Endurance: tàu tự hành với sứ mạng quan trọng trong việc khám phá Mặt Trăng

Sứ mạng không gian Artemis của NASA hiện đang nỗ lực đưa loài người quay trở lại Mặt Trăng và một phần quan trọng trong sứ mạng này là Endurance, tàu thám hiểm tự hành được thiết kế để di chuyển trên Mặt Trăng nhằm thu thập và vận chuyển các mẫu đất, đá về Trái Đất để phân tích.

Theo đó, Endurance là một phần của chương trình Khám phá và Thám hiểm Mặt Trăng (Lunar Discovery and Exploration Program - LDEP) của NASA. Chương trình này đã được xác định là một trong những nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu trong sứ mạng Artemis. Trong chương trình này, Endurance sẽ di chuyển trên nhiều địa điểm quanh lưu vực Nam Cực–Aitken (SPA), một trong những lưu vực có ý nghĩa khoa học đặc biệt trong hệ Mặt Trời với phạm vi lớn gấp 12 lần so với miệng núi lửa Gale của xe Curiosity và 44 lần so với Jezero mà Perseverance đang hoạt động. Khu vực mà Endurance hoạt động, không chỉ là khu vực lớn trên Mặt Trăng mà còn chứa đựng những manh mối quan trọng về lịch sử hình thành của vệ tinh này và hệ Mặt Trời. Ngoài ra, khu vực này có phạm vi lớn gấp 12 lần so với miệng núi lửa Gale của xe Curiosity và 44 lần so với Jezero mà Perseverance đang hoạt động. Endurance là chìa khóa để giải mã những bí mật này, đồng thời mở đường cho các sứ mạng định cư con người trên Mặt Trăng trong tương lai.


EARNEST - Nguyên mẫu thu nhỏ của Endurance tại JPL

Trong sứ mạng này, Endurance sẽ có hai biến thể được sử dụng với các mục đích khác nhau. Đầu tiên là Endurance-R, một xe tự hành hoàn toàn tự động có vai trò vận chuyển các mẫu vật đến phương tiện ERV để đưa về Trái Đất và phân tích. Tiếp theo, xe tự hành Endurance-A, với sự hỗ trợ của các phi hành gia trong chương trình Artemis tại cực Nam Mặt Trăng, sẽ thu thập các mẫu vật để phân tích. Với mức kinh phí ước tính lên tới 1,5 tỷ đô la, dự án này là một dự án lớn mà NASA tham vọng thực hiện thành công để hiện thực hoá tầm nhìn khám phá mặt trăng của cơ quan này.

Endurance không chỉ là một tàu thám hiểm tự hành thông thường mà còn đại diện cho một bước tiến lớn trong khám phá vệ tinh của Trái Đất, kết hợp tự động hóa tiên tiến, kỹ thuật bền bỉ và phạm vi nhiệm vụ chưa từng có trước đây.

Endurance được trang bị công nghệ chưa từng có

Endurance không chỉ là một tàu thám hiểm tự hành thông thường mà còn đại diện cho một bước tiến lớn trong khám phá vệ tinh của Trái Đất, kết hợp tự động hóa tiên tiến, kỹ thuật bền bỉ và phạm vi nhiệm vụ chưa từng có trước đây.


Ảnh mô phỏng của Endurance. Nguồn: NASA

Về công nghệ, Endurance được coi là một kỳ quan khi nó được thiết kế để chịu đựng các điều kiện khắc nghiệt tại lưu vực SPA. Nếu so sánh với tàu thám hiểm Perseverance trên Sao Hỏa, thì Endurance sẽ là thiết bị tự hành đầu tiên có khả năng hoạt động liên tục suốt ngày - đêm, điều hướng trong điều kiện ánh sáng và nhiệt độ khắc nghiệt. Không giống như Sao Hỏa, nơi có bầu khí quyển mỏng giúp điều chỉnh nhiệt độ, bề mặt Mặt Trăng phải đối mặt với sự dao động nhiệt độ cực đoan giữa ngày và đêm. Điều này đòi hỏi Endurance phải được trang bị công nghệ chịu nhiệt tiên tiến hơn nhiều so với Perseverance.

Ngoài ra, xe tự hành này được dự kiến có khả năng di chuyển quãng đường xa hơn 100 lần so với Perseverance với tốc độ nhanh hơn 10 lần. Khối lượng mẫu vật mà nó có thể thu thập sẽ lớn hơn 200 lần so với những gì mà Perseverance thực hiện được trên Sao Hỏa. Hơn nữa, kinh nghiệm mà NASA học được từ nhiệm vụ khám phá Sao Hỏa cũng góp phần quan trọng vào việc tối ưu thiết kế cho Endurance. Một ví dụ cụ thể là khả năng lái tự động của Perseverance đã đặt nền móng cho tính tự động hóa của Endurance. Những cải tiến này khiến Endurance cũng đồng thời trở thành một cách thử nghiệm cho các hệ thống robot trong tương lai để hỗ trợ các phi hành gia thiết lập căn cứ trên Mặt Trăng hay khai thác tài nguyên thiên nhiên.

