Trước khi con người quay trở lại Mặt Trăng, các kỹ sư châu Âu đang cố giải quyết một câu hỏi tưởng như đơn giản: làm thế nào để chuẩn bị cho cuộc sống trên một thế giới chỉ có một phần sáu trọng lực Trái Đất, phủ đầy bụi sắc như thủy tinh và có những vùng tối không bao giờ nhìn thấy ánh Mặt Trời?
Một phần câu trả lời nằm trong một nhà kho khổng lồ ở thành phố Cologne, Đức.
Bên trong công trình rộng 700 m² này không có cây cối, chim chóc hay bất kỳ dấu hiệu nào của sự sống. Dưới ánh đèn chói gắt mô phỏng Mặt Trời là những tảng đá, hố va chạm và hàng trăm tấn bụi Mặt Trăng nhân tạo trải dài tới các bức tường màu đen.
Đây là LUNA Analog Facility, cơ sở mô phỏng Mặt Trăng do Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) và Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (DLR) xây dựng để chuẩn bị cho thế hệ phi hành gia tương lai quay trở lại Mặt Trăng.
“Chúng tôi cố gắng tái tạo thực tế gần nhất có thể, nhưng trong một môi trường được kiểm soát,” Andrea Casini, quản lý dự án LUNA, cho biết.
Không còn là những chuyến ghé thăm ngắn ngày
Gần sáu thập kỷ sau các sứ mệnh Apollo, NASA một lần nữa chuẩn bị đưa con người trở lại Mặt Trăng. Nhưng lần này mục tiêu không chỉ là cắm cờ và mang đất đá về Trái Đất.
Theo Casini, Artemis được thiết kế như bước khởi đầu cho sự hiện diện lâu dài của con người trên Mặt Trăng, tương tự cách các phi hành gia sinh sống và làm việc trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS).
Điều đó kéo theo những yêu cầu hoàn toàn khác.
Nếu Apollo là cuộc chạy đua thời Chiến tranh Lạnh, chấp nhận nhiều rủi ro để đạt được mục tiêu chính trị, thì Artemis hướng tới các hoạt động kéo dài nhiều tuần, thậm chí nhiều tháng. Phi hành gia sẽ phải vận hành thiết bị, di chuyển trên địa hình phức tạp, thu thập mẫu vật, sửa chữa hệ thống và có thể sống trong các căn cứ bán thường trực.
Để làm được điều đó, họ cần luyện tập từ trước, và LUNA ra đời chính vì lý do ấy.
“Nếu một thiết bị không thể hoạt động ở LUNA, nó sẽ không thể hoạt động trên Mặt Trăng,” Casini nói.
900 tấn bụi Mặt Trăng
Từ một ô cửa kính lớn nhìn xuống khu thử nghiệm, khung cảnh phía dưới giống như một trường quay phim khoa học viễn tưởng.
Toàn bộ mặt sàn được phủ bởi khoảng 900 tấn vật liệu mô phỏng regolith — lớp bụi và đá vụn bao phủ bề mặt Mặt Trăng.
Loại bụi này không được lấy từ Mặt Trăng mà được tạo ra từ cát bazan nghiền mịn. Một phần nguyên liệu đến từ các vùng núi lửa ở Đức, phần khác lấy từ miệng hố thiên thạch Nördlinger Ries tại bang Bavaria.
Dù chỉ là vật liệu mô phỏng, nó vẫn tái hiện nhiều đặc tính quan trọng của regolith thật.
Những hạt bụi nhỏ li ti có thể len lỏi vào mọi khe hở, bám lên bề mặt thiết bị và gây ảnh hưởng đến hoạt động cơ khí. Đây cũng là vấn đề từng khiến các phi hành gia Apollo đau đầu khi bụi Mặt Trăng bám đầy bộ đồ và khoang đổ bộ.
Chính vì thế, việc mô phỏng môi trường bụi là bước quan trọng trong quá trình thử nghiệm xe tự hành, bộ đồ phi hành gia và các thiết bị khoa học.
Tại thời điểm phóng viên BBC Science Focus tham quan, hai kỹ sư đang điều khiển một xe tự hành bốn bánh di chuyển giữa các tảng đá và hố va chạm.
Thông qua màn hình và cần điều khiển, họ kiểm tra khả năng vận hành của phương tiện trên địa hình gồ ghề, nhiều bóng tối và tầm nhìn hạn chế — những điều kiện tương tự môi trường thật trên Mặt Trăng.
