Nhật Bản khởi động sứ mệnh lịch sử mang mẫu vật mặt trăng Phobos của Sao Hỏa về Trái Đất

Sứ mệnh mang mẫu vật về Trái Đất

Cao trào của MMX sẽ diễn ra vào năm 2029, khi tàu vũ trụ này thực hiện tối đa hai lần hạ cánh xuống Phobos.

Nhật Bản đã phóng một sứ mệnh trị giá 578 triệu USD vào ngày thứ Hai trong hành trình kéo dài 5 năm nhằm hạ cánh xuống mặt trăng lớn nhất của Sao Hỏa và thu thập mẫu vật mang về Trái Đất, một dự án quốc tế táo bạo có thể mang lại những góc nhìn mới về sự hình thành của Hệ Mặt Trời.

Sứ mệnh thám hiểm các mặt trăng của Sao Hỏa bằng robot, gọi là MMX, đã cất cánh lúc 3:41 chiều EDT ngày thứ Hai (4:41 sáng Giờ chuẩn Nhật Bản ngày thứ Ba) từ Trung tâm Không gian Tanegashima ở miền nam Nhật Bản.

Tàu vũ trụ MMX bay vào quỹ đạo trên đỉnh tên lửa H3 cao 207 feet (63 mét), phương tiện phóng chủ lực của Nhật Bản. Tên lửa được giao nhiệm vụ cho MMX đã ra mắt cấu hình nâng cấp mới với bốn tên lửa đẩy nhiên liệu rắn gắn ngoài, động cơ chính hết công suất và một lớp chụp tải trọng kéo dài để đáp ứng nhu cầu của sứ mệnh liên hành tinh nặng nề và tham vọng nhất của Nhật Bản cho đến nay.

Giai đoạn trên của tên lửa đã gia tốc tàu vũ trụ MMX đạt tốc độ tối đa hơn 24.000 dặm/giờ, đủ nhanh để thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất cho chuyến hải trình 10 tháng tới Sao Hỏa. Tàu vũ trụ nặng gần 9.900 pound (4,5 tấn mét) — với 2/3 khối lượng là nhiên liệu — đã tách khỏi tên lửa H3 khoảng 71 phút sau khi cất cánh.

Hiroshi Yamakawa, Chủ tịch Cơ quan Khám phá Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA), đã tuyên bố vụ phóng thành công. Yamakawa cho biết: "Một hành trình dài 5 năm vừa mới bắt đầu".

Theo Yasuhiro Kawakatsu, quản lý dự án của sứ mệnh tại JAXA, MMX đã thiết lập liên lạc với các trạm kiểm mặt đất, bung các tấm pin mặt trời và ở trong "tình trạng rất ổn định" ngay sau khi tách khỏi tên lửa H3. "Mọi thứ vẫn đang tốt đẹp".

Yoshihiro Seki, Bộ trưởng Khoa học Nhật Bản cho biết: "Sứ mệnh MMX mà chúng tôi phóng hôm nay là một sứ mệnh đầy thử thách nhằm mục tiêu mang mẫu vật đầu tiên trên thế giới từ các mặt trăng của Sao Hỏa về. Chúng tôi hy vọng rằng các kết quả thu được thông qua sứ mệnh này sẽ đóng góp vào sự phát triển của khoa học không gian và công nghệ thám hiểm của quốc gia chúng ta".

Kế thừa di sản

Sứ mệnh đến các mặt trăng của Sao Hỏa tiếp nối thành công của Nhật Bản trong việc dẫn dắt các sứ mệnh Hayabusa và Hayabusa 2, hai tàu vũ trụ đầu tiên trên thế giới mang về các mẫu vật nguyên vẹn từ các tiểu hành tinh. Các nhà khoa học tin rằng bản thân Phobos có thể là một tiểu hành tinh bị hút vào quỹ đạo quanh Sao Hỏa hàng tỷ năm trước. Một trong những mục tiêu khoa học của MMX là tìm hiểu xem lý thuyết đó có chính xác hay không.

Với các sứ mệnh Hayabusa, việc mang mẫu vật từ không gian sâu đã trở thành "đặc sản" đối với chương trình không gian của Nhật Bản, ông Kawakatsu cho biết. Đối với MMX, Nhật Bản đã thu hút sự đóng góp từ NASA và các cơ quan vũ trụ ở châu Âu.

