Các Nhiệm Vụ Mini Trên Tàu Vũ Trụ Artemis Mang Đến Một Cú Đấm Lớn

Mọi ánh mắt sẽ đổ dồn về mặt trăng khi sứ mệnh Artemis xuất phát vào vài tuần tới, nhưng tên lửa không phải là phương tiện mới duy nhất hướng tới không gian. Sau khi capsule Orion của NASA tách ra khỏi tên lửa Space Launch System (SLS), SLS sẽ triển khai 10 vệ tinh nhỏ, mỗi chiếc có kích thước gần như một chiếc hộp giày, sau đó sẽ đi theo hướng khác nhau. SLS sẽ đưa các vệ tinh vào không gian sâu một cách sang trọng, điều mà các nghiên cứu viên thường phải sử dụng tên lửa nhỏ hơn để đưa chúng vào quỹ đạo thấp của Trái Đất.

One of the miniaturized spacecraft, dubbed the Near Earth Asteroid Scout, will aim for a particularly distant target: It will swing past the moon en route toward a near-Earth asteroid, where it will take detailed images. The satellite will be propelled there by a sweeping solar sail. Despite its diminutive size, the NEA Scout, as it’s known for short, can do cutting-edge science while aiding the search for the kind of asteroid that future larger-class missions might want to visit.

“Chúng tôi muốn chụp ảnh mọi thứ có thể liên quan đến sự quay của hành tinh nhỏ, kích thước của nó, độ sáng của nó và môi trường địa phương của nó,” nói Julie Castillo-Rogez, một nhà thiên văn học tại NASA’s Jet Propulsion Laboratory và là trưởng nhóm nghiên cứu khoa học NEA Scout. Tàu vũ trụ được trang bị một chiếc máy ảnh thu nhỏ nhưng chất lượng cao, tương tự như chiếc trên tàu thăm tiên hành OSIRIS-REx của NASA, một chiếc tàu vũ trụ lớn nhiều hơn nhiều so với tàu hành tinh nhỏ này. “Nó rất có khả năng, nhưng rất nhỏ,” cô nói.

NEA Scout và chín đồng đội của nó thể hiện nhiều ứng dụng khả thi của các vệ tinh nhỏ gọi là CubeSats. Mỗi chiếc được tạo thành từ các khối có kích thước khoảng 4 inch mỗi cạnh. Trong khi một số CubeSats được tạo thành từ ba đơn vị liên tiếp, gọi là 3U, tàu vũ trụ trên Artemis 1 lại là 6U.

Chiếc tàu vũ trụ Capstone, chiếc CubeSat đầu tiên được phóng như một phần của chương trình Artemis, có kích thước 12U. Capstone được phóng vào tháng 6 và sẽ thăm dò quỹ đạo xung quanh mặt trăng cho trạm vũ trụ Lunar Gateway dự kiến, mà phi hành gia sẽ lắp ráp trong các sứ mệnh Artemis tương lai. Tất cả các vệ tinh này tận dụng các công nghệ thu nhỏ và đóng gói pin, điện tử, máy ảnh và các công cụ khác vào một không gian cực kỳ nhỏ gọn, giúp tiết kiệm chi phí nghiên cứu so với việc xây dựng các tàu vũ trụ lớn, có thể chi phí hàng trăm triệu đô la.

Sau khi NEA Scout triển khai từ tên lửa SLS, nó sẽ bay qua mặt trăng, sau đó từ từ mở ra cánh buồm năng lượng mặt trời của mình vài ngày sau đó. Giống như mọi thứ khác, buồm ban đầu sẽ được đóng gói vào một hộp nhỏ, vừa vặn vào một phần ba của tàu vũ trụ. Nhưng không kéo dài lâu. “Ngay khi chúng tôi đưa ra lệnh, bốn chiếc cần hình kim loại sẽ mở ra, kéo buồm ra khỏi một cuộn. Đó là 925 feet vuông, khoảng một chiếc xe buýt học đường,” nói Les Johnson, trưởng nhóm công nghệ NEA Scout tại Trung tâm Chuyển động Vũ trụ Marshall.