Một số mẫu xe còn được trang bị cảm biến để tìm kiếm băng nước hoặc các dấu hiệu của nước bị giữ lại trong đá, những nguồn tài nguyên được xem là cực kỳ quan trọng cho các căn cứ tương lai.
Những điều kỳ lạ trên cực Nam Mặt Trăng
Một trong những thách thức lớn nhất của các sứ mệnh Artemis nằm ở khu vực dự kiến hạ cánh: cực Nam Mặt Trăng.
Khác với những địa điểm Apollo từng ghé thăm, vùng cực Nam sở hữu các miệng hố sâu có đáy luôn chìm trong bóng tối và chứa lượng băng nước đáng kể. Đồng thời, một số đỉnh cao lại gần như luôn được chiếu sáng, khiến chúng trở thành nơi lý tưởng để lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời.
Tuy nhiên, điều kiện ánh sáng ở đây rất khác thường.
Do góc chiếu thấp của Mặt Trời, các vật thể tạo ra những chiếc bóng dài và cực kỳ đen. Địa hình vì thế trở nên khó nhận biết hơn nhiều so với trên Trái Đất.
Để mô phỏng hiện tượng này, LUNA sử dụng một nguồn sáng công suất lớn đặt thấp sát đường chân trời nhân tạo.
Kết quả là những chiếc bóng dài bất tận cắt ngang mặt đất, tạo cảm giác mất phương hướng ngay cả với người đã quen làm việc trong môi trường thử nghiệm.
Theo ESA, hệ thống này trong tương lai sẽ được nâng cấp bằng các nguồn sáng di động để tái tạo nhiều điều kiện chiếu sáng khác nhau trên Mặt Trăng.
Các kỹ sư cũng đang phát triển công nghệ thực tế hỗn hợp (mixed reality), cho phép phi hành gia đeo kính và nhìn thấy những cảnh quan Mặt Trăng ảo kéo dài hàng chục kilomet thay vì các bức tường đen của nhà kho.
Thách thức lớn nhất có thể không phải công nghệ
Nhưng thiết bị chỉ là một phần của bài toán. Một trong những khó khăn lớn nhất đối với các sứ mệnh dài ngày lại nằm ở chính con người.
Ngay bên cạnh khu mô phỏng Mặt Trăng là FLEXhab — một mô-đun sinh sống rộng khoảng 28 m² được cải tạo từ container vận tải.
Bên trong là không gian đủ cho bốn người ở, làm việc và sinh hoạt trong thời gian dài.
Mục tiêu của FLEXhab không phải mô phỏng cảnh quan Mặt Trăng mà mô phỏng cuộc sống trên đó.
Lịch sử thám hiểm không gian cho thấy các vấn đề tâm lý thường là thách thức lớn hơn dự kiến. Khi sống trong không gian chật hẹp, căng thẳng tích tụ, xung đột cá nhân gia tăng và chất lượng giao tiếp có thể suy giảm theo thời gian.
Những nghiên cứu trước đây từng cho thấy con người có thể gặp khó khăn nghiêm trọng khi bị cô lập trong nhiều tháng hoặc nhiều năm.
Năm 2010, chương trình Mars-500 của Nga đã nhốt sáu người trong một cơ sở mô phỏng sao Hỏa suốt 520 ngày. Gần đây hơn, NASA cũng triển khai các sứ mệnh CHAPEA nhằm nghiên cứu tác động tâm lý của việc sống trong môi trường biệt lập kéo dài.
FLEXhab được thiết kế để hỗ trợ các nghiên cứu tương tự trong tương lai.
Khác với vẻ ngoài công nghiệp của ISS, không gian bên trong FLEXhab được thiết kế theo phong cách Bắc Âu với nội thất sáng màu và cảm giác gần gũi hơn.
Theo Casini, đôi khi những chi tiết tưởng như nhỏ nhặt như ánh sáng, màu sắc hay thiết kế nội thất lại có ảnh hưởng lớn đến sức khỏe tinh thần của phi hành gia.
Trồng thực phẩm bằng nước tiểu tái chế
FLEXhab cũng là nơi thử nghiệm các công nghệ hỗ trợ sự sống cần thiết cho tương lai.
Một trong số đó là hệ thống quang sinh học sử dụng vi tảo để hấp thụ carbon dioxide và tạo ra oxy, mô phỏng chức năng của cây xanh trên Trái Đất.
Các nhà nghiên cứu còn dự định thử nghiệm những nhà kính mini cho phép phi hành gia tự trồng thực phẩm trong môi trường khép kín.
