với sự tham gia hỗ trợ về thiết bị và thông tin liên lạc của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) cùng các cơ quan vũ trụ khác.
Tìm lời giải về nguồn gốc các vệ tinh của Sao Hỏa
Kể từ những năm 1960, các quốc gia đã triển khai hàng chục sứ mệnh thám hiểm Sao Hỏa. Tuy nhiên, hai vệ tinh tự nhiên của hành tinh này là Phobos và Deimos vẫn chứa đựng nhiều bí ẩn.
Tên gọi Phobos và Deimos bắt nguồn từ thần thoại Hy Lạp, lần lượt tượng trưng cho nỗi sợ hãi và sự kinh hoàng. Theo thần thoại, cả hai là con của thần chiến tranh Ares, vị thần tương ứng với Mars trong thần thoại La Mã.
Nga từng nhiều lần tìm cách đưa tàu vũ trụ hạ cánh xuống Phobos, trong đó có sứ mệnh năm 2011, nhưng đều không thành công.
Một trong những câu hỏi lớn nhất mà giới khoa học muốn giải đáp là hai vệ tinh này hình thành như thế nào và có thành phần vật chất ra sao. Một số nhà khoa học cho rằng Phobos và Deimos có thể hình thành từ những mảnh vật chất còn sót lại sau vụ va chạm giữa Sao Hỏa với một thiên thể lớn. Một số nhà khoa học khác nhận định đây có thể là các tiểu hành tinh xuất phát từ khu vực khác trong Hệ Mặt Trời rồi tiến vào quỹ đạo quanh Sao Hỏa.
Các chuyên gia JAXA kỳ vọng việc phân tích mẫu đất từ Phobos sẽ giúp xác định giả thuyết nào phù hợp hơn. Ông Kiyoshi Kuramoto, Trưởng nhóm nghiên cứu khoa học của dự án MMX, nhận định các nhà khoa học gần như chắc chắn có thể đưa ra kết luận sau khi phân tích mẫu đất từ vệ tinh này.
Nhóm nghiên cứu lựa chọn Phobos làm địa điểm thu thập mẫu vật chủ yếu vì vệ tinh này nằm gần Sao Hỏa hơn Deimos, do đó có thể lưu giữ nhiều thông tin hơn về hành tinh đỏ. Theo JAXA, vật chất có nguồn gốc từ Sao Hỏa có thể chiếm khoảng 0,1% tổng lượng mẫu mà tàu vũ trụ thu thập trên Phobos. Phobos có đường kính khoảng 20-30km, chuyển động quanh Sao Hỏa ở khoảng cách gần 6.000km và quay ba vòng quanh Sao Hỏa mỗi ngày.
Ông Kuramoto cho biết, kết quả phân tích mẫu vật từ Phobos cũng có thể giúp làm sáng tỏ nguồn gốc Deimos, bởi các nhà khoa học cho rằng hai vệ tinh có thể hình thành theo cơ chế tương tự. Sứ mệnh MMX còn bao gồm hoạt động bay qua Deimos để thu thập dữ liệu quan sát.
Tàu vũ trụ sẽ nghiên cứu Phobos trong 3 năm
Hành trình tới Sao Hỏa đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật do khoảng cách rất lớn giữa hành tinh này và Trái Đất. Khi ở vị trí gần nhau nhất, hai hành tinh cách nhau khoảng 55 triệu km. Tuy nhiên, theo ông Kawakatsu, tàu MMX sẽ phải di chuyển quãng đường thực tế từ 500 triệu đến 600 triệu km để tiếp cận khu vực Sao Hỏa.
Theo kế hoạch, tên lửa H3 sẽ đưa tàu MMX vào không gian ngày 20/10. Tàu dự kiến đến khu vực Sao Hỏa vào khoảng tháng 8/2027. Sau đó, MMX sẽ dành khoảng 3 năm hoạt động gần Phobos và trên quỹ đạo Phobos để quan sát, thu thập dữ liệu và lấy mẫu đất trước khi bắt đầu hành trình trở về Trái Đất vào năm 2031.
Tàu MMX có khối lượng khoảng 5 tấn, gồm ba mô-đun đảm nhiệm các chức năng đẩy, thám hiểm và trở về. Trong đó, chỉ mô-đun trở về sẽ quay lại Trái Đất, mang theo khoang chứa mẫu vật. Tàu mang theo 13 thiết bị khoa học, trong đó có xe tự hành do Pháp và Đức phối hợp phát triển để hoạt động trên bề mặt Phobos.
