EscaPADE: Sứ mệnh nghiên cứu Sao Hỏa chi phí thấp của NASA và Rocket Lab

NASA vừa công bố sứ mệnh EscaPADE (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers) với mục tiêu nghiên cứu sự tương tác giữa gió Mặt trời và bầu khí quyển sao Hỏa. Sứ mệnh này có kế hoạch phóng sớm nhất vào tháng 10/2024 trên tên lửa New Glenn của Blue Origin.

Sứ mệnh EscaPADE bao gồm 2 tàu vũ trụ do Rocket Lab phát triển và chở theo các thiết bị nghiên cứu khoa học tới quỹ đạo sao Hỏa. Phòng thí nghiệm Khoa học không gian (SSL) của Đại học California, Berkeley sẽ chế tạo các thiết bị khoa học phục vụ sứ mệnh. Hai vệ tinh sẽ được phóng đi từ Mũi Canaveral và sau đó dành 11 tháng để tới Sao Hỏa trên hành trình dài 370 triệu km.


Hai con tàu ‘Blue’ và ‘Gold’.

Việc đi tới Sao Hỏa mất rất nhiều thời gian và khá tốn kém. Chẳng hạn, 2 tàu quỹ đạo Sao Hỏa gần đây là Vệ tinh Trinh sát Sao Hỏa (2005) và MAVEN (2013) đều khiến NASA tốn hơn 500 triệu USD mỗi sứ mệnh. Vì vậy, năm 2019 NASA đã lập ra chương trình SIMPLEx để tài trợ cho các sứ mệnh phóng vệ tinh cỡ nhỏ vào không gian để giảm chi phí.

Thay vì tốn 550 triệu USD cho một sứ mệnh, NASA đặt ra mức giá trần cho mỗi sứ mệnh thuộc SIMPLEx chỉ bằng 1/10 con số trên, tức 55 triệu USD. Khoản tiền này được chuyển cho SSL và Phòng thí nghiệm này đã trao hợp đồng cho Rocket Lab để sản xuất 2 vệ tinh, với giá “rẻ hơn gấp đôi so với bất kỳ công ty nào khác", theo Rocket Lab.

Với sứ mệnh EscaPADE, Rocket Lab muốn chứng minh cho NASA thấy họ có thể sản xuất tàu vũ trụ đạt hiệu suất cực cao, với khả năng di chuyển khắp Hệ mặt trời.



Để giải quyết thách thức khi di chuyển từ Trái đất đến Sao Hỏa, tàu phải có khả năng thay đổi vận tốc cao. Rocket Lab đã thiết kế sao cho nhiên liệu chiếm đến 70% khối lượng tàu, giúp chúng đạt được mức thay đổi vận tốc 3 km/giây - rất cao đối với một vệ tinh có kích thước 60 x 70 x 90 cm và nặng chưa đầy 90 kg.

Ngoài ra, cấu trúc chính của vệ tinh chỉ chiếm 12% tổng khối lượng, nghĩa là sẽ cần ít nhiên liệu hơn cho nó. Các kỹ sư cũng thiết kế sao cho mọi bộ phận có xu hướng nóng lên, như máy tính và radio, đều ở một phía của tàu, còn các bộ phận có xu hướng lạnh đi, như hệ thống đẩy, đều ở phía kia. Do đó tàu cần ít năng lượng và có tấm pin mặt trời nhỏ hơn.

Hai tấm pin mặt trời sẽ cấp năng lượng cho hệ thống đẩy chạy bằng điện mặt trời của tàu và động cơ đẩy có vai trò duy trì phương hướng. Hoạt động liên lạc được thực hiện thông qua đĩa ăng-ten đường kính 60 cm. Một cần trục dài 90 cm kéo dài phía trên con tàu được gắn một số thiết bị khoa học.



Ba thiết bị khoa học trên mỗi tàu gồm EMAG, EESA và ELP. Từ kế EMAG dùng để đo đạc từ trường, được lắp trên cần trục. Gắn trên cùng là EESA, máy phân tích tĩnh điện để đo mức năng lượng của các ion và electron siêu nhiệt. Còn ELP là đầu dò, đo mật độ plasma và cường độ bức xạ siêu cực tím (EUV) của Mặt trời, được gắn trên cần trục và ở một số chỗ trên thân tàu.

Sau chuyến đi dài 11 tháng, Blue và Gold sẽ thực hiện thao tác xâm nhập quỹ đạo Sao Hỏa. Do không thể liên lạc ngay với chúng, nên Rocket Lab phải đợi thêm 3 tháng mới bắt đầu gửi lệnh đến tàu để làm tròn quỹ đạo của cả hai. Tiếp theo chúng sẽ thu thập và truyền dữ liệu về Trái đất trong vòng 11 tháng.

Một khi có được dữ liệu này, các nhà khoa học sẽ hiểu được cách thức gió Mặt trời bào mòn bầu khí quyển sao Hỏa. Đây là loại thông tin rất quan trọng để tìm hiểu lịch sử khí hậu và tiềm năng hỗ trợ sự sống của Sao Hỏa.

Theo [1], [2], [3].