Phát hiện “đường tắt vũ trụ” từ Trái Đất tới Sao Hỏa

(Ảnh minh họa: Adobe Stock)

Phát hiện này mở ra khả năng rút ngắn đáng kể thời gian bay liên hành tinh trong tương lai và tạo thêm cơ sở cho các kế hoạch đưa con người lên hành tinh đỏ trong những thập niên tới.

Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí khoa học Acta Astronautica cho thấy việc phân tích dữ liệu quỹ đạo của các tiểu hành tinh có thể giúp xác định những tuyến bay nhanh hơn giữa Trái Đất và Sao Hỏa - điều mà các phương pháp tính toán truyền thống trước đây có thể bỏ sót.

Theo các nhà khoa học, trong điều kiện hiện nay, hành trình từ Trái Đất tới Sao Hỏa thường kéo dài từ 7-10 tháng, ngay cả khi sử dụng các tàu vũ trụ nhanh nhất. Nguyên nhân là khoảng cách giữa hai hành tinh luôn thay đổi do chuyển động quay quanh Mặt Trời. Khoảng cách ngắn nhất xuất hiện khi Trái Đất nằm giữa Mặt Trời và Sao Hỏa - hiện tượng được gọi là "xung đối Sao Hỏa", xảy ra khoảng 26 tháng một lần. Đây được xem là "cửa sổ vàng" để phóng tàu thăm dò hoặc sứ mệnh có người lái tới hành tinh đỏ.

Tuy nhiên, ngay cả trong điều kiện thuận lợi nhất, một sứ mệnh khứ hồi có người lái giữa Trái Đất và Sao Hỏa hiện vẫn có thể kéo dài gần 3 năm, do phi hành đoàn phải chờ thời điểm thích hợp để quay trở lại Trái Đất. Trong bối cảnh đó, phát hiện mới đang thu hút sự quan tâm lớn của giới nghiên cứu không gian quốc tế.

Nhóm nghiên cứu đã phân tích dữ liệu quỹ đạo của tiểu hành tinh gần Trái Đất mang tên 2001 CA21 - thiên thể có đường bay cắt qua quỹ đạo của cả Trái Đất và Sao Hỏa. Từ dữ liệu này, các nhà khoa học nhận thấy quỹ đạo của tiểu hành tinh có thể gợi mở một "hành lang chuyển tiếp" giúp tàu vũ trụ tiếp cận Sao Hỏa theo hướng trực tiếp hơn.

Nhà vũ trụ học Marcelo de Oliveira Souza thuộc Đại học bang Bắc Rio de Janeiro (Brazil), tác giả chính của nghiên cứu, cho biết việc sử dụng dữ liệu quỹ đạo sớm của các tiểu hành tinh có thể hỗ trợ xác định những tuyến bay liên hành tinh nhanh hơn ngay từ giai đoạn đầu thiết kế sứ mệnh.

Các nhà nghiên cứu đã đánh giá các kỳ xung đối Sao Hỏa vào các năm 2027, 2029 và 2031 nhằm xác định thời điểm phù hợp nhất cho tuyến bay mới. Kết quả cho thấy chỉ riêng năm 2031 có cấu trúc hình học giữa Trái Đất và Sao Hỏa tương thích thuận lợi với mặt phẳng quỹ đạo của tiểu hành tinh 2001 CA21.

Theo nghiên cứu, năm 2031 có thể xuất hiện hai tuyến bay khứ hồi dưới một năm giữa Trái Đất và Sao Hỏa. Trong đó, tuyến bay nhanh nhất có tổng thời gian hành trình khoảng 153 ngày, trong khi phương án khả thi thứ hai kéo dài khoảng 226 ngày. Nếu thành hiện thực, đây sẽ là bước tiến lớn so với các sứ mệnh hiện nay vốn mất nhiều tháng chỉ để thực hiện hành trình một chiều. Các nhà khoa học nhận định phát hiện này mở ra một phương pháp hoàn toàn mới trong thiết kế sứ mệnh liên hành tinh.

Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng phương pháp "sàng lọc hình học quỹ đạo" mới có thể giúp xác định các tuyến bay nhanh mà những mô hình tính toán truyền thống chưa phát hiện được. Đồng thời, việc nghiên cứu thêm các tiểu hành tinh gần Trái Đất có thể hỗ trợ xây dựng các chiến lược di chuyển hiệu quả hơn tới những hành tinh khác trong Hệ Mặt Trời.

Tuy nhiên, các chuyên gia cũng lưu ý rằng phát hiện hiện mới chủ yếu mang tính lý thuyết và còn nhiều thách thức kỹ thuật cần vượt qua. Theo ông Souza, để thực hiện các hành trình chỉ kéo dài 153 hoặc 226 ngày, tàu vũ trụ sẽ phải đạt tốc độ vượt xa năng lực hiện nay của cả công nghệ tên lửa lẫn hệ thống hạ cánh. Điều đó đồng nghĩa nhân loại chưa thể ngay lập tức áp dụng tuyến bay này cho các sứ mệnh có người lái trong tương lai gần. Dù vậy, nghiên cứu vẫn được đánh giá là đóng góp quan trọng cho lĩnh vực động lực học quỹ đạo và thiết kế hành trình không gian.

Phát hiện mới xuất hiện trong bối cảnh Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) đang đẩy mạnh kế hoạch đưa con người lên Sao Hỏa trong những năm tới. Hiện NASA đang triển khai chương trình Artemis với mục tiêu đưa phi hành gia quay trở lại Mặt Trăng, đồng thời xây dựng nền tảng công nghệ và kinh nghiệm cho các chuyến bay sâu hơn vào không gian, bao gồm cả hành trình tới Sao Hỏa.

Theo kế hoạch, NASA dự kiến phóng tàu vũ trụ chạy bằng năng lượng hạt nhân đầu tiên tới Sao Hỏa vào năm 2028 trong khuôn khổ dự án Space Reactor-1. Nếu thành công, tàu có thể tới Sao Hỏa vào năm 2030. Sứ mệnh này sẽ triển khai ba trực thăng tương tự mẫu Ingenuity từng hoạt động trên Sao Hỏa nhằm khảo sát các địa điểm tiềm năng cho con người đổ bộ trong tương lai, đồng thời sử dụng radar để tìm kiếm nguồn nước ngầm dưới bề mặt hành tinh.

Các chuyên gia nhận định việc rút ngắn thời gian bay tới Sao Hỏa sẽ mang ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các sứ mệnh có người lái. Hành trình ngắn hơn không chỉ giúp giảm lượng nhiên liệu cần thiết mà còn hạn chế tác động của bức xạ vũ trụ và tình trạng suy giảm sức khỏe do môi trường không trọng lực kéo dài đối với phi hành gia.

Ngoài ra, việc tối ưu hóa thời gian di chuyển cũng có thể làm giảm đáng kể chi phí vận hành và tăng khả năng triển khai các nhiệm vụ cứu hộ hoặc tiếp tế trong tương lai. Dù còn ở giai đoạn nghiên cứu sơ bộ, phát hiện về "đường tắt" tới Sao Hỏa đang cho thấy tiềm năng lớn của việc khai thác dữ liệu quỹ đạo tiểu hành tinh trong ngành hàng không vũ trụ hiện đại.