Cách đi tới mặt trăng: Chuyến bay tàu vũ trụ thực sự mất bao lâu?

Khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trăng không lớn theo tiêu chuẩn vũ trụ, nhưng thời gian để đi đến mặt trăng là câu hỏi không có câu trả lời chung. Thời gian chuyến bay dao động rõ rệt từ chỉ tám giờ đến bốn tháng rưỡi, tùy thuộc vào cách các kỹ sư lên kế hoạch cho từng nhiệm vụ cụ thể. Mặt trăng quay quanh Trái đất ở khoảng cách khoảng 384.400 km, và chính khoảng cách này ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình lập kế hoạch chuyến bay liên hành tinh.

Từ tám mươi giờ đến bốn tháng rưỡi

Khi xem xét các ghi chép lịch sử, ta thấy rõ phạm vi rộng lớn về thời gian cần thiết để đạt được quỹ đạo mặt trăng. Tàu vũ trụ nhanh nhất từng bay gần mặt trăng là tàu thăm dò New Horizon do NASA phóng năm 2006. Tàu này, nhằm nghiên cứu sao Diêm Vương, đã đến mặt trăng chỉ sau khoảng tám giờ rưỡi kể từ khi khởi hành. Ngược lại, các nhiệm vụ chậm nhất lại mất nhiều thời gian hơn.

Tàu thăm dò CAPSTONE của NASA, phóng năm 2022, đã phá vỡ mọi kỷ lục về thời gian hành trình dài nhất. Chiếc cubesat nhỏ chỉ nặng 25 kg này cần bốn tháng rưỡi để rời khỏi Trái đất, bay quanh hành tinh nhiều lần và vào quỹ đạo mặt trăng. Sự khác biệt—từ tám giờ đến 48 ngày—cho thấy mức độ phức tạp trong lập kế hoạch các nhiệm vụ vũ trụ và tính linh hoạt của các phương pháp tiếp cận để đạt được cùng một mục tiêu.

Các nhiệm vụ lịch sử: So sánh thời gian bay

Nỗ lực đầu tiên của loài người để đến mặt trăng là tàu Luna 1 do Liên Xô phóng năm 1959. Nhiệm vụ không người lái này mất 34 giờ để đến gần bề mặt mặt trăng. Dù mục tiêu là va chạm vào bề mặt, tàu bị lệch hướng và bay qua cách mục tiêu khoảng 5995 km. Trong những năm sau đó, pin của Luna 1 hết và tàu hiện vẫn đang du hành trong vũ trụ.

Chuyến bay có người đầu tiên lên bề mặt mặt trăng là Apollo 11 năm 1969. Đội tàu do Neil Armstrong dẫn đầu cần 108 giờ 42 phút từ lúc khởi hành đến khi Armstrong đặt bước chân đầu tiên lên mặt trăng. Thời gian này dài hơn Luna 1 vì nhiệm vụ có mục tiêu khác—không chỉ bay vòng quanh mặt trăng mà còn hạ cánh an toàn và quay trở về.

Năm 2019, Israel đã gửi tàu vũ trụ không người lái tên là Beresheet. Trường hợp này đặc biệt vì Beresheet bay quanh Trái đất trong sáu tuần trước khi tích lũy đủ tốc độ và năng lượng để hướng tới mặt trăng. Tàu đến gần mặt trăng sau 48 ngày kể từ khi khởi hành, mặc dù không thể kiểm soát theo kế hoạch của Cơ quan vũ trụ Israel.

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến thời gian hành trình

Lượng nhiên liệu là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến thời gian bay đến mặt trăng. Các kỹ sư nhận thấy rằng việc tiêu thụ ít nhiên liệu hơn trong hành trình có thể kéo dài thời gian bay, mặc dù nghe có vẻ nghịch lý. Chiến lược này dựa trên việc tận dụng lực hấp dẫn tự nhiên. Thay vì bay trực tiếp đến mặt trăng, tàu vũ trụ có thể bay quanh Trái đất để dần tích lũy tốc độ cần thiết.

Mục tiêu của nhiệm vụ cũng là yếu tố then chốt. Các nhiệm vụ bay qua chỉ đi quanh mặt trăng có thể nhanh hơn nhiều so với các nhiệm vụ hạ cánh và có thể có người hoặc mang theo người. Mark Blanton, trưởng bộ phận phân tích nhiệm vụ của NASA, giải thích rằng loại tên lửa và khả năng của nó đóng vai trò quyết định. Mỗi nhiệm vụ đều cần tính toán chính xác: kích thước tàu, số thành viên, dự trữ nhiên liệu và hàng loạt chi tiết kỹ thuật khác.

Nhiên liệu, trọng lực và tuyến đường tối ưu

Nhiên liệu chiếm tới 90% trọng lượng trong quá trình phóng của bất kỳ nhiệm vụ vũ trụ nào. Nhiên liệu này cần đưa tàu vũ trụ thoát khỏi trường hấp dẫn của Trái đất và tiến vào vũ trụ sâu. Khi tàu đạt quỹ đạo quanh Trái đất, các kỹ sư hướng dẫn nó theo tuyến đường tiêu thụ ít nhiên liệu nhất để đạt được quỹ đạo tối ưu đến mục tiêu mặt trăng.

Hỗ trợ trọng lực là yếu tố then chốt. Khi tàu vũ trụ dần dần quay quanh Trái đất, nó tích lũy năng lượng động. Đó là lý do tại sao Beresheet và các nhiệm vụ tương tự bay quanh Trái đất nhiều lần trước khi hướng tới mặt trăng. Càng mang nhiều nhiên liệu, tàu càng nặng và chi phí nhiệm vụ càng cao.

Các quyết định của kỹ sư cho từng nhiệm vụ

Khi lập kế hoạch chuyến đi đến mặt trăng, các kỹ sư và nhà thiết kế trước tiên đánh giá loại tên lửa có sẵn và khả năng kỹ thuật của nó. Sau đó, họ xác định mục tiêu chính của nhiệm vụ—liệu đó là bay qua, hạ cánh không người lái, hay là một phần của kế hoạch lớn hơn có người trên tàu. Tất cả các yếu tố này quyết định kích thước tàu vũ trụ và lượng nhiên liệu cần thiết.

NASA hiện đang chuẩn bị các dự án tham vọng hơn. Tàu thăm dò CAPSTONE được phóng để thử nghiệm quỹ đạo đặc biệt mà NASA dự định dùng cho trạm vũ trụ Gateway trong tương lai. Trạm này sẽ phục vụ như trung tâm cho các hoạt động dài hạn quanh mặt trăng.

Thời gian bay đến mặt trăng không cố định—nó là kết quả của vô số quyết định và tính toán. Từ chiếc tàu nhanh nhất New Horizon chỉ mất tám giờ đến 48 ngày của Beresheet, mỗi chuyến đi phản ánh mục tiêu cụ thể, nguồn lực sẵn có và các cân nhắc chiến lược của các cơ quan vũ trụ. Dù mục tiêu là tàu bay qua mặt trăng hay gửi người lên bề mặt, thời gian hành trình luôn được tính toán chính xác.