NASA cung cấp thiết bị lấy mẫu vật và thiết bị đo tia gamma. Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) hỗ trợ hệ thống liên lạc trong không gian sâu. Ngoài ra, một thiết bị giám sát bức xạ của Nhật Bản sẽ thu thập dữ liệu phục vụ công tác chuẩn bị cho các sứ mệnh thám hiểm Sao Hỏa có người lái trong tương lai.
Thu thập ít nhất 10 gram mẫu đất từ Phobos
Theo kế hoạch, xe tự hành Idefix do Pháp và Đức phát triển sẽ hạ cánh xuống Phobos trước tàu MMX. Trong khoảng 100 ngày hoạt động (dự kiến bắt đầu vào năm 2029), Idefix sẽ khảo sát bề mặt vệ tinh và cung cấp dữ liệu hỗ trợ Nhật Bản trong việc lựa chọn vị trí lấy mẫu đất.
Sau khi tàu MMX hạ cánh, các nhà khoa học JAXA đặt mục tiêu thu thập ít nhất 10 gram đất từ Phobos thông qua hai lần lấy mẫu, sử dụng công nghệ của Mỹ và Nhật Bản. Thiết bị do NASA phát triển sử dụng khí nén để đưa bụi trên bề mặt vào khoang chứa mẫu vật. Trong khi đó, hệ thống khoan lấy lõi của JAXA có thể thu thập đất ở độ sâu khoảng 2cm.
Trong lần hạ cánh đầu tiên, tàu MMX sẽ sử dụng cả hai thiết bị để lấy mẫu trên bề mặt và dưới lớp đất nông. Ở lần hạ cánh thứ hai, tàu tiếp tục thu thập mẫu vật dưới bề mặt.
Các nhà khoa học cho rằng việc lấy mẫu tại nhiều vị trí sẽ tăng khả năng phát hiện những dấu vết tiềm tàng của sự sống của vi sinh vật từng tồn tại trên Sao Hỏa, nếu các vật chất này xuất hiện trong mẫu đất từ Phobos. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, tàu sẽ đưa các mẫu vật vào một khoang chứa có khả năng chịu nhiệt cao, bảo đảm an toàn khi xuyên qua khí quyển Trái Đất.
Theo kế hoạch, khoang chứa sẽ hạ cánh xuống Australia trước khi các nhà khoa học chuyển mẫu vật về Nhật Bản để nghiên cứu. Trước sứ mệnh MMX, Nhật Bản từng hai lần thành công trong việc đưa mẫu vật từ các tiểu hành tinh về Trái Đất thông qua chương trình Hayabusa, lần lượt vào năm 2010 và 2020.
Trọng lực cực thấp đặt ra thách thức khi hạ cánh
Một trong những khó khăn lớn nhất của sứ mệnh MMX là hạ cánh an toàn trên bề mặt Phobos, nơi có nhiều hố va chạm và trọng lực chỉ bằng khoảng 1/2.000 trọng lực Trái Đất. Tàu vũ trụ phải được điều khiển hạ cánh tại khu vực tương đối bằng phẳng dựa trên dữ liệu địa hình mà xe tự hành cung cấp, sau đó hoàn tất quá trình lấy mẫu trong vòng 2 giờ.
Trọng lực cực thấp khiến tàu có nguy cơ bật ngược khỏi bề mặt khi tiếp đất. Để hạn chế nguy cơ này, JAXA trang bị cho mô-đun thám hiểm hệ thống chân đáp gồm bốn chân với cơ cấu giảm chấn, giúp tàu ổn định khi hạ cánh. Trong khi đó, xe tự hành Idefix sử dụng hệ thống bánh xe có khả năng bám vào bề mặt trong điều kiện trọng lực thấp. Xe cũng có thể tự trở lại tư thế hoạt động nếu bị lật. Theo JAXA, xe tự hành sẽ di chuyển với tốc độ rất chậm để bảo đảm an toàn trong quá trình khảo sát.
Nếu thành công, sứ mệnh MMX sẽ đánh dấu bước tiến quan trọng trong hoạt động thám hiểm các vệ tinh của Sao Hỏa, đồng thời cung cấp dữ liệu khoa học mới giúp nghiên cứu lịch sử hình thành Hệ Mặt Trời và phục vụ các kế hoạch đưa con người lên Sao Hỏa trong tương lai.