Kawakatsu cho biết: "Chúng tôi có bề dày thành tích thành công trong những lĩnh vực này. Vì điều này, tôi tin rằng họ đang tham gia với sự hiểu biết rằng nếu họ muốn tiến hành thu hồi mẫu vật thiên thể, việc tham gia vào một sứ mệnh do Nhật Bản dẫn dắt sẽ có tỷ lệ thành công cao hơn so với việc Mỹ hoặc châu Âu tự phóng sứ mệnh của riêng họ".

MEX sẽ dành khoảng ba năm ở khu vực lân cận Sao Hỏa sau khi đến đó vào tháng 8 tới, thực hiện một loạt cuộc tiếp cận với các mặt trăng Phobos và Deimos của Sao Hỏa. Phobos là mặt trăng lớn hơn trong hai mặt trăng, có hình dạng gồ ghề giống củ khoai tây, đường kính trung bình là 14 dặm (22 km) và diện tích bề mặt tương đương với thành phố Houston.

Khi đến Sao Hỏa, MMX sẽ loại bỏ mô-đun đẩy của nó, phần trọng lượng dư thừa sau khi đốt cháy toàn bộ nhiên liệu để đi vào quỹ đạo quanh hành tinh đỏ. Điều đó sẽ để lại phần chính của tàu vũ trụ MMX và hệ thống hạ cánh bốn chân của nó, được gọi là mô-đun thám hiểm, di chuyển đến gần Phobos hơn.

Lực hấp dẫn của mặt trăng quá yếu và lực kéo của lực hấp dẫn Sao Hỏa quá mạnh để tàu vũ trụ MMX có thể đi vào quỹ đạo ổn định quanh Phobos. Thay vào đó, tàu vũ trụ sẽ bay theo cái gọi là quỹ đạo giả vệ tinh, vẫn bị ràng buộc với Sao Hỏa trong khi vẫn có thể cơ động quanh Phobos.

Cuộc trinh sát Phobos của sứ mệnh sẽ đạt đỉnh điểm vào cuối năm 2028 hoặc đầu năm 2029, khi tàu mẹ MMX thả một robot tự hành nhỏ xuống Phobos. Robot bốn bánh, tên là Idefix, là đóng góp từ các cơ quan vũ trụ Pháp và Đức. Idefix, có kích thước bằng một chiếc hộp đựng giày lớn, sẽ cố gắng lái xe quanh Phobos trong tối đa 100 ngày trong khi vật lộn với địa hình gồ ghề và trọng lực loãng của mặt trăng, chưa bằng một phần nghìn so với Trái Đất.

Cao trào của MMX sẽ đến vào cuối năm 2029, khi tàu vũ trụ chính sẽ cố gắng hạ cánh tới hai lần xuống Phobos. Thiết bị hạ cánh của tàu thăm hiểm được thiết kế để hấp thụ năng lượng của mỗi lần hạ cánh nhằm giảm thiểu nguy cơ bị lật hoặc nảy trở lại không gian, một mối lo ngại thực sự với trường hấp dẫn yếu và không đều trên Phobos.

Tàu vũ trụ sẽ ở lại bề mặt Phobos trong vài giờ, sử dụng hai cơ chế độc lập để thu thập mẫu vật từ mặt trăng Sao Hỏa. Một mũi khoan lõi ở đầu cánh tay robot của tàu thăm hiểm sẽ múc ra một mẫu vật có hình dáng như điếu xì gà, trong khi một thiết bị lấy mẫu khí nén do NASA cung cấp trên một trong các chân hạ cánh của tàu sẽ bắn một hộp mực chứa khí nitơ áp suất cao để quét các mảnh Phobos vào ống đựng mẫu.

Chúng đã đến đó bằng cách nào?

Tóm lại, các nhà khoa học kỳ vọng MMX sẽ thu hồi ít nhất 10 gram, tương đương 1/3 ounce vật liệu từ Phobos. Sau khi leo trở lại không gian, MMX sẽ vứt bỏ thiết bị hạ cánh và kích hoạt động cơ vào năm 2030 để hướng về Trái Đất, nơi nó sẽ hướng dẫn một viên nang mang mẫu vật về vùng hạ cánh hẻo lánh ở Nam Australia vào năm 2031.

