Nhiên liệu dùng để đưa tàu vũ trụ chở phi hành gia thám hiểm sao Hỏa quay về Trái Đất có thể được sản xuất ngay trên hành tinh đỏ, bằng cách chiết xuất oxy và methane lỏng từ nước ngầm.
NASA muốn sản xuất nhiên liệu trên sao Hỏa
Theo National Geographic, cần 33 tấn chất nổ đẩy để đưa tàu vũ trụ MAV mà Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) đang chế tạo thoát khỏi lực hấp dẫn của sao Hỏa, bay tới nơi chuyển tiếp để về Trái Đất.
Khối lượng nhiên liệu này, cùng với các thiết bị nghiên cứu, quá nặng và cồng kềnh để có thể gửi đi từ Trái Đất vì thế, các nhà khoa học sẽ trực tiếp sản xuất nó trên sao Hỏa.
MAV sẽ có khối lượng khoảng 18 tấn, là thiết bị nặng nhất bay tới sao Hỏa. Robot Curiosity đang làm việc trên sao Hỏa chỉ có khối lượng khoảng một tấn. Việc sản xuất nhiên liệu bay về trên sao Hỏa sẽ giúp NASA giảm được vài tấn khối lượng của tàu vũ trụ.
Do khí quyển của sao Hỏa quá loãng, mật độ chỉ bằng khoảng một phần trăm khí quyển Trái Đất, nó sẽ không giúp được gì nhiều cho quá trình giảm tốc. MAV sẽ phải cần một thiết bị giảm tốc đặc biệt, hình nón, có chế độ bơm phồng và cách nhiệt được. Nó sẽ giúp giảm tốc độ của MAV từ siêu thanh (Mach 5) xuống mức vượt qua tốc độ âm thanh (Mach 1). Ở tốc độ này, tên lửa của động cơ có thể điều khiển quá trình hạ cánh.
Thiết bị giảm tốc và cách nhiệt được sử dụng khi MAV bắt đầu vào khí quyển sao Hỏa. (Ảnh: National Geographic).
Sau khi hạ cánh, MAV sẽ bắt đầu quá trình sản xuất nhiên liệu để bay về. Các nguyên tố cần thiết để sản xuất nhiên liệu methane (CH4) và oxy lỏng là cacbon, hydro và oxy đều có thể khai thác ở đây. Về lý thuyết, có thể tách oxy từ CO2, chiếm tới 95% trong khí quyển sao Hỏa, từ nước và băng ở bên dưới bề mặt. Carbon và hydro còn lại sau khi tách oxy sẽ được dùng để sản xuất methane lỏng.
Tuy nhiên, để khoan vào lòng đất lấy nước, cần phải chắc chắn nơi hạ cánh có mạch nước ngầm. Vì thế, phương án dự phòng là các kỹ sư sẽ phải thiết kế để MAV có thể chứa hydro từ Trái Đất.
"Hydro tuy rất nhẹ nhưng nó cũng cần các bình chứa rất lớn, chiếm nhiều không gian của tàu vũ trụ. MAV khi đó sẽ phải cao hơn và hẹp đi, hình dáng này sẽ ảnh hưởng tới quá trình hạ cánh, cũng như hoạt động của các phi hành gia", Michelle Rucker, kỹ sư hệ thống của Trung tâm không gian Johnson thuộc NASA cho biết.
Một kế hoạch khả dĩ hơn được nghĩ tới, đó là phóng một tàu vũ trụ khác chuyên chở methane lỏng lên, cùng với các thiết bị cần thiết để chiết xuất oxy từ khí quyển sao Hỏa.
Quá trình này sẽ mất khoảng hai năm. Sau khi các bình chứa nhiên liệu đã đầy, các nhà khoa học mới bay lên sao Hỏa, được bảo đảm rằng đã có đủ nhiên liệu cho họ để trở về Trái Đất.
Một vấn đề khác phát sinh là do nhiên liệu dạng khí hóa lỏng, nó cần được giữ ở nhiệt độ rất thấp trước khi sử dụng.
"Sau khi có được nhiên liệu, cần phải giữ lạnh nó một đến hai năm trước khi sử dụng mà không làm sôi nó lên", Rucker nói. Vì thế, ưu tiên hàng đầu là nghiên cứu chế tạo van siêu kín cho các bình chứa nhiên liệu, theo Tara Polsgrove, kỹ sư hàng không vũ trụ của NASA.
Trang phục của các phi hành gia trên đường trở về Trái Đất. (Ảnh: NASA).
Ngoài ra, cũng cần lưu tâm tới yếu tố thời gian. MAV cần từ một đến hai năm để chế tạo nhiên liệu. Sau đó phi hành đoàn cần 200 đến 350 ngày để bay tới sao Hỏa. Thời gian làm việc tại đây vào khoảng 500 ngày. Như vậy, MAV sẽ phải ở trên sao Hỏa tổng cộng khoảng 4 năm. Nó cần được chế tạo đủ vững chãi để chống chọi với các cơn bão bụi khổng lồ và các tia cực tím từ vũ trụ.
Một số thiết bị của quá trình chế tạo nhiên liệu sẽ được để lại trên sao Hỏa, là cơ sở hạ tầng, không chỉ phục vụ chế tạo nhiên liệu, mà còn mở rộng ra cả nước và không khí cho các dự án thám hiểm sau này.
Về trang phục, các phi hành gia sẽ không thể mặc bộ quần áo làm việc trên sao Hỏa để trở về Trái Đất, do nó rất nặng nề, cồng kềnh, và dính đầy bụi sao Hỏa. Sẽ rất nguy hiểm khi đem bụi sao Hỏa về Trái Đất mà không có biện pháp xử lý. Những bộ đồ này sẽ được bỏ lại trên sao Hỏa và thu hồi dần dần về sau. Họ phải thay bộ trang phục màu cam IVA, bộ đồ họ sử dụng trong quá trình rời khỏi Trái Đất. Ưu điểm của nó là nhẹ hơn, dễ cử động hơn và quan trọng nhất là không dính bụi sao Hỏa.