Buồm được phủ một lớp nhôm phản xạ mỏng hơn cả lá nhôm - giống như Saran Wrap nhưng không dính, Johnson nói. Khác với một chiếc thuyền, buồm của con tàu nhỏ sẽ đẩy nó khi nó bắt gặp tia sáng, chứ không phải là cơn gió. Khi ánh sáng phản xạ từ buồm, nó trao đổi một chút năng lượng, được chuyển đổi thành một đẩy thêm trên buồm và tàu vũ trụ.

Buồm năng lượng mặt trời cũng đóng vai trò là một bản chứng minh công nghệ cho JPL: một hệ thống đẩy có thể cho một chiếc đầu dò nhỏ bay không quá xa từ mặt trời, mà không có nguy cơ hết nhiên liệu. Nó làm theo hai đàn anh đi trước đã phiêu lưu ngoài quỹ đạo Trái Đất: Ikaros của Nhật Bản hướng đến sao Kim vào năm 2010 và Lightsail 2 của Hội Hành tinh vào năm 2019.

Sau hai năm đi lướt sóng—đâu đó vào ngày 20 tháng 9 năm 2024—NEA Scout cuối cùng sẽ bắt kịp với hành tinh nhỏ mục tiêu của nó, được gọi là 2020 GE. Với kích thước khoảng 15 đến 50 feet, đây sẽ là hành tinh nhỏ nhất được tàu vũ trụ nghiên cứu. NEA Scout sẽ giảm tốc độ khi tiếp cận trong vòng 60 dặm của hòn đá nằm xoay vụn trong không gian, để nó lướt qua với tốc độ khoảng 45 dặm mỗi giờ, để có một vài giờ để chụp ảnh. Sau đó, tàu vũ trụ sẽ tiếp tục hành trình của mình trong khi 2020 GE tiếp tục theo quỹ đạo sẽ đưa nó gần Trái Đất: Bốn ngày sau khi gặp NEA Scout, hành tinh nhỏ sẽ lao qua hành tinh, nhưng ở một khoảng cách an toàn khoảng 410.000 dặm, hoặc khoảng 70 phần trăm xa hơn so với mặt trăng so với chúng ta.

CubeSat này là một trong những chiếc mà các quan chức NASA đã chọn vào năm 2013 để phóng lên SLS. Ban đầu, nhóm đã tưởng tượng dự án của họ như là một chiếc tàu vũ trụ có thể thám hiểm loại hành tinh nhỏ mà có thể được khám phá bởi một sứ mệnh tương lai với phi hành đoàn, Castillo-Rogez nói. Hiện không có kế hoạch nào đang được thực hiện cho một sứ mệnh như vậy, mặc dù NASA và các cơ quan vũ trụ khác đã thiết kế và phóng các sứ mệnh robot đến hành tinh nhỏ trong nhiều năm. Công ty vũ trụ tư nhân cũng có thể một ngày cố gắng khai thác khoáng sản trên các hành tinh nhỏ để kiếm lời.

Hành tinh nhỏ 2020 GE cũng liên quan đến nỗ lực phòng thủ hành tinh để theo dõi các đối tượng gần Trái Đất. Mục tiêu của NEA Scout gần bằng kích thước với vật đang rơi xuống Trái Đất vào năm 2013, rơi xuống Chelyabinsk, Nga. Nhưng nó nhỏ hơn nhiều so với những tảng đá nguy hiểm hơn tiềm ẩn, như mục tiêu của chiếc tàu vũ trụ phá hủy hành tinh nhỏ của NASA gọi là DART, sẽ ghi chú của nó vào cuối tháng 9 hoặc đầu tháng 10.

NEA Scout sẽ đi cùng với nhiều đồng đội nhỏ khác của CubeSat. Những tải trọng phụ này, như họ thường được gọi, bao gồm BioSentinel của NASA, sẽ sử dụng một cảm biến sinh học chứa các loại men nấm để đo lường cách tia bức xạ vũ trụ ảnh hưởng đến các hệ sinh thái sống qua thời gian dài. ArgoMoon của Cơ quan Vũ trụ Ý sẽ chụp ảnh giai đoạn thứ hai của tên lửa SLS và sau đó là bề mặt mặt trăng. Và Omotenashi của Cơ quan Vũ trụ Nhật Bản sẽ thử nghiệm công nghệ đổ cứng bán nửa bằng cách triển khai một túi khí để đâm nhẹ—à, đáp xuống—trên mặt trăng với tốc độ khoảng 110 dặm mỗi giờ.