Các nhà khoa học sẽ thu hồi các mẫu vật để phân tích tại các phòng thí nghiệm ở Nhật Bản. Các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ sẽ nhận được 15% mẫu vật Phobos để đổi lấy những đóng góp của NASA cho sứ mệnh MMX, bao gồm một trong các thiết bị lấy mẫu của tàu vũ trụ và một quang phổ kế bức xạ gamma và neutron để đo thành phần nguyên tố của các mặt trăng Sao Hỏa.

Tom Statler, nhà khoa học hàng đầu về các thể nhỏ trong Hệ Mặt Trời tại NASA cho biết: "Một trong những câu hỏi hấp dẫn nhất về Phobos và Deimos đơn giản là tại sao hai mặt trăng nhỏ này lại ở đó ngay từ đầu. Theo một số cách, chúng giống các tiểu hành tinh từ phần bên ngoài của vành đai tiểu hành tinh, vì vậy chúng có thể là những tiểu hành tinh bị lực hấp dẫn của Sao Hỏa giữ lại. Nhưng có những bằng chứng khác chỉ ra rằng các mặt trăng này là tàn dư của một vụ va chạm khổng lồ từ đầu lịch sử của Sao Hỏa".

Statler cho biết: "Bằng cách bay đến các mặt trăng của Sao Hỏa, nghiên cứu chúng ở cự ly gần và mang mẫu vật trở lại Trái Đất, chúng ta sẽ có thể xác định xem vật liệu Phobos phù hợp hơn với thành phần tiểu hành tinh hay với các mảnh vụn tạo ra từ một vụ va chạm liên quan đến Sao Hỏa".

Phobos nằm gần Sao Hỏa gấp khoảng 40 lần so với Mặt Trăng của chúng ta so với Trái Đất. Sự gần gũi của nó với Sao Hỏa có nghĩa là có khả năng MMX có thể thu thập các dấu vết của chính hành tinh đỏ rơi xuống Phobos sau khi hình thành hoặc bị bắt giữ. Điều này có thể cung cấp một cái nhìn trước về những gì sẽ đến khi các nhà khoa học cuối cùng cũng có được các mẫu vật trực tiếp từ bề mặt Sao Hỏa, một nhiệm vụ khó khăn hơn đáng kể so với việc mang mẫu vật từ Phobos.

Cuộc trinh sát Phobos của MMX cũng có thể giúp các nhà hoạch định sứ mệnh trong tương lai xem xét liệu mặt trăng này có phải là một địa điểm thích hợp cho việc thám hiểm của con người hay không, có lẽ là một điểm dừng chân giữa Trái Đất và Sao Hỏa, ông Kawakatsu cho biết.

MMX không phải là sứ mệnh đầu tiên cố gắng mang mẫu vật từ Phobos trở về. Sứ mệnh mang mẫu vật Phobos-Grunt của Nga đã thất bại ngay sau khi phóng vào năm 2011, trước khi nó có thể lên đường tới Sao Hỏa. Liên Xô đã phóng hai tàu vũ trụ tới Sao Hỏa được trang bị tàu đổ bộ Phobos vào năm 1988, nhưng các nhóm mặt đất đã mất liên lạc với cả hai tàu vũ trụ trước khi chúng hoàn thành sứ mệnh của mình.

Với MMX, các nhà khoa học hy vọng cuối cùng sẽ có được thông tin thực tế trên mặt trăng Sao Hỏa mà họ đã tìm kiếm trong nhiều thập kỷ.

Patrick Michel, nhà khoa học nghiên cứu tiểu hành tinh người Pháp và là đồng trưởng nhóm dự án robot tự hành Idefix cho biết: "Về cơ bản, những vật thể này trông giống các tiểu hành tinh nguyên thủy hơn bất cứ thứ gì khác, nhưng dữ liệu đến từ việc viễn thám từ xa. Điều đó không thể thực sự cho chúng ta biết chính xác các tính chất là gì, như chúng ta có thể làm với việc mang mẫu vật về phòng thí nghiệm".