Sau phương tiện tự hành thăm dò sao Hỏa, Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) đang có kế hoạch phát triển tàu ngầm không người lái và phóng vào không gian vào năm 2040. Tại Hội nghị chuyên đề các ý tưởng tiên tiến (NIAC) vừa được NASA tổ chức, các nhà khoa học và kỹ sư đã trình bày một nghiên cứu về thiết kế ý tưởng giai đoạn 1 của tàu ngầm Titan. Theo đó, con tàu sẽ được đưa đến mặt trăng Titan lớn nhất của sao Thổ và tiến hành thăm dò vùng biển chứa hydrocarbon lỏng tại các cực của mặt trăng này.
Titan có kích thước lớn hơn cả sao Thủy và là mặt trăng duy nhất sở hữu một khí quyển thật sự. Bầu khí quyển của nó là một hỗn hợp gồm phần lớn là nitrogen (nitơ) và methane (metan) và duy trì ở áp suất bằng 1,5 lần áp suất khí quyển Trái Đất. Tuy nhiên, nhiệt độ trên Titan rất lạnh, đến - 179 độ C.
Dữ liệu từ những lần ghé thăm của tàu thăm dò Voyager, Cassini và tàu đổ bộ Huygens đã giúp các nhà khoa học thiết lập một bản đồ bề mặt của Titan. Trong đó, mặt trăng này có 3 biển lớn tại các cực chứa methane và ethane - những hợp chất tương tự gas lỏng tự nhiên. Biển lớn nhất trên Titan có tên Kraken Mare được tàu Cassani phát hiện vào năm 2007. Nó nằm gần cực bắc của Titan, khoảng từ vĩ độ 60 đến 80 phía bắc và bao phủ một diện tích lên đến 400.000 km vuông, sâu khoảng 160 m hoặc trên 300 m theo ước lượng ban đầu. Vùng biển này thậm chí còn có thủy triều do lực hút của sao Thổ, hiện tượng khoáng chất bốc hơi và một đường bờ biển phức tạp. Những đặc điểm này khiến các nhà khoa học rất muốn khám phá Kraken Mare.
Dĩ nhiên chúng ta không thể biết được nhiều điều nếu chỉ dừng lại ở bề mặt, do đó NASA đang tìm kiếm một loại tàu ngầm có thể khám phá độ sâu của Kraken Mare. Ý tưởng tàu ngầm Titan được phát triển dựa trên kinh nghiệm có được từ hoạt động chế tạo và vận hành các tàu ngầm không người lái đang được sử dụng trên Trái Đất. Titan sẽ có trọng lượng khoảng 1 tấn và sử dụng động cơ đẩy chạy điện thông thường nhưng được tuy biến để hoạt động trên mặt trăng Titan trong một sứ mạng kéo dài 90 ngày với hải trình 2000 km.
Do thiết kế thân kéo dài, tàu ngầm sẽ cần đến một tàu vận chuyển có cánh tương tự như X-37 của không lực Mỹ để có thể sống sót qua giai đoạn xâm nhập khí quyển mặt trăng Titan ở vận tốc siêu âm, lao xuống bề mặt Kraken Mare sau đó chìm xuống và để lại con tàu nổi trên bề mặt. Ngoài ra, do khoảng cách giữa Trái Đất và mặt trăng Titan rất lớn nên tàu ngầm sẽ hoạt động với cấp độ tự động cao.
Tàu ngầm sẽ sử dụng một máy phát điện nhiệt bức xạ Stirling 1 kW để cung cấp năng lượng cho động cơ đẩy và giữ cho các thiết bị điện tử không bị đóng băng. Do môi trường trên mặt trăng Titan thuộc diện siêu hàn nên nhiệt thải ra từ máy phát điện có thể khiến nước xung quanh nó bị đun sôi và điều này cần được tính toán khi thiết kế tàu nhằm giảm thiểu tác động. NASA ước tính tàu có thể di chuyển ở vận tốc khoảng 1 m/s.
Về mặt kinh tế và đơn giản hóa thì tàu ngầm sẽ không sử dụng vệ tinh ngoài để chuyển tiếp tín hiệu bởi một vệ tinh sẽ cần đến hệ thống đẩy chạy bằng năng lượng hạt nhân để hoạt động và điều này làm tăng chi phí và độ phức tạp của sứ mạng. Do dữ liệu truyền về Trái Đất sẽ rất lớn nên tàu ngầm Titan sẽ cần đến một chiếc "vây" ở mặt lưng và chiếc vây này tích hợp một hệ thống ăng-ten 2 pha. Khi đang hoạt động, tàu ngầm có thể nổi lên bề mặt 16 giờ/ngày để liên lạc với Trái Đất và cũng trong lúc này, tàu có thể nghiên cứu về môi trường xung quanh bằng camera đặt trên một chiếc cột giống kính tiềm vọng.
Cũng giống như những chiếc tàu ngầm trên Trái Đất, tàu ngầm Titan về cơ bản vẫn dùng các khoang gia trọng để chìm/nổi nhưng thiết kế của nó vẫn đặt ra nhiều câu hỏi bởi methane và ethane không giống như nước và bản thân mặt trăng Titan cũng rất khác biệt so với Trái Đất.
Trọng lực của Titan rất thấp nhưng nếu Kraken Mare có độ sâu lớn như giả thuyết ban đầu cùng với nhiệt độ và thành phần khí quyển thì tàu ngầm của NASA sẽ gặp phải một vấn đề lớn. Bởi lẽ ở độ sâu lớn như vậy, nitrogen trong các khoang gia trọng có thể đặc lại thành chất lỏng khiến con tàu bất ngờ mất sức nổi. Vì lý do này, các khoang gia trọng sẽ cần đến piston để chất lỏng có thể đi vào/ra thay vì chỉ dựa vào máy nén khí như các tàu ngầm thông thường.
NASA không nói nhiều về mục tiêu của Titan nhưng con tàu có thể sẽ trải qua một hành trình dài ngày. Sứ mạng của tàu bao gồm nghiên cứu cấu trúc và thành phần chất lỏng, trầm tích của Kraken Mare. Thêm vào đó, Titan là một hành tinh rất giàu hóa chất hữu cơ và con tàu có thể sẽ được giao nhiệm vụ tìm kiếm dấu vết của các hợp chất tiền sinh học nhằm gợi ý cho sự hình thành của sự sống trên Trái Đất.
Quảng cáo
Theo: Gizmag