Phục vụ cho một sứ mạng với cách vận hành khác biệt

Khi đi vào hoạt động, Endurance sẽ khám phá khoảng 12 địa điểm quan trọng trên toàn lưu vực SPA. Với nhiệm vụ này, kết hợp với điều kiện hạn chế trong việc liên lạc với Trái Đất khi khu vực này nằm ở phía xa của Mặt Trăng, Endurance sẽ phải di chuyển những quãng đường lớn giữa các địa điểm lấy mẫu. Không giống như các nhiệm vụ trước đây trên Sao Hỏa, nơi tín hiệu liên lạc có độ trễ dài hơn nhiều, nhiệm vụ tại SPA yêu cầu sự kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo và sự giám sát từ xa.

Khu vực South Pole Aitken (SPA) mà Endurance hoạt động

Khi xe tự hành này đến các địa điểm lấy mẫu, NASA hiện đang có kế hoạch vận hành theo phương thức truyền thống khi tín hiệu sẽ được gửi về Trái Đất để nhóm các nhà khoa học phân tích và hướng dẫn hoạt động lấy mẫu chi tiết. Cách tiếp cận này cho phép các nhà nghiên cứu đưa ra quyết định dựa trên những phát hiện thực tế. Đồng thời, nhóm điều khiển ở Trái Đất sẽ liên tục theo dõi dữ liệu từ tàu gửi về (telemetry) để đánh giá hiệu suất hoạt động và phát hiện những dấu hiệu hao mòn hoặc hư hỏng. Dựa vào đó, họ có thể thay đổi kế hoạch để tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của xe tự hành.

Cách tiếp cận kết hợp giữa tự động hóa và giám sát từ xa này không chỉ tối ưu hóa hiệu suất mà còn mang lại hiệu quả chưa từng có ở Perseverance với nhiều khám phá khoa học hơn và tiếp cận nhiều khu vực hơn so với các nhiệm vụ Mặt Trăng trước đây.

Thách thức và kế hoạch tương lai

Dù đã có kinh nghiệm với các dự án tương tự trên Sao Hoả, tuy nhiên, Endurance cũng sẽ phải đối mặt với nhiều thách thức lớn. Thách thức lớn nhất là khu vực SPA mà tàu tự hành này phải chinh phục có quy mô khổng lồ hơn 2000km, lớn hơn nhiều so với miệng núi lửa Gale hay Jezero trên Sao Hoả. Điều này đòi hỏi nó phải có khả năng di chuyển và chịu đựng điều kiện khắc nghiệt chưa từng có, bao gồm nhiệt độ cực đoan và bóng tối kéo dài vào ban đêm.



Ảnh tưởng tượng về hoạt động của Endurance trên Mặt Trăng

Một thách thức khác mà tàu tự hành này phải đối mặt là độ trễ trong việc liên lạc với Trái Đất ở khu vực này. Điều này đòi hỏi Endurance phải có khả năng tự đưa ra quyết định trong khi chờ đợi thông tin phản hồi từ Trái Đất. Hiện tại, NASA đang tận dụng các công nghệ hiện có và hợp tác với các công ty tư nhân để tối đa hóa kết quả khoa học đồng thời quản lý chi phí một cách tối ưu.

Ngoài ra, NASA cũng đã thành lập SPARX (South Pole-Aitken Basin sample Return and eXploration) để xác định các mục tiêu khoa học và yêu cầu nhiệm vụ cho Endurance, đồng thời xác định các phương án triển khai cho thiết bị tự hành này nhằm ưu tiên nhiệm vụ nghiên cứu về vệ tinh này. Tàu Endurance được dự kiến phóng vào khoảng năm 2030 và mang mẫu vật về Trái Đất vào năm 2034.

Kết luận

Endurance là một bước tiến quan trọng trong việc khám phá Mặt Trăng. Xe tự hành này là sự kết hợp giữa công nghệ tiên tiến với chiến lược lập kế hoạch bài bản để hướng tới việc giải mã những bí mật địa chất của lưu vực SPA đồng thời thiết lập tiêu chuẩn mới cho việc khám phá vũ trụ. Tuy nhiên, sự thành công của nó phụ thuộc vào việc vượt qua các thách thức kỹ thuật và đảm bảo nguồn tài chính đủ lớn. Nếu thành công, Endurance không chỉ thúc đẩy hiểu biết về Mặt Trăng mà còn mở đường cho các sứ mạng đến những thiên thể khác trong tương lai.


Nguồn: Space