Artemis 1 cũng sẽ mang theo một CubeSat do doanh nghiệp dẫn đầu: LunIR của Lockheed Martin sẽ sử dụng một máy ảnh hồng ngoại, được giữ ở nhiệt độ thấp bởi một thiết bị làm lạnh micro, để tạo bản đồ bề mặt mặt trăng vào ban ngày và ban đêm. (Lockheed cũng là nhà thầu chính của NASA trong việc xây dựng cabin phi hành đoàn Orion, đặt trên đỉnh tên lửa SLS.) Trên Orion, Lockheed, Amazon và Cisco đã thêm một tải trọng gọi là Callisto—đặt theo tên một trong những đồng minh của Artemis trong thần thoại Hy Lạp—bao gồm một phiên bản sửa đổi của Alexa, trợ lý giọng nói AI, có thể hoạt động mà không cần truy cập internet, và một phiên bản tùy chỉnh của Webex, dịch vụ họp trực tuyến, trên một chiếc máy tính bảng. Khi phi hành gia điều khiển Orion trong các chuyến bay tương lai, họ có thể sử dụng các công cụ như vậy để kiểm tra tình trạng và dữ liệu chuyến bay của tàu và để giao tiếp qua video.

Hai CubeSats nữa—LunaH-Map và Lunar IceCube—sẽ nghiên cứu băng đá nước trên bề mặt mặt trăng, cả từ góc độ khoa học và vì phi hành gia mặt trăng tương lai có thể cố gắng trích xuất một số lượng nước đó. “Chúng ta đã biết từ khá lâu rằng có băng đá nước ở cực của mặt trăng, nhưng có nhiều câu hỏi chưa có câu trả lời về việc có bao nhiêu và chính xác nó ở đâu,” nói Craig Hardgrove, một nhà địa chất hành tinh tại Đại học Arizona và người điều hành LunaH-Map, tại một cuộc họp báo của NASA vào thứ Hai. Với những dự án này, các nhà nghiên cứu nhắm đến việc cải thiện bản đồ đá nước mặt trăng và phát hiện đá nước ngoài những khe núi bị che phủ vĩnh viễn, nếu nó tồn tại.

Sứ mệnh Artemis 1 dự kiến sẽ được phóng vào ngày 29 tháng 8, mặc dù NASA đã đặt trước hai ngày dự phòng vào tháng 9. Cơ quan này đã dự kiến ​​phóng vào ít nhất là từ năm 2017, nhưng sứ mệnh đã bị trì hoãn nhiều lần. Điều đó đã tạo ra một số khó khăn cho các dự án đi cùng. Năm trong số 10 CubeSats, bao gồm cả hai chiếc sẽ nghiên cứu băng đá nước, không dễ dàng được tháo ra khỏi tên lửa để sạc pin. Hardgrove nghĩ rằng pin của LunaH-Map có lẽ chỉ khoảng 50%, mà anh ấy hy vọng sẽ đủ để hoàn thành sứ mệnh.

Vào thứ Ba, ngày 16 tháng 8, SLS được di chuyển ra đến bệ phóng tại Trung tâm Vũ trụ Kennedy ở Florida, nơi kỹ sư sẽ hoàn tất các chuẩn bị cuối cùng và kết nối nguồn điện, đường nạp chất lỏng và các hệ thống khác. Đội ngũ NEA Scout và các nhà nghiên cứu đồng đội của họ rất hào hứng với sự cất cánh sắp tới và tất cả các nhiệm vụ nhỏ sẽ đi cùng nó. Sau nhiều năm cố gắng, và các đồng đội của họ tại SLS làm việc chăm chỉ để tạo ra tên lửa lớn nhất từng được gửi vào không gian sâu, họ mong đợi thấy mọi công việc đó đều đáng giá, Johnson nói: “Tôi rất vui vì họ đang cho tôi một chuyến đi.”