Nước tưới có thể đến từ nguồn nước tái chế, bao gồm cả nước tiểu đã qua xử lý.
Đối với các căn cứ Mặt Trăng trong tương lai, những hệ thống như vậy sẽ đóng vai trò sống còn bởi việc vận chuyển thực phẩm và khí oxy từ Trái Đất luôn rất tốn kém.
Làm sao để tập đi trên Mặt Trăng?
Dù có thể mô phỏng bụi, địa hình hay môi trường sống, vẫn còn một điều rất khó tái tạo trên Trái Đất: trọng lực Mặt Trăng.
Trên Mặt Trăng, một người nặng 60 kg chỉ cảm thấy nặng khoảng 10 kg. Chính vì thế các phi hành gia Apollo từng di chuyển bằng những bước nhảy đặc trưng mà cả thế giới đã quen thuộc qua các đoạn phim lịch sử.
Trong nhiều thập kỷ, cách phổ biến nhất để huấn luyện trong môi trường trọng lực thấp là sử dụng các bể nước khổng lồ, nơi lực nổi tạo cảm giác gần giống trạng thái không trọng lượng.
Tuy nhiên, nước lại làm thay đổi chuyển động tự nhiên của cơ thể. Để khắc phục điều đó, các kỹ sư tại LUNA đang phát triển một hệ thống mới mang tên Puppeteer.
Trong hệ thống này, phi hành gia sẽ được treo bằng các dây cáp dài gắn trên trần nhà. Những cơ cấu đàn hồi đặc biệt sẽ liên tục nâng đỡ phần lớn trọng lượng cơ thể, giúp tái tạo cảm giác di chuyển trong môi trường có trọng lực chỉ bằng một phần sáu Trái Đất.
Một nguyên mẫu đã được lắp đặt và phiên bản hoàn chỉnh dự kiến đi vào hoạt động trong vài năm tới.
Nếu thành công, Puppeteer có thể trở thành một trong những công cụ huấn luyện thực tế nhất từng được xây dựng cho các sứ mệnh Mặt Trăng.
Điều LUNA vẫn chưa thể tái tạo
Dù sở hữu bụi Mặt Trăng, xe tự hành, bộ đồ không gian, căn cứ mô phỏng và cả hệ thống tái tạo trọng lực thấp, LUNA vẫn thiếu một thứ. Đó là khung cảnh nhìn về Trái Đất.
Khi Buzz Aldrin hồi tưởng về chuyến đổ bộ Apollo 11, ông từng nói rằng mình có thể nhìn thấy “hành tinh xanh rực sáng của chúng ta lơ lửng trong bóng tối của không gian”.
Không có công nghệ mô phỏng nào có thể tái tạo trọn vẹn cảm giác ấy.
Nhưng với hàng trăm kỹ sư, nhà khoa học và phi hành gia đang làm việc tại Cologne, đó chính là mục tiêu cuối cùng.
LUNA không được xây dựng để thay thế Mặt Trăng. Nó được xây dựng để giúp con người một ngày nào đó quay trở lại đó — và ở lại lâu hơn bao giờ hết.
Phi hành gia ESA Matthias Maurer mặc bộ đồ không gian Nåva tại cơ sở mô phỏng Mặt Trăng LUNA. Ảnh: Nåva/D. Holbrook
Nhà mô phỏng rộng 700 mét vuông được phủ đầy lớp bụi Mặt Trăng mô phỏng. Ảnh: ESA
Hoạt động mô phỏng đi bộ trên Mặt Trăng tại LUNA Analog Facility ở Đức, được ví như “Mặt Trăng trên Trái Đất” của châu Âu. Ảnh: ESA
Bề mặt Mặt Trăng mô phỏng cho phép thử nghiệm và đánh giá các hệ thống robot trong điều kiện gần giống thực tế. Ảnh: ESA
Những thách thức tâm lý do phải sống trong không gian chật hẹp là một trong những rào cản lớn nhất đối với các sứ mệnh dài ngày ngoài không gian. Liệu mô-đun sinh hoạt FLEXhab của LUNA có thể giúp giải quyết vấn đề này hay không vẫn còn là câu hỏi bỏ ngỏ. Ảnh: ESA
Hệ thống Puppeteer đang được phát triển tại LUNA nhằm mô phỏng môi trường trọng lực thấp trên Mặt Trăng cho các hoạt động huấn luyện phi hành gia. Ảnh: ESA
